03/12/2010

1

Universitat Politècnica de Catalunya

Departament d’Enginyeria Electrònica

El TRANSISTOR BJT

Universitat Politècnica de Catalunya

Departament d’Enginyeria Electrònica

Autor: Lluís Ferrer

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

2

El Transistor ideal

Característica d’entrada i sortida.

Models del transistor ideal

El transistor en continua.

El transistor com a interruptor.

El transistor com amplificador.

Esquema equivalent per petita senyal

Màxima amplificació sense distorsió.

Limitacions del transistor.

Índ

ex

03/12/2010

2

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

E

C

B

IC

IE

IB

E

C

B

IC

IE

IB

Símbol

NPNPNP

B = BASE

C = COLECTOR

E = EMISOR.

VBE = TENSIÓ BASE-EMISOR

VCE = TENSIÓ COLECTOR-EMISOR

A PARTIR D’ARA ES DONARAN LES CARACTERISTIQUES DEL TRANSISTOR NPNA PARTIR D’ARA ES DONARAN LES CARACTERISTIQUES DEL TRANSISTOR NPN 3

Sím

bo

l

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

4

IB

VBEVɣ

Característica ideal d’entrada: IB = f(VBE)

Es pot observar que és com un díode. En el transistor real la tensió colector-emisor també afecta al

corrent de base.

Car

acte

ríst

ica

d’e

ntr

ada

03/12/2010

3

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

5

VCEZONA DE TALL

IB1=0,1mA

IB2= 0,2 mA

IB5=0,5 mA

IB4=0,4 mA

IB3=0,3 mA

IB6=0,6 mAIC

ZONA SATURACIÓ

ZONA ACTIVA

0,2 V

Característica ideal de sortida: IC = f(VCE , IB)

Es pot observar que hi han 3 zones de treball: Zona Activa: Ic no depèn de Vce, depèn de Ib. Actua com

amplificador. Zona de tall: Ib=0, Ic=0. Actua com interruptor obert. Zona de saturació: Vce <0,2V ≈ 0V. Actua com interruptor tancat.

Car

acte

ríst

ica

de

sort

ida

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

6

Esquemes equivalents del transistor

C

E

B

C

E

B0,6V

0,8V

ZONA ACTIVA ZONA DE TALL ZONA SATURACIÓ

Condició: Ib>0 i Vce>0,2Vβ= Guany de corrent

Condició: Vbe< Vɣ

Condició: 1. Ib > Ic /β2. Ib>0 , Ic>0

C

E

B

C

E

B

β•Ib

Vɣ

Ib

Esq

uem

es e

qu

ival

ents

03/12/2010

4

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

7

Circuit bàsic amb transistor

La malla d’entrada controla IB i aquesta controla IC. Si el transistor està en la zona activa IC= IB·β, per tant el

corrent en l’altaveu depèn de IB, i aquesta depèn de VBB .

Malla de sortida

VCC

Malla d’entrada

E

C

B

IC

IB

VBB

RC

RB

C

CECCC

CECC

R

V-V=I

càrrega de recta Equació⇒V+R•I=Vcc

sortida de Malla⇒Kirchoff

B

BEBBB

BEBEBBBB

R

V-V=I

V7,0÷6,0≤V // V+R•I=V

entradad' Malla ⇒Kirchoff

Equacions del circuit:

C

CEC

CB

BC

CBBB

BCE

R

2,0-V=maxI;

β

maxI>I⇒saturació de z.

β•I=I⇒activa z.

0=I=I⇒γV<V⇒ tallde z.

I+I=I⇒Sempre

transistor del Equacions

Cir

cuit

bàs

ic

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

8

VCE

IC

0,2 V

Vcc/RC

Vcc

Q

VceQ

IcQ

IB min per saturació

IBQ

RECTA DE CÀRREGA

Controlant la IB del transistor controlem la zona en que treballarà. IB > 0 i IB< IB min està en la zona activa i IC = β•IB. IB = 0 ⇒ Transistor tallat ⇒ IC=0. IB > IB mínima ⇒ transistor en saturació; IC= IC màxim.

Rec

ta d

e cà

rreg

a

03/12/2010

5

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

9

Problema de transistors en continua: Trobar ICQ i VCEQ.

