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

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

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

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

– + – + Magnitudes en los transistores bipolares NPN PNP I I V V 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 B C E + NPN – V BE CE BC I E B C + PNP I – V EB EC CB

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

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

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

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

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

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

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 ,

VCE = 0,2 V 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

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

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

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

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

Circuito de salida RECTA DE CARGA de salida

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 C I B5 I B4 I B3 I =I B2 BQ I B1 V CE

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)

JFET, transistores de efecto de campo de unión Otros símbolos

+ + – – Magnitudes de los JFET canal N I V = canal P I = V 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 + canal N G D S (< 0) – I V DS GS = + canal P G D S (> 0) – I = V GS SD

– I R = V + 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 + (variable) S D G – V GS DS I R GG DD =

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

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

Tres zonas de funcionamiento: condición ecuación CORTE: VGSQ VGSoff ID = 0 ZONA OHMICA: VGSoff  VGSQ  0 ID = VDSS / RDS VDSQ VDSsat RDS = 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)

MOS, transistores metal-óxido-semiconductor

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

+ + – – Magnitudes de los MOS I = = V V I PMOS de enriquecimiento 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) PMOS de enriquecimiento G S D + (< 0) – V SD I = GS NMOS de enriquecimiento G S D + (> 0) – V GS DS I =

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)

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

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