Post on 24-Jun-2015
1
Tecnología de Equipos Informáticos
Transistores BipolaresBJT
2
Generalidades del BJT Bipolar Junction Transistor
• Trt Bip. revolucionó la Industria electrónica• 1947 Bardeen, Brattain y Shockley (1948 mejora) Trt Ge AT&T American Telephone & Telegraf• 1951 Comercializó Trt de Ge y en 1954 Texas anunció Fab. Trt de Si• 1956 1er premio de Física (Bardeen, Brattain y Shockley) para un dispositivo
2
3
Generalidades del BJT Bipolar Junction Transistor
• BJT dispositivo de tres terminales E, B, C
• Principio de funcionamiento Unión p-n (dos)
• Denominación Bipolar I e – y h
4
Generalidades del BJT Bipolar Junction Transistor
Ventajas frente a las válvulas vacíoMiniaturización Peso, Volumen Menor tiempo de calentamientoConsumo EE menorProceso Fab. SencilloDurabilidad (stock)Menor fragilidadRapidez de conmutaciónetc.
3
5
Generalidades del BJT MiniaturizaciónMiniaturización
6
Generalidades del BJT MiniaturizaciónMiniaturización
4
7
M.M.U.U.
MMAARRKK
II
Generalidades del BJT MiniaturizaciónMiniaturización
8
Generalidades del BJT ObleasObleas
5
9
Generalidades del BJT Oblea (Oblea (WaferWafer) ) –– C.I.C.I.--CHIPCHIP
10
Generalidades del BJT
6
11
Qué es un transistor
TRANSfer resISTOR
12
Qué es un transistor• Elemento de tres terminales que actúa
como una fuente de corriente controlada por la corriente (o voltaje) en uno de sus terminales.
• Dos tipos principales– Transistor de unión bipolar (Bipolar Junction
Transistor ) (BJT)– Transistor de efecto de campo (Field Effect
Transistor) (FET)
7
13
Transistor de unión bipolar
Dos uniones pn en una sola pieza de material semiconductor.
C
nn nn p n nn
pn
BE
Estructura típicaTerminalesTerminales
Material semiconductor con
dopaje
Material semiconductor con
dopaje
ConductorConductor
14
Transistor de unión bipolar
Dos uniones pn en una sola pieza de material semiconductor.
nn nn p n nn
p
CBE
Estructura típicaTerminalesTerminales
Material semiconductor con
dopaje
Material semiconductor con
dopaje
8
15
Transistor de unión bipolar
Dos uniones pn en una sola pieza de material semiconductor.
nn nn p n n
CBE
Estructura típicaTerminalesTerminales
ColectorColector
BaseBase
EmisorEmisor
16
nnp
UnionesVista seccional simplificada
nn nn p n n
CBE
Unión Base Colector
Unión Base Colector
n
B EC
Unión Base Emisor
Unión Base Emisor
Colector y Emisor no son simetricos
Colector y Emisor no son simetricos
9
17
npn y pnpnpn
nnp
Unión Base Colector
Unión Base Colector
n
B EC
Unión Base Emisor
Unión Base Emisor
E
C
BE
C
B
ppnn
p
B EC
Unión Base Emisor
Unión Base Emisor
Unión Base Colector
Unión Base Colector
pnp
18
Estructura simplificada
n p n
npn
Emisor
Emitter
(E)Colector
(C)
Collector
Base(B)Base
Región de la baseRegión de la base
Región del emisorRegión del emisor Región del colectorRegión del colector
Unión Base Colector
Unión Base ColectorUnión Base
EnisorUnión Base
Enisor
10
19
pnp
B
E C
npn
B
E CE
C
B
E
C
B
20
Conexiones básicas
11
21
Conexiones básicas
• El transistor tiene tres terminales por lo que existen varias opciones de conexión.
• Uno de los terminales tiene que ser común al circuito de entrada y salida.– Emisor común– Base común– Colector común
• Cada una de estas configuraciones tiene sus características.
