Tipos de Transistores

Transcripción

1 Transistor Bipolar

2 Tipos de Transistores BIOLARES DE JUTURA TRASISTORES UIÓ CAAL (JFET-) CAAL (JFET-) EFECTO DE CAMO FET METAL-OXIDO- SEMICODUCTOR MOS CAAL (MOSFET-) CAAL (MOSFET-) * FET : Field Effect Transistor

3 Definición Cualitativa Dispositivo Semiconductor de 3 terminales Función en el circuito: Amplificar Corriente Fuente de Corriente Llave Electrónica Tipos de Transistores: Símbolos que lo representan en el Circuito

4 Definición El transistor es un dispositivo de 3 terminales con los siguientes nombres: Base (B), Colector (C) y Emisor (E), coincidiendo siempre el emisor con el terminal que tiene la flecha en el gráfico de transistor. El transistor es un Amplificador de Corriente, esto quiere decir que si le introducimos una corriente por uno de sus terminales llamado Base (I B ), entregará por otro terminal llamado Colector, una corriente (I C ) mayor en un factor que se llama ganancia de corriente en emisor común. Este factor se llama β (Beta) y es un dato propio de cada transistor. I C = β I B

5 Convenciones V-I I B _ V CB Colector + + I C Base + _ V CE _ I E Emisor Corrientes positivas cuando entran al dispositivo Tensiones indicadas por subíndices

6 Estructura Física Colector Colector Base Base Emisor + Emisor

7 Estructura Física B Emisor Base Colector E + DE AB DC C W E W B W C B Concentración de portadores n n0e DE p p0 AB n n0c DC E p noe n i 2 DE n po n 2 i AB p noc n i 2 DC C

8 Zonas de Operación Juntura B-E Juntura B-C Zona de Operación Directa Inversa Activa Directa Directa Directa Saturación Inversa Inversa Corte Inversa Directa Activa Inversa Colector V BC Activa Inversa Saturación Base Corte Activa Directa Emisor

9 Características V-I de Base Transistor I B = f(, V CE ) Característica de entrada I B + I B - Entre base y emisor el transistor se comporta como un diodo.

10 Características V-I de Colector Transistor I C = I B I C + I C (ma) + I B V CE - - Zona de saturación Zona de corte V CE (V)

11 Modelo para Zona Activa Directa + I B - I B = Ic / arámetros I s y

12 Modelo de Eber & Moll C B E

13 Características del Modelo de Eber & Moll arámetros Validez del modelo I S F R Determinados por la fabricación Todos los modos de operación Funcionamiento del modelo Generador de corriente entre Colector Emisor controlado por V BC y MODELO UTILIZADO OR LOS SIMULADORES

14 Limitaciones del Modelo o contempla Máximas Tensiones, Corrientes y otencia (Zona de Operación Segura SOAR) C I C B E I CMAX I C-MAX V CE-MAX MAX Corriente máxima de colector Tensión máxima CE otencia máxima SOAR MAX V CE-MAX Área de operación segura (Safety Operation Area) V CE

15 o representa la variación de la corriente IC con la tensión VCE (Modulacion del ancho de la base) I C (ma) I C V CE (V) V CE

16 o representa la dependencia del valor de con la corriente IC. o contempla la dependencia de con la temperatura

17 o contempla los Efectos Capacitivos de las junturas que afecta al funcionalmente en altas frecuencias Capacidades de juntura C JC (Colector Base) C je (Emisor Base) Capacidades de difusión C DC (Colector Base) C DE (Emisor Base) La tecnología de fabricación de los TBJ introduce Resistencias arásitas en serie con los terminales Base (r B ), Colector (r C ) Emisor ( r E ). r B r C r E

18 Corte Transversal de un TBJ Emisor Colector Emisor Base + Base Colector

19 Colector Elementos parásitos Emisor Base + Colector Emisor Base +

20 rincipio de Funcionamiento del Transistor Bipolar Si la zona central es muy ancha el comportamiento es el de dos diodos en serie: el funcionamiento de la primera unión no afecta al de la segunda

21 rincipio de Funcionamiento del Transistor Bipolar

22 rincipio de Funcionamiento del Transistor Bipolar

23 rincipio de Funcionamiento del Transistor Bipolar

24 rincipio de Funcionamiento del Transistor Bipolar Base Emisor Colector Transistor El terminal de base actúa como terminal de control manejando una fracción de la corriente mucho menor a la de emisor y el colector.

