1TEMA 5
EL TRANSISTOR BIPOLAR
ESTRUCTURA BSICA
Partimos de una unin P-N polarizada en inversa:
P N
V
RL
Inyeccinelectrones
IO
Slo pueden atravesar la unin los portadores minoritarios generadostrmicamente. La corriente inversa IO depende slo de la temperatura,siendo independiente de V y RL en un margen amplio.
24 INYECCIN DE ELECTRONES- Con can electrnico- Con otra unin polarizada directamente
P N
VCB
RL
VBE
N
RB
Emisor Base Colector
e-
Emisor: emite portadoresColector: recoge (colecciona) portadores
Transistor Bipolar de Unin: BJT (Bipolar Junction Transistor)
ANLISIS CUALITATIVOSe puede:
- Inyectar electrones en zona P => Transistor NPN- Inyectar huecos en zona N => Transistor PNP
N P N
E B C
+
_ _
+
_ +IE IC
IB
VCE
VEB VCB
E C
B
P N P
E B C
+
_ _
+
_ +IE IC
IB
VCE
VEB VCB
E C
B
IE + IB + IC = 0 VCE + VEB - VCB = 0
34CARACTERSTICAS
- Base estrecha y poco dopada para que la mayora de portadoresprocedentes del emisor pasen al colector
- Emisor ms impurificado que el colector para inyectar un elevado nmero de portadores
TRANSISTOR EN CIRCUITO ABIERTO- Todas las corrientes nulas
- Barreras de potencial de las uniones se ajustan a los potenciales decontacto:
2lni
DATO n
NNVV =- Si las concentraciones de Emisor y Colector son iguales, los perfilesde minoritarios sera:
JE JCP N P
E B C
nPo nPo
pno
JE JCP N P
E B C
VO
4POLARIZACIN EN REGIN ACTIVA- Regin activa => unin de emisor (JE) polarizada en directa y la
unin de colector (JC) polarizada en inversa
( ) TVVnn epp = 00JE JC
P N P
E B C
nPonPopno
JEJC
P N P
E B C
VO
VCC
RCVEE
RB
nP
pnnP
|VEB||VCB|
Ley de la unin:
COMPONENTES DE LA CORRIENTEP P
VCC
RL
VEE
N
RB
CE
B
IE
IB
ICIpE
InE
IpC1
IpE - IpC1 IpC0 InC0
IC0
pEnEpEE IIII +=Ya que E mucho ms impurificado que B( ) 001 nCpCpCpEnEB IIIIII ++=
Corriente de recombinacin en la base
EECpCCC IIIIII == 010E
C
E
pC
II
II = 1
5GANANCIA DE CORRIENTE CON GRANDES SEALES
00
==E
CC
E
C
III
cortedesdeIincrementocortedesdeIincremento
JE en circuito abierto
0,9 < < 0,995
Depende de IE, VCB y Temperatura
ECUACIN GENERALIZADA
EECC IIII = 0 Slo es vlida en la regin activa4Para generalizar la ecuacin: reemplazar ICO por la corriente de un
diodo P-N.
= 10 TV
V
diodo eII
CJECIII +=
00 CII =
CBVV =
= 10 T
CB
C
VV
CJ eII
+=
= T
CB
T
CBV
V
CEV
V
CEC eIIeIII 11 00
64Ecuacin similar a la del fotodiodo:
+= T
CBV
V
CEC eIII 10Ecuacin generalizada del transistor
SVV
IeII T +
= 10
V
II = I0 + IS
Aqu los portadores minoritariosson creados por la luz
En el transistor los portadores minoritarios son inyectados por la unin de emisor polarizada en directa
EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR
VCC
RL
VEE
VI+
_
IE IC
VL+
_
En zona activa: EC II EC II = ELCLL IRIRV == EeI IrV =
resistencia dinmica de JE
e
L
Ee
EL
I
L
rR
IrIR
VVA =
==
Ganancia
7e
L
rRA =
4Ejemplo
751
340
=
==
AKRr
Si Le
La corriente se transfiere desde el circuito de entrada, de baja resistencia,al circuito de salida de resistencia ms elevada
TRANSISTOR TRANSFER RESISTOR
CONFIGURACIN EN BASE COMN
VCC
RL
VEE
VI+
_
IE IC
VO+
_IB
+++
_
__
VCE
VCBVEB
TRT. pnp en regin activa
IE positivaIB, IC negativasVEB positivaVCB negativa
84CARACTERSTICAS DE ENTRADA: VEB=1(IE, VCB)
