Transistor Bipolar Preinforme

7/24/2019 Transistor Bipolar Preinforme

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TRANSISTOR BIPOLAR

OBJETIVOS

1. Conocer en este laboratorio la teoria, como se usa y sus apicaciones del

transistores bipolares.2. Comprobar mediante el aboratorio el reconocimiento de losmtransistores.

Marco Terico

Qu es un transistor?

Un transistor es un dispositivo electrnico que funciona a base de un dispositivo semiconductor que

cuenta con tres terminales, los que son utilizados como amplificador e interruptor, oscilador,

conmutador o rectificador. Una pequea corriente elctrica, que es aplicada a uno de los terminales,

logra controlar la corriente entre los dos terminales.

Los transistores se comportan como parte fundamental de los aparatos electrnicos, anlogos y

digitales. Especficamente, en los aparatos electrnicos digitales, un transistor se utiliza como

interruptor, pero tambin se les da otros usos que guardan relacin con memorias RAM y puerta

lgicas. Por otra parte, en cuanto a los aparatos anlogos, se utilizan, por lo general, como

amplificadores.

Como ya se mencion, un transistor est conformado por tres partes. Una de ellas es la que se encarga

de emitir electrones, por lo tanto, es el emisor.Una segunda parte es la que los recibe, el denominado

colector, y por ltimo, una tercera parte que opera como un modulador del paso de los electrones.

Existen varios tipos de transistores, entre los que encontramos los transistores bipolares y los

transistores de efecto de campo.

TRANSISTOR BIPOLAR.-

Simbologa. Convenio de tensiones y corrientes

El transistor bipolar es un dispositivo de tres terminales -emisor,

colector y base-, que, atendiendo a su fabricacin, puede ser de

dos tipos: NPN y PNP. En la figura 1 se encuentran los smbolos

de circuito y nomenclatura de sus terminales.

La forma de distinguir un transistor de tipo NPN de un PNP es

observando la flecha del terminal de emisor. En un NPN esta

flecha apunta

Base

ColectorC

B

EmisorE

hacia fuera del transistor; en un PNP la flecha apunta hacia

dentro. Adems, en funcionamiento normal, dicha flecha indicaTransistor tipo NPN Transistor tipo PNP

el sentido de la corriente que circula por el emisor del transistor.


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Estructura fsica

El transistor bipolar es un dispositivo formado por

tres regiones semiconductoras, entre las cuales se

forman unas uniones (uniones PN). En la figura 4

observamos el aspecto til para anlisis de un

transistor bipolar. Siempre se ha de cumplir que el

dopaje de las regiones sea alterno, es decir, si el

emisor es tipo P, entonces la base ser tipo N y el

Emisor (tipo N)

Base (tipo P)

Colector (tipo N)

colector tipo P.

Esta estructura da lugar a un transistor bipolar tipo

PNP. Si el emisor es tipo N, entonces la base ser P y

el colector N, dando lugar a un transistor bipolar tipo

NPN.

Substrato de Silicio

Figura 4. Estructura de un TRT bipolar

El transistor se fabrica sobre un substrato de silicio, en el

cual se difunden impurezas1, de forma que se obtengan las

tres regiones antes mencionadas. En la figura 5 vemos el

aspecto tpico de un transistor bipolar real, de los que se

encuentran en cualquier circuito integrado. Sobre una base n

(substrato que acta como colector), se difunden regionesp y

n+, en las que se ponen los contactos de emisor y base.

Colector Emisor

n+

p

n

Base

Es de sealar que las dimensiones reales del dispositivo son

muy importantes para el correcto funcionamiento del mismo.

Figura 5. Estructura real de un TRT


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FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR

El transistor bipolar es un dispositivo de tres terminales gracias al cual es posible controlar

un gran potencia a partir de una pequea. En la figura se puede ver un ejemplo cualitativo delfuncionamiento del mismo. Entre los terminales de colector (C) y emisor (E) se aplica la potencia a

regular, y en el terminal de base (B) se

aplica la seal de control gracias a la que

controlamos la potencia. Con pequeas

variaciones de corriente a travs del

terminal de base, se consiguen grandes

variaciones a travs de los terminales de

colector y emisor. Si se coloca una

resistencia se puede convertir esta

variacin de corriente en variaciones de

tensin segn sea necesario.

