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TRANSISTORES BIPOLARES
DE JUNTURA (BJT)
Ing. Ral Rojas Retegui
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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
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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.
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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.
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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
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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.
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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)
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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.
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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
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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).
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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
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Curvas caractersticas: dos
IB g(VBE , VCE )
VCE poca influencia. Se simplifica.
IB
VBE
IB
VBE
IB g(VBE)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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)
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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)
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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.
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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
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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)
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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
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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)
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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
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
.