22
Base común (“Common Base”)
vi+
-v0+
-
Entrada por el emisor
Entrada por el emisor Salida por
colectorSalida por colector
Base es común tanto al circuito de entrada
como de salida
Base es común tanto al circuito de entrada
como de salida
E C
B
12
23
Emisor común (“Common Emitter”)
vi+
-
v0+
-
Entrada por la base
Entrada por la base
Salida por colector
Salida por colector
Emisor es común tanto al circuito de entrada
como de salida
Emisor es común tanto al circuito de entrada
como de salida
E
C
B
24
Colector común (“CommonColector”)
vi+
-
v0+
-
Entrada por la base
Entrada por la base
Salida por emisor
Salida por emisor
Colector es común tanto al circuito de entrada
como de salida
Colector es común tanto al circuito de entrada
como de salida
C
E
B
13
25
Polarización
26
Qué es polarización
• Consiste en establecer las condiciones de operación requeridas para que el transistor opere en determinado modo.
• Por ejemplo, para el modo activo se requiere que: – Unión BE tenga polarización directa. – Unión BC tenga polarización inversora.
• Esto requiere de componentes adicionales.
14
27
Qué es polarización
Dos puntos de vista:– Análisis:
• Dado un circuito encontrar el punto de operación y así determinar su modo de operación.
– Diseño:• Dado un punto de operación, encontrar un circuito
que lo sostenga.
28
Relación entre las tensiones.Convención de signos de las tensiones
A
B
+
-vAB
++
--
I
15
29
Polarización: npnTransistor npn en modo activo (“active mode”).Hay que polarizar dos uniones.
– BC inversora (“reverse”).
– BE directa (“forward”).
VCB
VBE
E
CB
IC
IE
IB
30
Polarización: pnpTransistor pnp en modo activo (“active mode”).Hay que polarizar dos uniones.
– BC inversora (“reverse”).
– BE directa (“forward”).
VEB
VBC
C
EB
IE
IC
IB
pnp
16
31
Polarización: comparación
VEB
VBC
C
EB
IE
IC
IB
pnp
VCB
VBE
E
CB
IC
IE
IB
npn
32
Posibles modos de operación
17
33
Posibles modos de operación
n p n
npn
B
E
VBE VCB
Modo Activo (“active mode”)
Unión BE polarización directaUnión BE polarización directa Unión BC polarización inversoraUnión BC polarización inversora
34
Posibles modos de operación
n p n
npn
B
E
VBE VBC
Modo saturación (“saturation mode”)
Unión BE polarización directaUnión BE polarización directa Unión BC polarización directaUnión BC polarización directa
18
35
Posibles modos de operación
n p n
npn
B
E
VEB VBC
Modo corte (“cut-off mode”)Unión BE polarización inversoraUnión BE polarización inversora Unión BC polarización
inversoraUnión BC polarización inversora
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Posibles modos de operación
n p n
npn
B
E
VEB VBC
Modo inverso (“inverse mode”)
Unión BE polarización inversoraUnión BE polarización inversora Unión BC polarización directaUnión BC polarización directa
19
37
Modos de saturación y corte
Se utilizan ambos modos en cooperación para hacer que el transistor opere como un conmutador (“switch”).
38
Modo activo
• Es el modo utilizado para amplificador.
• Demostraremos más adelante que el circuito de base controla la corriente en el colector.
20
39
Activo vs. inverso• Aparentan ser lo mismo si se intercambian
los nombres de colector y emisor.• En la práctica no es así.
– Hay diferencias en construcción entre emisor y colector.
• Modo inverso normalmente no se utiliza en amplificación.
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Activo vs. inverso
Es evidente que no es posible intercambiar los terminales E y C sin que tenga consecuencias.
Tampoco existe simetría entre la zona del colector y la del emisor.
21
41
Modo activo
42
n p n
B
E C
Operación en modo activonpn
VBE VCB
Unión BE polarización directaUnión BE polarización directa Unión BC polarización inversoraUnión BC polarización inversora
Asuma que VCB >>VBE> VT
22
43
Operación en modo activo
n p n
npn
B
E
VBE VCB
VBE inyecta electrones VBE inyecta electrones
Asuma que VCB >>VBE> VT
Ceeee
44
Operación en modo activo
n p n
npn
B
E
VBE VCB
Electrones se mueven por difusión hacia la base Electrones se mueven por difusión hacia la base
Asuma que VCB >>VBE> VT
Ceeeeeeee
23
45
El sentido de la corriente es opuesto al movimiento de los electrones.