Pequea seal

de entrada

Alimentacin

Alimentacin

Gran seal de salida

Figura 8. Ejemplo de funcionamiento

Fundamentos fsicos del efecto transistor

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 se puede

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 debera circular corriente,

pero que acta como una estructura que recoge gran parte de la corriente que 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 IA

inversa (diodo B). Mientras que la corriente por A es

elevada (IA), la corriente por B es muy pequea (IB). Si se

A Ibase

I

unen ambos diodos, y se consigue que la zona de unin (lo IB Bque llamaremos base del transistor) sea muy estrecha,entonces toda esa corriente que circulaba por A (IA), va aquedar absorbida por el campo existente en el diodo B. De

Figura 9. Efecto transistor

esta forma entre el emisor y el colector circula una gran corriente, mientras que por la base una

corriente muy pequea. El control se produce mediante este terminal de base porque, si se corta la

corriente por la base ya no existe polarizacin de un diodo en inversa y otro en directa, y por tanto

no circula corriente.


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IEp

IEnIBr

ICp

ICn

Corrientes y tensiones

Para el anlisis de las distintas corrientes que aparecen en

un transistor vamos a considerar un transistor de tipo

PNP, que polarizamos tal y como aparece en la figura 10.

Este tipo de polarizacin ser el usado cuando el

transistor trabaje en regin activa, como se ver en los

siguientes apartados. La unin emisor-base queda

polarizada como una unin en directa, y la unin

colector-base como una unin en inversa.

En la figura 11 se muestran las principales corrientes (de

electrones y huecos) que aparecen en el transistor tras

Base

Emisor

(tipo P) N

Emisor

Colector

Colector

(tipo P)

aplicar la polarizacin indicada en la figura 10. Se puede

observar lo siguiente:

Figura 10. Polarizacin

Emisor

(tipo P)Base

(tipo N)Colector

(tipo P)

IE IC

IB

Figura 11. Corrientes en un TRT

Entre el emisor y la base aparece una corriente (IEp + IEn) debido a que la unin est en directa

El efecto transistor provoca que la mayor parte de la corriente anterior NO circule por la base,sino que siga hacia el emisor (ICp)

Entre el colector y la base circula una corriente mnima por estar polarizada en inversa (ICn msuna parte nfima de ICp)

Por la base realmente circula una pequea corriente del emisor, ms otra de colector, ms lacorriente de recombinacin de base (IEn+ICn+IBr)


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EE E

A partir de lo anterior podemos obtener algunas ecuaciones bsicas como son las siguientes:

IE + IB + IC = 0 (I )

Esta ecuacin viene impuesta por la propia estructura del circuito, es decir, el transistor es un nodocon tres entradas o salidas, por tanto la suma de las corrientes que entran o salen al mismo ha de ser

cero.

Cada una de las corrientes del transistor se puede poner en funcin de sus componentes de la

siguiente forma:

I =I +In p

IC = IC + ICn p

IB = IE + IC + IBn n r

Relaciones ms importantes. Parmetros y

En un transistor bipolar uno de los aspectos ms interesantes para su anlisis y uso es el conocer las

relaciones existentes entre sus tres corrientes (IE, IB e IC). En la ecuacin I tenemos una primera

relacin. Otras relaciones se pueden obtener definiendo una serie de parmetros dependientes de la

estructura del propio transistor.

Definimos los parmetros y (de continua) como la relacin existente entre la corriente de

colector y la de emisor, o la de emisor y la de base, es decir:

I=

C

IE

I=

C

IB(II )

Operando podemos relacionar ambos parmetros de la siguiente forma:

I c I C IC = =

IB IE IC=

IE (1IC IE=

) 1


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En general el parmetro ser muy prximo a la unidad1 (la corriente de emisor ser similar a la

de colector) y el parmetro

tendr un valor elevado (normalmente > 100).

