Transistores Paper
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Configuración de un transistor TBJ Paul Alejandro Romero Andrade Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga, Departamento de Eléctrica y Electrónica, Latacunga – Ecuador [email protected] RES UMEN: Un transistor es un dispositivo electrónico semiconductor compuesto de tres capas dos n y una p o viceversa utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada, está compuesto por tres regiones pn, base, emisor y colector. A continuación a configuración de un transistor TBJ base común, emisor común, colector común, es decir el funcionamiento de cada una de estas configuraciones en polarización directa y polarización inversa, así también como la ganancia de corriente y voltaje de los mismos. PALABRAS CLAVE: Transistor, Emisor, colector, base, Voltaje, corriente. ABSTRACT: A transistor is an electronic semiconductor device composed of three layers two po NY vice versa used to deliver an output signal in response to an input signal, is composed of three pn regions, base, emitter and collector. Next to setting up a common BJT transistor base, common emitter, common collector, ie the operation of each of these settings in forward bias and reverse bias, as well as the current and voltage gain thereof. KEY WORDS : Transistor emitter, collector, base, voltage, current. I. INTRODUCCIÓN El transistor posee tres terminales y a pesar de ello se lo puede estudiar como un cuadripolo, es decir, dos terminales de entrada y dos de salida; si uno de sus terminales es común a la entrada y salida tenemos: Base Común, Emisor Común, Colector Común. El montaje EC se avecina más a un amplificador de corriente ideal, el montaje BC permite instalar una fuente de baja resistencia que ataca a una carga de alta resistencia, el montaje CC adapta una fuente de alta resistencia de salida a una carga de bajo valor. II. CONFIGURACIÓN EN BASE COMÚN A. Comportamiento La notación y símbolos utilizados junto con el transistor en la mayoría de los textos y manuales publicados en la actualidad se indican en la figura 1 para la configuración de base común con transistores pnp y npn. La terminología en base común se deriva del hecho de que la base es común tanto para la entrada como para la salida de la configuración. Además, la base por lo general es la terminal más cercana a, o en, un potencial de tierra. [1] Fig. N° 1 Configuración en base común pnp y npn Recuerde que la flecha en el símbolo del diodo definía la dirección de conducción de corriente convencional. Para el transistor: La flecha en el símbolo gráfico define la dirección de la corriente del emisor (flujo convencional) a través del dispositivo. Todas las direcciones de la corriente que aparecen en la figura 1 son las direcciones reales como las define el flujo convencional. Observe en cada caso que I , y también que la polarización aplicada (fuentes de voltaje) es tal como para establecer corriente en la dirección indicada en cada rama. Es decir, compare la dirección de = + con la polaridad de V con cada configuración y la dirección de I C con la polaridad de . [1] Para describir el comportamiento de un dispositivo de tres terminales, se requiere de dos conjuntos de características: Parámetros de entrada. Parámetros de salida. B. Parámetros Parámetros de entrada El conjunto de entrada para el amplificador en base común relaciona una corriente de entrada ( ) con un voltaje de entrada () para varios niveles de voltaje de salida ( )
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Base común, colector común, emisor común.
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Configuración de un transistor TBJ Paul Alejandro Romero Andrade
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga, Departamento de Eléctrica y Electrónica,
Latacunga – Ecuador
RESUMEN: Un transistor es un dispositivo electrónico semiconductor compuesto de tres capas dos n y una p o viceversa
utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una
señal de entrada, está compuesto por tres regiones pn, base,
emisor y colector. A continuación a configuración de un
transistor TBJ base común, emisor común, colector común, es decir el funcionamiento de cada una de estas configuraciones en
polarización directa y polarización inversa, así también como la
ganancia de corriente y voltaje de los mismos.
PALABRAS CLAVE: Transistor, Emisor, colector, base,
Voltaje, corriente.
ABSTRACT: A transistor is an electronic semiconductor
device composed of three layers two po NY vice versa used to
deliver an output signal in response to an input signal, is
composed of three pn regions, base, emitter and collector. Next to setting up a common BJT transistor base, common emitter,
common collector, ie the operation of each of these settings in
forward bias and reverse bias, as well as the current and voltage
gain thereof.
KEY WORDS: Transistor emitter, collector, base, voltage,
current.
I. INTRODUCCIÓN
El transistor posee tres terminales y a pesar de ello se lo
puede estudiar como un cuadripolo, es decir, dos
terminales de entrada y dos de salida; si uno de sus
terminales es común a la entrada y salida tenemos: Base
Común, Emisor Común, Colector Común. El montaje EC
se avecina más a un amplificador de corriente ideal, el
montaje BC permite instalar una fuente de baja resistencia
que ataca a una carga de alta resistencia, el montaje CC
adapta una fuente de alta resistencia de salida a una carga
de bajo valor.
