Tema 1

TRANSISTORS BIPOLARS

Universitat Politècnica de CatalunyaDepartament d’Enginyeria Electrònica

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Conceptes bàsics BJT en continua BJT en alterna

Intr

oduc

ció

Principios de Electrónica. Alvert Paul Malvino. Ed. McGraw-Hill.Capítol 7.Circuitos y dispositivos electrónicos. Fundamentos de electrónica.Lluís Prat. Edicions UPC. Capítol 7.

Bibliografia:

2

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Definició:

Intr

oduc

ció

El transistor d’unió bipolar, de l’anglès Bipolar JunctionTransistor, o BJT es un dispositiu electrònic d’estat sòlid queconsisteix en dues unions PN. Aquest dispositiu permetcontrolar el corrent que circula a través d’ell.

L’antecesor del BJT va ser inventat al Desembre de 1947 als“Bell Telephone Laboratories” per John Bardeen i WalterBrattain sota la direcció de William Shockley. El BJT tal i com elconeixem a l’actualitat va ser inventat per William Shockley al1948 i va servir per dissenyar els primers circuits integrats

3

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLARIn

trod

ucci

ó

Primer transistor (1947)

4

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLARIn

trod

ucci

ó

Transistor NPN en el circuit integrat 7805

5

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLARIn

trod

ucci

ó

El BJT presenta tres terminals:

BaseCol·lectorEmissor

Transistor PNP Transistor NPN

6

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

4 regions de funcionament del BJT

BJT

en

cont

inua

7

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Característica I/V BJT

BJT

en

cont

inua

8

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Circuit equivalent quan el BJT es troba en la regió ACTIVA

BJT

en

cont

inua

El BJT es troba en la regió activa quan la VBE> VγV i VBC< 0V.

Circuit equivalent del BJT en regió activa

Equació de funcionament enregió activa

On βF és el guany de corrent en la configuració de emisor comú.Aquest paràmetre té un valor superior a la unitat.

9

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Circuit equivalent quan el BJT es troba en la regió ACTIVA

BJT

en

cont

inua

El corrent d’emisor en la zona activa és:

On αF és el guany de corrent en la configuració de base comú.Aquest paràmetre té un valor molt proper a la unitat.

Exercici 1

Calcular αF si βF val 100.

10

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Circuit equivalent quan el BJT es troba en la regió TALL

BJT

en

cont

inua

El BJT es troba en regió de tall quan IBE i IBC són aproximadamentnules. Per lo tant, el corrent de col·lector també ho serà.

Circuit equivalent del BJT enregió de TALL

00

B

C

I AI A

≈≈

11

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Circuit equivalent quan el BJT es troba en la regió SATURACIÓ

BJT

en

cont

inua

El BJT es troba en regió de saturació quan les tensions VBE i VBCsón ambdues positives. Els dos diodes condueixen.

Circuit equivalent del BJT en regió de SATURACIÓ

12

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Anàlisi de circuits amb BJT

BJT

en

cont

inua

Objectiu: calcular IB, IC, IE, VCE.

4 incògnites significa tenir 4 equacions

•Equació de malla d’entrada•Equació de malla de sortida•2 equacions pròpies del transistor bipolar

Pel corrent d’emissor es prendrà el sentit positiu de corrent elsentit que indica la fletxa: sortint pel BJT NPN i entrant pel BJTPNP.

Pel corrent de base i de col·lector el sentit positiu de corrent serà:NPN els corrents són entrants i pel PNP els corrents són sortints.

E B B

CB CE BE

I I IV V V

= += −

13

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Anàlisi de circuits amb BJT

BJT

en

cont

inua

1.- Trobar el corrent de base.

2.- Trobar el corrent de col·lector.

3.- Trobar la tensió col·lector-emissor del transistor bipolar.

Si el corrent de base és negatiu o zero, el transistor BJT es troba entall.

Si la tensió col·lector-emissor és negativa, el transistor BJT es trobaen la regió de saturació.

En qualsevol altre cas, el transistor BJT es troba en la regió activa.

14

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Exercici 2

BJT

en

cont

inua

Trobar el punt de treball del següent circuit amb transistor bipolars.

Dades: VIN=5 V, RB=10 kΩ, RC=1 kΩ, VCC=5 VTransistor: 2N2222

15

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Característiques BJT 2N2222

BJT

en

cont

inua

16

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Característiques BJT 2N2222

BJT

en

cont

inua

17

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Característiques BJT 2N2222

BJT

en

cont

inua

VCBO: tensió màxima que se li poc aplicar entre la unió col·lector-basedel transistor bipolar abans que es faci malbé el dispositiu.

VCEO: tensió màxima que se li poc aplicar entre la unió col·lector-emisor del transistor bipolar abans que es faci malbé el dispositiu.

VEBO: tensió màxima que se li poc aplicar entre la unió emisor-basedel transistor bipolar abans que es faci malbé el dispositiu.

IC: corrent màxima que pot circular pel terminal de col·lector.

Ptot: potència màxima que pot dissipar el transistor bipolar.

Tstg: rang de temperatures en el qual el dispositiu ha de treballar.

Tj: temperature màxima de la unió. Serveix pel càlcul dels radiadors.

18

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Característiques BJT 2N2222

BJT

en

cont

inua

VCE(sat): tensió que hi ha entre col·lector i emisor del transistor bipolarquan el dispositiu es troba en la regió de saturació.

VBE(sat): tensió que hi ha entre base i emisor del transistor bipolarquan el dispositiu es troba en la regió de saturació.

hFE: guany de corrent en emisor comú.

