Tema 2: EL TRANSISTOR BIPOLAR

Transcripción

1 Tema 2: EL TANSISTO IPOLA 2.1 Introducción 2.2 El transistor en régimen estático Expresiones simplificadas en las regiones de funcionamiento urvas características del transistor (configuración en E). 2.3 Polarización del transistor Punto de trabajo (Q) ircuitos de polarización. ecta de carga estática 2.4 El transistor en conmutación 2.5 El transistor como amplificador

2 ILIOGAFÍA TEOÍA: oylestad. Electrónica. Teoría de circuitos, ap. 4 y 5 Savant et al. Diseño electrónico, ap. 2 Malik. ircuitos electrónicos, ap. 4 POLEMAS: enlloch et al. Prob.resueltos de electrónica, ap. 2 Waterworth. Electrónica. uad. de trabajo, ap. 2

3 2.1 INTODUIÓN (1) Objetivos Dispositivo o válvula de control que permite: egular un flujo de corriente mediante una cantidad de energía pequeña (varía la conductividad entre dos terminales actuando sobre un tercer terminal de control) Etimología Transfer resistor JT: ipolar Junction Transistor (transistor bipolar de unión)

4 2.1 INTODUIÓN (2) Descubrimiento 1948: rattain, ardeen, Schockley (ell Telephone Lab.) (El siglo del Transistor)

5 2.1 INTODUIÓN (3) Ventajas sobre las válvulas de vacío Menor consumo y disipación Tamaño menor (capacidad de integración) Mayor duración No requiere un calentamiento previo

6 2.1 INTODUIÓN: ESTUTUA DEL JT E P N P E N P N TANSISTO P-N-P TANSISTO N-P-N Terminales del transistor () olector: dopado intermedio y gran longitud () ase: poco dopado y estrecha (E) Emisor: muy dopado y longitud intermedia Forma normal de trabajo Unión b-e: polarización directa ( baja resistencia) Unión b-c: polarización inversa ( alta resistencia) El transistor no es la unión de dos diodos en oposición.

7 2.1 INTODUIÓN: SÍMOLOS TANSISTO P-N-P TANSISTO N-P-N E P N P E N P N I I + I = I E I I E I E I E I E

8 2.2 EL TANSISTO EN ÉGIMEN ESTÁTIO 1) Zona ATIVA (activa directa) Unión E-: directamente polarizada Unión -: inversamente polarizada IE I IE I + P N P - - N P N + - I + + I - V E > 0 V E > 0 V < 0 V < 0 I E = I + I I β I I α I E α = I / I E ( I / I E ) : ganancia de corriente en base común (α 1) β = I /I ( I / I ) : ganancia de corriente en emisor común β es muy variable, (valores típicos entre 10 y 600)

9 2.2 EL TANSISTO EN ÉGIMEN ESTÁTIO (2) esumiendo, tenemos: Unión -E : se comporta como un diodo normal I = β I : fuente de corriente que depende de I Modelo del transistor en la zona ATIVA: I I I = β * I I = β I IE =I + I E IE =I + I E P N P N P N

10 2.2 EL TANSISTO EN ÉGIMEN ESTÁTIO (3) 2) Zona de OTE Unión E-: inversamente polarizada Unión -: inversamente polarizada La corriente por el transistor (colector-emisor) es muy pequeña (similar a la corriente de un diodo polarizado en inversa) Modelo aproximado de transistor OTADO: I = 0 I = 0 E

11 2.2 EL TANSISTO EN ÉGIMEN ESTÁTIO (4) 3) Zona de SATUAIÓN Unión E-: directamente polarizada Unión -: directamente polarizada I tiende a provocar una I mayor que la que permite el circuito externo de polarización. I no puede aumentar más, se SATUA. I < β I para I I mínsat

12 2.2 EL TANSISTO EN ÉGIMEN ESTÁTIO (5) esumiendo, tenemos: I independiente de I para I I mínsat V E independiente de I para I I mínsat V Esat (Si) 0.2V independiente de I, I (a veces se aproxima a 0v) Modelo del transistor en la zona de SATUAIÓN: 0.7V O.2V 0.7V O.2V E Modelo ideal E P N P E N P N

13 2.2 EL TANSISTO EN ÉGIMEN ESTÁTIO (6) 4) Zona ATIVA INVESA Unión E-: inversamente polarizada Unión -: directamente polarizada No aplicable en la práctica como amplificador, ya que el transistor no es simétrico funcionalmente. Se utiliza en aplicaciones digitales (puertas TTL).