Operación en modo activo
n p n
npn
B
E
VBE VCB
Parte se recombina, Parte se recombina,
Asuma que VCB >>VBE> VT
Ceeee eeee
El resto es atraído por el potencial más alto del colectorEl resto es atraído por el potencial más alto del colector
Modelo de Corrientes Internas.
46
----
----
----
----
++++
++
++
++
+ -
--
---
---- -
--
- -
----
+++-
---
- -
Emisor (p +) Base (n -) Colector (p)
+ - + -
VBB VCCRBB RCC
IHEB
IEBEIECB
IIHBCHBC
IIHBCHBC
+ = ICBO
IE IB IICC
IR
IE = IB + IC
Operación en modo activo. Corrientes Internas PNP
24
47
Control
La corriente es controlada por el voltaje VBE.– A mayor voltaje VBE, mayor es la inyección de
electrones.– La corriente de electrones que pasa al lado del
colector es independiente del voltaje VCB.
La región del colector se diseña para proveer un área bien amplia que facilite recoger los electrones.
48
Descripción matemática.Modo Activo-Directo
25
49
Descripción matemáticaObjetivo:• Describir la
relación que existe entre la corriente del colector y lo que ocurre en el circuito de base a emisor.
n p n
B
E
VBE VCB
C
IEIB
IC
IE = IB + ICIE = IB + IC
• Se trata del comportamiento EXTERNO.
50
Corriente del colector
n p n
B
E
VBE VCB
C
IEIB
IC
TBE
Vv
SC eII =
VT es el voltaje termal 25 mV a temperatura ambiente.
IS = corriente de saturaciónWN
nqDAIA
inES
2
=
26
51
Corriente del colectorIS depende de la geometría y materiales utilizados.
AE = área seccional de la unión base-emisorDn = constante de difusión de electrones en la base.ni0 = densidad intrínsecaNA = densidad de impurezas donantes en el emisorW = espesor (ancho) de la base
AE = área seccional de la unión base-emisorDn = constante de difusión de electrones en la base.ni0 = densidad intrínsecaNA = densidad de impurezas donantes en el emisorW = espesor (ancho) de la base
n p WNnqDAI
A
inES
2
=
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Corriente de base
β depende de la construcción del componente.
T
BEVv
bnPPN
APSB e
DW
LNDWNDIi ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=
τ
2
5.0
La corriente de colector es directamente proporcional a la corriente de base.La corriente de colector es directamente proporcional a la corriente de base.
ββCV
vS
BieIi T
BE
== BC ii β=
betabeta
27
53
Corriente de emisor
Así que
n p n
B
E
VBE VCB
CIE
IB
IC
IE = IB + ICIE = IB + IC
BC ii β=
BBE iii β+=
oC
CE iii +=
βentonces
EC ii1+
=ββ
EC ii α=
donde
1+=ββα
betabetaalfaalfa
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Ecuaciones que describen al transistor
Estas ecuaciones se pueden utilizar para construir modelos equivalentes para el transistor.
TBE
Vv
SC eIi =
Define cómo vBEcontrola a iC
Define cómo vBEcontrola a iC
Define cómo iBcontrola a iC.
Define cómo iBcontrola a iC.BC ii β=
EC ii α=
28
55
Corrientes. Modo activo
56
Relación de Tensiones- npn Activa_directa
C
E
IE = IB + IC
VCE = VCB + VBE
B
IB
IC
IEVBE
VCB
VCE
n
p
n
29
57
CIE = IB + IC
VEC = VEB + VBC
nBIB
IC
IEVEB
VBC
VEC
p
p
E
C
Relación de Tensiones- pnp Activa_directa
58
Resumen Modos de Funcionamiento NPN
30
59
Modelos
60
El modelo de Ebers-Moll
– Describir el comportamiento externo del transistor.
