1. UNIVERSIDAD ESTATAL DE
BOLIVAR
FACULTAD: CIENCIAS ADMINISTRATIVAS
GESTION EMPRESARIAL E INFORMATICA
ESCUELA DE SISTEMAS
ELECTRÓNICA BÁSICA
CAPITULO III
TEMA: EL TRANSISTOR
NIVEL: CUARTO
ING. ROBERTO RODRIGUEZ
2. INDICE:
INTRODUCCION.
TIPOS DE TRANSISTORES
TRANSISTOR BIPOLAR
ESTRUCTURA DE UN TRANSISTOR BIPOLAR
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN BJT
CONCLUCIONES I PARTE
TALLER
CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL BJT TIPO NPN
ZONAS DE OPERACIÓN
CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL BJT TIPO PNP
EL FOTOTRNSISTOR
EL OPTOACOPLADOR
3. INTRODUCCIÓN
El Transistor, que se empezó a utilizar a finales de la década de los años cuarenta
del siglo XX, se considero en su época como una maravilla de lo compacto en
comparación con el tamaño de los tubos al vacio que se utilizaban hasta esa
época, los transistores vinieron a cumplir la misma función de los tubos de vacio.
A partir de los años 50 el tamaño de los dispositivos electrónicos se ha reducido
en un factor de diez veces cada cinco años.
En los años 60 se empezó a utilizar la palabra microelectrónica, un bloque(chip)
de silicio de un área de 0,5 cm cuadrados podía contener de 10 a 20 transistores
con varios diodos ,resistencias y capacitores.
Hoy en día tales bloques pueden contener varias docenas de miles de
componentes-
Gran parte del estimulo para miniaturizar circuitos electrónicos provino de los
programas para construir diferentes equipos para la guerra.
A medida que la microelectrónica se desarrolló, se aplico muy rapidamente a las
computadoras comerciales, reduciendo enormemente el tamaño de sus
procesadores.
Mas tarde se diseñaron diferentes dispositivos portatiles como las calculadoras y
otros que han inundado la casa, la oficina, la escuela, las carreteras, etc.
En la actualidad vivimos la era de la nanoelectronica
4. Introducción: tipos de transistores
NPN
BIPOLARES (BJT)
PNP
TRANSISTORES CANAL N (JFET-N)
UNIÓN
CANAL P (JFET-P)
EFECTO DE
CAMPO
CANAL N (MOSFET-N)
METAL-OXIDO-
SEMICONDUCTOR
CANAL P (MOSFET-P)
* FET : Field Effect Transistor
5. TRANSISTOR BIPOLAR
El transistor es un dispositivo electrónico
semiconductor que cumple funciones de amplificador,
oscilador, conmutador o rectificador.
El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y
tres partes dopadas artificialmente que forman dos
uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el
colector que los recibe o recolecta y la tercera, que
está intercalada entre las dos primeras, modula el paso
de dichos portadores (base).
El transistor es un dispositivo controlado por corriente y
del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de
circuitos a los transistores se les considera un elemento
activo, a diferencia de los resistores, capacitores e
inductores que son elementos pasivos.
8. Principio de funcionamiento del transistor bipolar
P N P
El terminal central (base) maneja una fracción de la corriente que circula
entre los otros dos terminales (emisor y colector): EFECTO TRANSISTOR
9. Principio de funcionamiento del transistor bipolar
Base
Emisor Colector
Transistor PNP
P N P
El terminal de base actúa como terminal de control manejando una fracción
de la corriente mucho menor a la de emisor y el colector.
El emisor tiene una concentración de impurezas muy superior a la del
colector: emisor y colector no son intercambiables
10. Principio de funcionamiento del transistor bipolar
Transistor NPN
N P N
Se comporta de forma equivalente al transistor PNP, salvo que la corriente
se debe mayoritariamente al movimiento de electrones.
En un transistor NPN en conducción, la corriente por emisor, colector y
base circula en sentido opuesto a la de un PNP.
