Operación del BJT. El Transistor Bipolar de Unión (BJT) (Spanglish Version 2006) N P N

Transcripción

1 l Transistor ipolar de Unión (JT) (Spanglish Version 2006) Operación del JT L TRANSISTOR IPOLAR D UNIÓN (JT) es un dispositivo que amplifica la intensidad de corriente. Se caracteriza porque la corriente de salida es controlada por la corriente de entrada y amplificada en un factor llamado β. De ahí que se dice que la corriente de salida es una variable que depende tanto de la intensidad de corriente a la entrada como de la β del transistor. l comportamiento de un JT puede analizarse a través de sus curvas características, de forma similar a como se hace con el diodo de unión. l fenómeno de la corriente en el transistor, en configuración AS OMÚN es un fenómeno que se puede representar de la siguiente forma: N P N - V V - - MILIAMPRÍMTROS 1

2 Operación del JT L TRANSISTOR IPOLAR D UNIÓN (JT) es un dispositivo que amplifica la intensidad de corriente. Se caracteriza porque la corriente de salida es controlada por la corriente de entrada y amplificada en un factor llamado β. De ahí que se dice que la corriente de salida es una variable que depende tanto de la intensidad de corriente a la entrada como de la β del transistor. l comportamiento de un JT puede analizarse a través de sus curvas características, de forma similar a como se hace con el diodo de unión. l fenómeno de la corriente en el transistor, en configuración AS OMÚN es un fenómeno que se puede representar de la siguiente forma: N P N - V 1 V MILIAMPRÍMTROS Operación del JT l JT se comporta como un gran nodo en el cual se cumple la Ley de Kirchhoff de corrientes: orriente entrante orriente saliente orriente de misor orriente de ase orriente de olector. I I I Sin embargo, la corriente de colector está formada por dos componentes: los portadores mayoritarios y los minoritarios. A la corriente minoritaria se le denomina I O por lo que: I I mayoritaria I O N P N - V 1 V MILIAMPRÍMTROS 2

3 onfiguraciones del JT. Todos los transistores JT, NPN y PNP pueden polarizarse de manera que quede una terminal común en su circuito de polarización; es decir, un elemento que forma parte tanto del lazo de entrada como del lazo de salida. Éste puede ser cualquiera de las tres terminales del dispositivo. Así entonces, se tienen tres configuraciones: AS OMÚN. MISOR OMÚN. OLTOR OMÚN. Tipo NPN Tipo PNP onfiguración ase omún La base es común a la entrada (emisor base) y a la salida (colector base) 3

4 aracterísticas de ase común. Para describir un dispositivo de 3 terminales, se requiere de 2 conjuntos de características: Uno para la entrada. Otro para la salida orriente de entrada I vs tensión de entrada V para varas tensiones de salida V. Output aracterísticas haracteristics de for salidaa ommon-ase común. Amplifier orriente de Salida ntrada Tensión de Salida orriente de salida I vs tensión de salida V para varias corrientes de entrada I. 4

5 3 Regiones de Operación Activa Amplificador. orte Apagado. Hay tensión pero poca corriente. Saturación ncendido. aja tensión y corriente alta. Uniones: misor-ase, directamente olector-ase, inversamente misor (P) V (N) ómo son las corrientes por los terminales del transistor? olector (P) V (P) (P) (N) I I I I I V V - - I V V 5

6 Output aracterísticas haracteristics de for salidaa ommon-ase común. Amplifier orriente de Salida uando I 0mA Tensión de Salida orriente de salida I vs tensión de salida V para varias corrientes de entrada I. uando I 0mA I I O I O 0mA (no se nota en la fig. anterior por la escala!) Pero por tratarse de una corriente de saturación inversa no debe olvidarse que puede convertirse en un factor importante al aumentar la temperatura Robert L. oylestad and Louis Nashelsky lectronic Devices and ircuit Theory, 8e 6

7 Así, en la región activa: I I [Formula 3.3] n la región de corte, tanto la unión base-emisor como colector-base se encuentran polarizadas inversamente.(región donde I es cero.) n la región de saturación (aquella a la izq. de V 0), tanto la unión baseemisor como colector-base se encuentran polarizadas en directa. Por otro lado, se puede ver que variaciones de V no provocan grandes cambios en la corriente de salida I una vez que se supera el umbral de la unión base-emisor; por lo que se puede aproximar también que: V 0.7 7

