LA CARACTERÍSTICA EXPONENCIAL EXPONENCIAL DEL TRANSISTOR BIPOLAR Jean Carlos Vega Vidarte Facultad de Ingeniería Ingeniería Eléctrica Eléctrica y Electrónica, Electrónica, Universidad Universidad Nacional de Ingeniería Ingeniería Lima, Perú Perú
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I. OBJETIVO Obtener experimentalmente el contenido armónico de la corriente de colector del transistor bipolar. bipolar.
un metal. /u nombre se debe a &ue esta terminal 1unciona como emisor de portadores de carga. •
II. MARCO TEORICO •
El tran transi sist stor or de unió unión n bipo bipola larr (del (del inglés inglés bipolar bipolar junction transistor, transistor, o sus siglas BJT es un dispositi!o electrónico de electrónico de estado sólido consistente en dos uniones "# mu$ cercanas entre s%, &ue permite cont contro rola larr el paso paso de la corriente a tra! tra!és és de sus sus terminales. 'a denominación de bipolar se debe a &ue la conducción tiene lugar gracias al desplaamiento de portad portadore oress de dos polar polarida idades des ()uecos )uecos positi!os positi!os $ electrones electrones negati!os, negati!os, $ son de gran utilidad en gran n*me n*mero ro de apli aplica caci cion ones es++ pero pero tien tienen en cier cierto toss incon!enientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante baja.
Base Base,, la inte interm rmed edia ia,, mu$ estr estrec ec)a )a,, &ue &ue separa el emisor del colector. Colector, de extensión muc)o ma$or.
'a técni écnica ca de 1abr 1abriicac cación ión ms com*n om*n es la deposición epitaxial epitaxial.. En su 1uncionamiento normal, la unión base4emisor est polariada en directa, mientras &ue la base4colector en in!ersa. 'os portadores de carga carga emiti emitidos dos por el emisor emisor atra!i atra!iesa esan n la base, base, por&ue es mu$ angosta, )a$ poca recombinación de portadores, $ la ma$or%a pasa al colector. El transistor posee tres estados de operación3 estado de corte, estado de saturación $ estado de acti!idad.
'os transisto transistores res bipolares bipolares son los transisto transistores res ms conoc conocid idos os $ se usan usan gene genera ralm lmen ente te en electrónica analógica aun&ue analógica aun&ue también en algunas aplicaciones de electr ele ctróni ónica ca dig digita itall, como la tec tecnol nolog% og%aa TT TT' 'o B-CO/. 0n transi transisto storr de unión unión bipol bipolar ar est est 1ormad 1ormado o por dos 0nio 0niones nes "# en un solo cristal semiconductor semiconductor,, separ separado adoss por una región región mu$ estrec estrec)a. )a. 2e esta esta manera &uedan 1ormadas tres regiones3 •
Emisor, &ue se di1erencia de las otras dos por estar 1uertemente dopada dopada,, comportndose como
Este modelo describe el 1uncionamiento en cont%nua del BJT. #os centramos en el transistor npn $a &ue todas las ecuaciones &ue !amos a presentar para éste son aplicables al pnp sin ms &ue cambiar el signo de todas las corriente corrientess $ tensiones tensiones.. 5parente 5parentement mente, e, el BJT no es ms &ue dos uniones pn en1rentadas &ue comparten comparten el nodo (la base del transisto transistor. r. "or ello
una primera aproximación al modelado podr%a consistir en la propuesta de la 1igura 6+ en ella aparecen dos diodos pn en1rentados $ dispuestos de tal 1orma &ue los nodos de ambos coinciden en el terminal de base del transistor. El diodo de la i&uierda representa a la unión de emisor $ el de la derec)a a la de colector.
modelo de Ebers4oll en esttica. 'os e1ectos dinmicos se introducirn mediante condensadores, tal como )icimos para el diodo. 'as ecuaciones de Ebers4oll son las &ue obtenemos del anlisis del circuito de la 7igura 8.
III. EQUIPOS Y MATERIALES /in embargo, este modelo ignora algo esencial en el dispositi!o3 la base es mu$ estrec)a $, por ende, las uniones pn estn mu$ próximas+ tan próximas &ue la corriente &ue 1lu$e por una, a1ecta a la corriente &ue atra!iesa la otra. Este 1enómeno se llama in $ección de protadores $ lo podemos modelar mediante sendas 1uentes dependientes conectadas seg*n indicamos en la 7igura 8
'as 1uentes son 1uentes de corriente controladas por la corriente &ue atra!iesa la otra unión. 'os parmetros de control se llaman ganancia en corriente directa en base com*n (a7 $ ganancia en corriente in!ersa en base com*n (a9 . 'a explicación del signi1icado preciso de las palabras :ganancia;, :directa;, :in!ersa; $ :base com*n; se )ar ms adelante. El modelo de la 7igura 84< constitu$e el
Bobinas de 7- de 5 (#egra, 5marilla, Blanca
=> Transistor B7?@?