VEB (V)
IE (mA)
0,2
0,4
0,6
10 20 30 40 50
JC en circuito abierto
VCB = 0 VVCB = -10 VVCB = -20 V
TRT. p-n-p de Germanio
Si |VCB| aumenta con VEB constante => IE aumenta por el efecto Early (IE si pn aumenta)
Efecto Early
P N P
E B Cpn
WB
WB
Pequea polarizacin inversagran polarizacin inversa
Efecto Early: Variacin del perfil de concentracin de portadoresminoritarios en la base con VCB
Anchura efectiva de la base:
WB = WB - W
ancho real base
ancho zonacarga espacial
Consecuencias del efecto Early:- menor recombinacin en la base cuando |VCB| aumenta
|VCB| aumenta => aumenta e IB disminuye- pn aumenta cuando |VCB| aumenta => IE aumenta- WB puede reducirse a cero => peligro de perforacin de la base
94CARACTERSTICAS DE SALIDA: IC=2(VCB, IE)
IC (mA)
VCB (V)
-10
-30
-40
-2 -4 -6 -8 -10
IE = 40 mA
IE = 30 mA
IE = 20 mA
IE = 10 mA
TRT. p-n-p
Recta de carga:
+= T
CBV
V
CEC eIII 10
-20
L
CC
RV
CCV
Recta de carga
CCLCCB VRIV =
L
CB
L
CCC R
VRVI = Pendiente:
LR1
Regin activaJE polarizada en directaJC polarizada en inversa
Primer cuadrante de la grfica
IC (mA)
VCB (V)
-10
-30
-40
-2 -4 -6 -8 -10
-20
ReginActiva
EVV
CEC IeIII TCB
+=
||
0 1
IC prcticamente independiente de VCB -> ligera pendiente (0,5%) por el efecto Early: menor recombinacin enla base => aumenta e IB disminuye
IE = 0 mA
10
Regin de saturacinJE polarizada en directaJC polarizada en directa
Segundo cuadrante de la grfica
IC (mA)
VCB (V)
-10
-30
-40
-2 -4 -6 -8 -10
-20
ReginActiva
= 10 T
CBV
V
eII
La saturacin se produce cuando IE aumenta demasiado para unadeterminada RL -> IC aumenta exponencialmente con la tensin VCBde acuerdo con la caracterstica del diodo:
ReginSaturacin
IE = 0 mA
Regin de corteJE polarizada en inversaJC polarizada en inversa
Prcticamente eje de abscisas
IC (mA)
VCB (V)
-10
-30
-40
-2 -4 -6 -8 -10
-20
ReginActiva
ReginSaturacin
IE = 0 mA
Regin Corte
IE 0IC IC0
11
CONFIGURACIN EN EMISOR COMN
VCC
RL
IE
IC
IB
++
+_
_
_
VCE
VCB
VBE
4CARACTERSTICAS DE ENTRADA: VBE=f1(IB, VCE)
VBE (V)
IB (mA)
-0,1
-0,2
-0,3
-1 -2 -3 -4 -5
VCE = 0 V
VCE = -0,1VVCE = -0,2 V
TRT. p-n-p de Germanio
Si |VCE| aumenta con VBE constante => IB disminuye por el efecto Early (menor recombinacin en la base)
-0,4
-0,5
-0,6VCE = -0,3 VVCE = -1 V
12
4CARACTERSTICAS DE SALIDA: IC=f2(VCE, IB)
IC (mA)
VCE (V)
-10
-30
-40
-2 -4 -6 -8 -10
IB = -0,35 mA-0,3 mA
-0,15 mA
-0,1 mA
TRT. p-n-p
Recta de carga:
-20LCC
RV
CCV
Recta de carga
0=++ CELCCC VRIV
L
CE
L
CCC R
VRVI = Pendiente:
LR1
-50
-0,25 mA
-0,2 mA
-0,05 mAIB = 0 mA
Hiprbola demximadisipacin:PC = VCEIC < PCmax
Regin activa JE polarizada en directa; JC polarizada en inversa
( )BCCECC IIIIII ++== 00
IC (mA)
VCE (V)
-10
-30
-40
-2 -4 -6 -8 -10
-20
-50
IB = 0 mA
ReginActiva
Si |VCE| aumentacon IB constante => IC aumenta por el efecto Early
( ) BCBCBCC IIIIIII ++=+=+=
0
00 1111
= 1
13
( ) BBCBCC IIIIII ++=+= 00 11
= 1
Termino despreciable, ya que IC0tiene un valor muy pequeo (del orden de A o nA)
Por lo tanto se puede decir que en zona activa: BC II
Parmetro de gran dispersin
0,9 < < 0,995 = 0,9 => = 9 = 0,99 => = 99 = 0,995 => = 199 9 < < 199
Regin de corte JE polarizada en inversa; JC polarizada en inversa
