TRANSISTOR

1.1 Introducción a los diodos y diodo ideal.

1.2 Materiales semiconductores tipo N y tipo P.

1.3 Curvas características (ideal, real y aproximadas) de un diodo.

1.4 Algunas imperfecciones del diodo y sus hojas de especificaciones.

1.5 El diodo Zener, el diodo emisor de luz (LED) y otros tipos de diodos.

1.6 Comportamiento de CC de un diodo.

1.7 El rectificador de media onda.

1.8 El rectificador de onda completa.

1.9 Recortadores y sujetadores.

1.10 Multiplicadores de voltaje.

El transistor de unión bipolar (BJT).

2.1 Introducción al BJT y principios de construcción.

2.2 Configuración de base común.

2.3 Configuración de emisor común.

2.4 Configuración de colector común.

2.5 Límites de operación del transistor.

2.6 Hoja de especificaciones del transistor.

Polarización de CD del BJT.

3.1 Punto de operación o punto Quiescente.

3.2 Circuito de polarización fija.

3.3 Circuito de polarización estabilizada de emisor.

3.4 Polarización con divisor de voltaje.

3.5 Diversas configuraciones de polarización.

3.6 Conmutación con transistores.

3.7 El transistor PNP

Modelado del transistor BJT.

4.1 Amplificador en el dominio de CA.

4.2 Modelado del transistor BJT.

4.3 Parámetros importantes: Zi, Zo, Av, Ai, Vi, Vo, Ii, Io. (Redes de dos puertos).

4.4 El modelo re del transistor.

4.5 El modelo equivalente híbrido.

Análisis de pequeña señal del BJT.

5.1 Polarización por divisor de voltaje.

5.2 Configuración de polarización de emisor para emisor común.

5.3 Configuración de emisor seguidor.

Apéndice al capítulo 5

Transistor de efecto de campo (FET).

6.1 Introducción al transistor de efecto de campo.

6.2 Construcción y características de los JFET.

6.3 Características de transferencia.

Polarización de CD del FET.

7.1 Configuración de polarización fija.

7.2 Configuración de autopolarización.

1.1 Introducción a los diodos y diodo ideal.

Las décadas que siguieron a la introducción del transistor en los años cuarenta han atestiguado un cambio sumamente drástico en la industria electrónica. La miniaturización que ha resultado nos maravilla cuando consideramos sus límites. En la actualidad se encuentran sistemas completos en una oblea miles de veces menor que el más sencillo elemento de las primeras redes. Las ventajas asociadas con los sistemas semiconductores en comparación con las redes con tubos de los años anteriores son , en su mayor parte, obvias: más pequeños y ligeros, no requieren calentamiento ni se producen pérdidas térmicas (lo que sí sucede en el caso de los tubos), una construcción más resistente y no necesitan un periodo de calentamiento.

La miniaturización de los últimos años ha producido sistemas semiconductores tan pequeños que el propósito principal de su encapsulado es proporcionar simplemente algunos medios para el manejo del dispositivo y para asegurar que las conexiones permanezcan fijas a la oblea del semiconductor. Tres factores limitan en apariencia los límites de la miniaturización: la calidad del propio material semiconductor, la técnica del diseño de la red y los límites del equipo de manufactura y procesamiento.

El primer dispositivo electrónico que se presentará se denomina diodo. Es el más sencillo de los dispositivos semiconductores pero desempeña un papel vital en los sistemas electrónicos, con sus características que se asemejan en gran medida a las de un sencillo interruptor. Se encontrará en una amplia gama de aplicaciones, que se extienden desde las simples hasta las sumamente complejas. Aparte de los detalles de su construcción y características, los datos y gráficas muy importantes que se encontrarán en las hojas de especificaciones también se estudiarán para asegurar el entendimiento de la terminología empleada y para poner de manifiesto la abundancia de información de la que por lo general se dispone y que proviene de los fabricantes.

Antes de examinar la construcción y características de un dispositivo real, consideremos primero un dispositivo ideal, para proporcionar una base comparativa. El diodo ideal es un dispositivo de dos terminales que tiene el símbolo y las características que se muestran en la figura 1.1a y b, respectivamente.

Diodos y transistores

(a)

Diodos y transistores

(b)

Figura 1.1 Diodo ideal: (a)símbolo; (b) característica.

En forma ideal, un diodo conducirá corriente en la dirección definida por la flecha en el símbolo y actuará como un circuito abierto para cualquier intento de establecer corriente en la dirección opuesta. En esencia:

Las características de un diodo ideal son las de un interruptor que puede conducir corriente en una sola dirección.

En la descripción de los elementos que sigue, un aspecto muy importante es la definición de los símbolos literales, las polaridades de voltaje y las direcciones de corriente. Si la polaridad del voltaje aplicado es consistente con la que se muestra en la figura 1.1.a, la parte de las características que se consideran en la figura 1.1.b, se encuentra a la derecha del eje vertical. Si se aplica un voltaje inverso, las características a la izquierda son pertinentes. En el caso de que la corriente a través del diodo tenga la dirección que se indica en la figura 1.1.a, la parte de las características que se considerará se encuentra por encima del eje horizontal, en tanto que invertir la dirección requerirá el empleo de las características por debajo del eje.

Uno de los parámetros importantes para el diodo es la resistencia en el punto o región de operación. Si consideramos la región definida por la dirección de ID y la polaridad de VD en la figura 1.1.a (cuadrante superior derecho de la figura 1.1.b), encontraremos que el valor de la resistencia directa RF, de acuerdo a como se define con la ley de Ohm es

Diodos y transistores

(corto circuito)

donde VF es el voltaje de polarización directo a través del diodo e IF es la corriente en sentido directo a través del diodo.

El diodo ideal, por consiguiente, es un corto circuito para la región de conducción.

Si consideramos la región del potencial aplicado negativamente (tercer cuadrante) de la figura 1.1.b,

Diodos y transistores

(circuito abierto)

donde VR es el voltaje de polarización inverso a través del diodo e IR es la corriente inversa en el diodo.

El diodo ideal, en consecuencia, es un circuito abierto en la región en la que no hay conducción.

En síntesis, se aplican las condiciones que se describen en la figura 1.2.

Diodos y transistores

Figura 1.2 Estados (a) de conducción y (b) de no conducción del diodo ideal.

En general, es relativamente sencillo determinar si un diodo se encuentra en la región de conducción o en la de no conducción observando tan solo la dirección de la corriente ID establecida por el voltaje aplicado. Para el flujo convencional (opuesto al de los electrones), si la corriente resultante en el diodo tiene la misma dirección que la de la flecha del mismo elemento, éste opera en la región de conducción. Esto se representa en la figura 1.3a. Si la corriente resultante tiene la dirección opuesta, como se muestra en la figura 1.3b, el circuito abierto equivalente es el apropiado.

Diodos y transistores

Figura 1.3 (a) Estado de conducción y (b) de no conducción del diodo ideal determinados por la dirección de corriente de la red aplicada.

Como se indicó con anterioridad, el propósito principal de esta sección es el de presentar las características de un dispositivo ideal para compararlas con las de las variedades comerciales.

1.2 Materiales semiconductores tipo N y tipo P.

Configuración Electrónica de los elementos Semiconductores:

Elemento _electrones

1S

2S 2P

3S 3P 3d

4S 4P 4d 4f

5S 5P

Boro _____ B __ 5

2

2 _ 1

Carbono __ C __ 6

2

2 _ 2

Aluminio __ Al __13

2

2 _ 6

2 _ 1

Silicio ____ Si __ 14

2

2 _ 6

2 _ 2

Fósforo

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