=> 9esistencia de ?A =.< D
=6 9esistencias de > =.< D
=6 9esistencias de >= =.< D
=> "otenciómetro de 66 =.< D
=> "otenciometro de >== =.< D
=8 Condensadores electrol%ticos de >= F746< V
=> Condensador electrol%tico de > F746< V
=> Condensador cermico de ?A p7 4 <= V
=> Condensador cermico de >== p7 4 <= V => 7uente de alimentación doble Osciloscopio Generador de 1unciones ult%metro digital
Remplazando valores. IV. CUESTIONARIO 1.- Calcule el pu!" #e "pe$ac%& #el !$a'%'!"$ #el a(pl%)%ca#"$ #e la )%*u$a +1.
CE ≈ >6 − =.<8m(>= # + >#
CE ≈ H.>A
Por tanto el punto de operación del transistor es: I C ≈ =.<8m$ CE ≈ H.>A ,.- De!e$(%e ua ep$e'%& *ee$al pa$a Va V/ 0 V e $e'"ac%a a'u(%e#" l"' #a!"' #e la /"/%a 0 u Q! al!".
Analizando el circuito en AC en resonancia, tenemos: $ = g mα !Cin
Tomando en cuenta algunas aproximaciones3
I C ≈ I E
I B ≈ =
cc !6 I C ≈ I E =
$ =
!C I C% &
in
− BE
!> + !6 !8
Remplazando los valores sugeridos en el circuito de la fg.1, tenemos: >6 "66 # I C ≈ 66 # + 66 # >= #
− =.A
9emplaando !alores &ue sugiere el circuito de la 1ig.8.
v&
(n6 + n8 n>
v= = v& (
n8 n>
= v=
(n6 + n8 n=
I C ≈ =.<8m$
m cos('t inalmente, si , introducimos el !actor de corrección in
Hallando el VCE. CE ≈ CC − I C (! 8 + !?
=
v= = g m (
n8 n>
!C vin = g m !C (
v= = (m( " !C (
n8 n>
n8 6 I >( " in n> "I =( "
" =
in
m
g m =
&
"
iC = I E% I =( " > + 6
∞
I n ( "
∑ I n =>
cos( n't
=( "
Kallando los coe1icientes de la serie de 7ourier, mediante la 7unción de Besel odi1icada, detallada en el 5péndice del libro de ClarI Kess.
I C% &
,
#e la relación del n$mero de vueltas en el inductor, o%tenemos V A & V'.
I n ( " =
>
π
6π ∫
−π
e " cosθ cos nθ d θ
v B = (m ( " !Cin v $ = (m ( " !C (
n> n6 + n8
in
"ara calcular lo &ue nos piden3
, con (m( " = g m
6 I >( " π
"I =( "
6 Gm ( x ) ,
2.- Calcule
I 6( " I =( "
∫ =6
−π
π
∫
−π
2 I 2( x )
I 0 ( x )
e " cosθ cos6θ d θ e " cosθ d θ L (>
pa$a l"' 3al"$e' #e π
(m ( " = g m
V%4, 56 1 , 225 (V.
6 I >( " "I =( "
6
= g m
∫
−π
π
"
2el libro de ClarI Kess, tenemos las siguientes ecuaciones. m cos( 't
BE
iC = α I E) e
&
e
&
,
" =
m &
si
Vin (mV) - 2 / 1 - 3 32
*
e " cosθ cos θ d θ
∫
−π
e " cosθ d θ L (6
2e las ecuaciones (> $ (6, se )acen los clculos, cu$os resultados se muestran en la tabla >, +m() 2I2(x)/I teniendo en cuenta &ue3 0(x)
.// 1.-.5 3.42 /.5 11.20 13.05
00.30.4-4.2-1.43 11. 4.1/.1
.10 .2/ .43 1.11 1.21 1.5/ 1./1
" =
g m =
& IC%
=
in &
6Hm =.<8m$
=
in 6Hm
= ?@.=<
BE
iC = α I E) e & e "
cos( 't
= I E%e "cos( 't
7. Pa$a
Vin=260 mV cos
2esarrollando en series de 7ourier.
ep$e'%& *ee$al pa$a V.
( ) wt n
ecue!$e ua
IV. RE8ERENCIAS
M>N Communication Circuits, ClarI and Kess.