Dades: Rc= 1K, Re=100Ω, R1=9K, R2=1K, Vcc= 20V, β=100

BBCE

BCE

BCEB

BBBCBE

EECECC

I•110,1-20=)1,0+β•1,1(•I-20=V

)1,0+β•1,0+β(•I+V=20

1,0•)1+β(•I+V+1•β•I = 20

)1+β(•I=I•β+I=I+I=I

R•I+V+R•I=Vcc

:sortida de Malla

mA1272,0=10,1+0,9

0,6-2=I

1,0•)1+β(•I+6,0+9,0•I = 2

R•I+V+9,0•I=V

:entradad' Malla

B

BB

EEBEBBB

mA7,12=100•127,0=β•I=I

V99,5=1,110•1272,0-20=V

TREBALL DE PUNT

BQCQ

CEQ

Preguntes: Es veritat que està en la zona activa?. El punt de treball és òptim?. Repetir el problema amb R1=R2=10k.

Pro

ble

ma

exem

ple

en

co

nti

nu

a

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

10

Problema de transistors en commutació: Trobar RB màxima perquè quan Vi=5V el transistor saturi.

He min= βmin= 50, Vbe =0,8V

mA8,4=10,2-5

=Rc

0,2-Vcc=maxI

V2,0=V⇒saturacio // V+R•I=Vcc

maxima. IcTrobar

C

CECECC

mA096,0=50

8,4=

minHfe

maxIc=minIB

saturacio.en estar per minima IBTrobar

Ωk75,43<RB⇒096,0

2,4<RB

mA096,0>R

0,8-5=

R

0,8-Vi=mimI

V+R•I=Vi

maxima RBTrobar

BBB

BEBB

Preguntes: Trobar quan val IB i IC si RB=10k. Si RB=100 k quin és el valor mínim de Rc perquè

el transistor saturi? Quan val IB i IC si Vi=0V?.

Pro

ble

ma

exem

ple

en

co

nti

nu

a

03/12/2010

6

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

11

Portes lògiques. Trobar Vo =VCE dels dos circuits, tenim en compte que V1 i V2

poden valer 0 i 5 V:

Vɣ de tots els díodes = 0,6V.

HFE min dels transistors = 100.

Del primer circuit quin és el valor mínim de V1 o V2 perquè el transistor estigui saturat.

El t

ran

sist

or

com

a in

terr

up

tor

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

12

Famílies de Portes lògiques.

AND, DL NOR, RTL

NAND, DTLNAND, TTL

Transistor Multi emisor

El t

ran

sist

or

com

a in

terr

up

tor

03/12/2010

7

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

13

Circuit bàsic amplificador

Hi ha 2 fonts de tensió:Vcc: Tensió d’alimentació. Es continua.Vi: Tensió a amplificar. Es alterna.

Per resoldre’l apliquem superposició, primer estudiem la continua amb la qual es fixa el punt de treball, i desprès s’estudia l’alterna per trobar els guanys de tensió i de corrent.

Normalment per resoldre’l els condensadors en continua es consideren un circuit obert i en alterna un curt circuit.E

l tra

nsi

sto

r co

m a

mp

lific

ado

r

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

14

Circuits equivalents per la continua i l’alterna

CIRCUIT DE CONTINUA

CIRCUIT D’ALTERNA

El t

ran

sist

or

com

am

plif

icad

or

03/12/2010

8

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

15

V026,0=V

IV•β

=IV

=r

T

CQ

T

BQ

Tπ

Esquema equivalent del transistor per petita senyal.

El t

ran

sist

or

com

am

plif

icad

or

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

16

AMPLIFICADORVi Vo

Ii Io

Característiques d’un amplificador.

Impedància d’entrada = Vi / Ii Impedància de sortida = Vo / Io Guany de corrent = Io / Ii Guany de tensió = Vo / Vi Guany de potencia = Vo · Io / Vi · Ii

El t

ran

sist

or

com

am

plif

icad

or

03/12/2010

9

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

17

E C

B

IcIE

VCBVEB

IB

E

CB

Ic

VCE

VBEIB E

CB

VEC

VBC

IE

Configuracions del transistor

BASE COMU

EMISOR COMU COLECTOR COMU

El t

ran

sist

or

com

am

plif

icad

or

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

18

Problema exemple: Trobar Ri, Ro, Gi i Gv del següent circuit

Dades: Rs= 0.1k, R1 =RL=10k, R2=Rc= 1k, rπ = 0,9k, β=50

El t

ran

sist

or

com

am

plif

icad

or

03/12/2010

10

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

19

Esquema equivalent en alterna.