14 ALGOITMO PAA DETEMINA LA ZONA DE FUNIONAMIENTO DEL TANSISTO Si unión -E inversa transistor no conduce ( I 0) zona de OTE (unión - inversa) zona ATIVA INVESA (unión - directa) Si no Si I = β I zona ATIVA V E > 0.2V (N-P-N) V E < - 0.2V (P-N-P) Si no zona de SATUAIÓN: I < β I I = I sat V E 0.2V (N-P-N); V E - 0.2V (P-N-P); NOTA: Las tensiones de los terminales del transistor deben ser compatibles con los límites de la(s) tensión(es) de alimentación

15 urvas características onfiguración en Emisor común (E) aracterística de salida (corriente de colector)

16 urvas características del transistor (2) aracterística de entrada (base)

17 Polarización del transistor. oncepto de punto de trabajo Q onjunto de corrientes y tensiones que aparecen en los terminales del dispositivo: V EQ, I Q Es un punto de reposo (en continua). Deben satisfacerse simultáneamente: Las curvas características del transistor (Limitaciones especificadas por el fabricante) Las ecuaciones del circuito de polarización exterior (Limitaciones impuestas por los componentes)

18 ircuitos de Polarización. ecta de carga estática Q(V EQ, I Q ) V I V = I * + V E I E = V V V E I * = 1 V E NPN EMISO OMÚN ecta de carga estática

19 ircuitos de Polarización. ecta de carga estática (2) Ic SATUAIÓN Vcc c P MÁX IQ Q OTE VEQ Vcc Elección del punto de reposo (Q): Se diseña I y se calcula de forma que: Datos: V, I = VE V V E

20 Tipos de polarización. Polarización fija V Vcc / = cte I = (Vcc - V E ) / I = β I

21 Polarización con realimentación de colector V I no es fija, depende de V ealimentación negativa Q es más estable ante variaciones de β

22 Polarización con divisor de tensión y realimentación de emisor V 1 2 E I no es fija, depende de 1 // 2, E ealimentación negativa Q más estable que en el caso anterior

23 2.4 El transistor en conmutación El transistor pasa de la zona de corte a la de saturación y viceversa (conmuta entre estos dos estados)

24 El transistor en conmutación (2) V Ve I I E Vs Si el transistor conmuta entre corte y saturación, tanto la entrada como la salida son digitales. La conmutación se considerará instantánea, si bien existen retardos debido a la redistribución de cargas en las uniones.

25 El transistor en conmutación (3) orte: Ve < 0.6V Vs = Vcc Saturación: I < β*i Vs = 0.2V I V V I e = > V satmin e V 0.2V 0.6V = V * esat ; I V < β * = e 0.2V β * 0.6 ; I V 0.6V sat + 0.6V 0.2V = V = V esat 0.2V

26 Ve sat El transistor en conmutación (4) Ve Ve corte Vs t Vcc Vcesat t Inversor elemental (desfase de 180 )

27 2.5 El transistor como amplificador El transistor trabaja en la zona activa (es necesario fijar adecuadamente el punto Q)

28 El transistor como amplificador(2) Supongamos que se conecta a la malla base-emisor: un generador de continua de valor V en serie con un generador de alterna de valor v s = V p *sin(wt) La corriente de base varía entre los límites (suponiendo V E cte): i I ( t) = I máx ( V + V ) ( V + V * sin( wt) ) mín = = P ( V V ) P P V V E E V E

29 El transistor como amplificador(3) Suponiendo que, en todo momento, el transistor permanece en la zona activa, entonces la corriente de colector variará entre los límites: i I ( t) I máx = β * i mín = β * I ( t) = = β * I máx β * mín = ( V + V ) ( V + V * sin( wt) ) = β * β * P ( V V ) P P V V E V E E

30 El transistor como amplificador(4) Lo que implica una variación de la tensión colectoremisor, entre los límites: V V E mín E máx = V = V cc cc * I v E * I máx ( t) mín = V = V cc = V cc cc * i * β * ( t) * β * ( V + V ) ( V V ) P P V V Ganancia de corriente: i / i Ganancia de tensión: v E / v s siendo v s la entrada alterna (donde las minúsculas significan magnitudes instantáneas) E E