– Implanta directamente las ecuaciones.(tensiones y corrientes)
– No explica lo que ocurre internamente.
31
61
Modo Activa Directa
62
Saturado
32
63
Corte
64
IC
IB
Saturación
Z. Acti
va
Determinación del estado en zona activa o en saturación en circuitos
Zona Activa: IC ≈ IB·β
Saturación: IC < IB·β
Determinación del estado en zona activa o en saturación en circuitos
Zona Activa: IC ≈ IB·β
Saturación: IC < IB·β
Corte
La corriente de colector como función de la corriente de base.
33
65
Limitaciones de los modelos
Las ecuaciones anteriores no toman en cuenta el efecto de:
– Resistencia interna en el material semiconductor.
– Efecto capacitivo presente en las uniones.– Otros defectos que pueda tener la estructura.
66
Transistor pnp
34
67
Transistor pnp
• El análisis es similar al del npn si se hacen los siguientes ajustes.– Los huecos son los
portadores mayoritarios (no los electrones)
– Los voltajes y corrientes tienen polaridad opuesta.
p n p
pnp
iC
iBiE
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Análisis grafico
35
69
Curvas características en emisor común en un transistor NPN
VBE
+
-
IC
IB C
E
B
VCE
+
-
Todas las magnitudes son positivas
70r
Circuito Práctico. Características de Entrada
a
a
36
71
Curvas características en emisor común en un transistor NPN
Curvas de entrada
0
IB[µA]
VBE[V]
0,6
100 VCE=0
VCE=5V
VCE=10V
VBE
+
-
ICIB
C
E
B VCE
+
-
72
Circuito Práctico. Características de Salida
a
37
73
Curvas características en emisor común en un transistor NPN
IB=0µA
IB= 100µA
IB= 200µA
IB= 300µA
IB= 400µAIC [mA]
VCE [V]
0
40
20
42 6
Curvas de salida
VBE
+
-
ICIB
C
EB
VCE
+
-
74
Potencia Disipada.
PD=VCE IC
38
75
Región activa
Región de saturación
vCE(V)
iC
0
iB = 0.01 mA
iB = 0.02 mA
iB = 0.03 mA
Curvas características en emisor común en un transistor NPN
Región de corte
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Región de saturación
• vCE cambia muy poco con grandes cambios en iC.
• iC no depende de iB
• Note que las curvas paramétricas convergen en esta zona.
Región de corte
Región activa
Región de saturación
vCE(V)
iC
0
iB = 0.01 mAiB = 0.02 mA
iB = 0.03 mA
En saturación:Unión BE: polarización directaUnión BC: polarización directa
En saturación:Unión BE: polarización directaUnión BC: polarización directa
39
77
Región de corte• No hay flujo de iC.,
• vBE por debajo de 0.7 V• Tampoco fluye iB
Región de corte
Región activa
Región de saturación
vCE(V)
iC
0
iB = 0.01 mAiB = 0.02 mA
iB = 0.03 mA
En corte:Unión BE: polarización inversoraUnión BC: polarización inversora
En corte:Unión BE: polarización inversoraUnión BC: polarización inversora
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Región activa• iC depende de vBE.
• iC depende de iB.
• Esto es lo deseable para circuitos que amplifican señales.
Región de corte
Región activa
Región de saturación
vCE(V)
iC
0
iB = 0.01 mAiB = 0.02 mA
iB = 0.03 mA
En activa:Unión BE: polarización directaUnión BC: polarización inversora
En activa:Unión BE: polarización directaUnión BC: polarización inversora
40
79
Resumen Curvas Reales
80
Resumen Curvas según Modelo
0.2V
41
81
Cómo determinar el punto de operación
82
Región de corte
Región activa
Región de saturación
vCE(V)
iC
0
iB = 0.01 mAiB = 0.02 mA
iB = 0.03 mA
Punto de operación
• Es el conjunto de valores que define cómo está operando el transistor en combinación con los componentes externos que le rodean.
