1.1 CONFIGRACIÓN BASE COMÚN La terminología Bc se deriva del hecho de que la base es común tanto a la entrada como a la salida de la confguración La base se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la salida La base es común a la entrada (emisor-base) y a la salida (colector-base) Para describir un comortamiento de un disositivo de ! terminales" se requiere de # con$untos de características% ar&metros de entrada ' ar&metros de salida
PARAMETROS DE ENTRADA e relaciona la corriente de entrada (*) con el volta$e de entrada (+be) ara varios niveles de volta$e (vcb)
PARAMETROS DE SALIDA e relaciona la corriente de salida (,) con el volta$e de salida (+cb) ara varios niveles de corriente de entrada (*)
RECTA DE CARGA La recta de carga es una herramienta que se emlea ara hallar el valor de la corriente y la tensión del diodo Las rectas de carga son esecialmente útiles ara los transistores
. esa recta se le llama /recta de carga/ y tiene una endiente negativa
*l unto de corte de la recta de carga con la e0onencial es la solución" el unto 1" tambi2n llamado /unto de traba$o/ o /unto de 3uncionamiento/ *ste unto 1 se controla variando + y 4 .l unto de corte con el e$e 5 se le llama /,orte/ y al unto de corte con el e$e 6 se le llama /aturación/
REGION ACTIVA La unión base-colector se olari7a inversamente" mientras que la unión base-emisor se olari7a inversamente La corriente de emisor" que es la corriente de entrada est& 3ormada or la suma de la corriente de base y la de colector% *8 , 9 B
REGION DE CORTE :anto la unión base-colector como la unión base-emisor de un transistor tienen olari7ación inversa ;n transistor est& en corte cuando% (,8 * 8 <.) *n este caso el volta$e entre el colector y el emisor del transistor es el volta$e de alimentación de circuito *n este caso normalmente se resenta cuando la corriente de base 8<.% (B 8 <.)
REGION DE SATURACION :anto la unión base-colector como base-emisor de un transistor tienen olari7ación directa ;n transistor est& saturado cuando (,8 * 8 =&0ima) *n este caso el volta$e entre el colector y el emisor es <+
GANANCIAS DE CORRIENTE Base común% >anancia ? (al3a) *misor común% >anancia @ (beta)
GANANCIA DE CORRIENTE α La ganancia de corriente se encuentra dividiendo la corriente de salida (,) entre la de entrada (*) % ?8 ,A*
La ganancia de corriente en un transistor es in3erior a la unidad" debido a que la corriente de emisor siemre es algo mayor que la corriente del colector Por lo tanto" siemre es menor que " en valores entre <C< y <CCD
GANANCIA DE VOLTAJE egún se ha visto el transistor de B, no uede roducir una verdadera ganancia de corriente" ero si roorciona ganancia de volta$e >+8 4,A 4* ;n transistor tíico suele tener una resistencia de entrada de !<< E y una resistencia de salida de <
CARACTERISTICAS GENERALES Ba$a imedancia de entrada (GH)" entre I< E y J<< E .lta imedancia de salida (GK;:)" entre (JF E 6 != E) >anancia de corriente menor que (<C< ' <CCD) .lta ganancia de volta$e (J< ' !<<)
APICACIONES CONFIGURACION BC Para adotar 3uentes de señal de ba$a imedancia de salida como" or e$emlo" micró3onos din&micos Ho ato ara circuitos de ba$a 3recuencia" debido a la ba$a imedancia de entrada
CONFIGURACION EMISOR COMUN La terminología de *, se deriva del hecho de que el emisor es común tanto a la entrada como a la salida de la confguración *l emisor se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida *l emisor es común a la entrada (base-emisor) y a la salida (colectoremisor) Para describir el comortamiento de la confguración *," se requiere de dos con$untos de características% ar&metros de entrada y ar&metros de salida
PARAMETROS DE ENTRADA e relaciona la corriente de entrada (B) con el volta$e de entrada (+B*) ara varios niveles de volta$e de salida (+,*) ;na ve7 que el transistor est& encendido se suondr& que el +B* es% +B*8 <+
PARAMETROS DE SALIDA e relaciona la corriente de salida (,) con el volta$e de salida (+,*) ara varios niveles de corriente de entrada (B)
REGION ACTIVA La unión colector-emisor se olari7a inversamente" mientras que la unión base-emisor se olari7a directamente La corriente de emisor" que es la corriente de salida" est& 3ormada or la suma de la corriente de base y la del colector *8 , 9 B *n la confguracion *c" tambi2n se mantiene la relación siguiente que se usó en la confguracion B, , 8 ? *
