Sesión 12 Introducción al transistor bipolar (BJT) - OCW

Sesión 12
Introducción al transistor
bipolar (BJT)
Componentes y Circuitos Electrónicos
José A. Garcia Souto
www.uc3m.es/portal/page/portal/dpto_tecnologia_electronica/Personal/JoseAntonioGarcia
Transistor de unión bipolar BJT
(Bipolar Junction Transistor)
OBJETIVOS
•
•
•
•
•
Conocer la estructura del dispositivo y el efecto
transistor
Conocer y distinguir parámetros básicos asociados a
transistores BJT: α, β, hFB, hFE, ICBO, VBE(on), VCE(sat)
Interpretar las curvas características corriente/tensión
del dispositivo
Identificar las regiones de funcionamiento
Activa, Corte, Saturación, Activa inversa
Analizar casos básicos en continua de circuitos con BJT
UC3M 2009
CCE - Sesión 12
2
Estructura del Transistor Bipolar
Emisor
n+
E
Base
p
Colector
n
C
p
C
B
p+
E
UC3M 2009
n
B
CCE - Sesión 12
3
Funcionamiento: Efecto transistor
W
iE
E
p ++
n
iC
p
C
h+
VEB
I E = IC + I B
iB
VBC
B
UC3M 2009
I C = α ⋅ I E + I CBO
α ≈1
I B = (1 − α ) ⋅ I E − I CBO
IC ≈ I E
CCE - Sesión 12
4
Parámetros característicos
• Físicos
–α
–β
– ICBO
IC ≈ α ⋅ I E
IC ≈ β ⋅ I B
I C = α ⋅ I E + I CBO
• Catálogo: Buscar
α ≈1
β >> 1
α
β=
1−α
I C = β ⋅ I B + I CBO
BC547 en http://www.fairchildsemi.com/
– hFB
– hFE
– ICBO
UC3M 2009
CCE - Sesión 12
5
Caso dual: Transistor NPN
iE
E
n ++
p
iC
n
C
Ie+
VBE
iB
VCB
B
E
p
B
C
n ++
n
UC3M 2009
CCE - Sesión 12
6
Interpretación: Curva corriente-tensión
IC (mA)
6
6 mA
5
5 mA
4
IE =4 mA
En SATURACIÓN la
unión BC está en directa
3
La tensión de salida
2
VCB es constante aunque
cambie la corriente IC
1
En ACTIVA la unión BC está en inversa
3 mA
La corriente de salida IC del dispositivo es
constante aunque cambie la tensión VCB
2 mA
La corriente IC la determina la entrada IE
1 mA
0 mA
0 2
4
6 8 10 12 14
Hay una curva para cada valor de entrada IE
UC3M 2009
CCE - Sesión 12
16 VCB (V)
7
Regiones de funcionamiento
Región
Unión Base-Emisor
Unión Base-Colector
Corte
Inversa (OFF)
Inversa
Activa
Directa (ON)
Inversa (Efecto transistor)
Saturación
Directa (ON)
Directa (Saturado)
Activa Inversa
Inversa
Directa
Región
Condiciones NPN
Funcionamiento NPN
Corte
VBE < VBE-ON o IB = 0
IB=0, IC=IE=0
Activa
VBE-ON y VCE > VCE-SAT
IC ≈ hFE·IB
[VBE=VBE-ON]
Saturación
VBE-ON y VCE-SAT
VCE =VCE-SAT
[VBE=VBE-SAT]
• Catálogo VBE(on) VCE(sat) hFE
VBE(sat)
Buscar BC547 en http://www.fairchildsemi.com/
UC3M 2009
CCE - Sesión 12
8
Curvas características de salida
(Emisor Común)
IC (mA)
6
60 µA
5
50 µA
4
IB =40 µA
3
30 µA
2
20 µA
1
10 µA
0
2
4
6
8
10 12 14
0 µA
16
VCE (V)
¿Qué representarán las curvas características de entrada?
UC3M 2009
CCE - Sesión 12
9
Curva de Transferencia
IC (mA)
60
50
40
30
20
10
0
0,2
0,4
0,6
0,8 VBE (V)
¿Qué regiones de funcionamiento se pueden identificar?
UC3M 2009
CCE - Sesión 12
10
Análisis en continua
IC
EJEMPLO
VCC = 10 V
VBB = 10 V
VBE(on) = 0,7 V
VCE(sat) = 0,2 V
vg = 0
Analizar la malla de entrada
RC = 100 Ω
RB = 10 kΩ
Anular la señal (superposición)
IB
Ecuación del dispositivo
VCE
VBE
(Curva característica de entrada)
Ecuación circuital
(Recta de carga)
IE
hFE = 100
Analizar la malla de salida
Ecuación del dispositivo
(Curva característica de salida)
Ecuación circuital
(Recta de carga)
UC3M 2009
CCE - Sesión 12
11
Característica de entrada
y Recta de Carga (I)
IB (µA)
60
Gráficamente
Curva característica
iB = iB (v BE , vCE )
50
Recta de carga:
40
VBB − vBE
iB =
RB
IB
30
20
Analiticamente
VBB > VBE(on)
10
VBE
VBE ≈ VBE (on ) I B =
UC3M 2009
VBB
VBB − VBE ( on )
VBE (V)
v BE = VBE (on )
VBB = v BE + iB ⋅ RB
RB
CCE - Sesión 12
12
Característica de salida
y Recta de Carga (II)
IC (mA)
IC
6
60 µ A
5
50 µ A
4
IB =40 µ A
3
30 µ A
2
20 µ A
1
10 µ A
Gráficamente
Curva característica
iC = iC (vCE , iB )
Recta de carga:
VCC − vCE
iC =
RC
Analiticamente
VCE > VCE(sat)
iC = hFE ⋅ iB
0 µA
0
2
4
6
VCE
I C = hFE ⋅ I B
UC3M 2009
8
10
12
14
16
VCC
V CE (V)
VCC = vCE + iC ⋅ RC
VCE = VCC − I C ⋅ RC
CCE - Sesión 12
13
Ejemplo: Regiones de funcionamiento
EJEMPLO
IC
RC = 100 Ω
RB = …
IB
VCC = 10 V
VCE
VBB = …
VBE(on) = 0,7 V
VBE
VCE(sat) = 0,2 V
IE
hFE = 100
Caso 1
Caso 2
Caso 3
Caso 4
VBB = 0 V
IB = 0
VBB = 10 V
VBB = 10 V
RB = 10 kΩ
RB = 10 kΩ
RB = 10 kΩ
RB = 1 kΩ
UC3M 2009
CCE - Sesión 12
14
Ejercicio de clase
Razonar la región de funcionameinto
Calcular la tensión VE
Calcular la corriente IE
Deducir la relación entre IE, IB e IC
Calcular las corrientes IC e IB
Calcular la tensión VC
DATOS
VCC = 12 V
RC = RE = 10 kΩ
VBE(on) = 0,7 V
VCE(sat) = 0,2 V
hFE = 100
UC3M 2009
CCE - Sesión 12
15
Ejercicio propuesto
Tensiones y corrientes en NPN y PNP
IC
IC
IB
VEB
VCE
VBE
IE
VEC
IB
IE
Indicar qué tipo de transistor es
Razonar la región de funcionameinto
Relacionar VB con VE, VB con IB, VE con IE e IE con IB.
Relacionar VC con IC
UC3M 2009
CCE - Sesión 12
16