II. CONFIGURACIÓN EN BASE COMÚN
A. Comportamiento
La notación y símbolos utilizados junto con el
transistor en la mayoría de los textos y manuales
publicados en la actualidad se indican en la figura 1
para la configuración de base común con transistores
pnp y npn. La terminología en base común se deriva
del hecho de que la base es común tanto para la
entrada como para la salida de la configuración.
Además, la base por lo general es la terminal más
cercana a, o en, un potencial de tierra. [1]
Fig. N° 1 Configuración en base común pnp y npn
Recuerde que la flecha en el símbolo del diodo definía la
dirección de conducción de corriente convencional. Para
el transistor:
La flecha en el símbolo gráfico define la dirección de la
corriente del emisor (flujo convencional) a través del
dispositivo.
Todas las direcciones de la corriente que aparecen en la
figura 1 son las direcciones reales como las define el flujo
convencional. Observe en cada caso que I, y también que
la polarización aplicada (fuentes de voltaje) es tal como
para establecer corriente en la dirección indicada en cada
rama. Es decir, compare la dirección de 𝐼𝐸𝐸 = 𝐼𝐶 +𝐼𝐷 con la polaridad de V con cada configuración y la
dirección de IC con la polaridad de 𝑉𝐶𝐶. [1]
Para describir el comportamiento de un dispositivo de tres
terminales, se requiere de dos conjuntos de características:
Parámetros de entrada.
Parámetros de salida.
B. Parámetros
Parámetros de entrada
El conjunto de entrada para el amplificador en base común
relaciona una corriente de entrada (𝐼𝐸) con un voltaje de
entrada (𝑉𝐵𝐸) para varios niveles de voltaje de salida (𝑉𝐶𝐵)
Fig. N° 2 Características de entrada para un amplificador de transistor
de silicio en configuración base común
Parámetros de salida
El conjunto de salida relaciona una corriente de salida (IC)
con un voltaje de salida (VCB) para varios niveles de
corriente de entrada (IE), como se muestra en la figura 3.
La salida o conjunto de características del colector ofrece
tres regiones básicas de interés, como se indica en la figura
3, las regiones activa, de corte y saturación[3]
Fig. N° 3 Salida o características del colector de un amplificador de
transistor base común
C. Regiones operativas
Región Activa: La unión base-colector se polariza
inversamente, mientras que la unión base-emisor se
polariza directamente.
Esta es la región más importante si lo que se desea es
utilizar el transistor como amplificador. [2]
La corriente de emisor, que es la corriente de entrada, está
formada por la suma de la corriente de base y la de
colector:
𝐼𝐸 = 𝐼𝐶 + 𝐼𝐵
En una primera aproximación se puede decir que:
𝐼𝐶 ≈ 𝐼𝐸
Región de Corte: Tanto la unión base-colector como la
unión base-emisor de un transistor tienen polarización
inversa.
Un transistor esta en corte cuando:
(𝐼𝐶 = 𝐼𝐸 = 0𝐴)
En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del
transistor es el voltaje de alimentación del circuito. Este
caso normalmente se presenta cuando la corriente de base
= 0A:
(𝐼𝐵 = 0𝐴)
Región de Saturación: Tanto la unión base-colector como
la unión base-emisor de un transistor tienen polarización
directa.
Un transistor está saturado cuando:
(𝐼𝐶 = 𝐼𝐸 = 𝐼𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 )
En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del
transistor es 0V.
D. Ganancia.
Ganancia de Corriente 𝜶 (alfa)
La ganancia de corriente se encuentra dividiendo la
corriente de salida (IC) entre la de entrada (IE)
𝛼 = 𝐼𝐶
𝐼𝐸
La ganancia de corriente en un transistor es inferior a la
unidad, debido a que la corriente de emisor siempre es
algo mayor que la corriente del colector. Por lo tanto,
siempre es menor que 1, en valores entre 0.90 y 0.998.
[1]
Ganancia de Voltaje
Según se ha visto el transistor de BC no puede producir
una verdadera ganancia de corriente, pero si proporciona
ganancias de voltaje
𝐺𝑉 = 𝑅𝐶
𝑅𝐸
E. Ventajas y desventajas
Ventajas:
Tiene baja impedancia de entrada y alta impedancia de
salida, lo cual es útil para adaptar fuentes de baja
impedancia como micrófonos dinámicos . [3]
Desventajas:
No apto para circuitos de baja frecuencia, debido a la baja
impedancia de entrada. [3]
F. Aplicaciones
Para adaptar fuentes de señal de baja impedancia
de salida como, por ejemplo, micrófonos
dinámicos.
