Slide 4 - Transistores Funcionamiento-Comportamiento-Grafica de Trabajo-Aplicacionestransistor Bueno...

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Transistores

Presentación por José Quiles Hoyo

Objetivos

• Entender la distribución y movimientos de carga en los

transistores

• Conocer las estructuras, funcionamiento y características

de los diferentes tipos de transistor

• Conocer algunas aplicaciones

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• El transistor de unión

– Polarización

– El amplificador

– Modelos

• El transistor de efecto campo

– El JFET

– El MOSFET

– Circuitos lógicos, memorias, CCDs, TFTs

– CIRCUITOS ELECTRONICOS – Discretos e Integrados – Autor Schilling / BeloveCapitulo 3

Transistores


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Introducción: tipos de transistores

BIPOLARES

NPN

PNP

EFECTO DE

CAMPO

UNIÓN

METAL-OXIDO-

SEMICONDUCTOR

CANAL N (JFET-N)

CANAL P (JFET-P)

CANAL N (MOSFET-N)

CANAL P (MOSFET-P)

TRANSISTORES

* FET : Field Effect Transistor


Transistores

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I---

e-

-

ColectorEmisor

Base

ColectorEmisor

Base

Base poco dopada

Emisor más dopado que colector

El transistor bipolar de unión (BJT)


Principio de funcionamiento del transistor bipolar

Conclusiones:

• Un transistor bipolar está formado por dos uniones PN.

• Para que sea un transistor y no dos diodos deben de cumplirse dos

condiciones.

1) La zona de Base debe ser muy estrecha.

2) El emisor debe de estar muy dopado.

• Normalmente, el colector está muy poco dopado y es mucho mayor.

N+P

N-

C

EB

Descubiertos por

Shockley, Brattain

y Barden en 1947

(Laboratorios Bell)

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p

E

pn

E

(P) Emisor (P) Colector(N) Base

IE

IB

InB

IBB

InC

IpB

IC

IC= β IB

Transistor polarizado en forma activa


(P) Emisor (P) Colector(N) Base

IE

IB

InB

IBB

InC

IpB

IC

BC inversa puede conducir si BE directa

Los huecos que se difunden de E a B llegan a C

factor de gananciaIC= β IB

Transistor polarizado en forma activa

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Hay 4 variables que dependen el tipo de conexión:

Vsalida, Ventrada, Isalida, Ientrada.

Base común

Variables:

VBE, VCB, IE, IC

E

B

C

Emisor común

Variables:

VBE, VCE, IB, IC

B

E

C B E

C

Colector común

Variables:

VCB, VCE, IB, IE

Configuraciones del transistor


RC

VCCIB = 1 mA

VBB

RB

n

C

B p

n

IC = 99 mA

IE = 100 mAE100 %

99 %

1 %

β=Ic

I E

≃99

RC

RB

VBE VCCVBB

VCE

IC

IB

Configuración en emisor común

E

C

B

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RC

RB

VBEVBB

VCE

IC

VCC

E

C

B

Curva característica de entrada

IB

VBE

IB

0,7 VVBE = VBB - IB RB

VBE 0,7 V


Curva característica de salida

VCE (V)

IC

IB = 20 µA

IB = 40 µA

IB = 60 µA(mA)RC

RB

VBEVBB

VCE

IC

VCC

E

C

B

IB

VCE = VCC - IC RC

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Variables: VBE, VCE, IB, IC

RB

RC

+VCC

Vsalida

Ventrada

RC

RB

VBE VCCVBB

VCE

IC

IBVBE 0,7 V para silicio

IC = IB

VBE = VBB - IB RB

VCE = VCC - IC RC

IC

IB

Emisor común: variables


• En región activa: unión EB con polarización directa, BC con

polarización inversa. Aplicación en amplificación.

• En región de corte: las dos uniones polarizadas inversamente:

circuito abierto.

• En región de saturación: las dos uniones polarizadas

directamente: cortocircuito.

