1.- ntroducción. EL TANSSTO BPOLA. BJT (Bipolar Junction Transistor) Tema 4 2.- Componentes de las corrientes 2.1.- Corrientes en la zona activa. a 2.2.- Ecuación generalizada del transistor. 3.- Curvas características. 3.1.- Configuración en base común. 3.2.- Configuración en emisor común. 4.- Punto de funcionamiento. 5.- Polarización del transistor. 6.- El transistor como amplificador y como interruptor. 1 6.1.- El transistor sto como o amplificador. 6.2.- El transistor como interruptor.
1.- ntroducción. Transistor pnp Emisor = Zona que emite portadores mayoritarios e - en un npn y h + en un pnp. Es la zona más dopada Transistor npn Base = Zona muy estrecha que debe dejar pasar hacia el colector la mayoría de los portadores inyectados por el emisor. Tiene un dopaje intermedio Colector = Zona encargada de recoger los portadores que inyectados por el emisor han atravesado la base. Es la zona menos dopada. 2
1.- ntroducción. Símbolos y sentidos de las corrientes. pnp npn 3
1.- ntroducción. Zonas de Funcionamiento. J E J C Zona de trabajo Directa nversa Activa Directa Directa St Saturación nversa nversa Corte nversa Directa Activa inversa 4
2.- Componentes de las corrientes. 2.1.- Componentes de las corrientes en la zona activa. Unión de emisor polarizada en directa Unión de colector polarizada en inversa 5
2.- Componentes de las corrientes. 2.1.- Componentes de las corrientes en la zona activa. huecos inyectados huecos difundidos huecos recolectados E = pe + ne B = ne + ( pe pc ) - CO C = pc + CO CO = Corriente de fugas (Corriente de colector con el emisor en circuito abierto) 6
2.- Componentes de las corrientes. 2.1.- Componentes de las corrientes en la zona activa. C = pc + CO α= 0 C = α E + CO C CO E 0,9 α 0,998 C α E α = Ganancia de corriente para grandes señales. Fracción de corriente que inyectada por el emisor lega al colector. elación entre el incremento de la corriente de colector desde el corte ( C = CO ) y la variación de la corriente de emisor desde el corte ( E = 0) 7
2.- Componentes de las corrientes. 2.2.- Ecuación generalizada del transistor. VCB C = αf E CO exp 1 VT VEB VCB C =αf EO exp 1 CO exp 1 VT VT 8
2.- Componentes de las corrientes. Se necesitan dos circuitos de polarización para polarizar las dos uniones En función del terminal común a los dos circuitos surgen las distintas configuraciones Base Común Emisor Común Colector Común 9
Característica de Entrada. Base Común = f (, ) V V E EB CB 10
Característica de Entrada. Base Común Efecto Early o de modulación de anchura de la base. V CB2 > V CB1 W B2 < W B1 11
Característica de Entrada. Base Común Efecto Early o de modulación de anchura de la base. Los huecos inyectados por el emisor, en la base se mueven por difusión La corriente de difusión es proporcional p al gradiente de la concentración dp n JPE1 = K dx V CB2 > V CB1 W B2 < W B1 J PE2 > J PE1 E2 > E1 dp n JPE2 = K dx 12
Característica de Salida. f ( ) = f V, C CB E Base Común 13
Característica de Salida. Base Común egión de Corte egión activa CBO = Corriente entre la base y el colector con el emisor en circuito abierto C = α E + CO 0,9 α 0,998 C α E C E C No depende de V CB 14
Característica de Salida. Base Común egión de saturación V CB < 0,6 V V CB = 07V 0,7 V CB = 0,8 V 15
Característica de Salida. Base Común Efecto Early o de modulación de anchura de la base. V CB2 > V CB1 W B2 < W B1 α 2 > α 1 C2 > C1 16
Característica de Entrada. Emisor Común ( ) = f V, V B BE CE 17
Característica de Entrada. Emisor Común Efecto Early o de modulación de anchura de la base. V CE = V BE + V CB V CE V CB V CB W B W B α α B 18
Característica de Salida. Emisor Común f (, ) = V C CE B 19