REGION DE CORTE :anto la unión base-emisor como la unión emisor-colector de un transistor tienen olari7ación inversa *n la región de corte la c no es igual a cero cuando B es cero Para roósitos de amlifcación lineal" el corte ara la confguración *, se defnir& mediante% ,8 ,*K ara B8 < M. La región or deba$o de B8 < M. debe evitarse si se requiere una señal de salida sin distorsión
REGION DE SATURACION :anto la unión base-colector como la unión base-emisor de un transistor tienen olari7ación directa ,uando +,* es <#+ (silicio) la , cae cero debido a que las uniones est&n en olari7ación directa" las corrientes se anulan ;n transistor est& saturado cuando% (, 8 * 8 =&0ima)
GANANCIAS DE CORRIENTE Base común% ganancia ? (al3a) *misor común% ganancia @ (beta) >.H.H,. N* ,K44*H:* @ La ganancia de corriente se encuentra dividiendo la corriente de salida (,) entre la entrada (B)
- @8 ,AB La ganancia de corriente en un transistor es grande" debido a que la corriente de salida (,) es mayor que la corriente de entrada (B) uele tener un rango entre I< y I<<" con la mayoría de rango medio *s un ar&metro orque o3rece una relación directa entre los niveles de corriente de los circuitos de entrada y los de salida en *, , 8 @B Nado que% * 8 , 9 B * 8 @ B 9 B e tiene que% , 8 (@ 9 ) B
RELACIONES ENTRE α Y β *s osible establecer una relación entre ? y @ utili7ando las relaciones dadas anteriormente - ? 8 @ A @ 9 -@8?A'? La ganancia @ es roorcionada or el 3abricante y tambi2n es conocida como O3e
GANANCIA DE VOLTAJE Los amlifcadores con emisor a tierra ueden roorcionar ganancias de volta$e y de otencia mucho mayores que los de base común >+ 8 +,A +* 8 - 4,A4* ,.4.,:*4:,. >*H*4.L* Ba$a imedancia de entrada (GH)" entre << E y <<< E ;n oco m&s que la base común .lta imedancia de salida (GK;:)" entre (J
APLICAIONES CONFIGURACION EC *s la confguración m&s usada" uesto que amlifca tanto corriente como volta$e *l m&s usado ara circuitos de ba$a 3recuencia" debido a la alta imedancia de entrada ;sado en amlifcadores de audio y de altas 3recuencias de radio
RECTA DE CARGA .l introducir una señal de alterna en la entrada" nuestro unto de traba$o variar& a lo largo de la recta de carga de la siguiente 3orma% .l introducir una señal senoidal varía la tensión en la base" de tal 3orma que" a m&s tensión en la base" m&s corriente de base y or tanto m&s corriente de colector" mientras que" a menos tensión en la base" menos corriente de base y or tanto menos corriente de colector *sto se traduce en que el unto de traba$o se desla7a a la i7quierda (, " +,* QQ) cuando la señal de entrada es mayor que cero y a la derecha (, QQ" +,* ) cuando es menor que cero
htt%AAesslidesharenetAKthonielOernande7KvandoA!I-confguracin-en-emisorcomn
1.4 TRANSISTORES BJT A PEQUEÑAS SEÑALES La olari7ación de un transistor es la resonsable de establecer las corrientes y las tensiones que f$an su unto de traba$o en la región lineal (biolares) o saturación (R*:)" regiones en donde los transistores resentan características m&s o menos lineales .l alicar una señal alterna a la entrada" el unto de traba$o se desla7a y amlifca esa señal *l an&lisis del comortamiento del transistor en amlifcación se simlifca enormemente cuando se utili7a el llamado modelo de equeña señal obtenido a artir del an&lisis del transistor a equeñas variaciones de tensiones y corriente en sus terminales Ba$o adecuadas condiciones" el transistor uede ser modelado a trav2s de un circuito lineal que incluye equivalentes :h2venin" Horton y rinciios de teoría de circuitos lineales *l modelo de equeña señal del transistor es a veces llamado modelo incremental de señal
Los ar&metros (O) o híbridos son los que me$or caracteri7an el comortamiento lineal de equeña señal de un transistor biolar *stos ar&metros relacionan la + e # con la y +# mediante la siguiente ecuación% + 8 hi 9 hr+#
# 8 h3 9 ho+#
(CREERA QUE ESAS FORMULAS SON IMPORTANTES! PERO NO S" COMO COPIARLAS# *n un transistor no nos interesas las tensionas absolutas en sus nudos sino la di3erencia que e0iste entre ellos Por ello" odemos elegir un único nudo como nudo de re3erencia y e0resar y e0resar las tensiones de los otros dos utili7ando a este de re3erencia La elección reali7ada a3ecta las ecuaciones que gobiernan el transistor y" or tanto" al modelo en equeña señal Por ello" e0isten tres grandes 3amilias de modelos en equeña señal% colector común" base común y emisor común" deendiendo de la elección del colector" base o emisor como nudo de re3erencia *n cualquier caso" el número de tensiones imlicadas se reduce a # al utili7arse un nudo como re3erencia
