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UNIVERSIDAD DE LEON
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Luis Ángel Esquibel TomilloElectrónica Básica, Industrial e Informática
TEMA 4:
EL TRANSISTOR BIPOLAR
Curso 2006/07 Electrónica Básica, Industrial e Informática © Luis Ángel Esquibel 2
1- Introducción y Símbolo
• Se basa en la utilización de 2 uniones p-n.
• Ofrece tres terminales: Emisor, Base y Colector.• La flecha entre emisor y base indica el
semiconductor de tipo N.
N N NP P PE
B
C C
B
E
E
B
C
E
B
C
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2 - Funcionamiento del Transistor NPN (I)
• Aunque el transistor PNP es más fácil de fabricar, debido a sus mejores características el más utilizado es el NPN.
• Para la explicación de su funcionamiento utilizaremos los sentidos reales de la corriente eléctrica.
• En los semiconductores tipo N, los portadores mayoritarios son electrones (e-), mientras que en los de tipo P, los portadores mayoritarios son los Huecos (+).
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2 - Funcionamiento del Transistor NPN (II)
• En un transistor NPN:– El EMISOR está fuertemente Dopado.– La BASE esta muy poco Dopada y es muy
estrecha= 5%.– El dopaje del colector es medio. Su tamaño
es muy grande respecto a los otros dos.
EMISOR TIPO N
COLECTOR TIPO N
BASE
P
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2 - Funcionamiento del Transistor NPN (III)
• Un transistor sin polarizar, es como dos diodos contrapuestos.
• Dependiendo de la polarización obtendremos unas corrientes diferentes en el transistor .
• Entre Emisor y Base aplicaremos una polarización directa. Entre Base y colector polarizaremos la unión en Inverso
n p nn
pn
ColectorBase
Emis
E
B
C
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2 - Funcionamiento del Transistor NPN (IV)
• 1-Corriente de (e-) entre Emisor y Base.• La unión P-N está polarizada en directo, trabaja como
un diodo.• Al estar el emisor muy dopado inyecta una gran cantidad
de (e-) en la base.B E
+ + + + + ++
+ + + + + ++
- - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - -
+ +- -
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2 - Funcionamiento del Transistor NPN (IV)
• 1-Corriente de (e-) entre Emisor y Base.• Al ser la base tan estrecha y estar poco
dopada (para que no haya recombinación) la mayor parte de los (e-)que salen del emisor van a la otra unión p-n (Base -Colector ) que está polarizada en inverso.
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2 - Funcionamiento del Transistor NPN (V)
• 2- Corriente entre la Base y el Colector• La base inyectará en el colector e- libres
(minoritarios). Esta corriente se ve reforzada por los (e-) libres que han salido del emisor y han atravesado la base.
B C+ + + + + ++
+ + + + + ++
- - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - -
+ +- - - - - - -
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3-Propiedades del Transistor
• Voy a controlar el transistor en la polarización E-B. Con una pequeña corriente de base controlo una gran corriente de colector. Ic ~ 200 x Ib.
Ie
Ib
Ic
Ie
Ib
IcSentido Real S. Convencional
(Cálculos)
EMISOR TIPO N
COLECTOR TIPO N
BASE
P
Sentido Real
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4-Componentes de la corriente en un transistor NPN
• Hay que analizar cada unión P-N
• Entre Emisor y Base, Polarización directa.– A)Corriente de electrones InE que sale del emisor. Valor
grande porque el emisor está muy dopado. La mayor parte (95%) llegará al colector InC, el resto (5%) se dirigirá hacia la base.
COLECTOR
BASE
P Sentido Real
EMISOR
TIPO N TIPO N
- - - - - - - -- - - - - - - -- - - - - - - -
+ + + + + +
+ + + + + - - -
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4-Componentes de la corriente en un transistor NPN
• Hay que analizar cada unión P-N
• Entre Emisor y Base, Polarización directa.– A)Corriente de electrones InE que sale del emisor. Valor
grande porque el emisor está muy dopado. Parte (95%) llegará al colector InC, el resto (5%) se dirigirá hacia la base InB.
COLECTOR
BASE
P Sentido Real
EMISOR
TIPO N TIPO N
- - - - - - - -- - - - - - - -- - - - - - - -
+ + + + + +
+ + + + + - - ---------------------------------
InE InB
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4-Componentes de la corriente en un transistor NPN
• Hay que analizar cada unión P-N
• Entre Emisor y Base, Polarización directa.– B)Corriente de huecos IpE que sale de la base hacia el
emisor. Valor pequeño la base está poco dopada.
COLECTOR
BASE
P Sentido Real
EMISOR
TIPO N TIPO N
- - - - - - - -- - - - - - - -- - - - - - - -
+ + + + + +
+ + + + + - - -
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--------------------------------
4-Componentes de la corriente en un transistor NPN
• Hay que analizar cada unión P-N
• Entre Emisor y base, Polarización directa.– B)Corriente de huecos IpE que sale de la base hacia el
emisor. Valor pequeño la base está poco dopada.