πr+RR

•Ii=Ib

base la de aResistènci =2R+1R2R•1R

=R

r+Rr•R

=)r+R(•Ii)r•R(•Ii

=Ii

r•Ib=

IiV

=Ri

ENTRADAD'A RESISTENCILA DE CALCUL

B

B

B

πB

πB

πB

πBπB

RiRs+Ri

•V=Vi⇒Rs+Ri

Ri•Vi=V

rV

=Ib

r'R•V•β-

='R•Ib•β-=Vo

r+Rr•R

=Ri // R+RR•R

='R

)Rs+Ri(•rRi•'R•β-

=

RiRs+Ri

•VB

r'R•V•β-

=ViV

=G

TENSIODEGUNAYDEL CALCUL

BB

π

B

π

LBL

πA

πA

LC

LCL

π

Lπ

LB

OV

El t

ran

sist

or

com

am

plif

icad

or

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

20

A

A

A

A

LC

ALC

A

A

A

LC

Rπr+R

•Ib=Ii⇒πr+R

R•Ii=Ib

R+RRc

•β•Ib-=IL

)πr+R(•)R+R(

R•Rc•β-=

R

πr+R•Ib

R+RRc

•β•Ib-=

Ii

IL=Gi

CORRENT DE GUANY DEL CALCUL

β•Ib-=I

'R=R+RR•Rc

=β•Ib-

R+RR•Rc

•β•Ib-=

IV

=Ro

SORTIDA DEA RESISTENCILA DE CALCUL

N

LLC

LLC

L

N

TH

πB

πBB

r+Rr•R

=Ii

V=Ri

ENTRADAD'A RESISTENCILA DE CALCUL

)πr+R(•)R+R(R•Rc•β

-=IiIL

=Gi

CORRENT DE GUANY DEL CALCUL

ALC

AL

LC

L

N

TH 'R=R+RR•Rc

=I

V=Ro

SORTIDA DEA RESISTENCILA DE CALCUL

)Rs+Ri(•rRi•'R•β-

=ViV

=G

TENSIO DE GUNAY DEL CALCUL

π

LOV

Càlcul dels paràmetres

Resum

El t

ran

sist

or

com

am

plif

icad

or

03/12/2010

11

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

21

Màxima amplificació sense distorsió: Variacions sobre el punt de treball

VCE

IC

Vcc / RC

Vcc

Q

VceQ

IcQ IBQ

RECTA DE CÀRREGA

∆ICSAT

∆ICTALL

∆VCESAT ∆VCETALL

El ideal és que Q estigui centrat, així el màxim increment de tensió per la dreta i l’esquerra serà el mateix.

En cas de que Q no estigui centrat el màxim increment de tensió estarà fixat per l’increment més petit.M

àxim

a am

plif

icac

ió s

ense

dis

tors

ió

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

22

Màxima amplificació sense distorsió: Recta de carga en continua diferent de recta de carga en alterna.

∆ICTALL

VCE

IC

Vcc / RC

Vcc

Q

VceQ

IcQ IBQ

Recta de carga en c.c∆ICSAT

∆VCESAT ∆VCETALL

Recta de carga en c.a.

La recta de càrrega en alterna passa pel punt de treball però te un pendent diferent = 1/ (Rc || RL).

Ro

V=

Ro

VΔ=IΔ//Ro•I=Ro•IΔ=VΔ

R+R

R•R=Ro//I=IΔ//V=VΔ

CEQCESATCSATCQCTALLCETALL

LC

LCCQCTALLCEQCESAT

Màx

ima

amp

lific

ació

sen

se d

isto

rsió

03/12/2010

12

Lluís Ferrer

EL TRANSISTOR BJT

23

Limitacions del transistor

Intensitat de col·lector màxima. Vce màxima. Potència màxima = IC · VCE

VCE

IC

VCEMAX

ICMAX

Potencia màxima

Lim

itac

ion

s d

el t

ran

sist

or