Presentacion BJT

Operación del BJT
El Transistor Bipolar de Unión (BJT)
(Spanglish Version 2006)
EL TRANSISTOR BIPOLAR
DE UNIÓN (BJT) es un
dispositivo que amplifica la
intensidad de corriente.
Se caracteriza porque la
corriente de salida es
controlada por la corriente
de entrada y amplificada en
un factor llamado β. De ahí
que se dice que la corriente
de salida es una variable
que depende tanto de la
intensidad de corriente a la
entrada como de la β del
transistor.
El comportamiento de un BJT puede analizarse a
través de sus curvas características, de forma
similar a como se hace con el diodo de unión. El
fenómeno de la corriente en el transistor, en
configuración BASE COMÚN es un fenómeno
que se puede representar de la siguiente forma:
E
N
N
P
----- + --------- + --------- + ----- - - - - ++ - - - - ----- + ----- - - - - - -+-+-+-+-
C
++++
B
VBE
VCB
- +
+ -
MILIAMPERÍMETROS
1
Operación del BJT
Operación del BJT
EL TRANSISTOR BIPOLAR
DE UNIÓN (BJT) es un
dispositivo que amplifica la
intensidad de corriente.
Se caracteriza porque la
corriente de salida es
controlada por la corriente
de entrada y amplificada en
un factor llamado β. De ahí
que se dice que la corriente
de salida es una variable
que depende tanto de la
intensidad de corriente a la
entrada como de la β del
transistor.
El comportamiento de un BJT puede analizarse a
través de sus curvas características, de forma
similar a como se hace con el diodo de unión. El
fenómeno de la corriente en el transistor, en
configuración BASE COMÚN es un fenómeno
que se puede representar de la siguiente forma:
E
N
N
P
- -- -- -- -- + -- -- -- -- - -- -- -- -- + -- -- -- -- - -- -- -- -- + -- -- -- -- - -------- ++ -- -- -- -- - -------- + -- -- -- -- - -------- - -+-+-+- +-
C
++++++++
B
VBE
1
VCB
99
100
- +
- +
MILIAMPERÍMETROS
El BJT se comporta como un gran nodo en el cual se cumple la Ley de
Kirchhoff de corrientes:
Corriente entrante = Corriente saliente
Corriente de Emisor = Corriente de Base + Corriente de Colector.
IE = IB + IC
Sin embargo, la corriente de
colector está formada por dos
componentes: los portadores
mayoritarios y los minoritarios.
A la corriente minoritaria se le
denomina ICO por lo que:
IC = IC mayoritaria + ICO
E
N
N
P
- -- -- -- -- + -- -- -- -- - -- -- -- -- + -- -- -- -- - -- -- -- -- + -- -- -- -- - -------- ++ -- -- -- -- - -------- + -- -- -- -- - -------- - -+-+-+- +-
C
++++++++
B
VBE
1
VCB
99
100
- +
- +
MILIAMPERÍMETROS
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Configuraciones del BJT.
Todos los transistores BJT, NPN y PNP pueden polarizarse de
manera que quede una terminal común en su circuito de
polarización; es decir, un elemento que forma parte tanto del lazo de
entrada como del lazo de salida. Éste puede ser cualquiera de las
tres terminales del dispositivo. Así entonces, se tienen tres
configuraciones:
BASE COMÚN.
E
C
EMISOR COMÚN.
C
B
B
C
E
B
COLECTOR COMÚN.
E
B
Tipo NPN
E
C
C
E
B
B
E
Tipo PNP
C
Configuración Base Común
La base es común a la entrada (emisor – base) y a la salida (colector – base)
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3
Características de Base común.
Para describir un dispositivo de
3 terminales, se requiere de 2
conjuntos de características:
•Uno para la entrada.
•Otro para la salida
Corriente de entrada IE vs tensión de entrada VBE para varas tensiones de salida VCB.
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Co
rrie
nte
de
S
alid
a
Output Características
Characteristics de
forsalida
a Common-Base
Base común.Amplifier
Entrada
Tensión de Salida
Corriente de salida IC vs tensión de salida VCB para varias corrientes de entrada IE.
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3 Regiones de Operación
• Activa
Amplificador.
• Corte
Apagado. Hay tensión pero poca corriente.
• Saturación
Encendido. Baja tensión y corriente alta.
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Emisor (P)
Uniones:
Colector (P)
•Emisor-Base, directamente
B (N)
•Colector-Base, inversamente
VEB
VBC
¿Cómo son las corrientes por los terminales
del transistor?
E (P)
IE = IB + IC
IE
+
IB
VEB
VEB
C (P)
B (N)
- -
VCB
+
IC
VBC
5
=0
mA
Cu
an
do
I
E
Co
rrie
nte
de
S
alid
a
Output Características
Characteristics de
forsalida
a Common-Base
Base común.Amplifier
Tensión de Salida
Corriente de salida IC vs tensión de salida VCB para varias corrientes de entrada IE.
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Cuando IE = 0mA
IC = ICBO = ICO ≅ 0mA
(no se nota en la fig. anterior por la
escala!)
Pero por tratarse de una corriente de saturación
inversa no debe olvidarse que puede convertirse
en un factor importante al aumentar la
temperatura
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Así, en la región activa:
IC ≅ IE
[Formula 3.3]
En la región de corte, tanto la unión base-emisor como
colector-base se encuentran polarizadas
inversamente.(región donde IC es cero.)
En la región de saturación (aquella a
la izq. de VCB =0), tanto la unión baseemisor como colector-base se
encuentran polarizadas en directa.