11. Principio de funcionamiento del transistor bipolar
Transistor NPN
Base
Emisor Colector
Transistor NPN
N P N
La mayor movilidad que presentan los electrones hace que las
características del transistor NPN sean mejores que las de un PNP de
forma y tamaño equivalente. Los NPN se emplean en mayor número de
aplicaciones en comparación con los PNP.
12. Concluciones I parte:
• Un transistor bipolar está formado por dos uniones PN, cuyo
comportamiento será igual que el de la unión del diodo
semiconductor visto en el capitulo anterior.
• La zona de Base es mas estrecha que las otras zonas,
aproximadamente en una proporción de 150:1
• La zona de base es menos impura que las otras zonas o capas en
una proporción de 10:1
• El emisor debe de estar muy dopado.
• Normalmente, el colector es menos dopado que el emisor y es
mucho mayor en área que la base y el emisor
C
N-
P N+
B E
13. TALLER
CADA ESTUDIANTE DEBE REALIZAR:
INVESTIGACIÓN SOBRE UN TIPO DE CONFIGURACIÓN DE UN
TRANSISTOR BJT
ANALIZARA LAS CARACTERISTICAS IMPORTANTES DE OPERACIÓN
DE UN BJT EN :
BASE COMUN
EMISOR COMUN
COLECTOR COMUN
HACER EN DIAPOSITIVAS SU INVESTIGACIÓN.
DEFENDERA SU TRABAJO.
CALIFICACIÓN SOBRE 2 PUNTOS EN TRABAJO INVESTIGATIVO
14. Características eléctricas del transistor bipolar
características eléctricas importantes a
Transistor NPN tomar en cuenta en un transistor para
IB = f(VBE, VCE) Característica de entrada su operación en un circuito:
En principio necesitamos conocer 3
IC tensiones y 3 corrientes:
+ +
VCB IC, IB, IE
IB - VCE, VBE, VCB
+ VCE
VBE En la práctica basta con conocer solo
IE 2 corrientes y 2 tensiones.
-
-
Normalmente se trabaja con IC, IB, VCE y
VBE.
Por supuesto las otras dos pueden
IC = f(VCE, IB) Característica de salida obtenerse fácilmente:
IE = I C + IB
VCB = VCE - VBE
15. Características eléctricas del transistor bipolar
Transistor NPN
IB = f(VBE, VCE) Característica de entrada ↑ VCE
IC IB
+
IB VCE
+
VBE VBE
-
-
Entre base y emisor el transistor se comporta como un diodo.
La característica de este diodo depende de VCE pero la variación es pequeña.
16. Características eléctricas del transistor bipolar
Transistor NPN: linealización de la característica de entrada
↑ VCE
IC IB
+
IB Ideal
+ VCE
VBE
-
- VBE
La característica de entrada corresponde a la de un diodo y se emplean
las aproximaciones lineales vistas en el tema anterior.
17. Características eléctricas del transistor bipolar
Transistor NPN
IC = f(IB, VCE) Característica de salida
IC IC
+
IB
IB VCE
+
VBE
-
- VCE
La corriente que circula por el colector se controla mediante la corriente de
base IB.
18. ZONAS DE OPERACIÓN DE UN TRANSISTOR
ZONA DE SATURACIÓN:
-Entrada polarizado directamente y salida polarizado directamente
(ambos diodos polarizados directamente).
-Se da el fenómeno de la conducción en la entrada y salida por estar
polarizados directamente, la corriente tiende a aumentar, limitada
solamente por las características del cristal y por la magnitud del
voltaje de polarización.
-El transistor se comporta como un corto circuito, es decir como un
interruptor en estado ON
ZONA DE CORTE:
-Entrada polarizado inversamente y salida polarizado inversamente
(ambos diodos polarizados inversamente).
-Se da el fenómeno de NO conducción en la entrada y salida por estar
polarizados inversamente, .
-El transistor se comporta como un circuito abierto, es decir como un
interruptor en estado OFF
NOTA: cuando el transistor BJT se encuentra en condiciones de
saturación o corte, el dispositivo se utiliza como un conmutador,
porque prende o apaga.