• En este caso, IC, IB y VCE
XIC
VCE
IB
42
83
Punto de Trabajo. Método Analítico
IB
IC
IE
VCC
RC
VBB
RB
RE
84
Malla de Base
VBB = RB IB + VBE + RE IE
IE = IB + IC ≅ IB + β IB
Malla de Colector
VCC = RC IC + VCE + RE IE
IE ≈IC ≈ β IB
IB
IC
IE
Punto de Trabajo. Método AnalíticoVCC
RC
VBB
RB
RE
43
85
Calcular los valores de todas las corrientes del transistor y los voltajes VCy VCE.RC = 5KRE = 10KVCC = 10V VBB = 10 Vβ = 50Asuma que VBE = 0.7 V
VCC
VBB
RC
RE
VC
VE
+
+
--
Q
Calcular IC, IB, IE, VC y VCECalcular IC, IB, IE, VC y VCE
Ejemplo de análisis
86
Simplifique el circuito para eliminar el exceso de líneas y símbolos.
VCC
VBB
RC
RE
VC
VE
+
+
--
Q 5K
10K
VC
VE
Q
10V
-10VCalcular IC, IB, IE, VC y VCECalcular IC, IB, IE, VC y VCE
Ejemplo de análisis
44
87
22
115K
10K
VC
VE
Q
10V
-10V
Calcular IC, IB, IE, VC y VCECalcular IC, IB, IE, VC y VCE
Asumiendo que esté activo,β =50, VBE = 0.7 VAsumiendo que esté activo,β =50, VBE = 0.7 V
Análisis lazo superior LVK11 CC V (5K)I 10 +=
Análisis lazo inferior LVK
22 10 (10K)IV 0 EBE −+=
Como VBE = 0.7V,
2’2’ 10 (10K)I0.7 0 E −+=
mA93.010K9.3V IE ==
Ejemplo de análisis
88
22
115K
10K
VC
VE
Q
10V
-10V
Calcular IC, IB, IE, VC y VCECalcular IC, IB, IE, VC y VCE
Asumiendo que esté activo,β =50, VBE = 0.7 VAsumiendo que esté activo,β =50, VBE = 0.7 V
Recordando que IC = αIE y que
CC V (5K)I 10 +=11
mA93.0 I E =
1+=ββα
Así que:
98.05150
==
EC II )98.0(= mA91.0=
βCI
=BI
Entonces:
mAmA 0182.05091.0
==
Ejemplo de análisis
45
89
22
11
Ejemplo de análisis
5K
10K
VC
VE
Q
10V
-10V
Calcular IC, IB, IE, VC y VCECalcular IC, IB, IE, VC y VCE
Asumiendo que esté activo,β =50, VBE = 0.7 VAsumiendo que esté activo,β =50, VBE = 0.7 V
Con la ecuación 1:
CC V (5K)I 10 +=11
mA93.0 I E =
)5(10VC KIC−=
mA91.0 I C =
)5(91.010VC K−= V45.5=
90
Resumen del proceso
5K
10K
VC
VE
Q
10V
-10V
Simplifique el diagrama antes de escribir ecuaciones.Escriba las ecuaciones tomando en cuenta primero los valores que ya conoce.
El ejemplo anterior hubiese sido más sencillo haber empezado por la segunda ecuación.
Al resolver, preste atención al significado físico del resultado.
46
91
Comentarios
¿Cómo sabe que los valores obtenidos son correctos?– Al hacer el análisis estableció un estado de operación
para el transistor. (activo, VBE = 0.7V, β = 50).– Los valores de corriente que obtenga para IB, IC e IE
tienen que ser positivos, consistentes con la definición. – Si uno o más valores son negativos, el transistor no
está en el estado que se asumió. • Hay que tratar entonces saturación, corte o inverso.
92
Método Gráfico y Aproximado.
