Facultad de Tecnología Informática Electromagnetismo Estado Solido II 1 de 7 Guia de Lectura / Problemas. Transistores bipolares y de efecto campo. Contenidos: Tipos de transistores:bjt y FET; p-n-p y n-p-n; JFET y MOSFET. Propiedades. Regiones de trabajo. Configuración de uso. Su utilización en circuitos digitales. 1) Analizar los símbolos utilizados para BJT y FET. Que indica cada elemento de los mismos? 2) Podria considerarse a un BJT como dos diodos conectados en oposición, con una tercera conexión entre ambos? Cuál es la diferencia de comportamiento? A que se debe?. Describa el efecto transistor. 3) Señale diferencias y semejanzas estructurales entre BJT y FET. 4) Reproduzca la fig. 14.6 a y b para un transistor p-n-p. Asigne a las baterias la polaridad necesariapara que el transistor representado se encuentre en la region activa. 5) En la figura de la pregunta anterior, escriba los símbolos usuales de todas las magnitudes de tension y corriente que regulan el funcionamiento del transistor. Indique los sentidos de circulación de corrientes. 6) Dibuje el grafico de la figura 14.10 para un transistor n-p-n. 7) Explique brevemente, con palabras, la información que proporcionan los coeficientes α y β 8) Considere la configuración EC. Dibuje la curva Ib vs Vbe, y la familia de curvas Ic vs Vce, con Ib como parámetro, suponiendo un comportamiento ideal de las uniones. 9) Dibuje circuitos con transistores que cumplan las siguientes condiciones: 9.1) p-n-p en EC. Region de corte 9.2) p-n-p en BC. Region de saturación. 9.3) n-p-n en CC. Region activa. 9.4) n-p-n en EC. Region de saturación 9.5) n-p-n en EC. Region de corte Verifique sus circuitos en el laboratorio o con el simulador. 10) En el circuito siguiente: 10.1. Describa el tipo de transistor, la configuración y la region de trabajo. 10.2. Complete las lecturas faltantes en los instrumentos. 10.3. Cambie la region de trabajo, de dos formas diferentes, (cambiando dos parámetros distintos del circuitos). 1
Facultad de Tecnología Informática Electromagnetismo Estado Solido II 2 de 7 11) Señalar las caracteristicas mas importantes de los MOSFET, comparadas con los BJT. 12) Cuando un MOSFET se halla en situación de estrangulamiento (Dds > Vds,sat) Cómo es posible que siga circulando corriente por el canal? 13) Construya en el simulador circuitos con NMOS Y PMOS en fuentes comun, Provoque los cambios necesarios en los parámetros para que transiten por las tres regiones de trabajo descritas. Entregue su trabajo en diskette, incluyendo un breve informe. 14) En que consisten y en que se basan las aplicaciones digitales de los transistores? Por qué le parece que la region de trabajo activa en los BJT (Saturación en FET) tiene aplicación en circuitos amplificadores (analogicos), mientras que las de corte y saturación (ohmica en FET) se emplean en circuitos de uso en computación? 15) Señale ventajas y desventajas comparativas de las tecnologías bipolares y unipolares en la implementacion de puertas logicas. Explique con que variables se juega para optimizar el rendimiento de las puertas en tecnología bipolar. 16) Explique en que consiste la tecnología CMOS y cuales son sus principales ventajas. 17) Escribir en unos pocos (3 o 4) renglones una explicación de los siguientes terminos de la teoria de transistores. BJT FET MOSFET MOS complementario Polarizacion Configuración Region de trabajo Saturación Hfe Coeficiente Union de colector / de emisor Puerta/sumidero/fuente Tension umbral Enriquecimiento Estrangulamiento Canal n/ canal p 2