19

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Característiques BJT 2N2222

BJT

en

cont

inua

20

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Anàlisis del circuit

BJT

en

cont

inua

Dades: VIN=5 V, RB=10 kΩ, RC=1 kΩ, VCC=5 VDades 2N2222: hFE|min=35, VBE=1,2 V, VCE|SAT=1,2 V

·

380

· 13,3·

· 8,3

3,8

IN B B BE

IN BEB

B

C FE B

CC C C CE

CE CC C C

CC CE SATC SAT

C

V I R VV VI A

RI h I mAV I R VV V I R V

V VI mA

R

µ

= +−

= =

= == += − = −

−= =

21

Berbel / Zaragoza

TRANSISTOR BIPOLAR

Exercici 3

BJT

en

cont

inua

Trobar el punt de treball del següent circuit amb transistor bipolars.

Dades: VCC=15 V RC=1 kΩ RB=400 kΩ βF=200 VBEQ=0,7 V

244,810,2

B

C

CE

I AI mAV V

µ===

22

Universitat Politècnica de CatalunyaDepartament d’Enginyeria Electrònica

Electrònica Analògica

TEMA 1: TRANSISTORS BIPOLARS

Universitat Politècnica de CatalunyaDepartament d’Enginyeria Electrònica

Autor: Néstor Berbel i Jordi Zaragoza

Electrònica Analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICA

2

Conceptes bàsics El transistor bipolar en continua i en baixa

freqüència El transistor bipolar com a amplificador

Intro

ducc

ió

Electrònica Analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICAB

JT e

n co

ntin

ua i

en b

aixa

freq

üènc

ia

Exercici 1

Trobar el punt de treball del següent circuit amb transistor bipolars.

Dades: VCC=15 V RC=1 kΩ RB=400 kΩ βF=200 VBEQ=0,7 V

3

Electrònica Analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICAEl

tran

sist

or b

ipol

ar c

om a

am

plifi

cado

r

Amplificadors

Un circuit electrònic amplifica quan la potència del senyal de sortida éssuperior a la potència del senyal d’entrada.

4

Electrònica Analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICAEl

tran

sist

or b

ipol

ar c

om a

am

plifi

cado

r

Exercici 7. Amplificador

Dades: VCC=10 V RC=2 kΩ RB=30 kΩ RE= 940 Ω VBB=3 V βF=200 VBEQ=0,7V VCEsat=0,2 V

Anàlisi en contínua. Punt de repòs.

Anàlisi en gran senyal: amplificació i marges dinàmics.

Anàlisi en petit senyal.

5

Electrònica Analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICAEl

tran

sist

or b

ipol

ar c

om a

am

plifi

cado

r

Exercici 7. Amplificador. Anàlisi en continua.

Es suposa que ΔvS(t) és igual a zero.

Trobar IBQ, ICQ i VCEQ.

Malla d’entrada Malla de sortida

El BJT es troba en la zona activa perquè la unió base-emisor està endirecte i la unió base-colector està en inversa per ser VCEQ més gran que0,2 V.

6

Electrònica Analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICAEl

tran

sist

or b

ipol

ar c

om a

am

plifi

cado

r

Exercici 7. Amplificador. Anàlisi en gran senyal.

7

Electrònica Analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICAEl

tran

sist

or b

ipol

ar c

om a

am

plifi

cado

r

Exercici 7. Amplificador. Distorsió del senyal de sortida.

Trobar la màxima amplitud del senyal d’entrada per a que el senyal desortida no es distorsioni (no es retalli a 0 V i a VCC V)

8

Electrònica Analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICAEl

tran

sist

or b

ipol

ar c

om a

am

plifi

cado

r

Exercici 7. Amplificador. Anàlisi en petit senyal.

Circuit d’entrada del BJT

Circuit de sortida del BJT

9

Electrònica Analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICAEl

tran

sist

or b

ipol

ar c

om a

am

plifi

cado

r

BJT Model en petit senyal

10

Electrònica Analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICAEl

tran

sist

or b

ipol

ar c

om a

am

plifi

cado

r

BJT Model en petit senyal (cont)

El model en petit senyal mostrat a continuació té en compte larealimentació interna en que la modulació del ample de base produeix quela característica d’entrada canvii. També en compte la resistencia de sortidadel BJT.

11

Electrònica Analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICAEl

tran

sist

or b

ipol

ar c

om a

am

plifi

cado

r

Anàlisi circuits amb BJT amb el model en petit senyal

Pasos a seguir per l’anàlisis d’amplificadors amb BJT.

1.Suposar que els condensadors són circuits oberts i trobar els valors deIBQ, ICQ, IEQ (si fes falta) i VCEQ.

•Trobar el model en petit senyal del transistor bipolar.

•Anular les fonts de continua (fonts de tensió per curt-circuits i fonts decorrent per circuits oberts).

•Suposar que els condensadors són curt-circuits i analizar el circuitresultant, substituint el BJT pel model en petit senyal, per trobar la relacióentre la tensió de sortida i la tensión d’entrada.

12

Electrònica Analògica

ELECTRÒNICA ANALÒGICAEl

tran

sist

or b

ipol

ar c

om a

am

plifi

cado

r

Exercici 8. Amplificador

Dades: VCC=15 V CIN=4.7 μF COUT=47 μF CE=22 μF RE=2kΩRC=10 kΩ RB1=120 kΩ RB2=18kΩ βF=110 VBEQ=0,7 V

13