Transistor BJT William Shockley, John Bardeen y Walter H. Brattain 1947-48 Nobel de Física en 1956
Transistor BJT Tres terminales: Colector Base Emisor BJT: Bipolar Junction Transistor Se suelen usar más los npns que los pnps ya que la movilidad de los electrones es mayor que la de los huecos y mejor funcionamiento en la mayoría de las aplicaciones.
Transistor BJT Corriente controlada por pequeños cambios en tensión y corriente en el tercer terminal Permite amplificar señales
Configuraciones
Dos uniones pn -Unión de emisor -Unión de colector Dependiendo de su estado->región de funcionamiento Estructura del transistor Base: estrecha y poco dopado en comparación con el emisor Emisor: muy dopado y estrecho (<<Lp) Colector: ancho y menos dopado que el emisor
Regiones de funcionamiento a) Uniones en inversa -> corte b) Unión de emisor en directa y la de colector en inversa -> región activa o activa directa c) Unión de emisor en inversa y la de colector en directa -> región activa inversa d) Ambas uniones en directa -> región de saturación
Diagrama de corrientes en Activa Pequeña corriente (generados térmicamente) Los electrones inyectados desde el emisor cruzan la base, movidos por difusión, hasta alcanzar la región de carga espacial de la unión del colector. Esta unión está polarizada en inversa y por ello existe en la región de carga espacial un campo eléctrico intenso que barre los electrones que entran en ella, enviándolos al colector y generando a través de la región neutra de éste la corriente I nc. Pequeña corriente circulando por la base produce una importante carga que pasa del emisor al colector
Diagrama de corrientes en Activa Aplicando la ley de corrientes de Kirchhoff Relación de variables eléctricas externas del BJT
Parámetros Ganancia de corriente continua en base común α de un BJT También se define como el producto de γ y B Rendimiento de inyección Tanto B son γ son < que la unidad luego α <1 Factor de transporte En región activa la corriente del colector es proporcional a la corriente de emisor y no depende de la tensión con que se polariza la unión de colector
Parámetros El interés de la ganancia α surge del hecho de que es aproximadamente constante. Para que el dispositivo sea un buen amplificador conviene que se aproxime a la unidad. Dopado del emisor es mucho mayor que el de la base Para valores de corriente I E habituales I ne es también mucho γ ~ 1 mayor que I r Longitud de difusión de los portadores minoritarios en la base es mucho mayor que la longitud de ésta B ~ 1 I nc es ligeramente menor que I ne Depende de la temperatura. Valores típicos: 0,99-0,997 Aplicaciones de potencia valores menores
Parámetros Ganancia de corriente continua en emisor común. I CE0 se puede definir como la corriente que circula por el colector cuando la base está abierta β también depende de la temperatura. Aprox. Constante Valores típicos 2N2222: 50-300 Depende de los procesos de fabricación.
Modelo Ebers-Moll Estructura-> Dos diodos con ánodos conectados
Modelo Ebers-Moll Estructura-> Dos diodos con ánodos conectados Contactos óhmicos y una conexión metálica. No se comporta igual!!
Modelo Ebers-Moll Estructura-> Dos diodos con ánodos conectados En activa En activa
Modelo Ebers-Moll En activa inversa Funcionalidad del colector y emisor intercambiada pero los dopados y dimensiones no son simétricos. α R Ganancia de corriente continua. α R valor entre 0.005 y 0.5. Nunca se utilizan como amplificadores en activa inversa. Uniones en directa-> efecto transistor en ambas uniones. Sería aplicable a cualquier región de funcionamiento.
Modelo Ebers-Moll Aplicando Kirchoff: Diodos: Relación de reciprocidad: El modelo de Ebers-Moll se define mediante tres parámetros independientes. Modelo genérico pero inviable para resolución papel y lápiz.
Modelo simplificado Activa Saturación El potencial de contacto de la unión de colector es menor que el de la unión de emisor 0,2V
Modelo simplificado Cortado I C =I E =I B =0 0,7V
Característica estática en emisor común En activa este término <<1 I C debería ser constante para V BE constante Probabilidad de recombinación pequeña Si V CE aumenta
Característica estática en emisor común Si V CE aumenta Mayor polarización de inversa de U C Aumenta la RCE de colector y disminuye la longitud de la región neutra de la base W' b
Característica estática en emisor común Si V CE aumenta Mayor polarización de inversa de U C Tiempo de tránsito disminuye--> Disminuye la recombinación y I nc aumenta--> Aumenta el factor de transporte Aumenta la RCE de colector y disminuye la longitud de la región neutra de la base W' b Aumenta la derivada de portadores minoritarios--> Aumenta I ne --> Aumenta el rendimiento de inyección
Característica estática en emisor común Aumentan por tanto las ganancias de corriente α y β, y I C -->Efecto Early Modelo de efecto Early en un ttor polarizado en activa Va: Tensión Early
Característica estática en emisor común Características estáticas de salida del transistor bipolar en emisor común Activa Válido en todas las regiones pero en saturación ambos términos son parecidos I C =I E =I B =0 Corte
Característica estática en emisor común Características estáticas de entrada del transistor bipolar en emisor común Forma de característica de un diodo I pe y I ne -I nc crecen exponencialmente Supongamos que la I B es constante, al aumentar la tensión V CE disminuye la recombinación en la región neutra de la base por efecto Early. Pero como I B es constante, debe aumentar la inyección de portadores a través de la unión de emisor --> un aumento de I pe y de I ne -I nc. Dicha inyección es proporcional a la exponencial VBE/VT, produciéndose un aumento de VBE.
Transistor pnp npn activa I C = β I B V BE = V BEon = 0.7 V V BC < 0 pnp activa -I C = β -I B --> I C = β I B V BE = V BEon = -0.7 V V BC > 0 V EB = V EBon = 0.7 V V CB < 0
Vbb Ejemplo
Recta de carga