Características de los Transistores:
- El consumo de energía es relativamente baja.
- El tamaño de los transistores es relativamente mas pequeña que los tubos de vacío.
- El peso.
- Una vida larga útil (muchas horas de servicio).
- Puede permanecer mucho tiempo en deposito (almacenamiento).
- No necesita tiempo de calentamiento.
- Resistencia mecánica elevada.
- Los transistores pueden reproducir el fenómeno de la fotosensibilidad (fenómenos sensibles a la luz).
Para la polarización las terminales que se muestran en la figura 4.14 las terminales se indican mediante las literales E para el emisor, C para el colector y B para la base. Se desarrollará una apreciación de la elección de esta notación cuando se analice la operación básica del transistor. La abreviatura BJT, de transistor bipolar de unión (del ingles, Bipolar Junction Transistor), suele aplicarse a este dispositivo de tres terminales. El término bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participan en el proceso de inyección hacia el material polarizado de forma opuesta. Si sólo se utiliza un portador (electrón o hueco), entonces se considera un dispositivo unipolar.
a) b)
Figura 4.14. Tipos de transistores: a) pnp; b) npn.
Operación del Transistores
Se describirá la operación básica del transistor utilizando el transistor pnp de la figura 4.14a. la operación del transistor npn es exactamente la misma que si intercambiaran la funciones que cumplen el electrón y el hueco. En la figura 4.15 se dibujo de nuevo el transistor pnp sin la polarización base - colector. El espesor de la región de agotamiento se redujo debido a al polarización aplicada, lo que da por resultado un flujo muy considerable de portadores mayoritarios desde el material tipo p hacia el tipo n.
Figura 4.15. Unión con polarización directa de un transistor pnp.
Ahora se eliminará la polarización base - colector del transistor pnp de la figura 4.14a, según se muestra en la figura 4.16. En resumen:
Una unión p-n de un transistor tiene polarización inversa, mientras que la otra tiene polarización inversa.
ambos potenciales de polarización se aplicaron a un transistor pnp, con el flujo resultante indicado de portadores mayoritarios y minoritarios. Los espesores de las regiones de agotamiento, que indican con claridad cuál unión tiene polarización directa y cuál polarización inversa. Habrá una gran difusión de portadores mayoritarios a través de la unión p-n con polarización directa hacia el material tipo n. Así, la pregunta sería si acaso estos portadores contribuirán de forma directa a la corriente de base IB o si pasarán directamente al material tipo p. Debido a que material tipo n del centro es muy delgado y tiene baja conductividad, un número muy pequeño de estos portadores tomará esta trayectoria de alta resistencia hacia la terminal de la base.
La magnitud de la corriente de base casi siempre se encuentra en el orden de los microamperes, comparando con miliamperes para las corrientes del emisor y del colector. La mayor cantidad de estos portadores mayoritarios se difundirá a través de la unión con polarización inversa, hacia el material tipo p conectado a la terminal del colector. La razón de esta relativa facilidad con la cual los portadores mayoritarios pueden atravesar la unión con polarización inversa se comprenderá con facilidad si se considera que para el diodo con polarización inversa, los portadores mayoritarios inyectados aparecerán como portadores con polarización inversa, los portadores mayoritarios inyectados aparecerán como portadores minoritarios en el material tipo n.
En otras palabras, tuvo lugar una inyección de portadores minoritarios al material de la región de la base tipo n. A la combinación de esto con el hecho de que todos los portadores minoritarios en la región de agotamiento atravesará la unión con polarización inversa de un diodo puede atribuírsele el flujo.
Figura 14.16. Unión con polarización inversa de un transistor pnp.
Configuración de Base Común
Para la configuración de base común con transistores pnp y npn. La terminología de la base común se deriva del hecho de que la base es común tanto a la entrada como a la salida de la configuración. A su vez, por lo regular la base es la terminal más cercana a, o que se encuentra en, el potencial de tierra. A lo largo de este libro todas las direcciones de corriente harán referencia al flujo convencional (huecos) en lugar de hacerlo respecto al flujo de electrones. Para el transistor la flecha en el símbolo gráfico define la dirección de la corriente del emisor (flujo convencional) a través del dispositivo.
Para describir en su totalidad el comportamiento de un dispositivo de tres terminales, como los amplificadores de base común se requiere de dos conjuntos de características, uno para el punto de excitación o parámetros de entrada y el otro para el lado de la salida. El conjunto de entrada para el amplificador de base común relacionará la corriente de entrada (IE). el conjunto de características de la salida o colector tiene tres regiones básicas de interés: la regiones activa, de corte y de saturación. La región activa es la que suele utilizarse para los amplificadores lineales (sin distorsión). En particular:
En la región activa la unión base - colector se polariza inversamente, mientras que la unión emisor - base se polariza directamente.
La región activa se define mediante los arreglos de polarización de la figura 4.17. En el extremo más bajo de la región activa, la corriente del emisor (IE) es cero; esa es la verdadera corriente del colector, y se debe a la corriente de saturación inversa ICO, como lo señala la figura 4.18.
La corriente ICO real es tan pequeña (microamperes) en magnitud si se compara con la escala vertical de IC = 0. Las condiciones del circuito que existen cuando IE = 0 para la configuración de base común se muestra en la figura 4.19. La notación que con más frecuencia se utiliza para ICO en los datos y las hojas de especificaciones es, como se indica en la figura 4.19, ICBO.
