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EL TRANSISTOR BIPOLAR.Tema 4
BJT (Bipolar Junction Transistor)1.- Introducción.
2.- Componentes de las corrientes
2.1.- Corrientes en la zona activa.Co e tes e a o a act a2.2.- Ecuación generalizada del transistor.
3.- Curvas características.
3.1.- Configuración en base común.3.2.- Configuración en emisor común.
4.- Punto de funcionamiento.
5.- Polarización del transistor.
6.- El transistor como amplificador y como interruptor.
6.1.- El transistor como amplificador.6 t a s sto co o a p cado6.2.- El transistor como interruptor.
1
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1.- Introducción.
Transistor pnp Emisor = Zona que emite portadoresmayoritarios e- en un npn yh+ en un pnp.Es la zona más dopada
Base = Zona muy estrecha que debedejar pasar hacia el colectorla mayoría de los portadores
Transistor npn
la mayoría de los portadoresinyectados por el emisor.Tiene un dopaje intermedio
Colector = Zona encargada de recogerlos portadores que inyectadospor el emisor han atravesadola base.
Tema 4.- El Transistor Bipolar
Es la zona menos dopada.
2
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Símbolos y sentidos de las corrientes.
1.- Introducción.
pnp npn
Tema 4.- El Transistor Bipolar
pnp npn
3
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1.- Introducción.Zonas de Funcionamiento.
JE JC Zona de trabajoDirecta Inversa ActivaDirecta Directa S t ióDirecta Directa SaturaciónInversa Inversa CorteInversa Directa Activa inversa
Tema 4.- El Transistor Bipolar4
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2.- Componentes de las corrientes.2.1.- Componentes de las corrientes en la zona activa.
Unión de emisor polarizada en directa Unión de colector polarizada en inversa
Tema 4.- El Transistor Bipolar5
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2.- Componentes de las corrientes.2.1.- Componentes de las corrientes en la zona activa.
huecosinyectados
huecosdifundidos
huecosrecolectados
IE = IpE + InE IC = IpC + ICOIB = InE + (IpE – IpC) - ICO
ICO = Corriente de fugas (Corriente de colector con el emisor en circuito abierto)
Tema 4.- El Transistor Bipolar6
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2.1.- Componentes de las corrientes en la zona activa.
2.- Componentes de las corrientes.
IC = IpC + ICOI I
IC = α·IE + ICO
C CO
E
I II 0−
α =−
0,9 0,998≤ α ≤
IC ≈ α·IE
α = Ganancia de corriente para grandes señales.α Ganancia de corriente para grandes señales.
Fracción de corriente que inyectada por el emisor lega al colector.
Relación entre el incremento de la corriente de colector desde el corte(IC = ICO) y la variación de la corriente de emisor desde el corte (IE = 0)
Tema 4.- El Transistor Bipolar7
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2.2.- Ecuación generalizada del transistor.
2.- Componentes de las corrientes.
CBC F E CO
VI I I exp 1⎛ ⎞
= α ⋅ − −⎜ ⎟C F E COT
pV⎜ ⎟
⎝ ⎠
VV⎛ ⎞ ⎛ ⎞CBEBC F EO CO
T T
VVI I exp 1 I exp 1V V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= α ⋅ − − −⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
Tema 4.- El Transistor Bipolar8
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2.- Componentes de las corrientes.
Se necesitan dos circuitos de polarización para polarizar las dos uniones
En función del terminal común a los dos circuitos surgenglas distintas configuraciones
Base Común
C l t C ú
Tema 4.- El Transistor Bipolar
Emisor Común Colector Común
9
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Característica de Entrada. Base Común
( )I V V= f ( )E EB CBI V V= f ,
Tema 4.- El Transistor Bipolar10
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Característica de Entrada. Base ComúnEfecto Early o de modulación de anchura de la base.
| VCB2 | > | VCB1 |
WB2 < WB1
Tema 4.- El Transistor Bipolar11
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Característica de Entrada. Base ComúnEfecto Early o de modulación de anchura de la base.
Los huecos inyectados por el emisor, en la base se mueven por difusiónLa corriente de difusión es proporcional al gradiente de la concentraciónp p g
ndpJ K=| VCB2 | > | VCB1 |
PE1J Kdx
=
WB2 < WB1
PE2 PE1J J>
WB2 WB1
I > I
ndpJ K
PE2 PE1 IE2 > IE1
nPE2
pJ Kdx
=
Tema 4.- El Transistor Bipolar12
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Característica de Salida. Base Común
( )I V If ( )C CB EI V I= f ,
Tema 4.- El Transistor Bipolar13
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Característica de Salida. Base Común
Región de Corte
ICBO = Corriente entre la base y el colectorcon el emisor en circuito abierto
Región activa
IC = α·IE + ICO
0,9 0,998≤ α ≤IC ≈ α·IE
IC ≈ IE
IC No depende de VCB
Tema 4.- El Transistor Bipolar
C p CB
14
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Región de saturación
Característica de Salida. Base Común
Región de saturación
VCB < 0,6 VCB ,
V 0 7 VVCB = 0,7 V
VCB = 0,8 V
Tema 4.- El Transistor Bipolar15
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Efecto Early o de modulación de anchura de la base.
