5/26/2018 Fundamentos Fsicos Del Efecto Transistor

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EXPERIMENTO N 9

1. PRINCIO FISICO DE OPERACIN EN UN TRANSISITOR DE UNIONBIPOLAR (BJT)

El transistor bipolar basa su funcionamiento en el control de la corriente que circula entre el

emisor 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

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 disponede dos diodos, uno polarizado en directa (diodo A) y otro en inversa (diodo B). Mientras

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

ambos diodos, y se consigue que la zona de unin (lo que llamaremos base del transistor)

sea muy estrecha, entonces toda esa corriente que circulaba por A (IA), va aquedarabsorbida por el campo existente en el diodo B. De esta forma entre el emisor y el colector

circula una gran corriente, mientras que por la base una corriente muy pequea. El controlse 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.

2. EN LA CONFIGURACIN DE EMISOR COMN, MUESTRE LASCURVAS CARACTERSTICAS DEL TRANSISTOR.

Curvas IV para la configuracin de emisor comn

i) Circuito de entrada (terminales base - emisor):Las curvas IV del circuito de entrada en la configuracin de emisor comn

corresponden a la variacin de con , tomando como parmetro la tensin

del circuito de salida. Estas variables ( ) no aparecen de forma explcita en las

ecuaciones de EbersMoll por lo que la discusin se har en trminos de los

resultados obtenidos para la configuracin de base comn.

En la fig. 6.10 se ha representado la variacin tpica de la corriente en funcin de

para los casos de ,es decir, con una tensin aplicada entre emisor y

colector de forma que el transistor se encuentre en la regin activa y de

,colector en corto con el emisor. Cuando el transistor opera en la regin activa con

,la corriente de base es prcticamente independiente de la tensin, por lo

que la variacin de frente a puede representarse por una curva nica.

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ii) Circuito de salida(terminales emisor - colector):

En el circuito de salida las caractersticas I V representan la variacin de la corriente

de colector, , en funcin de la tensin aplicada entre los terminales de emisor y

colector, (fig. 6.11). En este caso, se toma como parmetro la corriente de base,,perteneciente al crculo de entrada, ya que la regin activa existe una dependencia

directa entre la corriente de colector y la corriente de base, segn se ha sealado

anteriormente. Las curvas se trazan de formas que el cambio de de una curva a otra

sea constante (40en el caso de la fig. 6.11).

En la regin activa, la corriente de colector es, aproximadamente, independiente de

para un valor fijo de . Para explicar este hecho hay que considerar que se

puede descomponer en dos trminos, esto es, . En esta suma, el

primer trmino,, se mantiene constante, ya que esta magnitud esta determinada

por el valor impuesto para la corriente . Por tanto las variaciones de la tensin de

polarizacin se reflejan nicamente en el segundo trmino, es decir, en la tensinde base / colector,. Segn hemos visto para la configuracin de base comn, la

tensin no influye en el valor de la corriente cuando el transistor opera en la

regin activa.

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3. Busque el diseo de un circuito en el que el transistor npn funcione comointerruptor en la regin de saturacin y corte. Establezca la ecuacin para

calcular la corriente de saturacin.

TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR

La funcin del transistor como interruptor es exactamente igual que la de un dispositivo mecnico:

o bien deja pasar la corriente, o bien la corta. La diferencia est en que mientras en el primero es

necesario que haya algn tipo de control mecnico, en el BJT la seal de control es electrnica. En

la Figura 3 se muestra la aplicacin al encendido de una bombilla.

Figura 3: El transistor bipolar como interruptor de corriente

En el primer caso, bajo la seal de control adecuada, que es introducida a travs de la base, el

transistor se comporta como un circuito abierto entre el emisor y el colector, no existe corriente y

la bombilla estar apagada. En el segundo caso, cambiando la seal de control, se cierra el circuito

entre C y E, y los 12 V se aplican a la bombilla, que se enciende.

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MODELO DE EBERS-MOLL

En el apartado 2 se han presentado los modelos parciales para cada una de las regiones de

funcionamiento (corte, saturacin, RAN) del transistor bipolar. Sin embargo, existe un modelo

esttico general vlido para las tres regiones: el modelo de Ebers-Moll.

El modelo est basado en el hecho de que un transistor BJT se compone de dos uniones PN, la

unin base-emisor y la unin base-colector. Por lo tanto se puede expresar las corrientes del

transistor como la superposicin de las corrientes en las dos uniones PN. En la Figura 20 se

muestra la notacin empleada durante este apartado.

Figura 20: Notaciones empleadas en este apartado

Considerando el modelo ideal para los diodos BE y BC se tiene que:

Donde ICS, IES son las corrientes de saturacin de ambos diodos.

Sin embargo, el comportamiento del transistor es ms complejo que el de dos diodos conectados

en serie. Se debe tener el cuenta el efecto transistor descrito en el captulo 2: debido a que las

uniones se encuentran muy prximas entre s se produce una interaccin electrnica entre ellas.

En la Figura 7.21 se muestra el modelo de Ebers-Moll para un transistor NPN. Este se compone de

dos diodos de unin PN y dos fuentes de intensidad dependientes.

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Figura 7.21: Modelo de Ebers-Moll para el transistor bipolar NPN.

El efecto transistor viene caracterizado por las fuentes de corriente dependientes. Como se ha

explicado, parte de la corriente IDBE, que circula por la unin base-emisor es atrapada por la unin

base-colector. Este hecho se modela mediante la fuente de corriente aFIDBE. aF es un parmetro

caracterstico de cada transistor que toma valores prximos a la unidad.

De igual manera, parte de la corriente IDBC atraviesa la regin de base para alcanzar el emisor.

Esto se modela con la fuente de corriente aRIDBC. Debido a que la estructura de un transistor no

es simtrica, sino que est optimizada para obtener valores altos de aF, aR es generalmente

pequea (desde 0.02 a 0.5).

Adems, aplicando las leyes de la fsica de semiconductores se obtiene la condicin de

reciprocidad, que se concreta en la siguiente expresin:

IS toma valores entre 10-14 y 10-15A para transistores de baja potencia.

Si se aplica la ley de los nudos en el emisor, el colector y la base

Se puede sustituir en esta ecuacin las corrientes de los diodos IDBE y IDBC. Adems, si se definen

las constantes bF y bR de manera que

Las ecuaciones anteriores, resultan

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Que son las ecuaciones de las intensidades en los tres terminales del transistor NPN segn el

modelo de Ebers-Moll. Estas ecuaciones son vlidas para cualquier regin de funcionamiento.

Aun siendo un modelo complejo del transistor, el modelo de Ebers-Moll no describe todos los

efectos que tienen lugar en el dispositivo. Los llamados efectos de segundo orden como la tensin

de ruptura en inversa de las uniones PN, o la dependencia de IC con VCE no estn incluidos en este

modelo.

Este funcionamiento entre los estados de corte y conduccin se denomina operacin en

conmutacin. Las aplicaciones tpicas de este modo de operacin son la electrnica de potencia y

la electrnica digital, en la que los circuitos operan con dos niveles de tensin fijos equivalentes al

y lgicos.