,ada confguración de transistor (emisor" base o colector común) disone de S modelos de biuerta mostrados en el cuadro" or tanto" hay D modelos osibles de un transistor en equeña señal" los D modelos describirían al mismo transistor ,ualquier sistema de ecuaciones de la última columna del cuadro uede trans3ormarse en cualquier otra del cuadro" incluso suoniendo que la segunda este en otra confguración de nudo común .sí los ar&metros 7 de la confguración común odrían obtenerse de cualquiera de los otros modelos Por e$emlo" a artir del con$unto de ar&metros h en base común *n la r&ctica" la mayoría de las veces los roblemas de resuesta en equeña señal de transistores biolares se resuelven utili7ando los ar&metros h en base" colector o emisor común Ho se suelen numerar los ar&metros h como elementos de una matri7 sino con letras" estas letras tienen signifcado 3ísico .sí" el ar&metro h suele estar relacionado con la imedancia de entrada del transistor biolar en equeña señal or lo que se le denomina hi0J Por ello las ecuaciones del cuadro se convierten en lo siguiente
htt%AAISD!#
APLICACIONES -.mlifcación de todo tio (radio" televisión" instrumentación) ->eneración de señal (osciladores" generadores de ondas" emisión de radio3recuencia) -,onmutación" actuando de interrutores (control de rel2s" 3uentes de de alimentación conmutadas" control de l&maras" modulación or anchura imulsos PW=) -Netección de radiación luminosa (3ototransistores)
TRANSISTORES FET *s un disositivo semiconductor que controla un Xu$o de corriente or un canal semiconductor" alicando un camo el2ctrico erendicular a la trayectoria de la corriente
*st& comuesto de una arte de silicio tio H" a la cual se le adicionan dos regiones con imure7as tio P llamadas comuertas y que est&n unidas entre si Posee tres terminales" denominados uerta ( gate)" drena$e ( drain) y 3uente (source) La uerta es el terminal equivalente a la base del BY: ( Bipolar Junction Transistor)" de cuyo 3uncionamiento se di3erencia" ya que" en el R*:" el volta$e alicado entre la uerta y la 3uente controla la corriente que circula en el drena$e los R*: son de los tios ,anal-H y ,anal-P" deendiendo del materia l del canal del disositivo
TIPO DE TRANSISTORES FET *l canal de un R*: es doado ara roducir tanto un semiconductor tio H o uno tio P *l drena$e y la 3uente deben estar doados de manera contraria al canal en el caso del =KR*: de enriquecimiento" o doados de manera similar al canal en el caso del =KR*: de agotamiento Los transistores de e3ecto de camo tambi2n son distinguidos or el m2todo de aislamiento entre el canal y la uerta Podemos clasifcar los transistores de e3ecto camo según el m2todo de aislamiento entre el canal y la uerta% •
•
•
•
•
•
•
*l =KR*: (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Efect Transistor) usa un aislante (normalmente iK #) *l YR*: (Junction Field-Efect Transistor) usa una unión -n *l =*R*: (Metal-Semiconductor Field Efect Transistor ) substituye la unión PH del YR*: con una barrera chottZy *n el O*=: (High Electron Mobility Transistor )" tambi2n denominado OR*: (heterostructure FET)" la banda de material doada con /huecos/ 3orma el aislante entre la uerta y el cuero del transistor Los =KNR*: (Modulation-oped Field Efect Transistor) Los >B: (!nsulated-gate bipolar transistor) es un disositivo ara control de otencia on comúnmente usados cuando el rango de volta$e drena$e3uente est& entre los #<< a !<<<+ .un así los PoVer =KR*: todavía son los disositivos m&s utili7ados en el rango de tensiones drena$e-3uente de a #<<+ Los R4*NR*: es un R*: eseciali7ado diseñado ara otorgar una recueración ultra r&ida del transistor
•
Los NH.R*: es un tio eseciali7ado de R*: que actúa como biosensor" usando una uerta 3abricada de mol2culas de .NH de una cadena ara detectar cadenas de .NH iguales
La característica de los :R: que los distingue" es que hacen uso del silicio amor3o o del silicio olicristalino
CARACTERISTICAS •
"iene $na resistencia %e entra%a extrema%amente alta &casi 100'().
