Transistores

Objetivos

• Entender la distribución y movimientos de carga en los

transistores

• Conocer las estructuras, funcionamiento y características

de los diferentes tipos de transistor

• Ser capaz de explicar les diferencias entre el transistor de

unión, el JFET y el MOSFET

• Conocer algunas aplicaciones

Transistores

El transistor de unión◦ Polarización

◦ El amplificador

◦ Modelos

El transistor de efecto campo◦ El JFET

◦ El MOSFET

◦ Circuitos lógicos, memorias, CCDs, TFTs

◦ Fundamentos físicos de la informática, cap. 10

◦ L. Montoto, Fundamentos físicos de la informática y las comunicaciones, Thomson, 2005

◦ A.M. Criado, F. Frutos, Introducción a los fundamentos físicos de la informática, Paraninfo, 1999

Transistores

I---

e-

-

ColectorEmisor

Base

ColectorEmisor

Base

Base poco dopada

Emisor más dopado que colector

El transistor bipolar de unión (BJT)

p

rE

pn

V V0

rE

Unión no polarizada

similar a dos diodos con polarización directa

p

rE

pn

V V0

rE

IE IB IC

IB + IC = IE

El transistor polarizado (saturación)

p

r

E

pn

V

V0

rE

IE = IC = IB = 0

similar a dos diodos con polarización inversa

El transistor polarizado (corte)

p

rE

pn

rE

(P) Emisor (P) Colector(N) Base

IE

IB

InB

IBB

InC

IpB

IC

Transistor polarizado en forma activa

BC II

(P) Emisor (P) Colector(N) Base

IE

IB

InB

IBB

InC

IpB

IC

BC inversa puede conducir si BE directa

Los huecos que se difunden de E a B llegan a C

factor de ganancia

Transistor polarizado en forma activa

BC II

(P) Emisor (P) Colector(N) Base

IE

IB

InB

IBB

InC

IpB

IB = -InC + IBB +InB IC = IpB - IBB + InCIE = IpB + InB

ICIpB, huecos que por difusión

pasan del emisor a la base.

InB, electrones que pasan

de la base al emisor.

IBB, electrones procedentes del

circuito para cubrir las

recombinaciones.

InC, débil corriente de electrones del

colector a la base.

Hay 4 variables que dependen el tipo de conexión:

Vsalida, Ventrada, Isalida, Ientrada.

Base común

Variables:

VBE, VCB, IE, IC

E

B

C

Emisor común

Variables:

VBE, VCE, IB, IC

B

E

C B E

C

Colector común

Variables:

VCB, VCE, IB, IE

Configuraciones del transistor

RC

VCCIB = 1 mA

VBB

RB

n

C

B p

n

IC = 99 mA

IE = 100 mAE100 %

99 %

1 %

99E

c

I

I

RC

RB

VBE VCCVBB

VCE

IC

IB

Configuración en emisor común

E

C

B

RC

RB

VBEVBB

VCE

IC

VCC

E

C

B

Curva característica de entrada

IB

VBE

IB

0,7 VVBE = VBB - IB RB

VBE 0,7 V

Curva característica de salida

VCE (V)

IC

IB = 20 µA

IB = 40 µA

IB = 60 µA(mA)RC

RB

VBEVBB

VCE

IC

VCC

E

C

B

IB

VCE = VCC - IC RC

Variables: VBE, VCE, IB, IC

RB

RC

+VCC

Vsalida

Ventrada

RC

RB

VBE VCCVBB

VCE

IC

IBVBE 0,7 V para silicio

IC = IB

VBE = VBB - IB RB

VCE = VCC - IC RC

IC

IB

Emisor común: variables

• En región activa: unión EB con polarización directa, BC con

polarización inversa. Aplicación en amplificación.

• En región de corte: las dos uniones polarizadas inversamente:

circuito abierto.

• En región de saturación: las dos uniones polarizadas

directamente: cortocircuito.