Facultad de Tecnología Informática Más problemas de transistores Electromagnetismo Estado Solido II 3 de 7 1 ) Mencionar elemento que caractericen una magnitud o una información presentada en forma analogica o en forma digital. Dar ejemplo donde una misma información se pueda presentar de ambas maneras. Son forma equivalentes? 2) Para el siguiente circuito a) Dibujar la recta de carga del circuito. b) Para cada uno de los valores de Vbb indicados (Vbb=0 ; Vbb=0.2v ; Vbb=0.7v; Vbb=1v ; Vbb=1.1 v; Vbb=2v ; Vbb=2.5v ; Vbb=5v), hallar Ic y Vce. Ubicar el punto Q en la recta de carga. Indicar en que zona esta trabajando el transistor en cada caso. En el caso de estar saturado, suponer Vce=0 y hallar el valor de Bsat. c) Para los valores de Vbb=1v y Vbb=1.1v, se puede considerar un Vbb=0.1v. Hallar el Vce correspondiente. Qué representa el cociente Vce/ Vbb? 3) Se dispone de un transistor que tiene un β =200. Se desea que funcione saturado con βsat=20 en un circuito igual al anterior. Elegir valores de Rb y Rc adecuados. Usar Vcc=12v y Vbb=5v. 4) Para el mismo circuito del punto 3), Ahora se desea que funcione en corte Qué deberia cambiar? 5) Idem pero que funcione en Modo activo. Encontrar al menos 3 maneras distintas de sacarlo de saturación. 6) El puerto paralelo entrega una señal que cuando representa un 1 logico puede estar 4.5v y 5v. Se quiere encender un LED que funciona con una diferencia de potencial de 1.5v y una corriente de 100mA. 7) Encontrar el valor faltante de cada caso. a) β=200 3
Facultad de Tecnología Informática Electromagnetismo Estado Solido II 4 de 7 b) β=100 Resuelto: 4
Facultad de Tecnología Informática Electromagnetismo Estado Solido II 5 de 7 Datos: Veb = 824.8mV Vcb = -715.7mV Tipo de transitor : NPN B=100 Configuración: Emisor comun MALLA I 1v Ib. 1kΩ - 0.824v = 0 Ib : (0.824v 1v) / - 1kΩ Ib = 0.176mA MALLA II 7v Ic. 1kΩ - Vce = 0 Ic = 5.461 ma Ie = 5.617 ma β = Ic / Ib = 31.03 5
Facultad de Tecnología Informática Electromagnetismo Estado Solido II 6 de 7 3) Otro Circuito resuelto: Se dispone de un transistor que tiene un β = 200. Se desea que funcione saturado con un βsat=20 en un circuito igual al anterior. Elegir valores de Rb y Rc adecuados. Usar Vcc= 12v y Vbb=5v. Debemos obtener una relacion entre Rb y Rc para que se cumpla que el circuito funcione en saturación con los datos del enunciado. Nodo A: Ie = ib + ic MALLA I Vbb Rb. ib Vbe = 0 5v Rb. ib 0.7v = 0 6
Facultad de Tecnología Informática Electromagnetismo Estado Solido II 7 de 7 Ib = 4,3v / Rb Calculo ic, ie Ic = β. Ib = 20. 4,3v / Rb = 86v / Rb Ie= ib + ic = 4,3v / Rb + 86v / Rb Ie = 90,3v / Rb MALLA II Vcc Rc. ic Vce= 0 12v Rc. ic = 0 Rc = 12v / ic = 12v / (86v / Rb) Rc= 0,139. Rb Funciona en saturacion VCE=0 Otro circuito mas: MALLA I 5v ib. Rb 0.7v = 0 Ib. Rb = 4,3v 12v / Rc. (4,3/Rb) = 20 Rb / Rc = 7,16 Rc = 200 Ω ; Rb = 1,4 kω ; Ib = 3mA ; Ic= 60 ma (muy alto) Rc = 500 Ω ; Rb = 3,5 kω ; Ib = 1,22 ma ; Ic = 24mA (Razonable) 7