•
*o tiene $n voltaje %e $ni+n c$an%o se $tiliza como conm$ta%or &interr$ptor).
•
,asta cierto p$nto es inm$ne a la ra%iaci+n. s menos r$i%oso.
•
$e%e operarse para proporcionar $na mayor estabili%a% trmica
•
htts%AAesViZiediaorgAViZiA:ransistorUdeUe3ectoUcamo
POLARI$ACION e olari7a de manera di3erente al transistor biolar *l terminal de drena$e se olari7a ositivamente con resecto al terminal de 3uente (+dd) y la comuerta se olari7a negativamente con resecto a la 3uente (-+dd) . mayor volta$e -+gg m&s angosto es el canal y m&s di3ícil ara la corriente asar del terminal drenador al terminal 3uente La tensión -+gg ara la que el canal queda cerrado se llama [unch-o\] y es di3erente ara cada R*: *l transistor de $untura biolar es un disositivo oerado or corriente y requieren que haya cambios en la corriente de base ara roducir cambios en la corriente de colector *l transistor R*: es controlado or tensión y los cambios en tensión de la comuerta a 3uente modifcan la región de rare3acción y causa que varíe el ancho del canal htt%AAesslidesharenetAcortesalvare7A3et-transisitores-de-e3ecto-de-camo
FUNCIONAMIENTO •
;nión > olari7ada inversamente
•
e 3orma una 7ona de transición libre de ortadores de carga
•
La sección del canal deende de la tensión ;sg
•
i se introduce una cierta tensión N- la corriente d or el canal deender& de ;sg
•
*ntre N y se tiene una resistencia que varía en 3unción ;sg
•
*l ancho del canal deende tambi2n de la tensión ;ds
•
Pasado un límite la corriente d de$a de crecer con ;ds
MODELOS FUNDAMENTALES stos transistores poseen %os regiones %e polarizaci+n f$n%amentales: la regi+n lineal &o %e tro%o) y la regi+n %e sat$raci+n &o %e estrang$lamiento)
:ransistor ,anal P
:ransistor ,anal H
=odelo del transistor a equeña señal
e observaor queel 2ste 3unciona como una La 3uente deendiente de corriente controlada volta$e comuerta-3uente imedancia de entrada de este disositivo es lo sufcientemente alta como ara no incluirla en el modelo" a di3erencia de lo que ocurre con el transistor BY: Para que el modelo de equeña señal tenga valide7" debe cumlirse la siguiente condición%
*sta condición" en general es utili7ada ara el diseño y an&lisis de amlifcadores" sobre todo ara conocer el rango de valores en amlitud que uede soortar el amlifcador en la entrada sin que haya distorsión en la señal de salida
,KH=;:.,KH
,uando el transistor est& en saturación o en corte las 2rdidas son desreciables Pero si tenemos en cuenta los e3ectos de retardo de conmutación" al cambiar de un estado a otro se roduce un ico de otencia disiada" ya que en esos instantes el roducto , 0 +,* va a tener un valor areciable" or lo que la otencia media de 2rdidas en el transistor va a ser mayor *stas 2rdidas aumentan con la 3recuencia de traba$o" debido a que al aumentar 2sta" tambi2n lo hace el número de veces que se roduce el aso de un estado a otro Podremos distinguir entre tiemo de e0citación o encendido (ton) y tiemo de aagado (to\) . su ve7" cada uno de estos tiemos se uede dividir en otros dos
Tiempo de retardo "elay Time# td$% *s el tiemo que transcurre desde el instante en que se alica la señal de entrada en el disositivo conmutador" hasta que la señal de salida alcan7a el <^ de su valor fnal Tiempo de subida "%ise time# tr$ % :iemo que emlea la señal de salida en evolucionar entre el <^ y el C<^ de su valor fnal Tiempo de almacenamiento "Storage time# ts$ % :iemo que transcurre desde
que se quita la e0citación de entrada y el instante en que la señal de salida ba$a al C<^ de su valor fnal Tiempo de ca&da "Fall time# t'$ % :iemo que emlea la señal de salida en evolucionar entre el C<^ y el <^ de su valor fnal
Por tanto" se ueden defnir las siguientes relaciones%
SIMBOLOS
APLICACIONES