19. ZONAS DE OPERACIÓN DE UN TRANSISTOR
ZONA ACTIVA:
-Entrada polarizado directamente y salida polarizado
inversamente.
-Se dice que el transistor esta en operación, su funcionamiento
será el de un amplificador y es la función que se estudiara como
lo contempla un curso de electrónica básica, las otras funciones
corresponden a cursos de electrónica mas avanzados.
-La diferencia entre un transistor PNP y NPN en esta zona de
operación radica en el sentido de la corriente de entrada y
salida que son en sentido contrario
ZONA NO UTILIZADA o SIN APLICACIÓN:
-Entrada polarizado inversamente y salida polarizado
directamente.
20. Características eléctricas del transistor bipolar
Características reales (NPN)
Característica
de Entrada
Característica
de Salida
21. Zonas de operación del transistor bipolar:
Transistor NPN: característica de salida
IC
Zona activa: IC=β·IB
IC (mA) IB (μA)
+ 400
40
IB 30 300
+ VCE
20 200
VBE
- 10 100
- 0
Zona de 1 2 VCE (V)
saturación
Zona de corte
FIG.- zonas de operación de un transistor NPN
El parámetro fundamental que describe la característica de salida del
transistor es la ganancia de corriente β.
22. Zonas de operación del transistor bipolar
Transistor NPN: zonas de funcionamiento del transistor ideal
IC
+
IC Zona IB
+ activa + β·IB VCE
IB
+ VCE VBE
- -
VBE
- - IC
Zona de +
IB
saturación + IC<β·IB VCE=0
IC
IB VBE
- -
IC=0
+
Zona de IB
corte + VCE
VCE
VBE
- -
23. Características eléctricas del transistor bipolar
Transistor PNP
IB = f(VBE, VEC) Característica de entrada ↑ VEC
IC IB
-
IB VEC
-
VEB VEB
+ +
Las tensiones y corrientes van en sentido contrario a las de un transistor NPN.
Entre emisor y base se comporta como un diodo. La corriente por la base es
saliente.
24. Características eléctricas del transistor bipolar
Transistor PNP
IC = f(IB, VCE) Característica de salida
IC IC
-
IB
IB VEC
-
VEB
+ + VEC
La corriente que circula por el colector es saliente y se controla mediante la
corriente de base IB.
25. Características o parámetros eléctricos a tomar en cuenta a la hora
de comprar un transistor bipolar
Características reales: datos proporcionados por los fabricantes
IC
C
IC-MAX Corriente máxima de colector B
ICMAX
VCE-MAX Tensión máxima CE E
PMAX Potencia máxima PMAX
VCE-SAT Tensión C.E. de saturación SOAR
VCE-MAX
HFE ≅ β Ganancia
VCE
Área de operación segura
(Safety Operation Area)
26. Ejemplos de Transistores bipolares BJT que existen en la practica
TOSHIBA
VCE = 1500
IC = 8
HFE = 20
27. Existe otro tipo de transistor: El fototransistor
Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los
infrarrojos, La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella.
Esta carga de base lleva al transistor al estado de conducción.
El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio
del transistor.
Un fototransistor es igual a un transistor BJT común, con la diferencia que el
primero puede trabajar de 2 formas:
Como transistor normal con la corriente de base Ib (modo común).
Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de
corriente de base. Ib (modo de iluminación).
Puede utilizarse las dos formas simultáneamente, aunque el fototransistor se
utiliza principalmente con el pin de la base sin conectar.
En el mercado se encuentran fototransistores tanto con conexión de base como
sin ella y tanto en cápsulas plásticas como metálicas (TO-72, TO-5) provistas de
una lente.
Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc.
Para comunicaciones con fibra óptica se puede usar como detectores, pero se
prefiere utilizar fotodiodos, También se pueden utilizar en la detección de objetos
cercanos cuando forman parte de un sensor de proximidad.