IB = 0 µA

IB = 40 µA

IB = 20 µA

I C(

mA

)

VCE (V)

Región de saturación

Región activa

Región de corte

IB = 80 µA

IB = 60 µA

RC

RB

VBE

VCCVBB VCE

Ruptura

Curvas características del transistor CE

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VBB (V) VCE (V) Ic (mA) IB ( A)

0,7 10 0 0

0,8 9,375 0,625 6,25

0,9 8,75 1,25 12,5

1 8,125 1,875 18,75

1,2 6,875 3,125 31,25

1,4 5,625 4,375 43,75

1,6 4,375 5,625 56,25

1,8 3,125 6,875 68,75

2 1,875 8,125 81,25

2,2 0,625 9,375 93,75

2,3 0 10 100

VBE = -IB RB+ VBB

RC =1 k

RB=16 k

VBE VCC=10 V

VBB = 2 VVCE

IC

VCEVCC = 10 V

V CC

RC

IB1

IB2

IB4

IB3

= 100 VBE 0,7 V

VCE = VCC - IC RC = 10 - 8,125 = 1,875 V

IB=V BB− V BE

RB

=2− 0,7

16000= 81,25 μA

Ic = IB = 8,125 mA

Q

Q

Q

Saturación

Corte

IC

IB

Reg

ión

activa

Línea de carga y punto de funcionamiento



V BE 0,7 V VCE (V) Ic (mA)

0 12,00 5,550 6,450

12 0,00

150

12 V

5 V

43,000 IB 43,00 µA 30,1 PEB 30,10 µW

6,450 Ic 6,45 mA 35,7975 PCE 35,80 mW

6,493 IE 6,49 mA PT 35,83 mW

5,550 VCE 5,55 V

4,850 VCB 4,85 V

V CC

V B

B

R B

R C

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10 12 14

Vcc (V)

Ic (m

A)

43,00 µA 6,45 mA

6,49 mA

5,55 V

E

C

B

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VCE = -IC RC+ VCC

IC

VCE

Q

O

VCE IC RC

VCC

IC=V CC−V CE

RC

V CC

RC

RC

RB

VBE

VCCVBB VCE

IB1

IB2

IB4

IB3



IC

VCE

IB1

IB2

IB4

IB3

RC

RB

VBE VCCVBB

VCE

IC

IB

VCC

V CC

RC

Punto de funcionamiento: IB

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IC

VCE

IB1

IB2

IB4

IB3

RC

RB

VBE VCCVBB

VCE

IC

IB

VCC

V CC

RC 1

V CC

RC 2

V CC

RC 3

Punto de funcionamiento: RC


IC

VCE

IB1

IB2

IB4

IB3

RC

RB

VBE VCCVBB

VCE

IC

IB

VCC3

V CC 3

RC

V CC 2

RC

V CC 1

RC

VCC2VCC1

Punto de funcionamiento: VCC

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B E

B

C

IC

VCEVCC

Si VBB , IB = , IE IC = VCC/RC

zona de saturación

cortocircuito CE VCE = 0

Si VBB = 0 o < 0,7 V, IB = 0,

IE IC 0, VCE = VCC

Zona de corte

circuito abierto VCE = VCC

El transistor como conmutador


VBB (V) VCE (V) Ic (mA) IB ( A)

0,7 10 0 0

0,8 9,375 0,625 6,25

0,9 8,75 1,25 12,5

1 8,125 1,875 18,75

1,2 6,875 3,125 31,25

1,4 5,625 4,375 43,75

1,6 4,375 5,625 56,25

1,8 3,125 6,875 68,75

2 1,875 8,125 81,25

2,2 0,625 9,375 93,75

2,3 0 10 100

RB

RC

+VCC

Vsalida

Ventrada

Ventrada Vsalida

A Y

Y = not AINVERSOR

Circuito inversor simple

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Características eléctricas del transistor bipolar

+

-

+

-

VCE

IC

VBE

IB

IE

+

-

VCB

En principio necesitamos conocer 3

voltajes y 3 corrientes:

IC, IB, IE

VCE, VBE, VCB

En la práctica basta con conocer solo

2 corrientes y 2 voltajes.

Normalmente se trabaja con IC, IB, VCE

y VBE.

Por supuesto las otras dos pueden

obtenerse fácilmente:

IE = IC + IB

VCB = VCE - VBE

IB = f(VBE, VCE) Característica de

entrada

IC = f(VCE, IB) Característica

de salida

Transistor NPN



+

-

+

-

VCE

IC

VBE

IB

IB = f(VBE, VCE) Característica de entrada

Transistor NPN

VBE

IB VCE

Entre base y emisor el transistor se comporta como un

diodo.La característica de este diodo depende de VCE pero la

variación es pequeña.

