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Transistor Bipolar

Dispositivos Electronicos
by

Ricardo Gaytan

on 7 April 2013

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Transcript of Transistor Bipolar

Transistor BJT
Bipolar Junction Transistor EL TRANSISTOR SIN POLARIZACIÓN Un transistor tiene tres zonas de dopaje, como se muestra en la imagen. La zona inferior se denomina emisor, la zona central es la base y la zona superior es el colector. El transistor de la imagen es un dispositivo npn porque hay una zona p entre dos zonas n. Los transistores también se construyen como dispositivos pnp. Un transistor pnp tiene una zona n entre dos zonas p. ANTES Y DESPUÉS DE LA DIFUSIÓN La primer imagen muestra las zonas del transistor antes de que ocurra la difusión. Los electrones libres de la zona n se difunden a través de la unión y se recombinan con los huecos del lado p.
Imagínese los electrones libres de cada zona n atravesando la unión y recombinándose con los huecos. El resultado son las dos zonas de deplexión, mostradas en la siguiente imagen. En cada una de estas zonas la barrera de potencial es aproximadamente de 0.7 V a 25 °C para un transistor de silicio y 0.3 V a 25 °C para un transistor de germanio. NIVELES DE DOPAJE En la imagen anterior el emisor está fuertemente dopado. Por otro lado, la base está ligeramente dopada. El nivel de dopaje del colector es intermedio, entre los dos anteriores. Físicamente el colector es la zona más grande de las tres. DIODOS DE EMISOR Y DE COLECTOR El transistor de la imagen tiene dos uniones: una entre el emisor y la base y otra entre la base y el colector. Por tanto, un transistor es similar a dos diodos contrapuestos. El diodo inferior se denomina el diodo emisor-base, o simplemente el diodo emisor. El diodo superior se denomina diodo colector-base, o diodo colector. ELECTRONES DE LA BASE
En el instante en que la polarización directa se aplica al diodo emisor de la imagen anterior, los electrones del emisor todavía no han entrado en la zona de la base. Si VBB es mayor que la barrera de potencial emisor-base de la imagen anterior, circularán una elevada corriente de electrones del emisor hacia la base, como se ve en la siguiente imagen. Teóricamente estos electrones libres pueden circular en cualquiera de las dos direcciones siguientes: por una parte, pueden circular hacia la izquierda saliendo de la base, pasando a través de RB en su camino hacia el terminal positivo de la fuente. Por otra parte, los electrones libres pueden circular hacia el colector. EL TRANSISTOR POLARIZADO Un transistor sin polarización es similar a dos diodos contrapuestos. Cada diodo tiene una barrera de potencial de 0.7 V, aproximadamente. Si se conectan fuentes de tensión externas para polarizar al transistor, se obtienen corrientes a través de las diferentes partes del transistor. CORRIENTES EN UN TRANSISTOR ELECTRONES DEL EMISOR
En la imagen se muestra un transistor polarizado. Los signos menos representan electrones libres. El emisor esta fuertemente dopado; su función consiste en emitir o inyectar electrones libres a la base. La base ligeramente
dopada también tiene un propósito bien definido: dejar pasar hacia el colector la mayor parte de los electrones inyectados por el emisor. El colector se llama así porque colecta o recoge la mayoría de los electrones provenientes
de la base. Lo mostrado en la imagen es la forma mas habitual de polarizar un transistor. La fuente de la izquierda VBB en la imagen polariza directamente el diodo emisor, mientras que la fuente de la derecha VCC polariza inversamente el
diodo de colector. Aunque son posibles otros métodos de polarización, polarizar en directa el diodo emisor y en inversa el diodo colector produce los resultados más útiles. Sólo unos pocos electrones libres se recombinaran con huecos en la base ligeramente dopada. Después, como los electrones de valencia, circularán a través de la resistencia de base hacia el lado positivo de la fuente VBB. ELECTRONES DEL COLECTOR
Casi todos los electrones libres van hacia el colector, como se ve en la siguiente imagen. Estando ya en el colector, son atraídos por la fuente de tensión VCC. Como consecuencia de ello, los electrones libres circulan a través del colector y a través de RC hasta que alcanzan el terminal positivo de la fuente de tensión del colector.
Resumiendo lo que sucede, se tiene lo siguiente: en la siguiente imagen, VBB polariza directamente el diodo emisor, obligando a los electrones libres del emisor a entrar en la base. La estrecha y apenas dopada base hace que casi todos ellos tengan el tiempo suficiente para difundirse en el colector. Estos electrones circulan a través del colector, a través de RC y hacia el terminal positivo de la fuente de tensión VCC. Como el emisor es la fuente de electrones su corriente es la mayor de las tres. Casi todos los electrones del emisor circulan hacia el colector; por tanto, la corriente de colector es aproximadamente igual a la corriente de emisor. La corriente de base es muy pequeña comparativamente, a menudo menor que el 1 por 100 de la corriente del colector. Al aplicarse a un