TRANSISTORES

1. eman ta zabal zazu Universidad del País Vasco Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores upv ehu TRANSISTORES • Símbolo. Características • Clasificación de los transistores • Transistores bipolares • Transistores unipolares

2. A i terminal de control + i T.C. + – v i T.C. – B v I AB Q 3 I Q 2 I Q 1 v V Q Características. Símbolo • Elemento triterminal: Terminal de control • Magnitud control: tensión o corriente • Funcionamiento específico: dos uniones PN • Funcionamiento en régimen permanente: componentes de los circuitos digitales

3. Clasificación de los transistores Transistores bipolares: BJT • Corriente: movimiento de electrones y huecos. • Magnitud de control: corriente • Dos tipos: NPN y PNP Transistores unipolares o de efecto de campo: FET • Campo eléctrico influye en el comportamiento • Corriente: movimiento sólo de electrones o huecos, según el tipo de transistor • Magnitud de control: diferencia de potencial • JFET • FETMOS: de canal N (electrones); de canal P (huecos) Transistores uniunión: UJT • Muy especiales. No los veremos

4. A i + i T.C. v AB – B P N P N P N TRANSISTORES BIPOLARES • Magnitud de control: corriente • Terminal central: corriente de control. Terminal base: B • Terminal izquierda: emisor, E • Terminal derecha: colector, C

5. transistor bipolar PNP transistor bipolar NPN C C colector colector B B base base emisor emisor E E Tipos de transistores bipolares • Sentido flecha: de P hacia N

6. NPN PNP I I C + – + C C – V C V BC CB – I I + B B V V + EC B CE – B V V + – – BE + E EB E I I E E Magnitudes en los transistores bipolares • Seis magnitudes a relacionar • Corriente en cada terminal: IC, IB , IE • Diferencias potencial entre terminales: VBE, VBC , VCE • Dos ecuaciones de comportamiento • Convenio para el sentido de las corrientes y signo de las tensiones

7. I R C C I I – C V C + BC + + R V B V – CC CE + I – B + V – V I – BE BB E I I B C Ecuaciones de comportamiento de los t. bipolares

8. Ecuaciones de comportamiento de los t. bipolares • Ecuaciones comportamiento: análisis experimental • Simplificando: punto operación del transistor Q(IB, IC, VBE, VCE)

9. I = g ( V ) B BE I I B B V V BE BE Curvas características: dos • VCE poca influencia. Se simplifica.

10. I I = 100 m A C B I = 80 m A B I = 60 m A B I = 40 m A B I = 20 m A B V CE mA 12 10 8 6 4 2 0 V 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11. Zonas de funcionamiento del transistor bipolar • Un transistor tiene dos uniones PN, 4 posibles polarizaciones: unión BE IP IP DP DP unión BC IP DP IP DP • Distinguir entre E y C? • Polarización relativa determina quién funciona como E y quién como C • E y C no son exactamente iguales a nivel físico • Funcionamiento directo o normal (NPN): VBE> VBC • Funcionamiento inverso (NPN): VBE< VBC • Habitualmente: funcionamiento directo • Posible con tres de las cuatro opciones • Tres zonas de funcionamiento • Corte • Región Activa Normal (R.A.N.) • Saturación

12. 1. Corte • BE y BC en I.P. • Por tanto VBE ≤ 0,7 V y VBC≤ 0,7 V (se suele comprobar sólo VBE ≤ 0,7 V) • En I.P. no circula corriente, por tanto: IC= 0 A IB= 0 A (por tanto IE= 0 A) • Ya tenemos las dos ecuaciones que nos faltaban • Resumiendo: condición ecuación VBE ≤ 0,7 V IC= 0 , IB= 0

13. 2. Región Activa Normal (R.A.N.) • BE en D.P., BC en I.P • Sólo una unión en D.P. pero corriente en ambas. Aún así IB << IC • BE en D.P., por tanto, VBE = 0,7 V (una ecuación más) • Otra ecuación: analizando las curvas características del transistor • Conclusión análisis: IC/IB = ß( nueva ecuación, ß“ganancia de corriente”) • Varía según el tipo de transistor. Consideraremos 100 • Verificación de esta zona implica comprobar unión BC en I.P: comprobar VBC ≤ 0,5 V (no 0,7 como en una unión aislada). Equivalente: VCE  0,2 V condición ecuación VCE 0,2 V  VBE = 0,7 V ,

14. 3. Saturación • BE y BC en D.P. • Corriente en las dos uniones, IB mayor que antes • Ambas uniones en D.P.: VBE = 0,7 V y VCE = 0,2 V • No relación constante anterior • Verificación de esta zona implica comprobar IC/IB ≤ ß condición ecuación  VBE = 0,7 V VCE = 0,2 V