Característica de Salida. Base Común
| VCB2 | > | VCB1 | WB2 < WB1 α2 > α1 IC2 > IC1
Tema 4.- El Transistor Bipolar16
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Característica de Entrada. Emisor Común
( )B BE CEI V Vf ,=
Tema 4.- El Transistor Bipolar17
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Característica de Entrada. Emisor ComúnEfecto Early o de modulación de anchura de la base.
VCE = VBE + VCB
VCE ↑ ⇒ VCB ↑
V ↑ W ↓VCB ↑ ⇒ WB↓
WB↓ ⇒ α↑WB↓ ⇒ α↑
α↑ ⇒ IB ↓
Tema 4.- El Transistor Bipolar
B
18
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Característica de Salida. Emisor Común
( )I V If ( )C CE BI V If ,=
Tema 4.- El Transistor Bipolar19
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Región activa
Característica de Salida. Emisor Común
Región activa
I I I 1= α + ⎫C E COC B CO
E B C
I I I 1I I II I I 1 1
= α ⋅ + ⎫ α= +⎬= + −α −α⎭
I I1α
β =−α
( )C B COI I 1 I= β + β + C CO
B CO
I II I
−β =
+
Despreciando ICO C BI I= β ⋅ No depende de VCE
Tema 4.- El Transistor Bipolar20
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Región activa
Característica de Salida. Emisor Común
Región activa
9 4991α ⎫β = ⎪ ≤ β ≤−α ⎬ 9 4991
0 9 0 998, ,≤ β ≤−α ⎬
⎪≤ α ≤ ⎭
Δ 0 1 %α1 = 0,995 α2 = 0,996
Δα = 0,1 %
Δβ = 25 %
Pequeñas variaciones de α ⇒ grandes variaciones de β
β1 = 199 β2 = 249Δβ = 25 %
Pequeñas variaciones de α ⇒ grandes variaciones de β
β varía mucho de un transistor a otro
C COI II I
−β =
+C
FEIhI
= FEh = β
Tema 4.- El Transistor Bipolar
B COI I+BI FE
21
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Característica de Salida. Emisor Común
Región de Corte No hay corrientes por el transistor1I I I 1
α ⎫= + ⎪
( )( )C B CO
C CO CO
C B CO
CEOII I I 11 1 I I 1 I
1I I 1 I
= + ⎪−α −α = = β + =⎬ −α⎪= β + β + ⎭
CCEO O puede ser hasta 500I I= ⋅
Región de saturaciónEn 0,2 V las corrientes de colector se anulan
I I< βCsat BI I< β ⋅
Tema 4.- El Transistor Bipolar22
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Característica de Salida. Emisor ComúnEfecto Early o de modulación de anchura de la base.
VCE ↑ ⇒ VCB ↑VCE = VBE + VCB
VCB ↑ ⇒ WB↓
WB↓ ⇒ α↑
α↑ ⇒ β ↑ ↑
Tema 4.- El Transistor Bipolar23
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4.1.- Punto de funcionamiento.
Tema 4.- El Transistor Bipolar24
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4.2.- Curva de puntos característicos.
VCE, sat VBE,sat ≡ Vσ VBE, activa VBE, umbral ≡ Vγ VBE, corteSi 0,2 0,8 0,7 0,5 0,0
Tema 4.- El Transistor Bipolar
Ge 0,1 0,3 0,2 0,1 -0,1
25
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Modelo del transistor ideal.
BE BE ON CV V I 0
V V I I,< ⇒ =
> ⇒ β⎧⎪
Corte
ActivaCE CE sat C BBE BE ON
CE CE sat C B
V V I IV V
V V I I,
,,
> ⇒ = β⋅⎧⎪= ⎨ < ⇒ < β⋅⎪⎩
Activa
Saturación
Tema 4.- El Transistor Bipolar26
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5.- Polarización del transistor.
Consiste en fijar el punto de trabajoen ausencia de señal de entrada
H l t QHay que procurar que el punto Qsea los más estable posible
Tema 4.- El Transistor Bipolar27
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5.1.- Circuitos de polarización.
Con REPolarización de baseCon RE
Polarización por divisor de tensiónPolarización por divisor de tensión
Tema 4.- El Transistor Bipolar28
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Polarización por
5.1.- Circuitos de polarización.
Polarización porrealimentación de emisor
Polarización porrealimentación de colector(autopolarización)
Polarización de emisorcon dos fuentes de tensión
Tema 4.- El Transistor Bipolar29
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5.2.- Polarización de base (polarización fija).
CC CE C CV V R I= + ⋅
De la malla de entrada
V VCC BE B BV V R I= + ⋅ CC BE
BB
V VIR−
=
Tema 4.- El Transistor Bipolar30
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5.2.- Polarización de base (polarización fija).Dependencia con β.
CC BEV V−
CC BEV VI I I −β β
CC BEB
B
V VIR
=
CC BEC B C
BI I I
R= β ⋅ ⇒ = ⋅β
T2 > T1T2 > T1
Si T ↑ β ↑
El punto Q no es estable frente a las variaciones de β
Tema 4.- El Transistor Bipolar
El punto Q no es estable frente a las variaciones de β
31
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Influencia de VCC.