IB = 0 µA

IB = 40 µA

IB = 20 µA

I C(

mA

)

VCE (V)

Región de saturación

Región activa

Región de corte

IB = 80 µA

IB = 60 µA

RC

RB

VBE

VCCVBB VCE

Ruptura

Curvas características del transistor CE

VBB (V) VCE (V) Ic (mA) IB (mA)

0,7 10 0 0

0,8 9,375 0,625 6,25

0,9 8,75 1,25 12,5

1 8,125 1,875 18,75

1,2 6,875 3,125 31,25

1,4 5,625 4,375 43,75

1,6 4,375 5,625 56,25

1,8 3,125 6,875 68,75

2 1,875 8,125 81,25

2,2 0,625 9,375 93,75

2,3 0 10 100

VBE = -IB RB+ VBB

RC =1 kW

RB=16 kW

VBE VCC=10 V

VBB = 2 VVCE

IC

VCEVCC = 10 V

C

CC

R

V

IB1

IB2

IB4

IB3

= 100 VBE 0,7 V

VCE = VCC - IC RC = 10 - 8,125 = 1,875 V

A25,8116000

7,02m

B

BEBBB

R

VVI

Ic = IB = 8,125 mA

Q

Q

Q

Saturación

Corte

IC

IB

Regió

n a

ctiva

Línea de carga y punto de funcionamiento

Línea de carga y punto de funcionamiento

V BE 0.7 V VCE (V) Ic (mA)

0 11.65 5.357 6.450

1030 W 12 0.00

100 kW

150

12 V

5 V

43.000 IB 043 µA 30.1 PEB 030 µW

6.450 Ic 006 mA 34.5494 PCE 035 mW

6.493 IE 006 mA PT 035 mW

5.357 VCE 005 V

4.657 VCB 005 V

VCC

VBB

RB

RC

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10 12 14

I c(m

A)

Vcc (V)

043 µA 006 mA

006 mA

005 V

E

C

B

VCE = -IC RC+ VCC

IC

VCE

Q

O

VCE IC RC

VCC

C

CECCC

R

VVI

C

CC

R

V

RC

RB

VBE

VCCVBB VCE

IB1

IB2

IB4

IB3

Línea de carga y punto de funcionamiento

IC

VCE

IB1

IB2

IB4

IB3

RC

RB

VBE VCCVBB

VCE

IC

IB

VCC

C

CC

R

V

Punto de funcionamiento: IB

IC

VCE

IB1

IB2

IB4

IB3

RC

RB

VBE VCCVBB

VCE

IC

IB

VCC

1C

CC

R

V

2C

CC

R

V

3C

CC

R

V

Punto de funcionamiento: RC

IC

VCE

IB1

IB2

IB4

IB3

RC

RB

VBE VCCVBB

VCE

IC

IB

VCC3

C

CC

R

V 3

C

CC

R

V 2

C

CC

R

V 1

VCC2VCC1

Punto de funcionamiento: VCC

B E

B

C

IC

VCEVCC

Si VBB , IB = , IE IC = VCC/RC

zona de saturación

cortocircuito CE VCE = 0

Si VBB = 0 o < 0,7 V, IB = 0,

IE IC 0, VCE = VCC

Zona de corte

circuito abierto VCE = VCC

El transistor como conmutador

VBB (V) VCE (V) Ic (mA) IB (mA)

0,7 10 0 0

0,8 9,375 0,625 6,25

0,9 8,75 1,25 12,5

1 8,125 1,875 18,75

1,2 6,875 3,125 31,25

1,4 5,625 4,375 43,75

1,6 4,375 5,625 56,25

1,8 3,125 6,875 68,75

2 1,875 8,125 81,25

2,2 0,625 9,375 93,75

2,3 0 10 100

RB

RC

+VCC

Vsalida

Ventrada

Ventrada Vsalida

A Y

Y = not AINVERSOR

Circuito inversor simple

IE

IB

PEmisor

PColector

NBase

IC

RL

A

D

VEB V

E

B

C

gm : transconductancia

DVAD = RLDIC

D(-IC) = gm DVEB

mL

EB

AD gRV

V

D

D

Transistor de unión: amplificador