Post on 01-Mar-2021
TRANSISTORES BIPOLARES
DE JUNTURA (BJT)
Ing. Raúl Rojas Reátegui
El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia
de transferencia").
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de
amplificador, oscilador, conmutador o rectificador, etc.
Es considerado uno de los mejores inventos del siglo XX, permitió el desarrollo de
la electrónica y de sus múltiples aplicaciones, ya que este superó ampliamente las
dificultades que presentaban sus antecesores, las válvulas.
Historia del Transistor
Uno de los mayores inconvenientes de las
válvulas, era su alto consumo de
energía. Esto era causado porque calientan
eléctricamente un filamento (cátodo) para
que emita electrones que luego son atraídos
por el electrodo (ánodo) estableciéndose así
una corriente eléctrica. Luego, por medio de
un pequeño voltaje (frenador), aplicado entre
una grilla y el cátodo, se logra el efecto
amplificador, controlando el valor de la
corriente, de mayor intensidad, entre cátodo y
ánodo.
Los transistores, desarrollados en 1947 por los físicos Shockley, Bardeen y
Brattain, resolvieron todos estos inconvenientes y abrieron el camino,
mismo que, junto con otras invenciones –como la de los circuitos integrados–
potenciarían el desarrollo de las computadoras. Y todo a bajos voltajes, sin
necesidad de disipar energía (como era el caso del filamento), en dimensiones
reducidas y sin partes móviles o incandescentes que pudieran romperse.
Los materiales empleados para su fabricación son: Germanio, Silicio. Estos
tienen la propiedad de acelerarse grandemente el movimiento de los electrones
por medio de una corriente eléctrica.
El tamaño y peso de los transistores es bastante menor que los tubos de vacío.
En cuanto a su estructura, se encuentran formados por tres elementos:
Emisor: Emite los portadores de corriente,(huecos o electrones). Su labor
es la equivalente al cátodo en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas.
Base: Controla el flujo de los portadores de corriente. Su labor es la
equivalente a la rejilla cátodo en los tubos de vacío o "lámparas"
electrónicas.
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
Colector: Capta los portadores de corriente emitidos por el emisor. Su
labor es la equivalente a la placa en los tubos de vacío o "lámparas"
electrónicas.
Posee amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación).
Sirve como generador de señal (osciladores, generadores de ondas,
emisión de radiofrecuencia)
Permite la conmutación, actuando como interruptores (control de relés,
fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas).
Es detector de radiación luminosa (fototransistores).
El consumo de energía es sensiblemente bajo.
BJT de transistor bipolar de unión (del ingles, Bipolar Junción Transistor).
Son aquellos que utilizan la corriente como elemento de control para obtener la
señal y su comportamiento como dispositivo conmutador.
Estos solo funcionan cuando están en polarización directa (se dice que están en
saturación) y en polarización inversa no funcionan (se dice que están en corte). A
base de estos se construyen los circuitos integrados y otros tipos de transistores.
El término bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participan
en el proceso de inyección hacia el material polarizado de forma opuesta.
No es simétrico: la concentración de portadores en E es generalmente bastante
mayor que en C
TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNTURA (BJT)
Pueden ser de dos tipos:
La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de
aceptadores o "huecos" (cargas positivas).
La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN,
donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las
otras dos al emisor y al colector.
Dos de los tres terminales actúan como terminales de entrada (control).
Dos de los tres terminales actúan como terminales de salida. Un terminal es
común a entrada y salida.
Su diferencia entre un transistor NPN y PNP, radica en la dirección del flujo de la
corriente, en la base, colector y emisor que se muestra en ambos gráficos
La potencia consumida en la entrada es menor que la controlada en la
salida.
La tensión entre los terminales de entrada determina el comportamiento
eléctrico de la salida.
La salida se comporta como:
Fuente de corriente controlada (zona lineal o activa).
Corto circuito (saturación).
Circuito abierto (corte).
Corriente en cada terminal: IC, IB , IE
Diferencias potencial entre terminales: VBE, VBC , VCE
Dos ecuaciones de comportamiento
Ecuaciones comportamiento: análisis experimental
Simplificando: punto operación del transistor Q(IB, IC, VBE, VCE)
Magnitudes y curvas
Curvas características: dos
IB g(VBE , VCE )
• VCE poca influencia. Se simplifica.
