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• Javier Francisco

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Republica Bolivariana de Venezuela Ministerio del poder popular para la educación superior Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño Extensión Caracas Escuela: Ingeniería Electrónica (44)

Transistor de Unión Bipolar (BJT)

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Índice

Introducción……………………………………………………………………………….3 Transistor BJT…………………………………………………………………………….4 Polarización……………………………………………………………………………….4 Regiones de Operación…………………………………………………………………6 Punto de Operación……………………………………………………………………..6 Característica de entrada y salida……………………………………………………..7 Configuración del BJT…………………………………………………………………..7 Ejercicio 1 y 2…..………………………………………………………………………..10 Conclusión………………………………………………………………………………..11

Introducción Los transistores son dispositivos los cuales tienen una resistencia interna la que puede variar en función de la señal, esto provoca que pueda ser capaz de regular la corriente que circula por un circuito. Existen 2 tipos de transistores BJT: unión npn este consiste en una capa semiconductora y unión pnp este consiste en una capa semiconductora entre dos capas de material dopado, son comúnmente operados con el colector a masa. En el trabajo que se presenta ahondamos en el tema de los transistores BJT, la polarización de estos y los diferentes tipos que existen, aparte de ello, hablaremos de las regiones de operación analizaremos las características de las entradas y salidas de los transistores y como están configurados; anexado a esto tendremos diferentes graficas que muestran cada una de estas explicaciones.

Transistor de unión Bipolar (BJT)

El transistor es un dispositivo cuya resistencia interna puede variar en función de la señal de entrada. Esta variación de resistencia provoca que sea capaz de regular la corriente que circula por el circuito al que está conectado. Es un dispositivo de tres terminales, equivalente a dos diodos PN unidos en sentido opuesto. (Emisor, Base y Colector). La unión correspondiente a la Base-Emisor, se polariza en directa; y la Base-Colector en inversa. Así, por la unión Base-Colector circula una corriente inversa. En función de la situación de las uniones, existen dos tipos: NPN y PNP. 

Tipos de transistores BJT: Unión Npn: Consisten en una capa de material semiconductor dopado P

(la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector. Unión Pnp: Consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector. 

Polarización La polarización del transistor consiste en aplicar las tensiones adecuadas a

las uniones de emisor-base y colector -base que permitan situar al transistor en la región de funcionamiento adecuada a la aplicación que se persigue, en ausencia de la señal de entrada. Si la aplicación que se persigue es la utilización del

transistor como amplificador, situaremos el punto de trabajo en aquella zona dónde tenga un comportamiento más o menos lineal. La polarización del transistor se logra a través de los circuitos de polarización que fijan sus corrientes y tensiones. La elección de un circuito u otro dependerá de la aplicación y del grado de estabilidad que se desea del punto de polarización. En la siguiente figura se muestran los circuitos de polarización más típicos basados en resistencias y fuentes de alimentación.

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Regiones de Operación En general, los transistores bipolares de circuitos analógicos lineales están

operando en la región activa directa. En esta región existe tres zonas de operación definidas por el estado de las uniones del transistor saturación, lineal y corte estas zonas representan las zonas de operación de un transistor. a. Región activa lineal: En la región activa lineal, la unión emisor-base está directamente polarizada y la unión base-colector inversamente polarizada; la VBE está comprendida entre 0.4 V y 0.8 V (valor típico de 0.7 V) y la VBC > 100mV. b. Región de corte: En la región de corte las uniones de emisor y colector están polarizadas en inversa; la VBE y la VBC tienen tensiones inferiores a 100mV. c. Región de saturación: En la región de saturación las uniones de emisor y colector están polarizadas en directa; la VBE y la VBC tienen tensiones superiores 100mV. 

Punto de Operación o Recta de Carga (Q) El análisis del punto de trabajo de un dispositivo, como ya se sabe, se

puede llevar a cabo de dos formas diferentes: analítica (realizando un análisis matemático de todas las ecuaciones implicadas) o gráfica (recta de carga en continua). Obtener el punto de trabajo Q de un dispositivo consiste básicamente en obtener el valor de las diferentes tensiones y corrientes que se establecen como incógnitas en el funcionamiento el mismo. El método analítico, se basa en resolver el sistema de ecuaciones que se establece teniendo en cuenta: las leyes de Kirchoff aplicadas a las tensiones y corrientes que definen el funcionamiento del dispositivo; las ecuaciones que se

obtienen del comportamiento del mismo, según la región de funcionamiento (circuito equivalente); y las relaciones eléctricas del circuito de polarización usado. Si se desea realizar el análisis gráfico, hay que disponer en primer lugar de las curvas de funcionamiento del transistor (curvas características de entrada y salida), que se podrían obtener también como representación de las ecuaciones que definen el comportamiento del transistor. Sobre estas curvas se traza la denominada recta de carga en continua (impuesta por el circuito eléctrico externo del transistor), y los puntos de intersección de esta recta con las curvas del dispositivo establece los posibles puntos de trabajo Q. El siguiente paso es determinar exactamente cuál de esos posibles puntos es el de funcionamiento.

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Características de entrada y salida de transistor BJT La entrada está formada por el diodo emisor-base, la diferencia entre un

transistor NPN y un transistor PNP, son los diodos que lo integran, el NPN tiene uno NP y otro PN; en el transistor PNP, habrán dos diodos, uno PN, y otro NP, en los cuales el sentido de la corriente será diferente y se simboliza con la flecha dibujada en el emisor. La salida está formada por las terminales que forman el diodo basecolector. Utilizando una fuente de tensión de polaridad adecuada a las terminales del diodo base-emisor, circulará una corriente de base IB, determinada por la tensión de alimentación, la resistencia de base RB y la resistencia propia del diodo. 

