FUNDAMENTOS DE CLASE 4: TRANSISTOR BJT BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR

Transcripción

1 FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA CLASE 4: TRANSISTOR BJT BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR

2 TRANSISTOR Es un tipo de semiconductor compuesto de tres regiones dopadas. Las uniones Base-Emisor y base colector se comportan como diodos C C B B E NPN E PNP

3 MODO DE OPERACIÓN Los cuatro modos de operación del transistor BJT son definidos por V BE y V BC, La región inversa rara vez es usada. Activa: Modo de mayor importancia, funcionamiento como amplificador En esta región las corrientes tienen curvas planas Saturación: Las barreras de potencial son canceladas causando un corto circuito virtual El transistor se comporta como interruptor cerrado Corte: Corriente reducida a cero. Idealmente, el transistor se comporta como un interruptor abierto

4 ANÁLISIS DE TRANSISTOR Para analizar circuitos en corriente continua que contengan transistores es conveniente realizar los siguientes paso: 1. Hacer una suposición razonable del estado del transistor (activo,corte o saturación) 2. Analizar el circuito buscando contradicciones para el estado supuesto. 3. Si hay contradicción, hacer una nueva suposición basada en la información calculada y volver al paso Si no hay contradicciones las corrientes y voltajes calculados para el circuito se aproximaran mucho a su comportamiento real.

5 ANÁLISIS DE TRANSISTOR Estado Activo Corte Saturación NPN I B >0 I B =I C =I E =0 I B >0 V CE >V CEsat V BE <0.7v V CE <V CEsat V BE =0.7v V BE =0.7v I c =βi B I csat =I C para V EC =0 PNP I B >0 I B =I C =I E =0 I B >0 V EC >V ECsat V EB <0.7v V EC <V ECsat V EB =0.7v V EB =0.7v V ECsat =0.2v (especificado por el fabricante)

6 DISEÑO COMO INTERRUPTOR Regla de diseño: Saturación fuerte: La corriente es suficiente para saturar el transistor independientemente de los cambios en b. Una regla de diseño para obtener saturación fuerte es que la corriente de base sea 1/10 de la corriente ICmax.

7 EJEMPLO Se requiere enceder un LED a través de una señal entregada por un microcontrolador. El puerto del microcontrolador no entrega la corriente suficiente para realizar el encendido y apagado a través de su puerto. Diseñe el circuito para controlar el LED

8 EJEMPLO Que conocemos del circuito: Microcontrolador: VON=5v, Voff=0v, Imax=5mA Transistor: Beta=95, Vcc=5v Diodo: I ON =entre 10 y 30mA, V LED =1.4v, Significa que la corriente de saturación debe estar en el intervalo requerido por el diodo.

9 EJEMPLO Que conocemos del circuito: Microcontrolador: VON=5v, Voff=0v Transistor: Beta=95, V BE =0.7v, V CEsat =0.2v Diodo: I ON=entre 10 y 30mA, V led=1.4v. I csat =30mA Analizando en saturación, Rc=113Ω

10 EJEMPLO Transistor: Beta=95, V BE =0.7v, V CEsat =0.2v Analizando en saturación, para Rb, se dice que para lograr una saturación fuerte Entonces RB=(5v-0,7v)/3mA= 1,5kΩ

11 EJEMPLO Comprobando el circuito diseñado: Calculando IB=2,86mA Se asume región activa pero Vce<<0.2v, entonces está saturado Calculando IC=95x 2,86mA, Vce=-??. VCE<0.2, se encuentra saturado!!!

12 APLICACIONES Cuando se usa como interruptor de una carga inductiva se deben evitar los picos en inversa cuando se deja de circular corriente. Para proteger el dispositivo se usa un diodo en inversa.

13 EL TRANSISTOR COMO INVERSOR Los inversores (compuertas NOT) están disponibles en circuitos integrados lógicos pero si solo se requiere de un inversor es mejor usar este circuito. La señal de salida (voltaje) es la inversa de la señal de entrada: * Cuando la entrada está en alto (+Vs) la salida está en bajo (0V). * Cuando la entrada está en bajo (0V) la salida está en alto (+Vs).

14 CONFIGURACIÓN AUTOPOLARIZADA DEL BJT Tener dos fuentes de polarización no es práctico, por ello se plantea el circuito autopolarizado.

