Transistores de Unión Bipolar

INTRODUCCIÓN 5

1. Transistores de Unión Bipolar 6

1.1. Construcción de un transistor 6

1.2. Operación de un transistor 7

1.3. Configuración emisor común 10

1.4. Configuración colector común 13

1.5. Límites de operación de un transistor 15

1.6. Tipos de transistores. 18

2. Transistores BJT 22

2.1. Concepto 22

2.3. Punto de operación 22

2.4. Configuración de polarización fija. 26

2.5. Configuración de polarización de emisor. 27

2.6. Configuración de polarización por medio del divisor de voltaje. 28

2.7. Configuración de realimentación del colector. 30

2.8. Configuración en emisor seguidor. 30

2.9. Configuración en emisor común. 31

2.10. Transistores PNP. 33

2.11. Análisis de CA de un BJT. 34

3. Transistores de Efecto de Campo 37

3.1. Concepto 37

3.2. Tipos de transistores de efecto de campo. 37

3.3. Construcción y características de los JFET. 38

3.4. Construcción y características de los MOSFET. 40

3.5. Construcción y características de los MESFET. 43

4. Polarización de los FET 44

4.1. Configuración de polarización fija 44

4.2. Configuración de auto polarización 48

4.3. Polarización por medio del divisor de Voltaje 49

4.4. Configuración en compuerta común 52

CONCLUCION 55

BIBLIOGRAFIA 56

Lista de figura

Fig. 1.1. Unión polarizada en directa de un transistor pnp. 7

Fig. 1.2. Unión polarizada en inversa de un transistor pnp. 9

Fig. 1.3. Flujo de portadores mayoritarios y minoritarios de un transistor pnp. 11

Fig. 1.4. Notación y símbolos utilizados con la configuración en emisor común: (a) transistor pnp; (b) transistor pnp. 13

Fig. 1.5. Notación y símbolos utilizados con la configuración en colector común: (a) transistor pnp, (b) transistor pnp. 14

Fig. 1.6. Definición de la región de operación lineal (sin distorsión) para un transistor. 16

Fig. 2.1 Varios puntos de operación dentro de los límites de operación de un transistor 24

Fig. 2.2. Circuito de polarización fija. 27

Fig. 2.3. Circuito de CD equivalente de la fig. 2.2. 27

2.4. Circuito de polarización de un BJT con resistor de emisor. 28

2.5. Configuración de polarización por medio del divisor de voltaje. 29

Fig. 2.6. Configuración en colector común (emisor-seguidor) 30

Fig. 2.7. Configuración en base común. 32

Fig. 2.8. Equivalente de CD de entrada de la entrada de la fig. 2.7. 33

Fig. 2.9. Determinación de Vce y Vcb. 33

Fig. 3.1. Transistor de efecto de campo de unión (JFET). 39

Fig. 4.1. Configuración de polarización fija. 45

Fig. 4.2. Representación grafica de la ecuación de Shochley 47

Fig. 4.3. Determinación de la solución para la configuración de polarización fija. 47

Fig. 4.4. Configuración de autopolarización de JFET. 48

Fig. 4.5. Configuración de polarización por medio del divisor de voltaje. 49

Fig. 4.6. Red de la figura 4.5 redibujada para el análisis de CD. 50

Fig. 4.7. Grafica de la ecuación de red para la configuración del divisor de voltaje.52

Fig. 4.8. Dos versiones de la configuración en compuesta común. 52

Fig. 4.9. Determinación de punto Q. 53

INTRODUCCIÓN

Transistores es el tema que se desarrollara a continuación donde vamos a conocer las siguientes operaciones y funcionamientos así como también podemos conocer la gran aplicación e importancia que estos dispositivos ofrecen en los circuitos electrónicos. Vamos a ver imágenes donde mostraremos con destalles; conceptos, configuración, limites, tipos, análisis, etc.

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, entre otros.

1. Transistores de Unión Bipolar

1.1. Construcción de un transistor

El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas que consta de dos capas de material tipo n y una de material tipo p o de dos capas de material tipo p y una de material tipo n. El primero se llama transistor npn y el segundo transistor pnp. Ambos con la polarización de cd apropiada. En el capítulo 4 veremos que la polarización de cd es necesaria para establecer la región de operación apropiada para la amplificación de ca. La capa del emisor está muy dopada, la base ligeramente, y el colector sólo un poco dopado. Los grosores de las capas externas son mucho mayores que las del material tipo p o n emparedado. Para transistores relacionado entre el grosor total y el de la capa central es de 0.150/0.001_150:1. El dopado de la capa emparedada también es considerablemente menor que el de las capas externas (por lo común de 10:1 o menor). Este menor nivel de dopado reduce la conductividad (incrementa la resistencia) de este material al limitar el número de portadores “libres”.