A partir de las ecuaciones anteriores se puede obtener una ms que es til cuando se trabaja con

pequeas corrientes de polarizacin, en las que el efecto de la corriente inversa que circula entre

colector y base puede no ser despreciable:

IC = IB + (+1)I C0 (III )

En esta ecuacin se ha denominado IC0 a la corriente inversa de saturacin de la unin colector-

base, la cual, en general se puede aproximar por ICn, y corresponde a la corriente que circulara por

dicha unin polarizada en inversa si se deja al aire el terminal de emisor.

Funcionamiento cualitativo del transistor

En funcin de las tensiones que se apliquen a cada uno de los tres terminales del transistor bipolar

podemos conseguir que ste entre en una regin u otra de funcionamiento. Por regiones defuncionamiento entendemos valores de corrientes y tensiones en el transistor, que cumplen unas

relaciones determinadas dependiendo de la regin en la que se encuentre.

Regiones de funcionamiento

Corte

Cuando el transistor se encuentra en corte no circula corriente por sus terminales . Concretamente,

y a efectos de clculo, decimos que el transistor se encuentra en corte cuando se cumple la

condicin: IE = 0 IE < 0 (Esta ltima condicin indica que la corriente por el emisor lleva sentido

contrario al que llevara en funcionamiento normal).

Para polarizar el transistor en corte basta con no polarizar en directa la unin base-emisor del

mismo, es decir, basta con que VBE=0.

Activa

La regin activa es la normal de funcionamiento del transistor. Existen corrientes en todos sus

terminales y se cumple que la unin base-emisor se encuentra polarizada en directa y la colector-

base en inversa.


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En general, y a efectos de clculo, se considera que se verifica lo siguiente:

VBE =V

I C = IB

donde V

es la tensin de conduccin de la unin base-emisor (en general 0,6 voltios).

Saturacin

En la regin de saturacin se verifica que tanto la unin base-emisor como la base-colector se

encuentran en directa. Se dejan de cumplir las relaciones de activa, y se verifica slo lo siguiente:

VBE =VBEsat

VCE =VCEsat

donde las tensiones base-emisor y colector-emisor de saturacin suelen tener valores determinados(0,8 y 0,2 voltios habitualmente).

Es de sealar especialmente que cuando el transistor se encuentra en saturacin circula tambincorriente por sus tres terminales, pero ya no se cumple la relacin: IC = IB

Otros aspectos del funcionamiento del BJT

Efecto Early

Una vez polarizado el transistor en su zona de funcionamiento se pueden producir variaciones no

deseadas de las corrientes en el mismo debidas a variaciones en la tensin colector-base. Estas

variaciones de corriente son consecuencia de la modulacin de la anchura de la base, tambin

conocida comoEfecto Early.

En un transistor bipolar, un incremento en la tensin colector-base lleva asociado un incremento en

la anchura de la zona de carga espacial de dicha unin. Este aumento provoca una disminucin de la

anchura efectiva de la base, tal y como se observa en la figura 12 (la anchura efectiva de la base

pasa de WB a WB). Debido a esto, la corriente de colector aumenta, pues existe menos camino para


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la recombinacin en base. La pendiente positiva de las curvas caractersticas del transistor en zona

activa es debida a este efecto.

Base

VCB

Emisor Colector

WB WB

Figura 12 . Descripcin de la modulacin de la anchura de base con la tensin

Fenmenos de avalancha y perforacin

El transistor bipolar, como cualquier dispositivo en cuya estructura existan uniones PN polarizadas,

tiene unas limitaciones fsicas de funcionamiento debidas a los fenmenos de avalancha que se

pueden producir al aplicar tensiones elevadas a las uniones. Concretamente en un transistor bipolar

se puede producir la destruccin del dispositivo mediante dos mecanismos de ruptura diferentes:

Ruptura por entrar en avalancha alguna de las uniones. Si se aplica tensin inversa elevada alas uniones PN del transistor puede ocurrir que alguna entre en avalancha. La unin base-emisor

es especialmente sensible a la aplicacin de tensiones elevadas debido a su alto dopaje.