transistor, la ley de Kirchhoff proporciona esta importante relación entre las tres corrientes del transistor: Teniendo en cuenta que la corriente de base es mucho menor que la corriente de colector, es habitual hacer la siguiente aproximación: Y la corriente de base es mucho más pequeña que la corriente de colector: ALFA: La alfa de continua se define como la corriente continua de colector dividida por la corriente continua de emisor: Como la corriente de colector es casi igual que la corriente de emisor, alfa es ligeramente menor que 1. Por ejemplo, en un transistor de baja potencia, alfa es mayor que 0,99. Incluso en un transistor de alta potencia, alfa es típicamente mayor que 0,95. BETA: La beta dc de un transistor se define como la relación entre la corriente continua del colector y la corriente continua de la base: La beta de continua se conoce también como la ganancia de corriente porque una pequeña corriente de base produce una corriente mucho mayor de colector.
La ganancia de corriente es una gran ventaja de un transistor y ha llevado a todo tipo de aplicaciones. Para transistores de baja potencia (por debajo de 1 W), la ganancia de corriente es típicamente de 100 a 300. Los transistores de alta potencia (por encima de 1 W) normalmente tienen ganancias de corriente entre 20 y 100. EJEMPLOS Ing. Ricardo Gaytán LA CONEXIÓN EC Emisor común CURVA CARACTERÍSTICA DE SALIDA Un transistor sin polarización es similar a dos diodos contrapuestos. Cada diodo tiene una barrera de potencial de 0.7 V, aproximadamente. Si se conectan fuentes de tensión externas para polarizar al transistor, se obtienen corrientes a través de las diferentes partes del transistor. El lado común o masa de cada fuente de tensión está conectado al emisor. Debido a esto, el circuito se conoce como configuración en emisor común (en EC). Obsérvese que el circuito tiene dos mallas. La malla de la izquierda es el circuito de base y la de la derecha es el circuito de colector. Subíndices dobles Subíndices simples Los subíndices simples se usan para las tensiones de los nodos, es decir, tensiones entre el punto del subíndice y masa. CURVA CARACTERÍSTICA DE ENTRADA Estamos hablando acerca de la corriente de base y la tensión del diodo de emisor, por lo que cabria esperar una curva similar a la característica de corriente en función de la tensión de un diodo, lo que significa que podemos usar cualquiera de las tres aproximaciones de un diodo analizadas con anterioridad. Aplicando la ley de Ohm a la resistencia de base, obtenemos esta derivación: Si se utiliza un diodo ideal, VBE = 0. Con la segunda aproximación, VBE = 0.7 V La mayoría de las veces la segunda aproximación será el mejor compromiso entre la sencillez de cálculos al usar un diodo ideal y la precisión al usar aproximaciones superiores. Todo lo que se necesita recordar para la segunda aproximación es que VBE = 0.7 V. EJEMPLO Se pueden variar VBB y VCC para establecer diferentes tensiones y corrientes en el transistor. Midiendo Ic y VCE, se obtienen los datos para una curva de Ic, en función de VCE. Por ejemplo, supóngase que se cambia VBB para obtener IB = 10 uA. Entonces se puede variar VCC, y medir los valores resultantes de Ic y VCE. Trazando los datos, se dibuja la curva, Esta curva es para un 2N3904, un transistor de baja potencia muy usado. Con otros transistores, los números pueden variar pero la forma de la curva es similar. Si VCE es superior a 40 V, el diodo de colector entra,en la zona de ruptura y se pierde el funcionamiento normal del transistor. Este no está diseñado para funcionar en la zona de ruptura. Por esta razón, una de las limitaciones que hay que buscar en las hojas de características del transistor es la tensión de ruptura de colector-emisor VCE(max). Si el transistor entra en la zona de, ruptura, se destruira. Tensión y potencia de colector El transistor presenta una disipación de potencia aproximada de: Esta ecuación dice que la potencia disipada por el transistor es igual a la tensión colector-emisor multiplicada por la corriente de colector. Es esta potencia la que hace que aumente la temperatura de la unión del diodo de colector. Cuanto mayor sea la potencia mayor sera la temperatura de la unión. El transistor se quemará si la temperatura de la unión llega a valores comprendidos entre 150 y 200 °C. Una de las informaciones más importantes que aparece en las hojas de características es la potencia máxima PD(max). El consumo de potencia dado por la ecuación debe ser menor que PD(max) para evitar que se destruya el transistor. EJEMPLO Disipadores de Calor Los disipadores de calor son componentes metálicos que utilizan para evitar que algunos elementos electrónicos como los transistores bipolares , algunos diodos, SCR, TRIACs, MOSFETS, etc., se calienten demasiado y se dañen.
El calor que produce un transistor no se transfiere con facilidad hacia el aire que lo rodea.
Algunos transistores son de plástico y otros metálicos. Los que son metálicos transfieren con más facilidad el calor que generan hacia el aire que lo rodea y, si su tamaño es mayor, mejor. SIMULACIÓN
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