Con la polarización, las terminales se identificaron por medio de las letras mayúsculas E para emisor, C para colector y B para base. La conveniencia de esta notación se pondrá de manifiesto cuando analicemos la operación básica del transistor. La abreviatura BJT (de bipolar junction transistor) se suele aplicar a este dispositivo de tres terminales. El término bipolar refleja el hecho de que huecos y electrones participan en el proceso de inyección hacia el material opuestamente polarizado. Si se emplea sólo un portador (electrón o hueco), se considera que es un dispositivo unipolar. El diodo Schottky del capítulo 16 pertenece a esa clase.

1.2. Operación de un transistor

La operación del transistor npn es exactamente la misma con los roles de los electrones y huecos intercambiados. En la figura 1.1 se volvió a dibujar el transistor pnp sin polarización entre la base y el emisor. Observe las semejanzas entre esta situación y la del diodo polarizado en directa en el capítulo 1. El ancho de la región de empobrecimiento se redujo a causa de la polarización aplicada y el resultado fue un intenso flujo de portadores mayoritarios del material tipo p al material tipo n.

Eliminemos ahora la polarización de la base al emisor del transistor como se muestra en la figura 1.2. Considere las semejanzas entre esta situación y la del diodo polarizado en inversa. Recuerde que el flujo de portadores mayoritarios es cero, y el resultado es sólo un flujo de portadores minoritarios, como se indica en la figura 1.2. En suma, por consiguiente:

La unión p-n de un transistor se polariza en inversa en tanto que la otra se polariza en directa.

Fig. 1.1. Unión polarizada en directa de un transistor pnp. Fig. 1.2. Unión polarizada en inversa de un transistor pnp.

En la figura 1.3 se aplicaron ambos potenciales de polarización a un transistor pnp, con los flujos de portadores mayoritarios y minoritarios resultantes indicados. Observe en la figura 1.3 los anchos de las regiones de empobrecimiento donde se ve con claridad cuál unión es polarizada en directa y cual lo está polarizada en inversa. Como se indica en la figura 1.3, una gran cantidad de portadores mayoritarios se difundirá a través de la unión p–n polarizada en directa hacia el material tipo n. La pregunta es entonces si estos portadores contribuirán directamente con la corriente de base IB o si pasarán directamente al material tipo p. Como el material tipo n emparedado es muy delgado y su conductividad es baja, un número muy pequeño de estos portadores tomarán esta ruta de alta resistencia hacia la base. La magnitud de la corriente de base es por lo general del orden de microamperes, en comparación con los miliamperes de las corrientes del emisor y el colector. El mayor número de estos portadores mayoritarios se difundirá a través de la unión polarizada en inversa hacia el material tipo n conectado al colector como se indica en la figura 1.3. La razón de la facilidad relativa con que los portadores mayoritarios pueden atravesar la unión polarizada en inversa es fácil de entender si consideramos que en el caso del diodo polarizado en inversa los portadores mayoritarios inyectados aparecerán como portadores minoritarios en el material tipo p. En otras palabras, ha habido una inyección de portadores minoritarios en el material tipo n de la región de la base. Si se combina esto con el hecho de que todos los portadores minoritarios de la región de empobrecimiento atravesarán la unión polarizada en inversa de un diodo explica el flujo indicado en la figura 1.3.

Fig. 1.3. Flujo de portadores mayoritarios y minoritarios de un transistor pnp.

Aplicando la ley de las corrientes de Kirchhoff al transistor de la figura 1.3 como si fuera un nodo único obtenemos:

y hallamos que la corriente en el emisor es la suma de las corrientes en el colector y la base. La corriente del colector, sin embargo, consta de dos componentes, los portadores mayoritarios y los minoritarios como se indica en la figura 1.3. El componente de corriente de portadores minoritarios se llama corriente de fuga y se le da el símbolo ICO [corriente IC con el emisor abierto Abierto (Open)]. La corriente del colector, por consiguiente, está determinada en su totalidad por

Para transistores

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