47
93
Punto de Trabajo. Método Gráfico
R
IB
IC
IE
VCC
RC
VBB
B
RE
94
Malla de Base
VBB = RB IB + VBE + RE IE
IE = IB + IC ≅ IB + β IB
Malla de Colector
VCC = RC IC + VCE + RE IE
IE ≈IC ≈ β IB
IB
IC
IE
Punto de Trabajo. Método GráficoVCC
RC
VBB
RB
RE
48
95
Recta de carga de la malla de entrada (base)
QIBQ
VBB – VBERB + (β +1) RE
VBB
VBEQ
Punto de Trabajo
96
Recta de carga de la malla de salida (colector)
VCC/RC+RE
VCC
QICQ
VCEQ
Punto de Trabajo
49
97
Resumen. Método Gráfico
• Para poder llevar a cabo el análisis gráfico hay que conocer:– La curva característica del dispositivo.– El punto de operación establecido por el
circuito externo.• En su defecto, debe tener datos sobre el
transistor. Por ejemplo, β
98
Ejemplos
50
99
Ejemplo 1
• Determinar el punto de operación (IC, IB, VCE)
• Datos: valores de los elementos indicados.
• Si el transistor estuviese activo, asuma β = 100 VBE= 0.7V4V
4.7K
3.3K
10V
100
Ejemplo 1
Proceso de solución• Siga la estrategia de escribir el
menor número posible de ecuaciones simultáneas.
• Mantenga un sistema de unidades consistentes. Dado que los voltajes están en voltios y las resistencias en KΩ, conviene expresar las corrientes en mA.
4V
4.7K
3.3K
10V
Determinar el punto de operación (IC, IB, VCE)Determinar el punto de operación (IC, IB, VCE)
β = 100 VBE =0.7Vβ = 100 VBE =0.7V
VC
VE
VB
51
101
Ejemplo 1
• Asuma un posible estado de operación.– Ejemplo: activo.
• Calcule los voltajes y corrientes que definen el punto de operación.– Verifique si los valores obtenidos
son consistentes con el estado asumido,
• Si no lo son, debe asumir otro estado y volver a calcular.
4V
4.7K
3.3K
10V
Determinar el punto de operación (IC, IB, VCE)Determinar el punto de operación (IC, IB, VCE)
β = 100 VBE =0.7Vβ = 100 VBE =0.7V
VC
VE
VB
102
Ejemplo 1
LVK en el circuito de base.
4V
4.7K
3.3K
10V
VC
VE
VB
)(3.37.04 EI+=
+0.7-
IE
mAIC 99.0=
Si el transistor está activo ya con esto puede calcular IC e IB.
IC = αIEIC = αIE
1+=ββα 99.0
1100100
=+
=
mAIE 00.1=
β = 100 VBE =0.7Vβ = 100 VBE =0.7V
IB = βICIB = βIC
mAIB 0099.0=
52
103
Ejemplo 1
4V
4.7K
3.3K
10V
VC
VE
VBIE
mAImAI
E
C
00.199.0
==
)(3.37.410 ECEC IVI ++=
LVK en el circuito de colector a emisor.
Substituyendo los valores de IC e IE ya encontrados
β = 100 VBE =0.7Vβ = 100 VBE =0.7V
mAIB 0099.0=
V05.2=CEV
Para obtener VCB
VCB = VCE - VBEVCB = VCE - VBE = 2.05 - 0.7 =1.35V= 2.05 - 0.7 =1.35V
IC
104
Ejemplo 1
4V
4.7K
3.3K
10V
mAImAI
E
C
00.199.0
==
¿Cómo sabe que el transistor realmente estaba en la región activa?
β = 100 VBE =0.7Vβ = 100 VBE =0.7V
mAIB 0099.0=V05.2=CEV
Unión BE – pol. directa
V35.1=CBV
VBE = 0.7 V asumidoIB e IE positivosIB e IE positivos OKOK
Unión BC – pol. inversoraVCB positivo y > VBE
IC positiva OKOK
53
105
Ejemplo 1
4V
4.7K
3.3K
10V
mAImAI
E
C
00.199.0
==
¿Cómo me daré cuenta que no está activo?Vea el siguiente ejemplo.
mAIB 0099.0=V05.2=CEVV35.1=CBV
106
Ejemplo 2
4V
4.7K
3.3K
10V Lo mismo que para el ejemplo 1 pero cambiando la resistencia que está entre emisor a tierra de 3.3 K a 0.33K.