Característica de Salida. Emisor Común egión activa C =α E + CO α 1 = + E = B + C 1 α 1 α C B CO 1 α β= = β + ( β+ ) α 1 C B CO β= C B + CO CO Despreciando CO C B = β No depende de V CE 20
Característica de Salida. Emisor Común egión activa α β= 1 α 9 β 499 09, α 0998, Δα = 01% 0,1 α 1 = 0,995 α 2 = 0,996 Δβ =25% β 1 = 199 β 2 = 249 Pequeñas variaciones de α grandes variaciones de β β varía mucho de un transistor a otro h FE C = h FE B = β β= C B + CO CO 21
Característica de Salida. Emisor Común egión de Corte No hay corrientes por el transistor α 1 C = B + CO 1 1 α 1 α C = CO = ( β+ 1) CO = 1 α C =β B + ( β+ 1) CO CEO egión de saturación CEO = puede ser hasta 500 CO En 0,2 V las corrientes de colector se anulan Csat <β B 22
Característica de Salida. Emisor Común Efecto Early o de modulación de anchura de la base. V CE = V BE + V CB V CE V CB V CB W B W B α α β 23
4.1.- Punto de funcionamiento. 24
4.2.- Curva de puntos característicos. V CE, sat V BE,sat Vσ V BE, activa V BE, umbral Vγ V BE, corte Si 0,2 0,8 0,7 0,5 0,0 Ge 0,1 0,3 0,2 0,1-0,1 25
Modelo del transistor ideal. V < V = 0 V BE BE, ON C BE V > V, = β = VBE, ON V < V, <β CE CE sat C B CE CE sat C B Corte Activa Saturación 26
5.- Polarización del transistor. Consiste en fijar el punto de trabajo en ausencia de señal de entrada Hay que procurar que el punto Q sea los más estable posible 27
5.1.- Circuitos de polarización. Polarización de base Con E Polarización por divisor de tensión 28
5.1.- Circuitos de polarización. Polarización por realimentación de emisor Polarización por realimentación de colector (autopolarización) Polarización de emisor con dos fuentes de tensión 29
5.2.- Polarización de base (polarización fija). VCC = VCE + C C De la malla de entrada VCC = VBE + B B B = V CC V B BE 30
5.2.- Polarización de base (polarización fija). Dependencia con β. V CC V BE B = B V CC V BE C =β B C = β B T 2 >T 1 Si T β El punto Q no es estable frente a las variaciones de β 31
5.2.- Polarización de base (polarización fija). nfluencia de V CC. CC V > V > V CC3 CC 2 CC1 Cuanto mayor sea V CC mayor será el desplazamiento del punto Q ante una variación de β 32
5.2.- Polarización de base (polarización fija). nfluencia de C. > > C3 C2 C1 Cuanto mayor sea C menor será el desplazamiento del punto Q ante una variación de β 33
5.2.- Polarización de base (polarización fija). nfluencia de B. Csat, < V CC C 34 V V V V CC BE CC BE B =β C C1 = = Csat, B C β VCC VBE VCC VBE B <β C C2 = > Saturación B C β
5.3.- Polarización de base con E. VCC = E E + VBE + B B = cte. E = B + C β+ 1 = =β β C B E C E C Si β E Si E E B B C El circuito reacciona oponiéndose a la causa que ha originado i la perturbación 35
5.3.- Polarización de base con E. V = + V + CC E E CE C C E C ( ) V = + + V CC E C C CE B Si E >> E > 100 β β VCC = E E + VBE + B B C VCC V V BE CC V BE C =β B B = C = C = β B E E + Si β >> 1, β E C Circuito Estable B 36
5.4.- Polarización por divisor de tensión. Aplicamos Thevenin entre A y B = // = TH 1 2 1 2 + 1 2 V TH = V CC 2 + 1 2 37
5.4.- Polarización por divisor de tensión. V = + V + TH E E BE TH B = + β+ 1 E B C E = C E C C = β B β C = V TH E V + β BE TH TH TH Si VTH E >> E > 100 C = β β E 1 TH < β E 100 V BE Circuito Estable TH < 1 10 β E Divisor firme 38
5.4.- Polarización por divisor de tensión. = // = TH 1 2 1 2 + 1 2 > 1 2 1 2 2 TH = = 2 1+ 2 2 1+ 1 Circuito Estable Divisor firme 1 < β 100 2 E < 1 10 β 2 E 39
6.1.- El transistor como amplificador. 40
6.1.- El transistor como amplificador. 41
6.1.- El transistor como amplificador. Distorsión por Corte 42
6.1.- El transistor como amplificador. Distorsión por Saturación 43
6.1.- El transistor como interruptor. Se trata de que el transistor trabaje en corte (Q 1 ) o en saturación (Q 2 ) Si v i = 0 V BE = 0 B = 0 C = 0 (Q 1 ) V O =V CC Si v i = V CC B Saturación (Q 2 ) VCE = 0,2 V 0V 44