Ruptura por perforacin de base. En el apartado anterior se ha hablado de la disminucin de la

anchura de la base debido a la tensin inversa aplicada a la unin colector-base. Puede ocurrir

que las tensiones aplicadas sean tan grandes que

desaparezca completamente la anchura de la base del

transistor (es decir, que WB = 0). Este caso se

denomina perforacin de la base, y se produce la

destruccin del transistor al circular una corriente muy

elevada entre emisor y colector. En la figura 13observamos el fenmeno de perforacin de base.

Base

WB

Figura 13. Perforacin de base


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Consideraciones sobre potencia

Otro motivo por el que se puede destruir un transistor bipolar es la potencia mxima que es capaz

de disipar. En general se puede hablar de potencia en rgimen continuo y potencia en rgimen

alterno. En este cuaderno slo se considerar el rgimen continuo, o de polarizacin del transistorbipolar.

La potencia disipada por cualquier componente viene dada por la ecuacin:

P = V

I

en el caso particular de un transistor bipolar, consideramos que la potencia que disipa viene dada

por la corriente de colector multiplicada por la tensin que colector-emisor, es decir:

P = VCE

IC

El producto de la corriente de colector por la tensin colector-emisor indica la potencia disipada por

el dispositivo.

En funcin del tipo de transistor (de su fabricacin, caractersticas y encapsulado), de las

condiciones ambientales y del uso de disipadores, la potencia que puede soportar un transistor

vara.

La potencia mxima que puede disipar un transistor se puede representar en unos ejes de

coordenadas, obteniendo la hiprbola de mxima disipacin del dispositivo. En el apartado de

curvas caractersticas se muestra un ejemplo.


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MATERIALES:

- Fuente de voltaje. - Resistencias

- Voltmetro. - Transistores

- Cables.


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TABLAS Y SIMULACIN

A) Implemente el siguiente circuito y encuentre el punto de operacin:

VBB(V) VCE(V) IC(mA) IB(uA) VRB(V) VRC(V) VBE(V) B

0.7 9.94 0.06 0.22 0.10 0.06 0.60 272

0.8 9.88 0.12 0.39 0.19 0.12 0.61 307

0.9 9.83 0.17 0.59 0.28 0.17 0.62 288

1 9.77 0.23 0.78 0.37 0.23 0.63 294

1.2 9.65 0.35 1.19 0.56 0.35 0.64 294

1.4 9.53 0.47 1.60 0.75 0.47 0.65 293

1.6 9.41 0.59 2.01 0.94 0.59 0.66 293

1.8 9.30 0.70 2.43 1.14 0.70 0.66 288

2 9.18 0.82 2.85 1.34 0.82 0.66 2872.2 9.06 0.94 3.27 1.53 0.94 0.67 287

2.3 9.00 1.00 3.48 1.63 1.00 0.67 287

2.4 8.94 1.06 3.69 1.73 1.06 0.67 287

2.5 8.89 1.11 3.90 1.83 1.11 0.67 284


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B) Implemente el siguiente circuito y encuentre el punto de operacin:

VBB(V) VCE(V) IC(mA) IE(mA) IB(uA) VR1(v) VR2(v) VRC(v) VRE(v) VX(v) B

S/F 10.9 0.36 0.36 1.21 10.9 1.08 0.65 0.44 11.34 2970.7 11.8 0.08 0.08 0.26 11.3 0.70 0.15 0.09 11.85 307

0.8 11.5 0.15 0.15 0.49 11.2 0.80 0.27 0.18 11.72 306

0.9 11.3 0.22 0.23 0.74 11.1 0.90 0.40 0.27 11.59 297

1 11.1 0.30 0.30 1.00 11.0 1.00 0.54 0.36 11.45 300

1.2 10.6 0.46 0.46 1.54 10.8 1.20 0.82 0.55 11.17 298

1.4 10.1 0.62 0.62 2.10 10.6 1.40 1.11 0.74 10.88 295

1.6 9.66 0.78 0.78 2.67 10.4 1.60 1.40 0.94 10.59 292

1.8 9.18 0.94 0.94 3.27 10.2 1.80 1.69 1.13 10.30 287

2 8.69 1.10 1.11 3.87 10.0 2.00 1.98 1.33 10.01 284

2.2 8.20 1.27 1.27 4.50 9.80 2.20 2.28 1.52 9.72 2822.3 7.95 1.35 1.35 4.82 9.70 2.30 2.42 1.62 9.57 280

2.4 7.71 1.43 1.43 5.14 9.60 2.40 2.57 1.72 9.42 278

2.5 7.46 1.51 1.52 5.46 9.50 2.50 2.72 1.82 9.28 276


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Preguntas

Qu es un transistor bipolar, y cul es la funcin bsica del transistor?