Configuraciones del BJT Todos los transistores BJT, NPN y PNP pueden polarizarse de manera que

quede una terminal común en su circuito de polarización; es decir, un elemento que forma parte tanto del lazo de entrada como del lazo de salida. Éste puede ser

cualquiera de las tres terminales del dispositivo. Así entonces, se tienen tres configuraciones

Colector Común: Esta configuración se conoce típicamente como seguidor de emisor. Es un circuito muy importante que encuentra aplicación frecuente en el diseño de amplificadores. A diferencia de los circuitos emisor común y base común, el circuito seguidor de emisor posee una impedancia de entrada que depende de la impedancia de carga RL y la impedancia de salida depende de la resistencia de la señal Rs. Por tanto, se debe tener cuidado al caracterizar el seguidor de emisor. La principal característica de esta conjuración es su ganancia de voltaje cercana a la unidad y su principal aplicación es como amortiguador de voltaje para conectar una fuente de alta resistencia a una carga de baja resistencia (por ejemplo una etapa de salida de un amplificador de audio). Base Común: Los amplificadores de base común presentan una impedancia de entrada muy baja. Por consiguiente, su uso se restringe principalmente a aplicaciones de amplificación de tensión de señales de audio. Esta configuración presenta una resistencia de entrada muy baja, una ganancia de corriente aproximadamente igual a la unidad, una ganancia de voltaje de circuito abierto positiva y de igual magnitud que el amplificador de emisor común y una impedancia de salida relativamente alta. La configuración de base común por si sola no es atractiva como amplificador de voltaje excepto para aplicaciones especializadas. Posee un excelente desempeño a alta frecuencia.

Emisor Común: Esta conjuración es la mas frecuente en los circuitos amplificadores BJT. Para establecer una tierra de señalen modo AC se conecta un condensador CE. Este condensador se requiere para proveer una impedancia muy baja a tierra (idealmente cero, un cortocircuito). De esta manera la corriente de señal del emisor pasa por CE a tierra y, por tanto, evita la resistencia de salida de la fuente de corriente I (y cualquier otro componente de circuito que pudiera estar conectado al emisor); por tanto CE se llama condensador de derivación. Es evidente que mientras menor sea la frecuencia de la señal, menos efectivo es el condensador. Con el fin de no alterar las corrientes y voltajes de polarización DC, la señal por amplificar, mostrada como fuente de voltaje Vs con una resistencia interna Rs, se conecta a la base por medio de un condensador Ci denominado condensador de acoplamiento, el cual cumple la función de corto circuito perfecto a las frecuencias de señal de interés mientras bloquea la DC. En el curso de Electrónica II se estudiara el efecto que tiene el valor de capacitancia de estos condensadores en la respuesta la frecuencia del amplificador.

Ej. 1) Configuración Emisor Común DATOS: Rb=1, 3 M ohm Rc=4 K ohm Re=1 k ohm Vbb=20 V Vcc=20 V Ic=? CONSTANTE

CALCULOS Ic=β*Ib Ib=Vbb-Vbe/Rb+(1*β)*Re Ib=20V-0,7/0,0013+(100)*1000 Ib=0, Ic=β*Ib

β=100

Vce=? (pto de operación)

Ic=100*0,019=1,9 AMP

PUNTO DE OPERACIÓN VCC/Rc=20/4k ohm=5 mA VCC= 20 v. ICQ=β*IBQ IBQ=VCC-0,7/Rb IBQ=20-0,7/1300 kohm punto Q IBQ=0,014 mA IBQ ICQ=100*0,014= 1,4 mA VCEQ=Vcc-ICQ*Rc VCEQ=20-(1.4*4) VCEQ=20-5,6=14,4 V VCC=20 v

IC VCC/RC= 5 mA

ICQ= 1,4 mA

Vce VCEQ=14,4 v

Ej. 2) Configuración Base Comun DATOS: CALCULOS: Rb=1,3 M ohm Ib= Vcc-Vbe/Rb Rc=4 K ohm Ib= 20-0,7/1300 K ohm Ic=β*Ib=1,4 mA Re=1 K ohm Ib=0,014 mA Ic (SATURACION) =Vcc/Rc= 5 mA Vee= 20 V Vce=Vee-Rc(IC) Ic (CORTE) =Vcc= 20 V Vcc= 20 V Vce=-20-4 K ohm (1,4) Ic=? Vce=-25,6 V Vcb PUNTO DE OPERACION SATURACION= 5 ma

Vce(CORTE)=20 V

Conclusión

Después de realizada esta investigación y desde un punto de vista diferente, podemos decir que los transistores son estos dispositivos que tienen funciones especificas cuales se ven representadas en las graficas, aparte de todo esto, están acompañados de distintos procesos como la polarización por ejemplo que consiste en aplicar tensiones adecuadas a las uniones de emisor-base y colector-base para que permitan situar al transistor en la región de funcionamiento adecuada a la aplicación que se persigue, en ausencia de la señal de entrada también analizamos las distintas características de las entradas y salidas que por una parte la entrada está formada por el diodo emisor-base y la salida está formada por los terminales que forman el diodo base-colector.