bjt.pdf

43
TRANSISTORES BIPOLARES DE JUNTURA (BJT) Ing. Raúl Rojas Reátegui

Upload: 710507

Post on 04-Oct-2015

215 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • TRANSISTORES BIPOLARES

    DE JUNTURA (BJT)

    Ing. Ral Rojas Retegui

  • El trmino "transistor" es la contraccin en ingls de transfer resistor

    ("resistencia de transferencia").

    Es considerado uno de los mejores inventos del siglo XX, permiti el

    desarrollo de la electrnica y de sus mltiples aplicaciones. Surgi para

    superar ampliamente las dificultades que presentaban las vlvulas.

    Historia del Transistor

  • Uno de los mayores inconvenientes de las

    vlvulas, era su alto consumo de energa. Esto era

    causado porque el calentamiento elctrico del

    filamento (ctodo) para que emita electrones que

    son atrados por el electrodo (nodo)

    establecindose as una corriente elctrica.

    Luego, por medio de un pequeo voltaje

    (frenador), aplicado entre una grilla y el ctodo, se

    logra el efecto amplificador, controlando el valor de

    la corriente, de mayor intensidad, entre ctodo y

    nodo.

  • Los transistores fueron desarrollaron en 1947 por los fsicos Shockley, Bardeen y

    Brattain. Resolvieron todos estos inconvenientes generados por las vlvulas y

    abrieron el camino, junto con otras invenciones como la de los circuitos integrados

    que potenciaran el desarrollo de la electrnica. Y todo a bajos voltajes, sin

    necesidad de disipar energa, en dimensiones reducidas y sin partes mviles o

    incandescentes que pudieran romperse.

  • Los materiales empleados para su fabricacin son: Germanio, Silicio. Estos

    tienen la propiedad de acelerarse grandemente el movimiento de los

    electrones por medio de una corriente elctrica.

    En cuanto a su estructura, se encuentran formados por tres elementos:

    Emisor: Emite los portadores de corriente,(huecos o electrones). Su

    labor es la equivalente al ctodo en los tubos de vaco o "lmparas"

    electrnicas.

    Base: Controla el flujo de los portadores de corriente. Su labor es la

    equivalente a la rejilla ctodo en los tubos de vaco o "lmparas"

    electrnicas.

    PRINCIPALES CARACTERSTICAS

  • Colector: Capta los portadores de corriente emitidos por el emisor. Su

    labor es la equivalente a la placa en los tubos de vaco o "lmparas"

    electrnicas.

    Puede se utilizado como amplificador de seales, como generador de

    seal, como un componente de conmutacin, en deteccin de radiacin

    luminosa, etc.

  • BJT de transistor bipolar de unin (del ingles, Bipolar Juncin Transistor).

    El trmino bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participan

    en el proceso de inyeccin hacia el material polarizado de forma opuesta.

    No es simtrico: la concentracin de portadores en E es generalmente bastante

    mayor que en C

    Utilizan la corriente como elemento de control para obtener la seal y su

    comportamiento como dispositivo conmutador.

    Funcionan cuando estn en polarizacin directa (se dice que estn en saturacin)

    y en polarizacin inversa no funcionan (se dice que estn en corte).

    TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNTURA (BJT)

  • Pueden ser de dos tipos:

    La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona

    P de aceptadores o "huecos" (cargas positivas).

    La configuracin de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN,

    donde la letra intermedia siempre corresponde a la caracterstica de la base, y

    las otras dos al emisor y al colector.

  • Su diferencia entre un transistor NPN y PNP, radica en la direccin del flujo de la

    corriente, en la base, colector y emisor que se muestra en ambos grficos

  • Dos de los tres terminales actan como terminales de

    entrada (control).

    Dos de los tres terminales actan como terminales de

    salida. Un terminal es comn a entrada y salida.

    La potencia consumida en la entrada es menor que la

    controlada en la salida.

    La tensin entre los terminales de entrada determina

    el comportamiento elctrico de la salida.

    La salida se comporta como:

    Fuente de corriente controlada (zona lineal o

    activa).

    Corto circuito (saturacin).

    Circuito abierto (corte).

  • Corriente en cada terminal: IC, IB , IE

    Diferencias potencial entre terminales: VBE, VBC , VCE

    Dos ecuaciones de comportamiento

    Ecuaciones comportamiento: anlisis experimental

    Simplificando: punto operacin del transistor Q(IB, IC, VBE, VCE)

    Magnitudes y curvas

  • Curvas caractersticas: dos

    IB g(VBE , VCE )

    VCE poca influencia. Se simplifica.

