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Clase 13 Fun 0

El transistor

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UNIDAD III:
EL TRANSISTOR BIPOLAR OBJETIVOS: 3.1 CONSTRUCCIÓN DEL TRANSISTOR BJT. 3.2 POLARIZACIÓN DE DC DEL TRANSISTOR. Es un dispositivo semiconductor de tres capas que consta ya sea de dos capas de material tipo n y una capa tipo p, o bien de dos capas de material tipo p y una tipo n. Al primero se le denomina transistor npn mientras que al segundo transistor pnp. Ambos se muestran en la figura 3.1 Figura 3.1 UNIVERSIDAD FRANCISCO GAVIDIA.
FACULTAD DE INGENIERÍA
MATERIA: FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA
DOCENTE: ING. MELVIN ORELLANA
CLASE #13 1. Describir la construcción básica de un transistor de unión bipolar (BJT).
2. Identificar los transistores NPN y PNP y, explicar sus diferencias.
3. Interpretar las curvas características de un transistor. Para cualquier polarización del transistor: VBE= 0.7V. Una unión pn del transistor se encuentra en polarización directa, mientras que la otra se encuentra en polarización inversa.
Al aplicar la LCK a cualquiera de los transistores de la figura 3.1 como si se tratara de un solo nodo, se obtiene.
IE=IC+IB Cuando un transistor se conecta a un voltaje de polarización de dc, como se muestra en la figura 3.2, para ambos tipos de transistores (npn y pnp), VBB polariza directamente la unión base-emisor, y VCC polariza en inversa la unión base-colector. Figura 3.2 3.1.1 Beta DC (βDC) y alfa DC (αDC).
La relación de la corriente de colector (Ic) y la corriente de base (IB), es el beta de dc (βDC), el cual es la ganancia de corriente del transistor. Los valores típicos de βDC van desde 20 a 200 o mas. βDC es usualmente designado como un parámetro hibrido equivalente (hfe). La relación de la corriente de colector (Ic) y la corriente de emisor (IE), es el alfa de dc (αDC). El alfa de dc es menos usado que el beta de dc en circuitos con transistores. Los valores típicos de alfa de dc van desde 0.95 hasta 0.99 o superior, pero siempre inferiores a 1. La razón es que Ic es siempre un poco menor que IE por una cantidad igual a IB. Por ejemplo, si IE=100mA e IB=1mA, entonces, Ic=99mA y αDC=0.99. Ejemplo: Determine beta de dc e IE para un transistor donde IB=50µA e IC=3.65mA. Para cualquier polarización del transistor: VBE= 0.7V. Una unión pn del transistor se encuentra en polarización directa, mientras que la otra se encuentra en polarización inversa.
El transistor BJT puede operar dentro de cualquiera de las regiones de saturación, corte y la región activa, tal como se aprecia en la figura 3.3. Figura 3.3 Observe que en las características de la figura 3.3 la magnitud de IB se encuentra en microamperios, en comparación de los miliamperios de IC. La región activa es la parte del cuadrante superior derecho que tiene la mayor linealidad, es decir, la región en la que las curvas de IB son casi rectas e igualmente espaciadas. En la figura 3.3 esta región se presenta a la derecha de la línea punteada en VCEsat y por arriba de la curva de IB igual a cero. La región a la izquierda de VCEsat se le denomina región de saturación. Cuando se utiliza como un interruptor, el transistor tendrá dos puntos de operación de interés: uno en la región de corte y otro en la región de saturación. La condición de corte debería de ser idealmente IC=0mA para el voltaje seleccionado VCE, para fines de conmutación el corte se presentará cuando IB=0µA. El análisis o diseño de un amplificador a transistor requiere conocimiento tanto de la respuesta del sistema en dc como en ac. A menudo se piensa que el transistor es un dispositivo mágico que puede elevar el nivel de una señal de ac de entrada sin la ayuda de una fuente de energía externa. En realidad, el nivel de potencia de la salida de ac mejorado es resultado de una transferencia de energía proveniente de las fuentes de dc aplicadas. En los temas que siguen se analiza una cierta variedad de redes, entre las que existe una similitud común en el análisis de cada configuración, esto debido a la recurrente utilización de las siguientes relaciones básicas para un transistor y que son muy importantes:

3.2.1 CIRCUITO DE POLARIZACIÓN FIJA.
El circuito de polarización fija de la figura 3.4 proporciona una introducción relativamente directa y simple al análisis de la polarización en dc de los transistores.
Figura 3.4 Aunque el circuito utiliza una red de transistor npn, las ecuaciones y los cálculos aplican de igual forma para las configuraciones del transistor pnp cambiando simplemente todas las direcciones de corriente y las polaridades de voltaje.
Para el análisis en dc, la fuente de voltaje Vcc puede dividirse en dos fuentes (solo para propósitos de análisis), como se muestra en la figura 3.5, para permitir una separación de los circuitos de entrada de los de salida.
Figura 3.5 Malla base-emisor.
Considere primeramente la malla del circuito base-emisor de la figura 3.6.
Figura 3.6 Al escribir la ecuación de voltaje de kirchhoff, en dirección de las manecillas del reloj, tenemos:
+Vcc-IBRB-VBE=0
Al despejar IB, tenemos:

Debido a que tanto el voltaje de la fuente Vcc y el voltaje VBE son constantes, la selección del resistor RB, establecerá el nivel de la corriente de base para el punto de operación Malla colector-emisor.
En la figura 3.7 se presenta la sección colector-emisor de la red, junto con la dirección de la corriente Ic indicada y la polaridad resultante sobre Rc. La magnitud de la corriente de colector se encuentra directamente relacionada con la corriente de base : Ic=βIB.
Figura 3.7 Si aplicamos la LCK en la dirección de las manecillas del reloj alrededor de la malla cerrada indicada, obtendremos lo siguiente:
Es importante hacer notar que VCE=Vc-VE ambos medidos respecto a tierra.
En este caso, dado que VE=0V, tenemos:
VCE=VC
Además: VBE=VB-VE
VBE=VB
Ejemplo: para la configuración de polarización fija de la figura siguiente determine:
a) IB e IC
b) VCE
c) VB y VC
d) VBC
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