No apto para circuitos de baja frecuencia, debido
a la baja impedancia de entrada. [3]
III. CONFIGURACIÓN EN EMISOR
COMÚN
A. Comportamiento
La terminología de EC se deriva del hecho de que el
emisor es común tanto a la entrada como a la salida de la
configuración.
El emisor se conecta a las masas tanto de la señal de
entrada como a la de salida.
El emisor es común a la entrada (base-emisor) y a la
salida (colector-emisor).
Fig. N° 4 Configuración Emisor común pnp y npn
Para describir el comportamiento de la configuración EC,
se requiere de dos conjuntos de características:
Parámetros de entrada.
Parámetros de salida.
B. Parámetros
Parámetros de entrada
Se relaciona la corriente de entrada (IB) con el voltaje de
entrada (VBE) para varios niveles de voltaje de salida
(VCE).
Una vez que el transistor esta “encendido” se supondrá
que el VBE es:
VBE = 0.7V
Fig. N° 5 características de base en la configuración común.
Parámetros de salida
Se relaciona la corriente de salida (IC) con el voltaje de
salida (VCE) para varios niveles de corriente de entrada
(IB).
Fig. N° 6 Características corriente colector.
C. Regiones operativas
Región activa: La unión colector-emisor se polariza
inversamente, mientras que la unión base-emisor se
polariza directamente. [1]
La corriente de emisor, que es la corriente de salida, está
formada por la suma de la corriente de base y la de
colector:
IE = IC + IB
En la configuración EC, también se mantiene la relación
siguiente que se usó en la configuración BC:
IC = 𝜶IE
Región de corte: Tanto la unión base-emisor como la
unión colector-emisor de un transistor tienen polarización
inversa. [1]
En la región de corte la IC no es igual a cero cuando IB es
cero.
Para propósitos de amplificación lineal (la menor
distorsión), el corte para la configuración EC se definirá
mediante:
IC = ICEO
Para IB = 0µA
La región por debajo de IB = 0µA debe evitarse si se
requiere una señal de salida sin distorsión.
Región de saturación: Tanto la unión base-colector como
la unión base-emisor de un transistor tienen polarización
directa.
Cuando VCE es 0.2V (Silicio) la IC cae a cero debido a que
las uniones están en polarización directa, las corrientes se
anulan.
Un transistor está saturado cuando:
(𝐼𝐶 = 𝐼𝐸 = 𝐼𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 )
D. Ganancia
Ganancia de Corriente 𝛽 (beta)
La ganancia de corriente se encuentra dividiendo la
corriente de salida (IC) entre la de entrada (IB)
𝛽 = 𝐼𝐶
𝐼𝐵
La ganancia de corriente en un transistor es grande, debido
a que la corriente de salida (IC) es mayor que la corriente
de la entrada (IB). Suele tener un rango entre 40 y 400, con
la mayoría dentro del rango medio.
Fig. N° 8 Determinación de 𝛽 a partir de las características del colector
𝛽 es un parámetro importante porque ofrece una relación
directa entre los niveles de corriente de los circuitos de
entrada y los de salida en EC. [2]
𝐼𝐶 = 𝛽𝐼𝐵
IE = IC + IB
IE = 𝛽IB + IB
Se tiene que
𝐼𝐶 = (𝛽 + 1)𝐼𝐵
Ganancia de Voltaje
Los amplificadores con emisor a tierra pueden
proporcionar ganancias de voltaje y de potencia mucho
mayores que los de base común.
𝐺𝑉 = 𝑉𝐶
𝑉𝐸
= −𝑅𝐶
𝑅𝐸
E. Ventajas y desventajas
Ventajas:
Presenta alta impedancia de entrada e impedancia de
salida mediana, por lo cual facilita el diseño de
amplificadores multi-etapa.
Un amplificador emisor aumenta la señal tanto en voltaje
como corriente, por lo tanto permite mayor ganancia de
potencia.
Desventajas:
La señal de salida presenta un desfase de 180° respecto a
la señal de entrada, por lo que si se necesita trabajar con
señales en fase, es necesario implementar otro circuito con
el fin de eliminar dicho desfase. [2]
La estabilidad térmica del amplificador en emisor común
es menor al de la base común, razón por la cual es
necesario implementar a estos, circuitos de protección
F. Aplicaciones
Es la configuración más usada, puesto que
amplifica tanto corriente como voltaje. [2]
El más usado para circuitos de baja frecuencia,
debido a la alta impedancia de entrada. [2]
Usado en amplificadores de audio y de altas
frecuencias de radio.