15 CONFIGURACIÓN AUTOPOLARIZADA DEL BJT Para analizar esta configuración se redibuja el circuito para mayor comprensión (figura a), donde se realiza el equivalente thevennin!. a) b)

16 CONFIGURACIONES TRANSISTOR Base común Emisor común Colector común

17 EMISOR COMÚN Las características más relevantes de la configuración emisor común (EC) son: - Ganancia de corriente: alta - Ganancia de voltaje: alta - Ganancia de potencia: alta - Impedancia de entrada: media (500Ω a 5KΩ ) - Impedancia de salida: media (30KΩ a 80KΩ ) -Inversión de fase Estas características sin embargo están relacionadas con los valores elegidos para los componentes del circuito, por lo que deben elegirse de tal manera que la etapa conserve sus características eléctricas.

18 COLECTOR COMÚN Las características principales de la configuración colector común son: Vcc - Impedancia de entrada alta. - Impedancia de salida baja. - Ganancia de voltaje un poco menor que la unidad. -Ganancia de corriente alta (aproximadamente hfe). Vi Rb 0 Re Vo RL 0

19 BASE COMÚN Las características principales de la configuración base común son: Vi - Baja impedancia de entrada. - Impedancia de salida alta. - Ganancia de corriente menor que la unidad. - Ganancia de voltaje alta. - Ganancia de potencia alta. Re 0 Rb 0 Rc Vcc Vo 0 RL - Menos usada, aplicaciones de alta frecuencia

20 LIMITES DE OPERACIÓN Potencia disipada P = V CE * I C

21 APLICACIONES Fuente de corriente

22 COLECTOR ABIERTO Esta es una configuración de salida típica de los circuitos integrados (IC). Significa que para obtener una salida alta se requiere una configuración adicional con elementos externos. A la resistencia que permite elevar este voltaje se denomina resistencia de pull-up Los circuitos se diseñan de esta forma para tener un menor consumo de potencia

23 PAR DARLINGTON Se multiplican las ganancias h fe1 xh fe2 Ejemplo: Un par Darlington es suficientemente sensible para responder a la pequeña corriente que puede pasar por tu piel y esto puede usarse para hacer un interruptor al tacto

24 DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS

25 FOTOTRANSISTOR El fototransistor es más sensible a la luz que un fotodiodo, dado que en un fototransistor se produce β veces más corriente ante la incidencia de luz.

26 OPTOACOPLADO La idea de un optoacoplador es producir variaciones sobre un LED, que incide sobre un fototransistor, donde la corriente va a variar deacuerdo a esta incidencia. La ventaja de estos circuitos es el aislamiento entre los circuitos de entrada y de salida

27 BIBLIOGRAFÍA Malvino, Albert. Principios de electrónica. Mc Grawn Hill.

28 FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA CLASE 4: TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

29 CARACTERÍSTICAS DEL JFET Ventajas respecto al BJT Presenta mayor impedancia de entrada. Más estables respecto a la temperatura y la incidencia del ruido. Se pueden construir de un tamaño más reducido, lo cual los hace especialmente útiles en la fabricación de circuitos integrados. Desventajas Poseen menor ganancia de amplificación. Presenta una respuesta en frecuencia más pobre. Sensible ante descargas electrostáticas.

30 CONSTRUCCIÓN JFET JFET canal N

31 FUNCIONAMIENTO JFET V GS = 0, V DS > 0 Región óhmica

32 FUNCIONAMIENTO JFET V GS = 0, V DS = Vp V DS = Vp -> voltaje de estrangulamiento (pinch-off)

33 RELACIONES IMPORTANTES JFET V GS(OFF) Ecuación de Shockley Claves para el análisis Encontrar una expresión para V GS que dependa del circuito. Combinar la ecuación de shockley y la expresión para V GS. Determinar I D. Determinar V GS y V DS.

34 RELACIONES IMPORTANTES JFET V = p V GS (off ) R = DS I V p DSS V = I p D R DS Si VDS>Vp, el JFET actua como fuente de corriente Si VDS<Vp, el JFET actua como resistencia

35 EJEMPLO Calcular para la red de la figura

36 MOSFET La única diferencia en el análisis de MOSFET y JFET es que el MOSFET de tipo decremental admite valores positivos de V GS y niveles de I D que excedan a I DSS