El Transistor Bipolar (BJT)

Componentes Electrónicos y Fotónicos
Dr. C. Reig 03/04
Tema A.2.1: El transistor bipolar (BJT)
Introducción
❑ Caracterización del transistor bipolar
❑
• Efectos de la temperatura en el transistor
• Tensiones de ruptura del transistor bipolar
• Capacidades parásitas del transistor bipolar
Curvas características
❑ Tipos de transistores
❑
• El transistor de estructura vertical
– Fenómeno de concentración de corriente
– Fenómeno de segunda ruptura
– Fenómeno de la cuasi-saturación
Tema A.2.1: El transistor bipolar
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Introducción
• Transistor → Transfer Resistor
• BJT → Bipolar Junction Transistor
• Inventado en 1947 (Shockley, Brattain y Bardeen; Bell Lab.) → Premio Nobel en Física (1956)
• Componente de tres capas conductoras (tres terminales): p-n-p / n-p-n
• Principal aplicación: amplificador. Aplicaciones específicas
Caracterización
Tiene tres terminales:
emisor: inyecta cargas en el
transistor
base: controla las cargas que
circulan por el transistor
colector: recoge las cargas del
transistor
• Puede ser npn y pnp
• El más utilizado es el npn
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Principio de funcionamiento
Describiremos el transistor npn
Desde el punto de vista de los perfiles de concentración:
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Configuraciones y ganancia en corriente
Las tres configuraciones en las que se puede encontrar el transistor son:
base común
colector común
emisor común
En cualquier caso: IE= IC + IB
y
IE≈IC
Se definen las siguientes ganancias en corriente:
base común:
hFB ≈ α DC =
IC
IE
emisor común:
hFE ≈ β DC =
IC
IB
Pueden demostrarse las siguientes relaciones:
α DC =
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β DC
β DC + 1
β DC =
α DC
1 − α DC
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Corrientes de fugas
En un BJT se dan, principalmente, dos corrientes de fugas.
ICBO: Corriente colector-base con emisor en abierto.
IC = α DC I E + ICBO
ICEO: Corriente colector-emisor con base en abierto.
IC = β DC I B + (β DC + 1)ICBO = β DC I B + ICEO
ICEO = (β DC + 1)ICBO
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Efectos de la temperatura
ICBO e ICEO aumentan con la temperatura
ICBO (T ) = I CBO (25 º C ) ⋅ 2
T − 25
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Las ganancias αDC y βDC aumentan con la temperatura
La caída de tensión de la unión base-emisor disminuye con la temperatura (2.2mV/ºC)
Aparecen grandes tolerancias de los parámetros causadas por el proceso de fabricación
(muy importantes en el caso de βDC. Requieren circuitos específicos de polarización)
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Tensiones de ruptura y capacidades parásitas del transistor
Tensiones de ruptura
La
ruptura
puede
producirse
por
avalancha o por atravesamiento.
VCBO: tensión de ruptura unión C-B con
emisor en abierto
VCEO: tensión de ruptura unión C-E con
base en abierto
VCBO es mayor que VCEO
Capacidades parásitas
Existirá una para cada par de terminales, pero la más importante será la Ccb
C be =
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gm
− C ob
2πfT
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Curvas características
emisor
común
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entrada salida
salida entrada
base
común
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Efecto Early
El efecto Early aumenta la resistencia de salida
del transistor ro, la cual podemos definir como:
ro =
ΔVCE VCE − ( − VA ) VCE + VA
=
=
ΔI c
IC − 0
IC
Como normalmente VA (≅ 200V)>>VCE:
ro ≅
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VA
IC
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Tipos de transistores
Transistor de estructura vertical
Para aplicaciones de potencia
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Fenómenos de segundo orden
segunda ruptura
concentración de corriente
cuasi-saturación
Rv′ =
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Wv − x ′
⋅ Rv
Wv
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Ideas clave
BJT
BJT
àà Es
Es una
una unión
unión de
de tres
tres regiones
regiones semiconductoras
semiconductoras npn
npn oo pnp
pnp
àà Los
Los tres
tres terminales
terminales son
son emisor,
emisor, base
base yy colector
colector
àà La
La corriente
corriente de
de base
base controla
controla la
la corriente
corriente de
de colector
colector
mediante
mediante un
un factor
factor de
de ganancia
ganancia ββ
Efectos
Efectos térmicos
térmicos
àà Todos
Todos los
los parámetros
parámetros se
se ven
ven afectados
afectados por
por la
la temperatura
temperatura
àà Las
Las corrientes
corrientes de
de pérdidas
pérdidas aumentan
aumentan con
con la
la temperatura
temperatura
àà Las
Las ganancias
ganancias aumentan
aumentan con
con la
la temperatura
temperatura
Capacidades
Capacidades parásitas
parásitas
àà C
: aparece en la unión B-E directamente polarizada
Cbe
be: aparece en la unión B-E directamente polarizada
àà C
:
aparece en la unión C-B inversamente polarizada
Ccb
cb: aparece en la unión C-B inversamente polarizada
Curvas
Curvas características
características
àà Existen
Existen tres
tres formas
formas de
de polaricación:
polaricación: CE,
CE, CB
CB yy CC
CC
àà Cada
Cada una
una de
de ellas
ellas presenta
presenta curvas
curvas diferentes
diferentes
Tipos
Tipos de
de transistor
transistor
àà Estudiamos
Estudiamos el
el ejemplo
ejemplo del
del transistor
transistor vertical
vertical (potencia)
(potencia)
àà Presenta
Presenta varios
varios efectos:concentración
efectos:concentración de
de corriente,
corriente, segunda
segunda
ruptura,
cuasisaturación.
ruptura, cuasisaturación.
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