Por otro lado, se puede ver que
variaciones de VCB no provocan grandes
cambios en la corriente de salida IE una
vez que se supera el umbral de la unión
base-emisor; por lo que se puede
aproximar también que:
V BE = 0.7
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Alfa (α)
Alfa (α) relaciona las corrientes en DC debidas a los portadores mayoritarios IC con IE :
α dc =
IC
IE
[Formula 3.5]
Idealmente α = 1, pero en dispositivos reales está entre 0.9 y
0.998.
Teníamos que
IC = IC mayoritaria + ICBO
Sustituyendo alfa:
IC = α IE + ICBO
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Alfa (α)
Para condiciones de ac, donde el punto de operación se desplaza sobre la curva
característica:
α ac =
Δ IC
Δ IE
V CB = constante
[Formula 3.6]
αac se denomina: factor de amplificación de base común de “corto circuito”.
Aunque su valor difiere ligeramente de αdc generalmente son muy parecidas
y se les puede utilizar indistintamente en los cálculos.
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Acción amplificadora del transistor
IE = Ii =
Vi 200mV
=
=10mA
Ri
20
IC ≅ IE así que IL ≅ Ii = 10mA
VL = IL * R = (10mA)(5kΩ) = 50V
Av =
VL
50V
=
= 250
Vi 200mV
Véase que la acción de amplificación se
produjo mediante la transferencia de una
corriente desde un circuito de baja
resistencia a uno de alta resistencia.
transferencia + resistor = transistor.
9
Acción amplificadora del transistor
La resistencia ac de entrada es muy pequeña
(típicamente entre 10 y 100 ohms) .
Por ejemplo 0.7V @ 8ma
Pero a la salida generalmente es
muy alta (típicamente entre 50 kilo
y 1 mega ohm) .
Por ejemplo 10V @ 2ma
Configuración Emisor-común.
Salida
Entrada
El emisor es común tanto a la entrada (base-emisor) como a la salida (colector-emisor).
La entrada está en la base y la salida en el colector.
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Aunque cambia la configuración, las siguientes relaciones siguen siendo aplicables:
IC = α IE + ICBO
IE = IB + IC
0
Característica del colector = característica de salida.
Característica de la base = Característica de entrada.
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Nótese que las gráficas de IB no son tan horizontales como las de IE base-común; por ello
la tensión colector-emisor tendrá influencia sobre la magnitud de la corriente del colector.
En la región activa de un
amplificador emisor comùn, la
unión base-emisor se
encuentra polarizada en
directa, mientras que la de
colector-base en inversa.
Véase también que la región
de corte no está bien definida,
ya que IC no es cero cuando
IB=0
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La razón de lo anterior es:
Cosiderando el caso en que IB=0, y un
valor típico de α=0.996:
IC = α IE + ICBO
IC = α (IC + IB)+ ICBO
IC =
IC = α IC + α IB+ ICBO
I CBO
α (0 A)
+
1 − α 1 − 0.996
I C = 250 I CBO
IC = α IC + α IB+ ICBO
Como referencia general, la corriente de
colector cuando IB=0, será:
IC - α IC= α IB+ ICBO
IC (1- α )= α IB+ ICBO
corrriente de corte = ICEO =
αI B I CBO
+
IC =
1−α 1−α
ICBO
1−α
I B =0
Beta (β)
En DC :
β dc =
En CA:
β ac =
IC
IB
[Formula 3.10]
ΔIC
ΔIB VCE = constante
[Formula 3.11]
β indica el factor de amplificación del transistor de CD en emisor común, y en las hojas de
datos se le refiere como hfe
Nótese que
Modelo Híbrido
β cd = hFE
mayúsculas
β ca = h fe
minúsculas
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Determinando beta (β) de la curva
β AC =
(3.2mA− 2.2mA) 1mA
=
(paraVCE = 7.5) = 100
(30μA − 20μA)
10μA
Note: β AC = β DC
β DC =
2.7mA
(paraV CE = 7.5) = 108
25 μ A
Characteristics in which βac is the same everywhere and βac = βdc.
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Relationship between β and α
Both indicate an amplification factor.
α=
β=
β
β +1
[Formula 3.12a]
α
[Formula 3.12b]
α −1
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β provides a Relationship between Currents
IC = βIB
IE = (β + 1)IB
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[Formula 3.14]
[Formula 3.15]
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Common – Collector
The input on the Base and the output is on the Emitter.
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Characteristics of Common Collector
The Characteristics are similar to those of the Common-Emitter.
Except the vertical axis is IE.
IE
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FIGURE 3-21
Common-collector configuration used for impedance-matching purposes.
Alta impedancia de entrada y baja
impedancia de salida (contrario a basecomún y emisor-común
Pobre
Deseable
Sobreacoplado
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Limitations of Operation for Each Configuration
Note:
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VCE is at maximum and IC is at minimum (ICmax=ICEO) in the cutoff region.
IC is at maximum and VCE is at minimum (VCE max = VCEsat = VCEO) in the
saturation region.
The transistor operates in the active region between saturation and cutoff.
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Power of Dissipation
Common – Base:
PCmax = VCBIC
[Formula 3.18]
Common – Emitter:
PCmax = VCEIC
[Formula 3.16]
Common – Collector:
PCmax = VCEIE
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Transistor Specification Sheet
Valores nominales (máximos
Pequeña señal
(amplificador)
Características eléctricas
Encendido
Apagado
Características térmicas
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Transistor Testing
1. Curve Tracer
Provides a graph of the characteristic curves.
2. DMM
Some DMM’s will measure βDC or HFE.
3. Ohmmeter
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Transistor Terminal Identification
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