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Transistor BJT Introducción
Transistor bipolar de unión (BJT = Bipolar Junction Transistor)
Dispositivo semiconductor formado por 3 regiones dopadas alternativamente: npn (o pnp)
Acción transistor: Captación de portadores mayoritarios procedentes de una unión p-n polarizada en directa que los emite por otra unión p-n inversamente polarizada y muy cercana a la anterior
Dos tipos:
BJT npn BJT pnp
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Transistor BJT Introducción
Tres terminales: E = Emisor, B = Base, C = Colector No es simétrico: la concentración de portadores en E es generalmente
bastante mayor que en C La región central (B) es estrecha Sólo 2 tensiones y 2 corrientes independientes (leyes de Kirchhoff)
1710~DN1510~DN
1610~AN
μm5~1 μm10~5
μm1.0~
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ZAD
SATURACIÓNDIRECTA
ZAISATURACIÓN
INVERSA
CORTE
CORTE
Transistor BJT Introducción
4 modos de operación en función de la polarización de las 2 uniones p-n
BJT npn
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Transistor BJT Ecuaciones I-V
1β
/ TBC UV
R
S eI
TBCTBE UVUVS eeI //
EI
CI
BI
BEV
BCV
1β
/ TBE UV
F
S eI
1β
1β
// TBCTBE UV
R
SUV
F
SB e
Ie
II
TBCTBETBC UVUVS
UV
R
SC eeIe
II /// 1
β
Modelo circuitalgenérico
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ZAD,BEV
Transistor BJT Modos de operación
TBE UV
F
SB e
II /
β
BFC II β
BFE II )1β( 1
β/ TBC UV
R
S eI
TBCTBE UVUVS eeI //
EI
CI
BI
BEV
BCV
1β
/ TBE UV
F
S eI
BF Iβ
EI
CI
BI
BEV
BCV
F
SI
β
BF Iβ
EI
CI
BI
ZAD,BEV
BCV
Modelos circuitales simplificados
ZAD: VBE > 0, VBC < 0
XX
X
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ZAI,BCV
Transistor BJT
TBC UV
R
SB e
II /
β
BRE II β
BRC II )1β( 1
β/ TBC UV
R
S eI
TBCTBE UVUVS eeI //
EI
CI
BI
BEV
BCV
1β
/ TBE UV
F
S eI
BR Iβ
EI
CI
BI
BEV
BCV
R
SI
β
BR Iβ
EI
CI
BI
BEV
ZAI,BCV
ZAD,ZAI, BEBC VV
FR ββ
Modos de operación
Modelos circuitales simplificados
ZAI: VBE < 0, VBC > 0
XX
X
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TBC UV
R
S eI /
β
TBCTBE UVUVS eeI //
EI
CI
BI
BEV
BCV
TBE UV
F
S eI /
β
Transistor BJT
1β
/ TBC UV
R
S eI
TBCTBE UVUVS eeI //
EI
CI
BI
BEV
BCV
1β
/ TBE UV
F
S eI
satCE,V
EI
CI
BI
sat,BEV
BCV
ZAD,sat, BEBE VV
sat,CEV
Modos de operación
Modelos circuitales simplificados
Saturación: VBE > 0, VBC > 0
X
X
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Transistor BJT
1β
/ TBC UV
R
S eI
TBCTBE UVUVS eeI //
EI
CI
BI
BEV
BCV
1β
/ TBE UV
F
S eI
EI
CI
BI
BEV
BCV
Modos de operación
Modelos circuitales simplificados
Corte: VBE < 0, VBC < 0
X
X
X X
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Transistor BJT Modos de operación
4 modos de operación en función de la polarización de las 2 uniones p-n
Activa directa: El BJT actúa como amplificador de intensidad: IC = FIB con F ~ 100.
Fluyen corrientes por la unión BE y casi todos los e- emitidos por E son colectados en C.
Activa inversa: El BJT actúa como amplificador de intensidad: IE = -RIB con R ~ 1.
Fluyen corrientes por la unión BC y casi todos los e- emitidos por C son colectados en E, pero son menos que en ZAD.
Saturación: La ganancia en intensidad decae notablemente y la tensión entre C y E es baja (~corto).
Corte: Corrientes muy bajas en los tres terminales (~abiertos).