Un transistor bipolar es un dispositivo formado por tres capas de material semiconductor organizadas

en forma de sndwich. Puede ser material tipo N entre dos materiales tipo P o viceversa. De acuerdo a

la forma como se alternen estas tres capas, se pueden obtener dos tipos: el NPN y el PNP. La FUNCION

BASICA y ms importante de un transistor es la amplificacin de corriente.

Cules son las fallas ms comunes de los transistores?

Que entre a corte y saturacin sin que el diseo as lo provee, que nunca se polarice, que la ganancia en

dc se modifique por sobre calentamiento, que este en corto, que este abierto, en general un transistor

es muy sensible y si no tienes una buena precisin a la hora de hacer el diseo junto con escoger las

resistencias de polarizacin al polarizar puede que falle y no funcione como esperbamos.

Cules son las diferencias entre los transistores NPN y PNP?

Es bsicamente en su estructura interna, sea de mayor regin n o p ademsen el transistor NPN sale la

corriente por el emisor, y en el PNP ingresa lacorriente por esta misma

Algunas aplicaciones de los transistores

Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran:

1. Amplificacin de todo tipo (radio,televisin,instrumentacin)

2. Generacin de seal (osciladores, generadores deondas,emisin de radiofrecuencia)

3. Conmutacin, actuando de interruptores (control de rels,fuentes de alimentacin

conmutadas, control de lmparas,modulacin por anchura de impulsos PWM)4. Deteccin deradiacin luminosa (fototransistores)

Cuales son los tipos de transistores que hay?

Transistor de contacto puntual

Consta de una base degermanio,semiconductor para entonces mejor conocido que la

combinacincobre-xido de cobre,sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metlicas que

constituyen el emisor y el colector. La corriente de base es capaz de modular la resistencia que se ve

en el colector, de ah el nombre de transfer resistor. Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en

su da.

Transistor de unin bipolar

El transistor de unin bipolar (o BJT, por sus siglas del ingls bipolar junction transistor) tienen

cualidades de semiconductores, estado intermedio entreconductores como losmetalesy

losaislantes como eldiamante.La zona N con elementos donantes deelectrones (cargas negativas) y la

zona P de aceptadores o huecos (cargas positivas). Normalmente se utilizan como elementos

aceptadores P alIndio (In),Aluminio (Al) oGalio (Ga) y donantes N alArsnico (As) oFsforo(P).

La configuracin deuniones PN,dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia

siempre corresponde a la caracterstica de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son

del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminacin entre ellas (por lo general,el emisor est mucho ms contaminado que el colector).
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Transistor de efecto de campo

En los terminales de la barra se establece un contacto hmico, tenemos as un transistor de efecto de

campo tipo N de la forma ms bsica. Si se difunden dos regiones P en una barra de material N y se

conectan externamente entre s, se producir una puerta. A uno de estos contactos le llamaremos

surtidor y al otro drenador. Aplicandotensinpositiva entre el drenador y el surtidor y conectando la

puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de drenador con

polarizacin cero. Con un potencial negativo de puerta al que llamamos tensin de estrangulamiento,

cesa la conduccin en el canal.

Fototransistor

Los fototransistores son sensibles a laradiacin electromagntica en frecuencias cercanas a la de

laluz visible; debido a esto su flujo de corriente puede ser regulado por medio de la luz incidente. Un

fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal, slo que puede trabajar de 2 maneras

diferentes:1. Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo comn);

2. Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de

base. (IP) (modo de iluminacin).
http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Luzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Luzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_(electricidad)

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