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Tecnología Electrónica
Transistor Bipolar BJT
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Bibliografía
Principios de Electrónica, Albert Paul Malvino,
McGraw-Hill.
Capítulo 6: Transistores de unión bipolares
Tema 4. El transistor de Unión Bipolar
http://ocw.ehu.es/ensenanzas-tecnicas/electronica-
general/teoria/tema-4-teoria
Tema 5. El transistor Bipolar (guía de clase)
http://webs.uvigo.es/mdgomez/DEI/Guias/tema5.pdf
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Estructura de un transistor
El transistor BJT (Bipolar Junction Transistor) está compuesto por 3 capas o zonas de semiconductores: La zona central se denomina base, y las laterales emisor y colector.
Cada una de las zonas consta de un terminal por donde extraer las corrientes.
Se representan con la inicial del nombre en inglés: E (emitter), B (base) y C (colector).
La zona intermedia puede ser de tipo p (transistor npn) o de tipo n (transistor pnp).
n ppE C
B
p nnE C
B
E C
B
E C
B
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Estructura de un transistor (continuación…)
La zona del emisor está fuertemente dopada; Su misión es ‘emitir’ o inyectar portadores mayoritarios hacia la
base (huecos en el caso de un transistor pnp y electrones en el caso del transistor npn).
La base tiene un nivel de dopado muy bajo y es muy estrecha; Su misión es dejar pasar la mayor parte de portadores
inyectados por el emisor hacia el colector.
La zona del colector tiene un dopado intermedio y es la zona más ancha; Es la encargada de ‘colectar’ o recoger los portadores
inyectados por el emisor y que han sido capaces de cruzar la base.
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El transistor no polarizado
Al igual que un diodo, los electrones libres de la región n
se difundirán a través de la unión y se recombinan con
los huecos de la región p.
Se forman dos zonas de deplexión donde la barrera de
potencial es de 0,7V para el Silicio (0,3 para el Germanio).
base colector
+
+
+
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
-
-
-
-+
-+
-+
-
-
-
emisor
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+
+
+
p nn
E C
B
Se puede decir que un transistor está formado por
dos diodos en oposición: uno formado por el
emisor y la base, y otro por la base y el colector.
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Transistor Polarizado
Conectando fuentes de tensión externa para polarizar al
transistor se crean 3 posibles configuraciones:
Base Común (BC).
Emisor Común (EC).
Colector Común (CC).
En cada una de estas configuraciones, se puede trabajar
en 4 zonas diferentes:
DE DC Zona de Trabajo Función
Directa Inversa Activa Amplificadores
Directa Directa Saturación Conmutación
Inversa Inversa Corte Conmutación
Inversa Directa Activa Inversa Sin utilidad
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El Transistor Polarizado (continuación…)
Análisis del circuito de polarización en base común
para la zona activa con un transistor npn.
1. Se analiza la unión entre el emisor y la base.
2. Se analiza la unión entre el colector y la base.
3. Se analizan las dos uniones a la vez.
+
E
+
p nn
C
B
IE
IB
IC
IEnICn
Existen pequeñas corrientes en las
uniones que se desprecian.
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Corrientes en un transistor
En las siguientes figuras están representados los
sentidos de las tensiones y corrientes para los
transistores pnp y npn:
IE
IB
IC
E C
B
VBE VBC
VCEIE IC
IB
Transistor npn
IE
IB
IC
E C
B
VBE VBC
VCEIE IC
IB
Transistor pnp
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Corrientes en un transistor (continuación…)
La mayor parte del flujo de electrones del emisor llega al colector; por lo que se puede decir que la corriente del colector es prácticamente igual que la corriente del emisor. La corriente de la base suele ser menor que el 1% de la
corriente del colector.
El alfa de continua se define como la corriente continua del colector dividida entre la corriente continua del emisor.