8 Alfa (α) Alfa (α) relaciona las corrientes en D debidas a los portadores mayoritarios I con I : α dc I I [Formula 3.5] Idealmente α 1, pero en dispositivos reales está entre 0.9 y Teníamos que I I mayoritaria I O Sustituyendo alfa: I α I I O Alfa (α) Para condiciones de ac, donde el punto de operación se desplaza sobre la curva característica: α ac ΔI ΔI V constante [Formula 3.6] α ac se denomina: factor de amplificación de base común de corto circuito. Aunque su valor difiere ligeramente de α dc generalmente son muy parecidas y se les puede utilizar indistintamente en los cálculos. 8

9 Acción amplificadora del transistor Vi 200mV Ii Ri 20 I I I así que I L I i 10mA 10mA V L I L * R (10mA)(5kΩ) 50V VL Av Vi 50V 200mV 250 Véase que la acción de amplificación se produjo mediante la transferencia de una corriente desde un circuito de baja resistencia a uno de alta resistencia. transferencia resistor transistor. 9

10 Acción amplificadora del transistor La resistencia ac de entrada es muy pequeña (típicamente entre 10 y 100 ohms). Por ejemplo 8ma Pero a la salida generalmente es muy alta (típicamente entre 50 kilo y 1 mega ohm). Por ejemplo 2ma onfiguración misor-común. ntrada Salida l emisor es común tanto a la entrada (base-emisor) como a la salida (colector-emisor). La entrada está en la base y la salida en el colector. 10

11 Aunque cambia la configuración, las siguientes relaciones siguen siendo aplicables: I α I I O 0 I I I aracterística del colector característica de salida. aracterística de la base aracterística de entrada. Nótese que las gráficas de I no son tan horizontales como las de I base-común; por ello la tensión colector-emisor tendrá influencia sobre la magnitud de la corriente del colector. n la región activa de un amplificador emisor comùn, la unión base-emisor se encuentra polarizada en directa, mientras que la de colector-base en inversa. Véase también que la región de corte no está bien definida, ya que I no es cero cuando I 0 11

12 La razón de lo anterior es: I α I I O I α (I I ) I O I α I α I I O I α I α I I O I - α I α I I O I (1- α ) α I I O I αi IO 1 α 1 α osiderando el caso en que I 0, y un valor típico de α0.996: I α(0a) I 1 α O I 250I O omo referencia general, la corriente de colector cuando I 0, será: corrriente de corte I O IO 1 α I 0 eta (β) I n D : β dc [Formula 3.10] I ΔI n A: βac ΔI [Formula 3.11] V constante β indica el factor de amplificación del transistor de D en emisor común, y en las hojas de datos se le refiere como h fe Nótese que β cd h F mayúsculas Modelo Híbrido βca h fe minúsculas 12

13 β Determinando beta (β) de la curva (3.2mA 2.2mA) 1mA (parav 7.5) (30μA 20μA) 10μA A 100 Note: β A β D 2.7mA βd (parav 7.5) μa haracteristics in which β ac is the same everywhere and β ac β dc. Robert L. oylestad and Louis Nashelsky lectronic Devices and ircuit Theory, 8e 13

14 oth indicate an amplification factor. Relationship between β and α α β β 1 [Formula 3.12a] β α α 1 [Formula 3.12b] β provides a Relationship between urrents I βi [Formula 3.14] I (β 1)I [Formula 3.15] 14

15 ommon ollector The input on the ase and the output is on the mitter. haracteristics of ommon ollector The haracteristics are similar to those of the ommon-mitter. xcept the vertical axis is I. I 15

16 FIGUR 3-21 ommon-collector configuration used for impedance-matching purposes. Alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida (contrario a basecomún y emisor-común Pobre Deseable Sobreacoplado Robert L. oylestad and Louis Nashelsky lectronic Devices and ircuit Theory, 8e Limitations of Operation for ach onfiguration Note: V is at maximum and I is at minimum (I max I O ) in the cutoff region. I is at maximum and V is at minimum (V max V sat V O ) in the saturation region. The transistor operates in the active region between saturation and cutoff. 16

17 Power of Dissipation P max V ommon ase: [Formula 3.18] I P max V ommon mitter: [Formula 3.16] I ommon ollector: P max V I Transistor Specification Sheet Valores nominales (máximos aracterísticas térmicas aracterísticas eléctricas Pequeña señal (amplificador) ncendido Apagado 17

18 Transistor Testing 1. urve Tracer Provides a graph of the characteristic curves. 2. DMM Some DMM s will measure βd or HF. 3. Ohmmeter Transistor Terminal Identification 18