Guía Nº4 Transistores

7/24/2019 Gua N4 Transistores

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UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANAFacultad de Tecnologa Informtica

Materia:Electromagnetismo Estado Slido II Profesor:Vallhonrat, Carlos

Alumno: - Balia, Mariano Casanello, Oscar Di Paolo, DaroRossi, Juan Pablo

Sede: Castelar Comisin:5 Turno: Noche Ao: 2008

GUA N3: Transistores

CONTENIDOS

Tipos de transistores: BJT y FET; p-n-p y n-p-n; JFET y MOSFET. Propiedades. Regionesde trabajo. Configuraciones de uso. Su utilizacin en circuitos digitales.

Resolucin:

1]Analizar los smbolos utilizados para BJT y FET. Qu indica cada elemento de los mismos?

Transistor de union bipolar (BJT - Bipolar Junction Transistor)

Se componen de 3 elementos:

Emisor, est muy fuertemente dopado, sus propiedades elctricas se acercan a las de unmetal y su funcin, como su nombre sugiere, es emitir portadores hacia el componente base.

Base, est apenas dopado y es de muy pequeo espesor. Tiene conductividad contraria a la

de los otros terminales y es la encargada de realizar el control de la corriente que atraviesa porel colector y el emisor.

Colector:es el extremo, donde llegan casi todos los portadores emitidos.

Los tres semiconductores estn conectados al circuito exterior. Se trata entonces de uncomponente de tres patas.

Transistores de efecto de campo (FET - Field-Effect Transistor)

Se componen de 3 elementos:

La puertaes el terminal equivalente a la base del BJT. El transistor de efecto de campo secomporta como un interruptor controlado por tensin, donde el voltaje aplicado a la puertapermite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente.


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2]Podra considerarse a un BJT cmo dos diodos conectados en oposicin, con una terceraconexin entre ambos? Cul es la diferencia de comportamiento? A qu se debe? Describael "efecto transistor".

Si, podra considerarse como dos diodos conectados en oposicin, dado que se basaen combinaciones p-n. Dicho transistor posee una estructura simple formada por dos unionesmuy prximas, donde la zona central es de un espesor muy pequeo. A diferencia del diodo,donde la corriente circula o no de acuerdo a su polarizacin, en un BJT cada semiconductorcumple una funcin especfica y diferente (EMISOR COLECTOR BASE).

El emisorha de ser una regin muy dopada (de ah la indicacin p+). Cuanto ms dopajetenga el emisor, mayor cantidad de portadores podr aportar a la corriente.La baseha de ser muy estrecha y poco dopada, para que tenga lugar poca recombinacin enla misma, y prcticamente toda la corriente que proviene de emisor pase a colector, comoveremos ms adelante. Adems, si la base no es estrecha, el dispositivo puede nocomportarse como un transistor, y trabajar como si de dos diodos en oposicin se tratase.El colectorha de ser una zona menos dopada que el emisor. Las caractersticas de estaregin tienen que ver con la recombinacin de los portadores que provienen del emisor. Enposteriores apartados se tratar el tema.

El transistor bipolar basa su funcionamiento en el control de la corriente que circula entre elemisor y el colector del mismo, mediante la corriente de base. En esencia un transistor sepuede considerar como un diodo en directa (unin emisor-base) por el que circula una corriente

elevada, y un diodo en inversa (unin base-colector), por el que, en principio, no deberacircular corriente, pero que acta como una estructura que recoge gran parte de la corrienteque circula por emisor - base.En la figura 9 se puede ver lo que sucede. Se dispone de dos diodos, uno polarizado en directa(diodo A) y otro en inversa (diodo B). Mientras que la corriente por A es elevada (IA), lacorriente por B es muy pequea (IB). Si se unen ambos diodos, y se consigue que la zona deunin (lo que llamaremos base del transistor) sea muy estrecha, entonces toda esa corrienteque circulaba por A (IA), va a quedar absorbida por el campo existente en el diodo B. De estaforma entre el emisor y el colector circula una gran corriente, mientras que por la base unacorriente muy pequea. El control se produce mediante este terminal de base porque, si secorta la corriente por la base ya no existe polarizacin de un diodo en inversa y otro en directa,y por tanto no circula corriente.

3] Seale diferencias y semejanzas estructurales entre BJT y FET.

Ventajas del FET frente a los BJT:1) Son dispositivos controlados por tensin con una impedancia de entrada muy elevada (107 a1012).


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2) Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT.3) Los FET son ms estables con la temperatura que los BJT.4) Los FET son ms fciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos y permitenintegrar mas dispositivos en un C1.5) Los FET se comportan como resistencias controlados por tensin para valores pequeos detensin drenaje-fuente.6) La alta impedancia de entrada de los FET les permite retener carga el tiempo suficiente parapermitir su utilizacin como elementos de almacenamiento.7) Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes.Desventajas que limitan la utilizacin de los FET:1) Los FET presentan una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacidad deentrada.2) Los FET presentan una linealidad muy pobre, y en general son menos lineales que los BJT.3) Los FET se pueden daar debido a la electricidad esttica.

4]Reproduzca la fig. 14.6 a y b para un transistor p-n-p. Asigne a las bateras la polaridadnecesaria para que el transistor representado se encuentre en la regin activa.

5]En la figura de la pregunta anterior, escriba los smbolos usuales de todas las magnitudes detensin y corriente que regulan el funcionamiento del transistor. Indique los sentidos decirculacin de corrientes.

6]Dibuje el grfico de la figura 14.10 para un transistor n-p-n.

7]Explique brevemente, con y .

palabras, la informacin que proporcionan los coeficientes

El factor de amplificacin logrado entre corriente de base y corriente de colector, se denominaBeta del transistor = IC/IB.La relacin entre la corriente de colector y corriente de emisor, se denomina = IC/IE.