25 rincipio de Funcionamiento del Transistor Bipolar Transistor V CB

26 Desplazamiento de portadores en Zona Activa Directa + E I En C I E I Ep I rb I C 0 W B x B I B I E = I En + I Ep I B = I Ep + I rb V CB I C = I En I rb β = I C I B β = I En I rb I Ep + I rb α = I C I E α = I En I rb I Ep + I En α = I En I Ep + I En I En I rb I En

27 Corriente de electrones en la juntura B E Corriente total en la juntura B E γ E Eficiencia de inyección α = I En I Ep + I En I En I rb I En Corriente de electrones que llega a la juntura B C Corriente de electrones que pasa por la juntura B E α T Factor de transporte de base α = γ E α T β = α = α 1 α β 1 + β β alto α 1 α 1 γ E 1 α T 1

28 Concentraciones de portadores en Zona Activa Directa p ne 0 = p n0e e U T n p 0 = n p0 e U T + E p ne x p ne 0 n p 0 n p x p n0c C p n0e W E 0 W B x B V CB V BC < 0 n p W B V BC = n p0 e U T n p W B 0

29 Corrientes en Zona Activa Directa + E n p 0 C p ne 0 p n0e p n0c W E 0 W B x B V CB I En = qa E D n dn p x dx x=0 dn p x dx x=0 = n p 0 W B I En = qa E D n n p 0 W B dp ne I Ep = qa E D p dx x x=0 dp ne dx x x=0 = p ne 0 W E I Ep = qa E D p p ne 0 W E

30 + E n p 0 C p ne 0 p n0e p n0c W E 0 W B x B V CB I rb = Q B τ n Q B Carga almacenada en base τ n Tiempo de vida medio de electrones en base Q B = 1 2 qa EW B n p 0 I rb = 1 2 qa E W B τ n n p 0

31 RELACIO I C vs + E I En C IE I Ep I rb I C 0 W B x B I B V CB I C = I En I rb si I rb I En I C I En n p 0 I En = qa E D n n p 0 = n p0 e U T W B I C = qa ED n n p0 W B e U T I C = I S e U T I S = qa ED n n p0 W B

32 Ganancia de Corriente β β = α 1 α β = 1 1 α 1 α = γ E α T α = I En I Ep + I En I En I rb I En α = 1 I Ep I En I rb I En γ E = 1 I Ep I En + 1 I Ep I En = D pp n0e W B D n n p0 W E I Ep = qa E D p p ne 0 W E I En = qa E D n n p 0 W B α T = 1 I rb I En I rb I En = W 2 B I 2 D n τ rb = 1 qa E W B n n 2 τ p 0 n

33 α = γ E α T Si α T 1 α γ E β 1 1 γ E 1 γ E = 1 I Ep I En γ E = 1 + I Ep I En 1 γ E 1 = I Ep I En I En I Ep = D nn p0 W E D p p n0e W B β D nw E n p0 D p W B p n0e β I En I Ep n p0 = n i 2 AB p n0e = n i 2 DE β D n DE W E D p AB W B

34 Modulación del ancho de la base (Efecto EARLY) DE A DC E p ne (0) n p (0) n p (x) C W E W 1B 0 W B B V CB I C = (1+V CE /V A ) I S exp ( /U T )

35 vs IC 250 BETA ZOA I ZOA II ZOA III uA 10uA 100uA 1.0mA 10mA 100mA 1.0A IC(Q1)/ IB(Q1) IC(Q1) 37

36 I C ~ I ne = I C I B β = I ne I pe + I rb I pe I ne I B = I pe + I rb Zona I La corriente I rb es del orden de I pe por lo que no puede despreciarse I rb I pe I ne 1 ma 1 ma 100 ma 50 1 ma 10 ma 1000 ma 90 1 ma 100 ma ua BETA ZOA I ZOA II ZOA III 200 Zona II E + I En 150 C La corriente I rb puede despreciarse Zona III Inyeccion de alto nivel I E I I rb Ep I C W B x I B B uA 10uA 100uA 1.0mA 10mA 100mA 1.0A IC(Q1)/ IB(Q1) IC(Q1) V CB

37 Tensión de ruptura V CB I E I C I C I E =0 I E3 V CB I E2 I E1 V CB0 V CB I * M * Cuando llega a la ruptura αm >1 C IE M: Factor de Multiplicación V CBO : arámetro del TBJ M 1 V 1 ( V CB CBO ) n

38 Tensión de ruptura V CE I C I C = βi B β = α 1 α Cuando αm = 1 I C = I C αm 1 αm I B V CE αm = α 1 V CB V CB0 n = 1 α = 1 V CB V CB0 n V CB V CB0 = n 1 α V CB = V CB0 n 1 α n V CB V CE V CE = V CB0 1 α Multiplico y divido el segundo miembro por α α 1 V CE = V CB0 n 1 α α V CE = V CB0 n β Cuanto más grande sea el valor de menor es la ruptura V CEO

39 Tensión de ruptura V CE Colector n V CE Base n + Emisor