    IB

    VBE

    IB

    VBE

    IB g(VBE)

  • IC f (VCE , IB)

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    mA

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V

    IB100 mA

    IB 80 mA

    IB 60 mA

    IB 40 mA

    IB 20 mA

    IC

    VCE

  • Dibujando esa recta sobre el mismo plano que la curva (IB ,VBE)

    Obtenemos punto de operacin de entrada: (IBQ ,VBEQ)

    IB

    VBE

  • Circuito de salida

    RECTA DE CARGA de salida

    +C

    E

    "ca rga" de l

    circuito de

    salida

    IC

    VCC

    RC

    VCE

    VCC RCIC VCE

    IC VCCRC

    1

    RCVCE

  • Dibujando esa recta sobre el mismo plano que la curva (IC ,VCE)

    Obtenemos punto de operacin de salida

    Con ambos puntos, tenemos el punto de operacin del transistor

    IB5

    IB4

    IB3

    IB2

    IB1

    IC

    VCE

    =IBQ

  • Modelo de Ebers-Moll

    DCDEFC iii

    La corriente en el colector es:

    11 TBCTBE VvCSVvESFC eIeIi

    Sustituyendo

    11 TBCTBE VvCSRVvESE eIeIi

    Similarmente para el emisor

    RiDC FiDE

    iDE iDC

    iE

    iB

    iC

  • La ley de reciprocidad establece que:

    Donde F es la alfa directa y R es la alfa inversa.

    Sustituyendo en las ecs. anteriores

    SCSRESF III

    11 TBCTBE VvR

    SVv

    SC eI

    eIi

    11 TBCTBE VvSVvF

    SE eIe

    Ii

  • 1

    / TBC UV

    R

    S eI

    TBCTBE UVUVS eeI //

    EI

    CI

    BI

    BEV

    BCV

    1

    / TBE UV

    F

    S eI

    1

    1

    // TBCTBE UV

    R

    SUV

    F

    SB e

    Ie

    II

    TBCTBETBC UVUVSUVR

    SC eeIe

    II

    ///1

    Modelo circuital

    genrico

  • ZAD,BEV

    TBE UV

    F

    SB e

    II

    /

    BFC II

    BFE II )1(

    1

    / TBC UV

    R

    S eI

    TBCTBE UVUVS eeI //

    EI

    CI

    BI

    BEV

    BCV

    1

    / TBE UV

    F

    S eI

    BF I

    EI

    CI

    BI

    BEV

    BCV

    F

    SI

    BF I

    EI

    CI

    BI

    ZAD,BEV

    BCV

    Modelos circuitales simplificados

    ZAD: VBE > 0, VBC < 0

    XX

    X

  • ZAI,BCV

    TBC UV

    R

    SB e

    II

    /

    BRE II

    BRC II )1(

    1

    / TBC UV

    R

    S eI

    TBCTBE UVUVS eeI //

    EI

    CI

    BI

    BEV

    BCV

    1

    / TBE UV

    F

    S eI

    BRI

    EI

    CI

    BI

    BEV

    BCV

    R

    SI

    BRI

    EI

    CI

    BI

    BEV

    ZAI,BCV

    ZAD,ZAI, BEBC VV

    FR

    Modelos circuitales simplificados

    ZAI: VBE < 0, VBC > 0

    XX

    X

  • TBC UV

    R

    S eI /

    TBCTBE UVUVS eeI //

    EI

    CI

    BI

    BEV

    BCV

    TBE UV

    F

    S eI /

    1

    / TBC UV

    R

    S eI

    TBCTBE UVUVS eeI //

    EI

    CI

    BI

    BEV

    BCV

    1

    / TBE UV

    F

    S eI

    satCE,V

    EI

    CI

    BI

    sat,BEV

    BCV

    ZAD,sat, BEBE VV

    sat,CEV

    Modelos circuitales simplificados

    Saturacin: VBE > 0, VBC > 0

    X

    X

  • 1

    / TBC UV

    R

    S eI

    TBCTBE UVUVS eeI //

    EI

    CI

    BI

    BEV

    BCV

    1

    / TBE UV

    F

    S eI

    EI

    CI

    BI

    BEV

    BCV

    Modelos circuitales simplificados

    Corte: VBE < 0, VBC < 0

    X

    X

    X X

  • Configuracin de BASE comn

    La corriente de colector es constante,

    por tanto el colector se comporta como

    una fuente de corriente constante en la

    regin activa.