00 CBCE IIII ===
IC (mA)
VCE (V)
-10
-30
-40
-2 -4 -6 -8 -10
-20
-50
IB = 0 mA
ReginActiva
Regin de Corte
Realmente IC es algo superior a IC0 debido a las corrientes de fugas superficiales: tomos superficiales => enlaces rotos => huecos
14
Regin de saturacin JE polarizada en directa; JC polarizada en directa
Se denomina as porque IC no aumenta ms con IB. No se cumple IC = IB
IC (mA)
VCE (V)
-10
-30
-40
-2 -4 -6 -8 -10
-20
-50
IB = 0 mA
ReginActiva
Regin de Corte
ReginSaturacin
IC (mA)
VCE (V)
-10
-30
-40
-0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5
-20IB = -0,05 mA
-0,1 mA-0,15 mA
-0,2 mA
JE y JC polarizadas en directa => VCE = VBE - VBC = dcimas de voltio
Trt. pnp Ge => VCB = VCE + VEB > 0,2 V; VCE > 0,2V - VEB -0,2VRecta de carga: CELCCC VRIV =
L
CC
L
CE
L
CCC R
VRV
RVI =
Csat
CEsatCEsat I
VR =
Recta de carga
L
CC
RV
15
4RESISTENCIA DE DISPERSIN DE BASE (rbb)
C
EB
Seccin base mucho menor que secciones de emisor y colector. Dopadode base menor que dopado de emisor y colector. => resistencia hmica de la base mucho mayor que la resistencia hmicadel emisor y colector.
La resistencia hmica de la base se denomina resistencia de dispersin de la base (rbb). Valores tpicos en torno a los 100 .
Construccin planar(difusin) de transistores
4GANANCIA DE CORRIENTE CONTINUA ( o hFE)
* de continuaRelacin directa de transferencia en continua
En zona activa
( ) BBCBCC IIIIII ++=+= 00 11
== 1FEBC hII
16
En saturacin
L
CCCsat R
VI
Conociendo en saturacin se puede calcular IBsat
L
CCCsatBsat R
VII = Corriente de base mnima para saturar al transistor
En saturacin => Csat
BsatBIII =>
El parmetro depende de IE, adems de T y VCB => tambin depende de IE => tambin depende de IC
-IC (mA)
100
150
20 40 60 80 100
50
alta
media baja
Curva de para tres muestras de transistor de Germanio(valor bajo de VCE)
parmetro de gran dispersin 0,9 < < 0,9959 < < 199
17
4VALORES TPICOS DE TENSIONES EN LOS TRANSISTORES
VCEsat VBEsat VBEact VBEumbral VCEcorte-0,2 V -0,8 V -0,7 V -0,5 V 0 V
-0,1 V -0,3 V -0,2 V -0,1 V 0,1 V
Si
Ge
Transistor pnp
Transistor npn => mismos valores pero con signos contrarios
4CURVAS DE CORRIENTE DE COLECTOR EN FUNCIN DELA TENSIN BASE-EMISOR
IC (valores negativos)
VBE (V)0,2 0,1 -0,1 -0,2 -0,3
Corte Umbral Activa Saturacin
IC=IC0
base en cortocircuitoIC=ICES base en circuito abierto
IC=ICE0
( ) === 10 00 CBCCEIIII
TRT de Ge pnp
18
CONFIGURACIN EN COLECTOR COMN(SEGUIDOR DE EMISOR)
VCC
RL
++
+_
_
_
VCE
VCB
VBE +
_VO
Mismas grficas que en Emisor Comn
MXIMA TENSIN ALCANZABLE
IC (mA)
VCE (V)
-10
-30
-40
-2 -4 -6 -8 -10
IB = -0,35 mA-0,3 mA
-0,15 mA
-0,1 mA-20
-50
-0,25 mA
-0,2 mA
-0,05 mAIB = 0 mA
Hiprbola demximadisipacin:PC = VCEIC < PCmax
4POTENCIA MXIMA
19
4RUPTURA POR AVALANCHA
IC
VCEBVCE0 BVCB0
BVCB0 -> mxima tensin C-B con Emisor en circuito abiertoBVCE0 -> mxima tensin C-E con Base en circuito abierto
102;100
corriente de colector a emisor aumenta enormemente y se puede destruir el transistor.
El lmite mximo de tensin viene dado por la potencia mxima,la avalancha o la perforacin. El lmite lo marca el valor msrestrictivo, es decir, la tensin que sea ms baja en cada transistor.