8]Considere la configuracin EC. Dibuje la curva Ib vs. Vbe, y la familia de curvas Ic vs. Vce,con Ib como parmetro, suponiendo un comportamiento ideal de las uniones.

9]Dibuje circuitos con transistores que cumplan las siguientes condiciones:

9.1 p-n-p en EC. Regin de corte.

9.2 p-n-p en BC. Regin de saturacin.

9.3 n-p-n en CC. Regin activa.

9.4 n-p-n en EC. Regin de saturacin.

9.5 n-p-n en EC. Regin de corte.

Verifique sus circuitos en el laboratorio o con el simulador.

10]En el circuito siguiente:


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10.1. Describa el tipo de transistor, la configuracin y la regin de trabajo.

NPN, emisor comn, activo.-

10.2. Complete las lecturas faltantes en los instrumentos.V en Rbase = 0,1751vV en Rcolector = 6,89VVce = 109,9mVIb = 0.1751mAIc = 6,89mAIe = 7,06mA

10.3. Cambie la regin de trabajo, de dos formas diferentes, (cambiando dos parmetrosdistintos del circuito). Verifique sus resultados con el simulador.La primera configuracin a probar es cuando est en corte el transistor haciendo que la Ib seacero esto se logra bajando la tensin en Vbase que es de 1 volt llevarlo a cero.-La segunda configuracin a probar es cuando est en saturacin el transistor haciendo que laVce sea cero esto se logra subiendo la corriente de base esto hace que la corriente de colectorsuba de forma tal que genera un caida de tensin en Rc igual a la Vcc.-

11]Sealar las caractersticas ms importantes de los MOSFET, comparadas con los BJT.Los transistores Mos son dispositivos de alta impedancia, con lo que lleva a una disipacin depotencia ms baja, como desventaja es la velocidad de trabajo que en comparacin es lenta.-

12]Cuando un MOSFET se halla en situacin de estrangulamiento (Vds > Vds,sat) cmo esposible que siga circulando corriente por el canal?

13]Construya en el simulador circuitos con NMOS y PMOS en fuente comn. Provoque loscambios necesarios en los parmetros para que transiten por las tres regiones de trabajodescritas. Entregue su trabajo en diskette, incluyendo un breve informe.

14]En qu consisten y en qu se basan las aplicaciones digitales de los transistores? Porqu le parece que la regin de trabajo activa en los BJT (saturacin en FET) tiene aplicacin encircuitos amplificadores (analgicos), mientras que las de corte y saturacin (hmica en FET)se emplean en circuitos de uso en computacin?

15]Seale ventajas y desventajas comparativas de las tecnologas bipolares y unipolares en laimplementacin de puertas lgicas. Explique con qu variables se juega para optimizar elrendimiento de las puertas en tecnologa bipolar.


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16]Explique en qu consiste la tecnologa CMOS y cules son sus principales ventajas.

Los consumos son muy bajos. Esto significa poco calor que disipar y entonces circuitos mscompactos (es decir mayor densidad de bits en los chips de circuito integrado), conposibilidades de alto nivel de integracin, con el correlato de ventajas de costo y de velocidadde operacin. Los circuitos y sistemas funcionan solamente en dos estados posibles, lo quesignifica mayor estabilidad y mayor confiabilidad.

17]Escribir en unos pocos (3 4) renglones una explicacin de los siguientes trminos de lateora de transistores:BJTFETJFETMOSFETMOS complementariopolarizacinconfiguracinregin de trabajosaturacinhfecoeficiente unin de colector / de emisorpuerta/sumidero/fuente

tensin umbralenriquecimientoestrangulamientocanal n/ canal p

Ms problemas de transistores

1) Mencionar elementos que caractericen una magnitud o una informacin presentada en formaanalgica o en forma digital. Dar ejemplos donde una misma informacin se pueda presentar

de ambas maneras. Son formas equivalentes?

2) Para el siguiente circuito


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a) Dibujar la recta de carga del circuito.

b) Para cada uno de los valores de Vbb indicados ( Vbb=0 ; Vbb=0,2V ; Vbb=0,7V ;Vbb=1V ; Vbb=1,1V ; Vbb=1,5V ; Vbb=2V ; Vbb=2,5V ; Vbb=5V),Hallar Ic y Vce.Ubicar el punto Q en la recta de carga.Indicar en qu zona est trabajando el transistor en cada caso. En el caso de estar saturado,suponer Vce=0 y hallar el valor de sat.

c) Para los valores de Vbb=1V y Vbb=1,1V, se puede considerar un Vbb=0,1V.Hallar el Vce correspondiente Qu representa el cociente Vce/Vbb?

3) Se dispone de un transistor que tiene un =200.Se desea que funcione saturado con un sat=20 en un circuito igual al anterior.Elegir valores de Rb y Rc adecuados.Usar Vcc=12V y Vbb=5V.

4) Para el mismo circuito del punto 3), ahora se desea que funcione en corte, qu debieracambiar?

5) Idem pero que funcione en Modo activo. Encontrar al menos 3 maneras distintas de sacarlo

de saturacin.

6) El puerto paralelo entrega una seal que cuando representa un 1 lgico puede estar entre4,5V y 5V. Se quiere encender un LED que funciona con una diferencia de potencial de 1,5V yuna corriente de 100mA.Se dispone de una pila de 12V, un transistor NPN y resistencias. Se desea que el LEDencienda cuando en el puerto hay un 1 lgico. Disear un circuito con los elementosdisponibles.

7) Encontrar el valor faltante en cada casoa) =200


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b) =100

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