15. I I = 100 m A C B I = 80 m A B I = 60 m A B I = 40 m A B I = 20 m A B V CE Zonas de funcionamiento en la curva característica mA 12 10 Saturación 8 R.A.N. 6 4 2 Corte V 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

16. I C I B 4 I B 3 I B 2 I B 1 V CE Aproximación realizada 0,2 V

17. Resolución gráfica de circuitos con transistores • Conocemos curvas (IB ,VBE) y (IC ,VCE) del transistor • Circuito de entrada RECTA DE CARGA de entrada

18. I B V BE • Dibujando esa recta sobre el mismo plano que la curva (IB ,VBE) • Obtenemos punto de operación de entrada: (IBQ ,VBEQ)

19. Circuito de salida RECTA DE CARGA de salida

20. I C V CE • Dibujando esa recta sobre el mismo plano que la curva (IC ,VCE) • Obtenemos punto de operación de salida • Con ambos puntos, tenemos el punto de operación del transistor I B5 I B4 I B3 I =I B2 BQ I B1

21. TRANSISTORES UNIPOLARES O DE EFECTO DE CAMPO • Campo eléctrico influye en el comportamiento • Corriente: movimiento sólo de electrones o huecos, según tipo • Magnitud de control: diferencia de potencial • JFET • FETMOS: de canal N (electrones); de canal P (huecos)

22. JFET, transistores de efecto de campo de unión • Otros símbolos

23. canal P canal N (> 0) – V + I S + D GS D I = 0 + I = 0 G G G V V SD + G DS I V – – D – D GS S (< 0) Magnitudes de los JFET • Tres magnitudes para analizar comportamiento: ID, VDS y VGS (t. control) • Funcionamiento adecuado: dos uniones PN en I.P • Canal N: VGS < 0. Canal P: VGS > 0 • Portadores de carga de fuente hacia drenador, generan ID • Corriente IG =0. Por tanto: IS= ID

24. I D R D D + I = 0 G + G V V + – DS DD – – (variable) V V + – S GG GS (variable) Curvas de transferencia en los JFET • Punto de operación: Q( IDQ, VDSQ, VGSQ) • Corriente ID depende de las dos tensiones: ID = f(VGS,VDS) • Circuito para analizar el funcionamiento

25. Dos curvas * Curva 1: manteniendo VDS, ID sat= f(VGS) IDSS  corriente de saturación (VGS=0) VGSoff  tensión de estrangulamiento (canal desaparece, ID = 0)

26. I I D V = 0 V DSS GS V = - 1 V GS V = - 2 V GS V £ V ( < 0 ) GS GSoff V V V DSsat Vgs=-2 DSS DS * Curva 2: para distintos valores de VGS, ID = f(VDS) zona óhmica Saturación I Dsat Vgs=-2 Corte IDSS  corriente de saturación (VGS=0) VGSoff  tensión de estrangulamiento (canal desaparece, ID = 0)

27. Tres zonas de funcionamiento: condición ecuación CORTE: VGSQ VGSoffID = 0 ZONA OHMICA: VGSoff VGSQ  0 ID = VDSS / RDS VDSQ VDSsatRDS = VDSS / IDSS SATURACIÓN: VGSoff VGSQ  0 ID = K IDSS VDSQ  VDSsat VDSS  tensión para estrangular el canal : |VGSoff| VDSsat  frontera entre zona óhmica y saturación (no constante)

28. MOS, transistores metal-óxido-semiconductor

29. Otros símbolos • Enriquecimiento: D y S físicamente separadas • Empobrecimiento: entre D y S siempre hay canal • B, sustrato (bulk). No es un terminal, sino la base física sobre la que se ha construido el MOS. Normalmente se conecta a S

30. PMOS de enriquecimiento NMOS de enriquecimiento (< 0) – I S V + D + D + GS I = 0 I = 0 G V G G V SD G + DS – V – I – GS D (> 0) S D Magnitudes de los MOS • Tres magnitudes para analizar comportamiento: ID, VDS y VGS (t. control) • Corriente IG =0 siempre, no dependiendo de la polarización • Polarización adecuada para crear canal entre S y D (enriquecimiento) o para estrechar el canal existente (empobrecimiento)

31. Curvas de transferencia en los MOS • Punto de operación: Q( IDQ, VDSQ, VGSQ) • Corriente ID depende de las dos tensiones: ID = f(VGS,VDS) • Obtenemos esa curva experimentalmente, al igual que antes, con un circuito similar * Curva 1: manteniendo VDS, ID = f(VGS) (transistor en saturación)

32. * Curva 2: para distintos valores de VGS, ID = f(VDS)

33. MOS enriquecimiento, tres zonas de funcionamiento: condición ecuación CORTE: VGSQ VTID = 0 ZONA OHMICA: VGSQ  VT ID = VDSS / RDS VDSQ VDSsat SATURACIÓN: VGSQ  VT ID = K IDon VDSQ  VDSsat