ZAD
SATURACIÓNDIRECTA
ZAISATURACIÓN
INVERSA
CORTE
CORTE
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Transistor BJT Características I-V
Característica de entrada
ZAD
SATURACIÓNDIRECTA
ZAISATURACIÓN
INVERSA
CORTE
CORTE
BEV
BI 0CEV
CEV
Característica de salida
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Transistor BJT Comportamiento en gran señal
Equivalentes circuitales en ZADMovimiento alrededor del punto de operación Punto de
operación
Gran señal
Pequeña señal
+
)()( tvVtV BCQBCBC )()( tvVtV BEQBEBE
)()( tiItI CQCC
)(,)(,)(,)(con tvtvtiti BCBECB
)()( tiItI BQBB
)(tIE
)(tIC
)(tVBE
)(tVBC)(tIBTBE UtV
SeI/)(
TBE UtV
F
S eI /)(
β
TBEQ UVSeI
/
EQI
CQI
BQI
BEQV
BCQV
TBEQ UV
F
S eI /
β
)(tiE
πr
)(tiC
)(tvBE
)(tvBC)(tiB
)(tvg BEm
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TBEQ UVSeI
/
EQI
CQI
BQI
BEQV
BCQV
TBEQ UV
F
S eI /
β
)(tiE
πr
)(tiC
)(tvBE
)(tvBC)(tiB
)(tvg BEm
Comportamiento en gran señalTransistor BJT
Conductancia de entrada
Transconductancia del BJT
T
BQ
T
UV
F
S
QBE
B
BE
B
U
I
U
eI
V
I
tv
tig
TBEQ
/
π βd
d
)(
)(
T
CQ
T
UVS
QBE
C
BE
Cm U
I
U
eI
V
I
tv
tig
TBEQ
/
d
d
)(
)(
Punto de operación
Pequeña señal
)()( π tirtv BBE
)(β)()( m titvgti BFBEC
TBEQ UV
F
SBQ e
II /
β
BQFUV
SCQ IeII TBEQ β/
ZAD,BEBEQ VV
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Transistor BJT Ejemplo de amplificador
(1) Punto de operación:
TBEQ UVSeI
/
CQI
BQI
BEQV
TBEQ UV
F
S eI /
β
BBV
BRCCV
CR
TBEQ UV
F
SBQ e
II /
β
BQFUV
SCQ IeII TBEQ β/
B
BEQBBBQ R
VVI
C
CEQCCCQ R
VVI
Asumiendo ZAD:
Recta de carga:
Recta de carga:
BR
CR
CCV
BBV
)(tvi)(tVBE
)(tVCE
)(tIC
)(tIB
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Transistor BJT Ejemplo de amplificador
(1) Punto de operación:
Q
BR
CR
CCV
BBV
)(tvi)(tVBE
)(tVCE
)(tIC
)(tIB
TBEQ UVSeI
/
CQI
BQI
BEQV
TBEQ UV
F
S eI /
β
BBV
BRCCV
CR
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Transistor BJT Ejemplo de amplificador (cont.)
(2) Pequeña señal:
)(tvi
BR
CR
πr
)(tiC
)(tvBE
)(tiB)(tvg BEm
B
BEiB R
tvtvti
)()()(
C
CEC R
tvti
)()(
)()( π tirtv BBE
)()( m tvgti BEC
)()()()(π
πmm tv
rR
rRgtvgRtiRtv i
BCBECCCCE
Factor de amplificación(Ganancia en pequeña señal)
TBQ UIg π
TCQm UIg
BR
CR
CCV
BBV
)(tvi)(tVBE
)(tVCE
)(tIC
)(tIB
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Transistor BJT Ejemplo de amplificador (cont.)
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Transistor MOS Introducción
MOSFET = Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
Transistor de efecto campo metal-óxido-semiconductor:
Terminales: D = Drenador, G = Puerta, S = Fuente
Dos tipos: MOS de canal n (nMOS) y MOS de canal p (pMOS)
Bilateral: D y S son eléctricamente indistinguibles
Resistencia de entrada infinita: IG = 0 (G aislada por construcción)
nMOS
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Transistor MOS Introducción
DID
S
GGI
SI
GSV
GDV
DSV
DID
S
G
GSV
GDV
DSV
Terminales: D = Drenador, G = Puerta, S = Fuente
Bilateral: D y S son eléctricamente indistinguibles (VD > VS en nMOS)
Resistencia de entrada infinita: IG = 0 (G aislada por construcción)
Sólo 1 corriente y 2 tensiones independientes (leyes de Kirchhoff)
nMOS
DSSD III
GDGSDS VVV
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Transistor MOS Introducción
3 modos básicos de operación
Cuando la tensión de puerta (G) supera un cierto umbral VT se induce un canal
conductivo entre drenador (D) y fuente (S).
Si se aplica una tensión VDS hay flujo de portadores (e-) desde S a D intensidad ID
circulando desde D a S Si VDS ID.
Si VDS es suficientemente alta, el canal se estrangula e ID se satura.
La conductividad del canal está modulada por la tensión de puerta:
Si VG > VT y VG ID
Si VG < VT, no hay canal Transistor en corte (ID = 0, corte)
nMOS
DID
S
G
GSV
DSV
DITGSDS VVV
GSV
TGS VV
CORTE
ÓHMICA
LINEAL o
DSV
SATURACIÓN
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Transistor MOS Ecuaciones I-V
DI
TGS VV , 0
TGSDSTGSDSDSTGS VVVVVVVVVK
, ,
2
1)( 2
ohm
TGSDSTGSTGS VVVVVVVK , , )( 2sat
DID
S
G
GSV
DSV
Modelo circuitalgenérico
DSGSD VVfI ,
DI
GSV
DSV
D
G
S
Corte
Óhmica
Saturación
DITGSDS VVV
GSV
TGS VV
CORTE
ÓHMICA
LINEAL o
DSV
SATURACIÓN
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Transistor MOS Comportamiento en gran señal
Equivalentes circuitales en SATURACIÓNMovimiento alrededor del punto de operación
Punto de operación
Gran señal
Pequeña señal
+
)()( tvVtV GSQGSGS
)(,)(con tvti GSD
)()( tiItI DQDD
)(tID
)(tVGS
2sat )( TGS VtVK
DQI
GSQV
2sat TGSQ VVK
)(tiD
)(tvGS
)(tvg GSm
TGSQ
QGS
Dm VVK
V
Ig sat2
d
d
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D
DSD R
tvti
)()(
)()( tvtv GSi
GSQGG VV D
DSQDDDQ R
VVI
Transistor MOS Ejemplo de amplificador
(1) Punto de operación:
2sat TGSQ VVK
DQI
GSQV
GGV
DDV
DR
2sat TGSQDQ VVKI
Asumiendo SAT: Recta de carga:Recta de carga:GGV
)(tvi
DR
DDV
)(tVGS)(tVDS
)(tID
(2) Pequeña señal:
)()( m tvgti GSD )()( m tvRgtv iDDS
Factor de amplificación(Ganancia en peq. señal)
)(tvg GSm
)(tiD
)(tvGS
DR
)(tvi
TGSQm VVKg sat2