IV. CONFIGURACIÓN COLECTOR
COMÚN
A. Comportamiento
La terminología de CC se deriva del hecho de que el
colector es común tanto a la entrada como a la salida de la
configuración.
El colector se conecta a las masas tanto de la señal de
entrada como a la de salida.
El colector es común a la entrada (base-colector) y a la
salida (emisor-colector).
Fig. N° 8 Configuración colector común pnp y npn
Para describir el comportamiento de la configuración CC,
se requiere de dos conjuntos de características:
Parámetros de entrada
Parámetros de salida
B. Parámetros
Parámetros de Entrada
Se relaciona la corriente de entrada (IB) con el voltaje de
entrada (VBE) para varios niveles de voltaje de salida
(VCE).
Una vez que el transistor esta “encendido” se supondrá
que el VBC es:
VBE = 0.7V
Parámetros de Salida
Se relaciona la corriente de salida (IE) con el voltaje de
salida (VCE) para varios niveles de corriente de entrada
(IB).
C. Regiones de Operación
Desde el punto de vista de diseño de un circuito con un
transistor en la configuración colector común, se utilizan
las características de emisor común. [1]
Teniendo en cuenta que debido a que 𝜶 = 1; IC = IE, por
tanto las características en colector común serían casi
idénticas a las de emisor común. Es por ello que, como se
ha dicho anteriormente, para el diseño de circuitos de
transistores en colector común, se utilizan las
características de emisor común. [1]
Activa, corte, saturación.
D. Características
Con este tipo de circuitos no vamos a conseguir una
amplificación de tensión, pero son muy buenos
amplificadores de la corriente y de ahí viene su utilidad.
Este circuito también se llama seguidor de emisor, nombre
que le viene porque el emisor sigue a la base, lo que quiere
decir que la tensión que le apliquemos a la base va a ser
reproducida por el emisor. [1]
Este tipo de circuitos tiene un comportamiento muy bueno
frente a las variaciones de temperatura y es debido a que
tiene conectada una resistencia, RE. [1]
El problema que puede tener este tipo de circuitos es que
disipan mucha potencia.
La característica más importante de esta configuración es
que ofrece una "alta impedancia" (o resistencia) de entrada
y una baja impedancia de salida. [1]
La corriente de entrada va a ser muy pequeña, mientras
que la de salida puede llegar a ser muy grande.
D. Ventajas y desventajas
Ventajas:
La tensión que se le aplique a la base será la misma
producida por el emisor.
Este tipo de circuitos tienen buen comportamiento frente
a las variaciones de temperatura.
Los circuitos con esta configuración, son muy buenos
amplificadores de corriente
Desventajas:
Esta configuración disipa mucha potencia. Con este tipo
de circuitos no se logra una ganancia de tensión
E. Aplicaciones
Se usa como adaptador de impedancias, es decir,
cuando queramos obtener una baja impedancia
de salida.
Logra una muy baja distorsión sobre la señal de
salida.[3]
V. CONCLUSIONES
Con el trabajo de investigación he podido entender de
mejor manera el funcionamiento de un transistor y
todas sus formas de configuraciones de acuerdo como
se conecta los pines a la entrada y salida del circuito.
La ganancia en voltajes y en corrientes permite que
de acuerdo con la conexión que tenga un TBJ se
puede amplificar la señal lo que permitirá tener
muchas aplicaciones.
Aunque en casos tiene desventajas se puede utilizar
circuitos para mejora eliminar estas desventajas como
un calentamiento se puede acoplar un circuito disipe este calor y lo que los hace muy aplicativos .
VI. REFERENCIAS
[1] Boylestad, R. L., & Nashelsky, L. (2003). Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos: PEARSON educación.
[2] Madrid, G. V., & Izquierdo, M. A. Z. TRANSISTORES DE UNION BIPOLAR (BJT).
[3] Martínez, V. L. (1993). Transistores unipolares y transistores de efecto campo (Vol. 23): EDITUM.
Paul Romero nació en Riobamba,
Chimborazo, en 1994. Sus estudios
secundarios los curso en el Colegio
Militar “Combatientes de Tapi”, formó
parte del cuerpo de brigadieres en
tercero de bachillerato, también
conformo la liga estudiantil del del
Colegio, fue nombrado porta estandarte de la bandera de
la cuidad. Actualmente se encuentra cursando el quinto
semestre de Ingeniería Mecatrónica en la Universidad de
las Fuerzas Armadas ESPE-EL.