0.33K0.33KInicialmente asumiremos que está activo para ver si esto es viable.
54
107
Ejemplo 2
4V
4.7K
3.3K
10V
+0.7-
0.33K0.33K
Por LVK en el circuito de BE)(33.07.04 EI+=
Que resulta en IE = 10 mA
mAIC 9.9=
Si el transistor está activo puede calcular IC e IB.
IC = αIEIC = αIE
1+=ββα 99.0
1100100
=+
=
IB = βICIB = βIC
mAIB 099.0=β = 100 VBE =0.7Vβ = 100 VBE =0.7V
108
β = 100 VBE =0.7Vβ = 100 VBE =0.7V
Ejemplo 2
4V
4.7K
3.3K
10V
+0.7-
0.33K0.33K
mAImAI
E
C
0.109.9
==
)(33.07.410 ECEC IVI ++=
LVK en el circuito de colector a emisor.
Substituyendo los valores de IC e IE ya encontrados
mAIB 099.0=
Esto no es consistente con operación activa.
Esto no es consistente con operación activa.
V53.69−=CEV
¿Entonces, en qué estado está? ¿Entonces, en qué estado está?
55
109
β = 100 VBE =0.7Vβ = 100 VBE =0.7V
Ejemplo 2
4V
4.7K
3.3K
10V
+0.7-
0.33K0.33K
Si no está activo, ¿cómo está?
Trate otro estado. Asumir corte no parece razonable ya que:
– si no fluyese IE, no habría caída en la R de 0.33K y como consecuencia
– vBE tendría que ser 4V. – sería difícil creer que la unión
BE no tiene polarización directa.
110
Ejemplo 2
4V
4.7K
3.3K
10V
+0.7-
0.33K0.33K
Trate saturación. Ya no es correcto utilizar β o α.
– Significaría volver a asumir que el transistor opera en la región activa.
Asumir que está saturado implica vBE =0.7 V, vCE = 0.2 V (aprox).
EC II 33.02.07.410 ++= mAIC 38.1=
EI33.07.04 += mAIE 0.10=
56
111
Ejemplo 2
4V
4.7K
3.3K
10V
+0.7-
0.33K0.33K
La corriente de base es IB = IE – IC. IB = 8.62 mA.
Los valores anteriores son consistentes en signo con lo que corresponde a saturación.
mAIC 38.1=mAIE 0.10=
112
Ejemplo 2
4V
4.7K
3.3K
10V
+0.7-
0.33K0.33K
Lecciones de este ejemplo
Determinar el estado del circuito requiere pensar sobre el fundamento físico de cada estado. No se trata sólo de fórmulas.Los valores de voltajes y corrientes encontrados bajo un estado probablemente no son aplicables a otro. Las ecuaciones de LVK o LCK probablemente sí lo sean.
57
113
Ejemplo 3
5K
3K
100K
50K
Q1
2K
2.7K
15V
Q2
Determinar el punto de operación de cada transistor.Observe que hay dos transistores, uno npn y el otro pnp.
Notación: Debe entenderse que todas las resistencias superiores conectan a 15 V.Recuerde que ya existe una convención de corrientes y voltajes Q1 y Q2.
Notación: Debe entenderse que todas las resistencias superiores conectan a 15 V.Recuerde que ya existe una convención de corrientes y voltajes Q1 y Q2.
114
Ejemplo 3
Dato: si el transistor está activo asuma que β = 100 y vBE = 0.7 V.Debe determinar VE, VC, VB, IC, IB, e IE para cada transistor.Tiene que asumir algún estado para cada transistor y verificar si es correcta la hipótesis.Ejemplo: ambos activos.