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+

-

+

-

VCE

IC

VBE

IB

IC = f(IB, VCE) Característica de salida

Transistor NPN

VCE

IC

La corriente que circula por el colector se controla

mediante la corriente de base IB.

IB



Equivalente hidráulico del transistor

h1 - h2

Caudal Apertura

h1

h2

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Zona de

saturación Zona de corte

Zona activa: IC= ·IB

Características eléctricas del transistor bipolar: linealización

Transistor NPN: linealización de la característica de salida

VCE (V)

IC (mA)

El parámetro fundamental que describe la

característica de salida del transistor es la ganancia de

corriente .

IB (μA)

1 2

100

200

300

400

10

20

30

40

0

+

-

+

-

VCE

VBE

IB

IC



Transistor NPN: linealización de la característica de entrada

+

-

+

-

VCE

VBE

IB

IC

VBE

IB VCE

La característica de entrada corresponde a la de un

diodo y se emplean las aproximaciones lineales vistas

en el tema anterior.

Ideal

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Transistor NPN: zonas de funcionamiento del transistor ideal

+

-

+

-

VCE

VBE

IB

IC

VCE

IC IB

+

-

+

-

VCE

VBE

IB

IC

·IB

Zona

activa

+

-

+

-

VCE=0

VBE

IB

IC

IC< ·IB

Zona de

saturación

+

-

+

-

VCE

VBE

IB

IC=0Zona de

corte


Funcionamiento en conmutación de un transistor NPN

12 V

12 V

36 W3 A

I

12 V

12 V

36 W3 AI

= 10040 mA

Sustituimos el interruptor principal por un

transistor.

La corriente de base debe ser suficiente

para asegurar la zona de saturación.

Ventajas:

No desgaste, sin chispas, rapidez, permite

control desde sistema lógico.

Electrónica de Potencia y Electrónica

digital

IB = 40 mA4 A

IC

VCE

3 A

(OFF)12 V

(ON) ON

OFF

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+

-

+

- VEC

IC

VEB

IB

IB = f(VBE, VEC) Característica de entrada

Transistor PNP

VEB

IB VEC

Los voltajes y corrientes van en sentido contrario a las de un transistor

NPN.

Entre emisor y base se comporta como un diodo. La corriente por la

base es saliente.



IC = f(IB, VCE) Característica de salida

Transistor PNP

VEC

IC

La corriente que circula por el colector es saliente y se

controla mediante la corriente de base IB.

IB

+

-

+

- VEC

VEB

IB

IC

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Funcionamiento en conmutación de un transistor PNP

12 V

12 V

36 W3 A

I

12 V

12 V

36 W

3 AI

= 10040 mA

IB = 40 mA4 A

IC

VEC

3 A

(OFF)

Al igual que antes, sustituimos el

interruptor principal por un transistor.

La corriente de base (ahora circula al

reves) debe ser suficiente para asegurar la

zona de saturación.

12 V

(ON) ON

OFF



VCE = 1500

IC = 8

HFE = 20

TOSHIBA

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El fototransistor

La luz (fotones de una cierta longitud de onda) al incidir

en la zona de base desempeñan el papel de corriente de

base C

E

El terminal de Base, puede estar

presente o no.

No confundir con un fotodiodo.


El fototransistor

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El fototransistor

DISTINTOS ENCAPSULADOS


El fototransistor

OPTOACOPLADOR

OBJETIVO:

Proporcionar aislamiento galvánico

y protección eléctrica.

Detección de obstáculos.

Conjunto fotodiodo + fototransistor

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Conclusiones

Sobre el uso del transistor como interruptor se

profundiza en las areas de Electrónica de Potencia y en

Electrónica Digital.

Sobre el uso del transistor como amplificador se

profundiza en las areas de Electrónica Analógica.

Como se ha visto ambos transistores bipolares son

bastante intercambiables y constructivamente similares.

Solamente se diferencian en la rapidez: El transistor NPN

funciona básicamente con electrones mientras que el

PNP lo hace con huecos (Mayoritarios del emisor en cada

caso).

Reacuérdese que la movilidad de los electrones es mayor

que la de los huecos, es decir, el transistor NPN es mas

rápido que el PNP en igualdad de condiciones.

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