    Caractersticas de salida del transistor

    en configuracin de base comn.

    CONFIGURACION DEL TRANSISTOR

  • Caractersticas de salida del transistor en

    configuracin de emisor comn.

    Configuracin de EMISOR comn

    A diferencia de la configuracin anterior, el voltaje CE

    si tiene influencia sobre la magnitud de la corriente de

    colector.

  • Configuracin de COLECTOR comn

    Esta configuracin se utiliza para propsitos de acoplamiento de impedancias. Pues

    tiene alta impedancia de entrada y baja de salida, al contrario de las otras dos

    configuraciones.

    Para todos los propsitos prcticos las caractersticas de salida de esta configuracin

    son las mismas que se usan para EMISOR comn.

  • ZAD

    SATURACINDIRECTA

    ZAISATURACIN

    INVERSA

    CORTE

    CORTE

    Zonas de operacin 4 modos de operacin en funcin de la polarizacin de las 2 uniones p-n

    BJT npn

  • 4 modos de operacin en funcin de la polarizacin de las 2 uniones p-n

    Activa directa: El BJT acta como amplificador de intensidad: IC = bFIB con bF ~ 100.

    Fluyen corrientes por la unin BE y casi todos los e- emitidos por E son colectados en C.

    Activa inversa: El BJT acta como amplificador de intensidad: IE = -bRIB con bR ~ 1.

    Fluyen corrientes por la unin BC y casi todos los e- emitidos por C son colectados en E,

    pero son menos que en ZAD.

    Saturacin: La ganancia en intensidad decae notablemente y la tensin entre C y E es

    baja (~corto).

    Corte: Corrientes muy bajas en los tres terminales (~abiertos).

    ZAD

    SATURACINDIRECTA

    ZAISATURACIN

    INVERSA

    CORTE

    CORTE

  • Caracterstica de entrada

    ZAD

    SATURACINDIRECTA

    ZAISATURACIN

    INVERSA

    CORTE

    CORTE

    BEV

    BI 0CEV

    CEV

    Caracterstica de salida

  • Equivalentes circuitales en ZAD

    Movimiento alrededor del punto de operacin Punto de operacin

    Gran seal

    Pequea seal

    +

    )()( tvVtV BCQBCBC

    )()( tvVtV BEQBEBE

    )()( tiItI CQCC

    )(,)(,)(,)(con tvtvtiti BCBECB

    )()( tiItI BQBB

    )(tIE

    )(tIC

    )(tVBE

    )(tVBC)(tIBTBE UtV

    SeI/)(

    TBE UtV

    F

    S eI /)(

    TBEQ UV

    SeI/

    EQI

    CQI

    BQI

    BEQV

    BCQV

    TBEQ UV

    F

    S eI /

    )(tiE

    r

    )(tiC

    )(tvBE

    )(tvBC

    )(tiB

    )(tvg BEm

  • ATE-UO Trans 04

    Vsis

    +

    -

    Vs=0

    is

    is=0

    +

    -Vs

    Vs

    is

    +

    -=

    Zona Activa

    Zona de

    Saturacin Vs

    is

    +

    -=

    Zona de

    Corte Vs

    is

    +

    -=

  • IC

    IB

    Saturacin

    Determinacin del estado en zona

    activa o en saturacin en circuitos

    Zona Activa: IC IBbF

    Saturacin: IC < IBbF

    Esta representacin justifica

    en trmino saturacin.

    Corte

    La corriente de colector como funcin de la

    corriente de base.

    ATE-UO Trans 64

  • CDIGOS DE MARCA DE DIODOS

    Los sistemas de codificacin ms empleados, en los transistores bipolares

    de juntura (BJT), son:

    EUROPEO (PROELECTRON)

    AMERICANO (JEDEC)

    JAPONS (JIS)

  • El sistema europeo queda definido por dos letras maysculas seguidas de

    tres nmeros utilizados componente para equipos de consumo y por tres

    letras y dos nmeros para aplicaciones profesionales.

    dos letras, [letra], nmero de serie, [sufijo]

    La primera letra del cdigo indica el tipo de material semiconductor empleado

    en la fabricacin (germanio, silicio,...).