IB
VBE
IB
VBE
IB g(VBE)
IC f (VCE , IB)
0
2
4
6
8
10
12
mA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V
IB100 mA
IB 80 mA
IB 60 mA
IB 40 mA
IB 20 mA
IC
VCE
• Dibujando esa recta sobre el mismo plano que la curva (IB ,VBE)
• Obtenemos punto de operación de entrada: (IBQ ,VBEQ)
IB
VBE
• Circuito de salida
RECTA DE CARGA de salida
+C
E
"ca rga" de l
circuito de
salida
–
IC
VCC
RC
VCE
VCC RCIC VCE
IC VCC
RC
1
RC
VCE
• Dibujando esa recta sobre el mismo plano que la curva (IC ,VCE)
• Obtenemos punto de operación de salida
• Con ambos puntos, tenemos el punto de operación del transistor
IB5
IB4
IB3
IB2
IB1
IC
VCE
=IBQ
1β
/TBC UV
R
S eI
TBCTBE UVUV
S eeI//
EI
CI
BI
BEV
BCV
1β
/TBE UV
F
S eI
1β
1β
// TBCTBE UV
R
SUV
F
SB e
Ie
II
TBCTBETBC UVUV
S
UV
R
SC eeIe
II
///1
β
Modelo circuital
genérico
Modelo de Ebers-Moll
ZAD,BEV
Transistor BJT
TBE UV
F
SB e
II
/
β
BFC II β
BFE II )1β(
1β
/TBC UV
R
S eI
TBCTBE UVUV
S 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
ZAI,BCV
Transistor BJT
TBC UV
R
SB e
II
/
β
BRE II β
BRC II )1β(
1β
/TBC UV
R
S eI
TBCTBE UVUV
S eeI//
EI
CI
BI
BEV
BCV
1β
/TBE UV
F
S eI
BRIβ
EI
CI
BI
BEV
BCV
R
SI
β
BRIβ
EI
CI
BI
BEV
ZAI,BCV
ZAD,ZAI, BEBC VV
FR ββ
Modelos circuitales simplificados
ZAI: VBE < 0, VBC > 0
XX
X
TBC UV
R
S eI /
β
TBCTBE UVUV
S eeI//
EI
CI
BI
BEV
BCV
TBE UV
F
S eI /
β
Transistor BJT
1β
/TBC UV
R
S eI
TBCTBE UVUV
S 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
Modelos circuitales simplificados
Saturación: VBE > 0, VBC > 0
X
X
Transistor BJT
1β
/TBC UV
R
S eI
TBCTBE UVUV
S 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
Estados del transistor
Polarización de las uniones
Estado Base emisor Base colector
Activo directo Directa (vBE > Vg) Inversa (vBC < Vg)
Transistor inverso Inversa (vBE < Vg) Directa (vBC > Vg)
Cortado Inversa (vBE < Vg) Inversa (vBC < Vg)
Saturado Directa (vBE > Vg) Directa (vBC > Vg)
Los estados del transistor se pueden resumir en la siguiente tabla:
Dicho de otra manera
Modo Unión E-B Unión C-B
Corte Inverso Inverso
Activo Directo Inverso
Saturación Directo Directo
ZAD
SATURACIÓNDIRECTA
ZAISATURACIÓN
INVERSA
CORTE
CORTE
Resumen
IC 0, IE 0
y IB 0-IC a·IE y -IB (1-a)·IE
-IC -b·IB y IE -(1+b)·IB
VCB < 0
Zona Activa
IE
-IB
-IC
-
+VCB
P
P N
VEB
R
V1
Zona de Corte
IE
-IB
-IC
-
+VCB
P
P N
VBE
R
V1IE
-IB
-IC
-
+VCB
P
P N
VEB
R
V1
Zona de Saturación
VCB > 0 (VCE 0)
-IC V1/R
Circuitos Equivalen del transistores
ATE-UO Trans 04
Vs
is+
-
Vs=0
is
is=0
+
-Vs
Vs
is
+
-=
Zona Activa
Zona de
Saturación Vs
is
+
-=
Zona de
Corte Vs
is
+
-=
Configuraciones del BJT
Esta configuración se utiliza para propósitos de acoplamiento de impedancias.
Pues tiene alta impedancia de entrada y baja de salida, al contrario de las
otras dos configuraciones.
Para todos los propósitos prácticos las características de salida de esta
configuración son las mismas que se usan para EMISOR común.
Encapsulado de transistores
ATE-UO Trans 74
Encapsulado
TO-220
MJE13008 (NPN)
IRF840 (MOSFET, N)
BDX53C (Darlington)
Encapsulado
TO-126 (SOT-32)
BD135 (NPN)
BD136 (PNP)
Encapsulado
TO-92
BC548 (NPN)
BC558 (PNP)
Encapsulado
TO-3
2N3055 (NPN)
BU326 (NPN)
Antiguo transistor PNP de
aleación
E C
B
N-
P
P+
Forma real de los transistores
ATE-UO Trans 75
Transistor NPN plano de
doble difusión
N+
N+
N
P-
EB
C
SiO2
P+
P+
P
N-
EB
C
Resistencia de base
ATE-UO Trans 76
Parte que realmente actúa
como transistor
Existe una resistencia
relativamente alta al estar
la base poco dopada. La
llamamos RB.
B’
CE
IE IC
IB
+ -VEB
- +VCB
IF IR
aR·IR aF·IF
BRBModelo de Ebers-Moll modificado