5.2.- Polarización de base (polarización fija).
CC
3 2 1CC CC CCV V V> >
Cuanto mayor sea VCC mayor será el desplazamiento del punto Q ante unavariación de β
Tema 4.- El Transistor Bipolar
variación de β
32
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Influencia de RC.
5.2.- Polarización de base (polarización fija).
C
3 2 1C C CR R R> >
Cuanto mayor sea RC menor será el desplazamiento del punto Q ante unavariación de β
Tema 4.- El Transistor Bipolar
variación de β
33
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Influencia de RB. V
5.2.- Polarización de base (polarización fija).
BCC
C satC
VIR, <
CC BE CC BEB C C1 C sat
B C
V V V VR R I IR R ,− −
= β ⋅ → = = ≈
ββCC BE CC BE
B C C2B C
V V V VR R I SaturaciónR R− −
< β ⋅ → = > ⇒
Tema 4.- El Transistor Bipolar
B CRβ
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5.3.- Polarización de base con RE.
CC E E BE B BV R I V R I cte.= ⋅ + + ⋅ =
E B CE C E C
C B
I I I 1I I I II I= + ⎫ β +
= ⋅ ⇒ ≈⎬= β ⋅ β⎭C BI Iβ β⎭
ESi Iβ ↑ ⇒ ↑ESi Iβ ↑ ⇒ ↑
E E B B CSi R I R I I ⋅ ↑ ⇒ ⋅ ↓ ⇒ ↓E E B B C
El circuito reacciona oponiéndose a la causah i i d l t b ió
Tema 4.- El Transistor Bipolar
que ha originado la perturbación
35
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5.3.- Polarización de base con RE.
V R I V R I+ +CC E E CE C CV R I V R I= ⋅ + + ⋅
E CI I≈E C
( )CC E C C CEV R R I V= + ⋅ +
B BR RSi R R 100⎛ ⎞⎜ ⎟
CC E E BE B BV R I V R II V V
= ⋅ + + ⋅ ⎫⎪
⎧ ⎪
B BE ESi R R 100⎛ ⎞>> >⎜ ⎟β β⎝ ⎠
CC BEV V−C CC BE
C B B CB
EE C
I V VI I I I RRSi 1 I I,
−⎧ ⎪= β ⋅ ⇒ = =⎬⎪ β⎨ ⎪ +⎪ β⎪β >> ≈⎩ ⎭
CC BEC
E
V VIR
=
Circuito Estable
Tema 4.- El Transistor Bipolar
E C,β⎩ ⎭ Circuito Estable
36
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5.4.- Polarización por divisor de tensión.
Aplicamos Theveninentre A y Bentre A y B
R R1 2TH 1 2
1 2
R RR R RR R
// ⋅= =
+
CC 2TH
1 2
V RVR R
⋅=
+
Tema 4.- El Transistor Bipolar
1 2
37
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V R I V R I= + +
5.4.- Polarización por divisor de tensión.
TH E E BE TH BV R I V R I= ⋅ + + ⋅
E B CE C E C
I I I 1I I I I= + ⎫ β +
= ⋅ ⇒ ≈⎬ E C E CC BI I
⇒⎬= β⋅ β⎭
TH BEV VI −TH BEC
THE
I RR=
+β
TH THE E
R RSi R R 100⎛ ⎞>> >⎜ ⎟β β⎝ ⎠
TH BEC
V VIR−
=β β⎝ ⎠ ER
Circuito EstableTH E1R R
100< β ⋅
100
Divisor firmeTH E1R R
10< β ⋅
Tema 4.- El Transistor Bipolar
TH E10β
38
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5.4.- Polarización por divisor de tensión.
1 2TH 1 2
1 2
R RR R RR R
// ⋅= =
+1 2
1 2R R>
1 2 2TH 2
2
R R RR RRR R⋅
= = ≈+ 21 2
1
RR R 1R
+ +
Circuito Estable2 E
1R R100
< β ⋅
Divisor firme2 E
1R R10
< β ⋅
Tema 4.- El Transistor Bipolar
10
39
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6.1.- El transistor como amplificador.
Tema 4.- El Transistor Bipolar40
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6.1.- El transistor como amplificador.
Tema 4.- El Transistor Bipolar41
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6.1.- El transistor como amplificador.
Distorsión por Corte
Tema 4.- El Transistor Bipolar42
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6.1.- El transistor como amplificador.
Distorsión por Saturación
Tema 4.- El Transistor Bipolar43
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6.1.- El transistor como interruptor.
Se trata de que el transistor trabajeSe trata de que el transistor trabajeen corte (Q1) o en saturación (Q2)
Si vi = 0 ⇒ VBE = 0 ⇒ IB = 0 ⇒ IC = 0 (Q1)⇒ VO =VCC
Si vi = VCC ⇒ IB ↑↑ ⇒ Saturación (Q2) ⇒ VCE = 0,2 V ≈ 0 V
Tema 4.- El Transistor Bipolar44