28. El Fototransistor
La luz (fotones de una cierta longitud de onda) al incidir en la zona de base
desempeñan el papel de la corriente de base
C
El terminal de Base, puede estar presente o no.
No confundir con un fotodiodo.
E
31. UNA APLICACIÓN DEL LED Y EL FOTOTRANSISTOR
OPTOACOPLADOR
Conjunto led + fototransistor
OBJETIVO:
Proporcionar aislamiento eléctrico
Al interrumpir el has de luz, deja de
conducir el fototransistor y se abre,
cuando existe la presencia de luz el
fototransistor conduce es decir se
comporta como un interruptor
32. Conclusiones II parte
Sobre el uso del transistor como interruptor se profundiza en Electrónica de
Potencia y en Electrónica Digital.
Sobre el uso del transistor como amplificador se profundiza en Electrónica
analógica (básica).
Como se ha visto los dos tipos de transistores bipolares NPN Y PNP tienen
iguales características eléctricas y constructivamente similares, su
diferencia radica en el sentido de circulación de las corrientes que actúan en
estos elementos.
También se diferencian en la rapidez: El transistor NPN funciona
básicamente con electrones mientras que el PNP lo hace con huecos
(Mayoritarios del emisor en cada caso).
Recuérdese que la movilidad de los electrones es mayor que la de los
huecos, es decir, el transistor NPN es mas rápido que le PNP en igualdad de
condiciones.
33. CONFIGURACIONES TRANSISTORES BIPOLARES
Todos los transistores bipolares, NPN Y PNP pueden
polarizarse de manera que quede una terminal común en su
circuito de polarización; es decir un terminal que forma
parte tanto del lazo (malla) de entrada como del lazo de
salida. Este puede ser cualquiera de las tres terminales de
dispositivo (emisor, base, colector). Así entonces se tiene
tres configuraciones
34. CONFIGURACION BASE COMUN
La base es común a la entrada (emisor-base) y a la salda
(colector-base)
Para describir el comportamiento de un dispositivo de tres
terminales se requiere de dos conjuntos de características,
uno para la entrada y otro para la salida
35. CARACTERISTICAS DE ENTRADA PARA EL AMPLIFICADOR
BASE COMUN
En la figura se muestra el conjunto de características de entrada
para el amplificador base común, relaciona la corriente de
entrada IE con el voltaje de entrada VBE para varios niveles de
voltaje de salida VCB
36. CARACTERISTICAS DE SALIDA PARA EL AMPLIFICADOR
BASE COMUN
En la figura se muestra el conjunto de características de salida
para el amplificador base común, relaciona la corriente de salida
IC con el voltaje de salida VCB para varios niveles de corriente
de entrada IE
El conjunto de características de salida tiene tres regiones
operativas del transistor bipolar, como se indica en la figura, la
región activa (active región), la región de corte (cutoff region) y
la region de saturación (saturation region)
37. CONFIGURACION EMISOR COMUN
El emisor es común a la entrada (base-emisor) y a la salida
(colector- emisor), la entrada esta en la base y la salida en el
colector
Para describir el comportamiento de un dispositivo de tres
terminales se requiere de dos conjuntos de características,
uno para la entrada y otro para la salida
38. CARACTERISTICAS DE ENTRADA PARA EL AMPLIFICADOR
EMISOR COMUN
En la figura se muestra el conjunto de características de entrada
para el amplificador emisor común, relaciona la corriente de
entrada IB con el voltaje de entrada VBE para varios niveles de
voltaje de salida VCE
39. CARACTERISTICAS DE SALIDA PARA EL AMPLIFICADOR
EMISOR COMUN
En la figura se muestra el conjunto de características de salida para el
amplificador emisor común, relaciona la corriente de salida IC con el
voltaje de salida VCE para varios niveles de corriente de entrada IB
El conjunto de características de salida tiene tres regiones operativas
del transistor bipolar, como se indica en la figura, la región activa
(active región), la región de corte (cutoff region) y la region de
saturación (saturation region)