CECBE IIIII
E
Cdc
I
I
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Corrientes en un transistor (continuación…)
La beta de continua de un transistor se define
como la relación de la corriente continua del colector
y la corriente continua de base.
Se la conoce también como ganancia de corriente.
Derivaciones a partir de las fórmulas anteriores:
B
Cdc
I
I
dc
CB
BdcC
II
II
1
1
dc
dcdc
dc
dcdc
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Parámetros de un Transistor
VCB(INV) el máximo voltaje que se le puede aplicar
a la unión colector-base en inversa.
VEB(INV) el máximo voltaje que se puede aplicar a
la unión emisor-base en inversa.
IC MAX máxima intensidad que puede circular por
el colector.
αdc ganancia que relaciona IC e IE.
βdc es la ganancia de corriente entre IC e IB,
también conocida como hfe.
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Funcionamiento del Transistor
Un transistor se encuentra en corte cuando no circula
corriente entre sus terminales.
A efectos prácticos, un transistor se encuentra en corte cuando
se cumple que IE=0 o IE<0 (cuando el diodo del emisor está
polarizado en inversa).
Basta con no polarizar en directa la unión base-emisor; lo que
es lo mismo, que VBE=0.
La región activa es la normal de funcionamiento de un
transistor; existen corrientes en todas sus terminales.
A efectos prácticos, se considera que el VBE=0,6V y que la
corriente en el colector es:
BdcC II
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Funcionamiento del Transistor (continuación…)
En la región de saturación las dos uniones se
encuentra en directa por lo que se dejan de cumplir
las relaciones de activa.
A efectos prácticos, se considera que el VBE=VBEsat=0,8V
y VCE=VCEsat=0,2V; y que la corriente en el colector ya no
cumple con la función de activa:
BdcC II
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Efecto Early
También conocido como efecto de modulación de
anchura de la base, expresa que se pueden producir
variaciones en la tensión colector-base, lo que
provoca que cambie la anchura efectiva de la base.
Esta variación genera otra variación en la curva del diodo
formado por la base y el colector.
Base
Emisor Colector
WB WB
VCB
IB
VBE
∆VCB
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Ruptura de un Transistor
Ruptura por avalancha: si se aplica una tensión inversa muy elevada a cualquiera de las uniones pn se puede generar el efecto avalancha. La unión base-emisor es especialmente sensible debido a la
alta impurificación del emisor.
Ruptura por perforación de base: puede ocurrir que debido a la corriente entre el colector y la base, desaparezca completamente la anchura de la base del transistor. El transistor se destruye debido a que la corriente que circula
entre el emisor y el colector que será muy elevada.Base
Emisor Colector
WB
VCB
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Potencia Disipada por un Transistor
Teniendo en cuenta solo el régimen continuo, la
potencia disipada por cualquier dispositivo es:
En el caso del transistor, la potencia disipada viene
dada por la corriente del colector multiplicada por la
tensión entre el colector y el emisor:
IVP
CCE IVP
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Subíndices dobles y simples
En los circuitos de transistor se usa la notación de
doble índice:
Cuando los subíndices son iguales, la tensión representa
una fuente de alimentación (VBB o VCC).
Cuando los subíndices son distintos, representan la
tensión entre los dos puntos especificados (VBE o VCE).
Los subíndices simples se emplean para designar la
tensión de nodo; es decir, la tensión entre el punto
especificado por el subíndice y la tierra (VE o VC).
Ejemplo de subíndices dobles y simples:
ECCE VVV
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El transistor en Emisor Común
Se llama de emisor común porque el lado común o
la tierra de cada una de las fuentes está conectada
al emisor.
La malla de la izquierda es la malla de la base o malla de
entrada.
La malla de la derecha es la malla del colector o malla de
salida.
+
p
n
n
E
C
B
+
VBB
VCC
RC
RB
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El transistor en Emisor Común (continuación…)
La fuente de la base polariza en directa el diodo del
emisor con RB como limitador de corriente.
