1

Tema 5: Transistor Bipolar de

Unión (BJT) Contenidos

5.1 Introducción

5.2 Funcionamiento del transistor en

Zona Activa Directa

5.3 Modelo de Corrientes del Transistor.

Modelo de Ebers-Moll

5.4 Modos o Zonas de Operación

5.5 Modelos Spice

5.6 Ejemplos de puntos de operación

2

5.1 Introducción

• BJT (Bipolar Junction Transistor)

• Los transistores de unión bipolares, son dispositivos de estado sólido de tres

terminales usados en circuitos de conmutación y procesado de señal. Existen 2 tipos

transistores bipolares: transistores NPN y transistores PNP

• El transistor se ha convertido en el dispositivo más empleado en electrónica, a la vez

que se han ido incrementando sus capacidades de manejar potencias y frecuencias

elevadas, con gran fiabilidad. (No existe desgaste por partes móviles).

• Su reducido tamaño ha permitido integrar millones de ellos en un solo C.I.

• Los transistores son dispositivos activos con características altamente no lineales.

• Efecto Transistor: el transistor es un dispositivo cuya resistencia interna puede variar

en función de la señal de entrada. Esta variación de resistencia provoca que sea capaz

de regular la corriente que circula por el circuito al que está conectado:

Transfer Resistor.

3

Replica del primer transistor de válvula

Estructura simplificada de un transistor NPN

Estructura real de un

transistor PNP

NPN

Símbolos del

Transistor

Bipolar de Unión

PNP

nE > pB > nC

pE > nB > pC

4

5.2 Funcionamiento del transistor en

Zona Activa Directa

IE IB

IC

peo

nbo

pco

0 WB W

neo > pbo > nco

nb (0)

pe

nb

pc

W ↑↓

5

Suponemos: • W~WB; W↓

• Baja inyección en la base, nb(0) <<pbo

• No hay caída de potencial en las zonas neutras

0)()(

)0(

WnenWn

enn

b

VV

bob

VV

bob

TE

BC

TE

BE

Ley de la Unión

00

0

0

1)(

1)0(

)()(

b

VV

bb

VV

bb

bbb

nenWn

enn

nxnxn

TE

BC

TE

BE

W↓

n’b(0) >> n’b(W)

W

n

W

Wnn

dx

nd bbb )0()()0(

6

0

x

bbC

dx

ndqADI

10

TE

BEV

V

bbC e

W

nqADI

Si W↓ → Poca recombinación-generación → IC ~ IE

IB = IE - IC ~ 0

Intensidad de Colector en Modo Activo Directo

7

Exceso de Carga en la Base

⌂ QF ≡ Exceso de Carga en la Base

W

bbF

nqAWdxxnqAQ

0 2

)0()(

10

TE

BEV

V

bbC e

W

nqADI

C

b

F ID

WQ

2

2

⌂ τF ≡ Tiempo de transito en sentido directo

b

FD

W

2

2

F

FC

QI

Modelo de Control de Carga

IC se encarga de mantener el exceso de portadores

8

Corriente de Base

En general interesa que IB sea lo más PEQUEÑO posible, sin embargo

en la realidad NO es 0

BCBEBBB IIII IB está compuesto por 3 componentes:

IBB

Algunos minoritarios (e-) en su tránsito por la base se recombinan,

para reemplazar estos huecos hay que suministrar una corriente externa, IBB

b

BB

W

b

b

B

BBB

WIdx

xnqA

QI

0

)(

IBE

Corriente de difusión de los huecos desde la base al emisor

DE

DE

ieBE

VV

e

eeBE N

N

npIe

L

pqADI

TE

BE 2

00 1

IBC

Corriente de difusión de los huecos desde la base al colector

BCBC

VV

c

ccBC IVe

L

pqADI

TE

BC

010

9

5.3 Modelo de Corrientes del Transistor

Modelo de Ebers-Moll

C

DEIEICI

BIB

E

DCI

DEF IDCR I

n p n E

B

C

C

DEIEICI

BIB

E

DCI

DCR IDEF I

p n p E

B

C

DCDEFC

DCRDEE

III

III

DCDEFC

DCRDEE

III

III

10

Modelo de Corrientes del Transistor

Modelo de Ebers-Moll

DCDEFC

DCRDEE

III

III

DCDEFC

DCRDEE

III

III

Transistor NPN Transistor PNP

)1()1(

)1()1(

TE

BC

TE

BE

TE

BC

TE

BE

VV

CS

VV

ESFC

VV

CSR

VV

ESE

eIeII

eIeII

)1()1(

)1()1(

TE

CB

TE

EB

TE

CB

TE

EB

VV

CS

VV

ESFC

VV

CSR

VV

ESE

eIeII

eIeII

Teorema de Reciprocidad

CSRESF II

Valores Típicos: αF=0.99 αR=0.66 IES=10-15 A ICS=10-15 A

11

5.4 Modos o Zonas de Operación

, Directa

OBJETIVO: Encontrar un MODELO LINEAL

para el transistor en cada modo de operación

12

Zona Activa Directa

)1()1(

)1()1(

TE

BC

TE

BE

TE

BC

TE

BE

VV

CS

VV

ESFC

VV

CSR

VV

ESE

eIeII

eIeII

VBE > Vdon

VBC < 0

CS

VV

ESFC

CSR

VV

ESE

IeII

IeII

TE

BE

TE

BE

Despejando el término exponencial de la primera y sustituyéndolo en la segunda:

00

0

0

1

1

1)1(

)(

C

F

B

F

FCCBFCFC

CBE

RFCSC

CEFC

CSCSREFC

IIIIIII

III

II

III

IIII

F

FF

COFBFC III

1

)1( ⌂ βF ≡Ganancia de Corriente

en directo, β

Ecuaciones de Ebers-Moll

F

13

Zona Activa Directa

EC

B

EC

B

COFBFC III )1(

donV

Valores Típicos:

)1(

]7.0,5.0[

]300,50[

0 FCBF

don

F

II

VV

14

Zona Activa Inversa

)1()1(

)1()1(

TE

BC

TE

BE

TE

BC

TE

BE

VV

CS

VV

ESFC

VV

CSR

VV

ESE

eIeII

eIeII

VBC > Vdon

VBE < 0

TE

BC

TE

BC

VV

CSESFC

VV

CSRESE

eIII

eIII

)1(

1

)1(

RFESEO

R

RR

EORBRE

II

III

⌂ βR ≡Ganancia de Corriente

en inverso

R

C E

B

C E

B

0)1( ERBRE III donVE C B

Valores Típicos:

)1(

]7.0,5.0[

]10,1[

0 REBR

don

R

II

VV

15

Zona Corte

)1()1(

)1()1(

TE

BC

TE

BE

TE

BC

TE

BE

VV

CS

VV

ESFC

VV

CSR

VV

ESE

eIeII

eIeII

VBC < 0

VBE < 0 CSESFC

CSRESE

III

III

0

0

0

CEB

C

E

III

I

I

B

C E

B

16

Zona Saturación

)1()1(

)1()1(

TE

BC

TE

BE

TE

BC

TE

BE

VV

CS

VV

ESFC

VV

CSR

VV

ESE

eIeII

eIeII

VBC > Vdon

VBE > Vdon

B

Valores Típicos:

VV

VV

satCE

satBE

]2.0,05.0[

]8.0,7.0[

)(

)(

TE

BC

TE

BE

TE

BC

TE

BE

VV

CS

VV

ESFC

VV

CSR

VV

ESE

eIeII

eIeII

¡¡ No se pueden simplificar más !!

BECBCE VVV

R

Te

RB

C

RB

C

RTesatCE V

I

I

I

I

VV

1ln

11

11

ln)(

C

EB

)(satCEV

)(satBEVBC II

17

Gráficas de Intensidad

18

Tensión Early

A

CEBFC

A

CECOFBFC

V

VII

V

VIII

1

1)1(

⌂ VA ≡ Tensión Early o Factor de

Modulación de la Base

VA ↑↑ (>30V), es la pendiente de la curva en Z. Activa

19

Condiciones a Verificar

20

DCI

DEI

DEF I

DCRI

br

cr

er

cbr

ebr

B

C

E

BCQ

BEQ

CI

EI

br

cr

er

B

C

E

Modelo Ebers-Moll, incluyendo

efectos de 2º orden Modelo dinámico del BJT en Spice

dVVCeIQ

dVVCeIQ

mcV

cjc

VV

SRBC

meV

eje

VV

SFBE

BCTE

BC

BETE

BE

00

00

1)1(

1)1(

5.5 Modelos SPICE

mc

c

BC

jc

TE

VV

SR

BC

BCBC

me

e

BE

je

TE

VV

SF

BE

BEBE

V

C

V

eI

dV

dQC

V

C

V

eI

dV

dQC

TE

BC

TE

BE

1

1

0

0