    CDIGOS DE MARCA EUROPEO (PROELECTRON)

  • Letra Material Semiconductor

    A Germanio

    B Silicio

    C Arsenuro de Galio

    R Mezcla de materiales

    Letra Material Semiconductor

    C Transistor, de audio frecuencia (AF), pequea seal

    D Transistor de AF de potencia

    F Transistor de alta frecuencia (HF) de pequea seal

    L Transistor de HF de potencia

    S Transistor de conmutacin de baja potencia

    U Transistor de potencia, conmutacin

    La segunda indica la construccin y/o principal aplicacin.

  • La tercera letra indica que el dispositivo est pensado para aplicaciones

    industriales o profesionales, ms que para uso comercial. suele ser una W, X,

    Y o Z.

    La serie del componente es un numero que est comprendido entre 100 y 9999

    La letra del sufijo cdigo indica la ganancia del componente (Baja, Media, Altay no definida).

    Letra Ganancia

    A Baja

    B Media

    C Alta

    No definida

  • El sistema Americano queda definido por un numero seguida de letra N, la

    serie del componente y una letra de sufijo.

    numero, [letra], nmero de serie, [sufijo]

    El numero se obtiene la resta en uno el numero de pines del componente .

    Numero = (n-1)

    Cdigos de marca americano (JEDEC)

  • La letra ser la ene (N).

    La serie del componente es un numero que est comprendido entre

    100 y 9999

    La letra del sufijo cdigo indica la ganancia del componente (Baja,

    Media, Alta y no definida).

    Letra Ganancia

    A Baja

    B Media

    C Alta

    No definida

  • En el sistema japons el cdigo queda definido por un numero (numero de

    pines del componente disminuido en 1), dos letras (indican el rea de

    aplicacin y tipo de dispositivo), la serie del componente y sufijo.

    numero, [dos letras], nmero de serie, [sufijo]

    El numero se obtiene la resta en uno el numero de pines del componente .

    Numero = (n-1)

    CDIGOS DE MARCA JAPONS (JISC)

  • Las dos letras indican el rea de aplicacin y tipo de dispositivo.

    Letra Aplicacin

    SA PNP HF transistor

    SB PNP AF transistor

    SC Transistor NPN HF

    SD Transistor NPN AF

    SH UJT

    SJ FET/MOSFET canal P

    SK FET/MOSFET canal N

  • Letra Ganancia

    A Baja

    B Media

    C Alta

    No definida

    La serie del componente es un nmero que est comprendido entre 100 y 9999.

    La letra del sufijo cdigo indica la ganancia del componente (Baja, Media, Alta y

    no definida).

  • Encapsulado

    TO-18: Es un poco ms grande que el encapsulado TO-92, pero es metlico. En la

    carcasa hay un pequeo saliente que indica que la patita ms cercana es el

    emisor.

    Para saber la configuracin de patitas es necesario a veces recurrir a los manuales

    de equivalencias.

  • TO-3: Este encapsulado se utiliza en transistores de gran potencia.

    Como se puede ver en el grfico es de gran tamao debido a que tiene

    que disipar bastante calor. Est fabricado de metal y es muy normal

    ponerle un "disipador" para liberar la energa que este genera en calor.

  • TO-39: Tiene el mismo aspecto que es TO-18, pero es ms grande.

    Al igual que el anterior tiene una saliente que indica la cercana del

    emisor, pero tambin tiene la patita del colector pegado a la carcasa,

    para efectos de disipacin de calor.

  • TO-92: Este transistor pequeo es muy utilizado para la amplificacin de

    pequeas seales.

    La asignacin de patitas (emisor - base - colector) no est estandarizado,

    por lo que es necesario a veces recurrir a los manuales de equivalencias

    para obtener estos datos.

    .

  • TO-126: Se utiliza mucho en aplicaciones de pequea a mediana

    potencia. Puede o no utilizar disipador dependiendo de la aplicacin en

    se est utilizando.

    Se fija al disipador por medio de un tornillo aislado en el centro del

    transistor. Se debe utilizar una mica aislante.

  • TO-220: Este encapsulado se utiliza en aplicaciones en que se deba de

    disipar potencia algo menor que con el encapsulado TO-3, y al igual que

    el TO-126 debe utilizar una mica aislante si va a utilizar disipador, fijado

    por un tornillo debidamente aislado.

    .