Debido a las mejoras en las técnicas de fabricación, el nivel de ICBO para los transistores de propósito general (en especial los de silicio) en los rangos de potencia baja y mediana, por lo regular es tan bajo que puede ignorarse su efecto. Sin embargo, para las unidades de mayor potencia ICBO, así como Is, para el diodo (ambas corrientes de fuga inversas) son sensibles a la temperatura. A mayores temperaturas, el efecto de ICBO puede convertirse en un factor importante debido a que aumenta muy rápidamente con la temperatura.
En la región de corte, tanto la unión base - colector como la unión emisor - base de un transistor tienen polarización inversa.
En la región de saturación, tanto la unión como la emisor - base están en polarización directa.
a) b)
Figura 4.17. Símbolos utilizados con la configuración común: a) transistor pnp; b) transistor npn.
Figura 4.18. Características de salida o colector para un amplificador a transistor de base común.
Figura 4.19. Corriente de saturación inversa.
Configuración de Emisor Común
La configuración de transistor que se encuentra más a menudo aparece en la figura 4.20 para los transistores pnp y npn. Se le denomina configuración de emisor común debido a que el emisor es común o hace referencia a las terminales tanto de entrada como de salida (en este caso, es común tanto a la terminal de base como a la de colector). Una vez más, se necesitan dos conjuntos de características para describir por completo el comportamiento de la configuración de emisor común: uno para el circuito de entrada o base-emisor y otro para el circuito de salida o colector-emisor.
En la región activa de un amplificador de base común la unión del colector-base se encuentra polarizada inversamente, mientras que la unión base-emisor se encuentra polarizada directamente.
Para propósitos de amplificación lineal (la menor distorsión), el corte para la configuración de emisor común se definirá mediante IC = ICEO.
a) b)
Figura 4.20. símbolos utilizados con la configuración de emisor común: a) transistor npn; b) transistor pnp.
Configuración de Colector Común
La configuración de colector común se utiliza sobre todo para propósitos de acoplamiento de impedancia, debido a que tiene una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, contrariamente a alas de las configuraciones de base común y de un emisor común.
La figura 4.21 muestra una configuración de circuito de colector común con la resistencia de carga conectada del emisor a la tierra. Obsérvese que el colector se encuentra conectado a la tierra aunque el transistor esté conectado de manera similar a la configuración del emisor común. Desde un punto de vista de diseño, no se requiere de un conjunto de características de colector común para elegir los parámetros del circuito de la figura 4.21. puede diseñarse utilizando las características de salida para la configuración de colector común son la mismas que para la configuración de emisor común.
Figura 4.21. Configuración de colector común utilizado para propósitos de acoplamiento de impedancia
Se puede explicar la acción básica de amplificación del transistor sobre un nivel superficial utilizando la red de la figura 4.23. La polaridad de corriente directa no aparece en la figura debido a que nuestro interés se limita a la respuesta en corriente alterna. Para la configuración de base común, la resistencia de corriente alterna de entrada determinada por las características de la figura 4.22 es muy pequeña y casi siempre varía entre 10 y 100
. La resistencia de salida, según se determinó en las curvas de la figura 4.18 es muy alta (mientras más horizontales sean las curvas, mayor será la resistencia) y suele variar entre 50 k y 1 M. La diferencia en cuanto a resistencia se debe a la unión con polarización directa en la entrada (base-emisor) y a la unión con polarización inversa en la salida (base-colector). Utilizando un valor común de 20 para la resistencia de entrada, se encuentra que
Figura 4.22. Características del punto de entrada o manejo para un amplificador a transistor de silicio de base común.
Ii = Vi / Ri = 200mV / 20
= 10 mAIL = Ii +10 mA
VL = ILR
= (10 mA)(5 k
)= 50 V
Figura 4.23. Acción básica de amplificador de voltaje de la configuración base común.
AV = VL / Vi = 50 V / 200 mV = 250
Los valores típicos de la amplificación de voltaje para la configuración de base común varían entre 50 y 300. La amplificación de corriente (IC / IE) es siempre menor que 1 para la configuración de la base común.
La acción básica de amplificación se produjo mediante la transferencia de una corriente i desde un circuito de aja resistencia a uno de alta.
Transferencia + Resistor ==> Transitor
BJT COMO CONMUTADOR
Aplicar los transistores no se limita únicamente a la amplificación de señales. A través de un diseño adecuado pueden utilizarse como un interruptor para computadora y para aplicaciones de control. Puede emplearse como un inversor en los circuitos lógicos de las computadoras.
Observe la figura 4.24 donde el voltaje de salida Vc es opuesto al que se aplicó sobre la base o a la terminal de entrada. También obsérvese la ausencia de una fuente de dc conectada al circuito de la base. La única fuente de dc está conectada al colector o lado de la salida, y para las aplicaciones de computadoras normalmente es igual a la magnitud del nivel "alto" de la señal aplicada, en este caso 5 V.
Figura 4.24. Transistor inversor.
El diseño ideal para el proceso de inversión requiere que el punto de operación conmute de corte a la saturación, pero a lo largo de la recta de carga descrita en la figura 4.52. para estos propósitos se asumirá que Ic = Iceo = 0 mA cuando IB = 0 µA (una excelente aproximación de acuerdo con las mejoras de las técnicas de fabricación).
Cuando Vi = 5 V, el transistor se encontrará "encendido" y el diseño debe asegurar que la red está saturada totalmente por un nivel de IB mayor asociado con la curva IB, que aparece cerca del nivel de saturación. El nivel de saturación para la corriente del colector y para el circuito está definido por:
ICsat = Vcc/ Rc
Nombre: Lenny Ramirez
Asignatura: EES
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