5K
3K
100K
50K
Q1
2K
2.7K
15V
Q2
58
115
Por LVK:15= (I1+IB1)(100) +I1(50)
Ejemplo 3
VC
VE
VB
I1+IB1
I1
IB1
+0.7 -
5K
3K
100K
50K
Q1
2K
2.7K
15V
Q215 = 150 I1 + 100IB115 = 150 I1 + 100IB111
Por LVK en circuito BE de Q1:0= -I1(50)+0.7+IE1(3K)0= -I1(50)+0.7+IE1(3K)
Pero IE1=(β+1)IB1IE1=(β+1)IB1
Combinando -0.7= -I1(50)+(101)IB1(3K)-0.7= -I1(50)+(101)IB1(3K)
22
116
Ejemplo 3
I1+IB1
I1
IB1
+0.7 -
5K
3K
100K
50K
Q1
2K
2.7K
15V
Q2
15 = 150 I1 + 100IB115 = 150 I1 + 100IB1
11
Resolviendo simultáneamente obtiene:
-0.7= -I1(50)+(101)IB1(3K)-0.7= -I1(50)+(101)IB1(3K)22
IB1=0.0127 mAIB1=0.0127 mA
Ahora puede calcular IE1 e IC1:IC1=1.27 mAIC1=1.27 mA
IE1=1.28 mAIE1=1.28 mA
59
117
Ejemplo 3
5K
3K
100K
50K
Q1
2K
2.7K
15V
Q2
Aplique LVK al lazo de BE de Q2:0= IE2(2)+ 0.7 - (1.27 - IB2)(5)IE2 = (101)(IB2)Al resolver por IB2 queda:iC1
iB2
iC1 - iB2 iE2
IE2= 2.88 mAIE2= 2.88 mA
IB2= 0.0286 mAIB2= 0.0286 mAIC2= 2.86 mAIC2= 2.86 mA
118
Ejemplo 3
5K
3K
100K
50K
Q1
2K
2.7K
15V
Q2
Antes de dar por buenos estos resultados verifique si son razonables.
Se calcularon asumiendo que ambos transistores estaban activos.
IB1=0.0127 mAIB1=0.0127 mA
IC1=1.27 mAIC1=1.27 mA
IE1=1.28 mAIE1=1.28 mA
Calcule VBC para ver si corresponde a polarización inversora... Calcule VBC para ver si corresponde a polarización inversora...
Ejemplo 3
IE2= 2.88 mAIE2= 2.88 mA
IB2= 0.0286 mAIB2= 0.0286 mAIC2= 2.86 mAIC2= 2.86 mA
60
119
Ejemplo 3
5K
3K
100K
50K
Q1
2K
2.7K
15V
Q2
Calcule VB1.
IB2= 0.0275 mAIB2= 0.0275 mA
IE2= 2.78 mAIE2= 2.78 mAIC2= 2.75 mAIC2= 2.75 mA
IB1=0.0127 mAIB1=0.0127 mA
IC1=1.27 mAIC1=1.27 mA
IE1=1.28 mAIE1=1.28 mA
VB1= IE1(3K)+ 0.7 = 4.54 VCalcule VC1.
VC1= 15 –(IC1-IB2)(5K)
VC1= 16.48 VAsí que VCB1= VC1 – VB1.
VCB1=11.94 Vokok
Ejemplo 3
120
Ejemplo 3
5K
3K
100K
50K
Q1
2K
2.7K
15V
Q2
Calcule VB2.
IB2= 0.0275 mAIB2= 0.0275 mA
IE2= 2.78 mAIE2= 2.78 mAIC2= 2.75 mAIC2= 2.75 mA
IB1=0.0127 mAIB1=0.0127 mA
IC1=1.27 mAIC1=1.27 mA
IE1=1.28 mAIE1=1.28 mA
VB2= VC1 =16.48 VCalcule VC2.
VC2= IC2(2.7K)
VC2= 7.42 VAsí que VCB2= VC2 – VB2.
VCB2= -9.06Vokok
Ejemplo 3
61
121
Ejemplo 3
Lecciones aprendidas• Debe desarrollar una estrategia
de solución que no dependa de construir sistemas de ecuaciones simultaneas. – En este ejemplo hubiese tenido 4
ecuaciones simultáneas por LVK. – Exprese las corrientes del
transistor en términos de otras.– Trabaje la solución de la entrada
hacia la salida, no al revés.
5K
3K
100K
50K
Q1
2K
2.7K
15V
Q2