Cambiando VBB o RB se puede cambiar la corriente de
base; y por tanto cambiar la corriente del colector.
En la malla del colector, la fuente VCC polariza en
inversa el diodo del colector a través de RC.
El colector debe ser positivo para recolectar la mayor
parte de electrones libres inyectados en la base.
La corriente de base controla la corriente del colector; esto
significa que una corriente pequeña (de base) controla una
corriente muy grande (de colector).
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Malla de entrada
Se trata de un diodo polarizado en directa por lo que
se pueden aplicar las mismas aproximaciones.
+ n
n
E
C
B
+
VBB
VCC
RC
RB
p
B
BEBBB
R
VVI
IB
VBEVBE
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Malla de entrada (continuación…)
Ejemplo 1:
Calcular la corriente de base en el siguiente circuito
(VBE=0,7V).
¿Cual es la caída de tensión en la resistencia de base?
¿Cuál es la corriente en el colector si βdc=200?
mA,μAI
V,V,VV
μAK
V,VI
C
RB
B
6213200
31702
13100
702
Q1BC547
RB
100K
RC
1k
VBB2V
VCC10V
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Malla de salida
Dependiendo de la corriente de la base, tendremos una curva diferente.
A partir de un valor de VCE, un aumento de VCE no puede aumentar la corriente del colector; el colector sólo puede absorber los electrones que el emisor inyecta en la base.
El número de electrones libres solo depende de la malla de entrada.
+
p
n
n
E
C
B
+
VBB
VCC
RC
RB
IC
VCE
IB=0
IB=10μA
IB=20μA
IB=30μA
IB=40μA
IB=50μA
CCCCCE RIVV
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Malla de salida (continuación…)
Ejemplo 2:
Calcular la tensión VCE y la potencia disipada por el
transistor (VBE=0,7V y βdc=200).
mW,mA,V,P
V,KmA,VV
mA,μAI
V,V,VV
μAK
V,VI
D
CE
C
RB
B
24196247
4716210
6213200
31702
13100
702
Q1BC547
RB
100K
RC
1k
VBB2V
VCC10V
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Zonas de trabajo
Zona de corte: la corriente en el colector es prácticamente 0.
Existe una pequeña corriente inversa en el diodo del colector.
Zona de saturación: VCE toma valores entre 0 y unas decimas de voltios.
El diodo del colector no tiene suficiente tensión positiva como para capturar todo los electrones libres inyectados en la base.
Zona Activa: VCE toma valores superiores a unas decimas de voltios y la corriente del colector no es 0.
El colector recoge todos los electrones libres inyectado por el emisor en la base. IC
VCE
Zona Activa
Zona d
e
Satu
ració
n
Zona de Corte
Zona de ruptura
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1ª Aproximación
Se toma el diodo emisor como ideal.
En colector actúa como una fuente de corriente que bombea una corriente β·IB a través de la resistencia del colector.
Circuito equivalente:
Curvas de las mallas de entrada y salida:
IB
VBE
IC
VCE
VBE VCE
+ +
- -
β·IB
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2ª Aproximación
Se toma el diodo emisor en 2ª aproximación
Circuito equivalente:
Curvas de las mallas de entrada y salida
IC
VCE
VBE VCE
+ +
- -
β·IB
IB
VBEVBE
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3ª Aproximación
Se tienen en cuenta las resistencias internas. Las relaciones entre tensiones y corrientes varía; por lo que la
tensión para entrar en la zona activa será cada vez mayor.
Circuito equivalente:
Curvas de las mallas de entrada y salida:
IC
VCE
VBE VCE
+ +
- -
Rb Rc
β·IB
IB
VBEVBE
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Fototransistor
Es un transistor cuya base se polariza con la luz.
Es más sensible que un fotodiodo, detecta un mayor
rango de variaciones pero es más lento.
Símbolo electrónico:
En ausencia de luz se encuentra en corte mientras
que con máxima luz en saturación.