COLECTOR
BASE
P Sentido Real
EMISOR
TIPO N TIPO N
- - - - - - - -- - - - - - - -- - - - - - - -
+ + + + + +
+ + + + + - - -
InE InB
IpE
+ +
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--------------------------------
4-Componentes de la corriente en un transistor NPN
• Hay que analizar cada unión P-N
• Entre Base y Colector, Polarización Inversa.– C)Corriente de electrones InC. Se ven atraidos por el
potencial positivo de la fuente. EL 95% de los e- que salieron del emisor hacia la base.
COLECTOR
BASE
P Sentido Real
EMISOR
TIPO N TIPO N
- - - - - - - -- - - - - - - -- - - - - - - -
+ + + + +- - -
InE
InB
+ +
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• Hay que analizar cada unión P-N
• Entre Base y Colector, Polarización Inversa.– C)Corriente de electrones InC. Se ven atraídos por el
potencial positivo de la fuente. EL 95% de los e- que salieron del emisor hacia la base.
4-Componentes de la corriente en un transistor NPN
COLECTOR
BASE
P Sentido Real
EMISOR
TIPO N TIPO N
- - - - - - - -- - - - - - - -- - - - - - - -
+ + + + +- - -
InE
InB
+ +
-------- ------------------------
InC
InC= InE-InB
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• Hay que analizar cada unión P-N
• Entre Base y Colector, Polarización Inversa.– D)Corriente de Minoritarios. Los portadores minoritarios
de la base y colector circulan al estar polarizados en inversa. Cobran importancia si aumenta la Temperatura. IpE, InB.
4-Componentes de la corriente en un transistor NPN
COLECTOR
BASE
P Sentido Real
EMISOR
TIPO N TIPO N
- - - - - - - -- - - - - - - -- - - - - - - -
+ + + + - - -
InE
InB
+ +
IpE
-------- ------------------------
InC
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5- Formas de Conexión de un transistor
• Hay tres configuraciones para conectar un transistor :– Emisor Común (EC). La más utilizada.EL transistor
con una pequeña Vbe gestiona una gran Vce.
Ie
IcIb
- Base Común- Colector Común.
Rb RcVcc
Vbb
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6- Curvas Características de Salida de un transistor (I)
• Tenemos 2 fuentes variables y suponemos que partimos de tensiones 0, Vbc=0 y Vbe=0
• Si no tengo tensión no está polarizadas la uniones p-n, I=0.
• Para una Vbe determinada, al ir incrementando la Vbc desde 0 irá aumentando la corriente que circula de la B al C hasta que llegue a absorber toda la corriente que parte del emisor hacia la base y se estabiliza.
p
n p nE
B
C
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6- Curvas Características de Salida de un transistor (II)
• Cuanto más pequeño sea el valor de Vbe, más pequeña es la corriente de estabilización del colector.
Ic
Vce
Vbe3=Cte.
Vbe2=Cte.
Vbe1=Cte.
Vbe3>Vbe2> Vb1Ic3
Ic2
Ic1
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6- Curvas Características de Salida de un transistor (III)
• Cuando en un dispositivo hay una variable que varia poco y otra que varía mucho , se utiliza la que varía mucho.En vez de referirnos a Vbe nos referimos a Ib.
• El transistor Bipolar es un dispositivo controlado en corriente a la entrada.
Ic Vbe3>Vbe2> Vb1 Ib3Ic3 Ib2
Ic2Ib1
Ic1
Vce
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7-Relación de corrientes en un Transistor Bipolar
• Un transistor se denomina Bipolar porque hay 2 tipos de portadores: electrones libres (e-) y huecos.
1ª Ley de Kirchoff: Ib+Ic=Ie
Ib
IcIcb0=Corriente inversa que circula por la union p-n Base-Colector cuando el emisor está desconectado
Ic = ß Ib + Icb0 (1+ ß)
Ic ~ ß Ib ß=parámetro típico del TransistorIe
Ie= Ic + Ic/ ß ; Ie=Ic (1+1/ ß); Ie=Ic
A partir de ahora sólo consideraremos Ib e Ic en el transistor
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8- Zona de Funcionamiento del transistor (I)
• Las Limitaciones del Transistor son :
1- Existe una corriente máxima de colector Ic máx.
2- Hay una máxima tensión de EC posible. Vec máx.
3- La potencia máxima que puede disipar un transistor en el colector es : P máx = Vce Ic, una hipérbola cte=x y
Vce Ic
Ib
Vbe
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8- Zona de Funcionamiento del transistor (II)
• Pot Máx = Vmáx Ic máx
Ic
Vce
Ib3
Ib2Ib1
Ib3
VceMáx
Ic Máx
Ibx
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9- Punto de trabajo y Recta de Carga estática.
• Punto de trabajo.– Es el conjunto de valores de intensidad y tensión que
circula por un transistor en c.c. (Ic, Vce)• Recta de Carga estática.
– Es el lugar geométrico de todos los puntos de trabajo del transistor.
– Vienen definidos por una ecuación lineal cuya representación es una recta.
Vce
Ic Ib3Ib2Ib1