Electrónica y AutomatismosÁrea de Tecnología Electrónica ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS 2º Curso de Instalaciones Electromecánicas Mineras Tema 1: Componentes Electrónicos El transistor bipolar Profesor: Javier Ribas Bueno Nota: Las animaciones contenidas en esta presentación requieren Office XP o posterior Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Componentes electrónicos: El transistor bipolar • Introducción: tipos de transistores • Principio de funcionamiento del transistor bipolar Transistor tipo PNP Transistor tipo NPN • Características eléctricas de un transistor bipolar • El fototransistor • Conclusiones Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 1 Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Introducción: tipos de transistores NPN BIPOLARES PNP TRANSISTORES UNIÓN CANAL N (JFET-N) CANAL P (JFET-P) EFECTO DE CAMPO METAL-OXIDOSEMICONDUCTOR CANAL N (MOSFET-N) CANAL P (MOSFET-P) * FET : Field Effect Transistor Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Principio de funcionamiento del transistor bipolar + + + - - + - + + - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + P N N + - P Concentración de huecos Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 2 . Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Principio de funcionamiento del transistor bipolar P Conducción N Bloqueo P Si la zona central es muy ancha el comportamiento es el dos diodos en serie: el funcionamiento de la primera unión no afecta al de la segunda Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Principio de funcionamiento del transistor bipolar P N P El terminal central (base) maneja una fracción de la corriente que circula entre los otros dos terminales (emisor y colector): EFECTO TRANSISTOR Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 3 . El emisor tiene una concentración de impurezas muy superior a la del colector: emisor y colector no son intercambiables Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Principio de funcionamiento del transistor bipolar Transistor NPN N P N Se comporta de forma equivalente al transistor PNP.Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Principio de funcionamiento del transistor bipolar Base Emisor Colector Transistor PNP El terminal de base actúa como terminal de control manejando una fracción de la corriente mucho menor a la de emisor y el colector. Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 4 . colector y base circula en sentido opuesto a la de un PNP. En un transistor NPN en conducción. la corriente por emisor. salvo que la corriente se debe mayoritariamente al movimiento de electrones. • Para que sea un transistor y no dos diodos deben de cumplirse dos condiciones. Los NPN se emplean en mayor número de aplicaciones. 2) El emisor debe de estar muy dopado.Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Principio de funcionamiento del transistor bipolar Transistor NPN Base Emisor Colector Transistor NPN La mayor movilidad que presentan los electrones hace que las características del transistor NPN sean mejores que las de un PNP de forma y tamaño equivalente. Brattain y Barden en 1947 (Laboratorios Bell) Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 5 . C NP B N+ E Descubiertos por Shockley. 1) La zona de Base debe ser muy estrecha. el colector está muy poco dopado y es mucho mayor. • Normalmente. Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Principio de funcionamiento del transistor bipolar Conclusiones: • Un transistor bipolar está formado por dos uniones PN. V BE. I B. I B. VCB En la práctica basta con conocer solo 2 corrientes y 2 tensiones. V CE) Característica de entrada IC + V CB + V BE IB IE + IC.Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Características eléctricas del transistor bipolar Transistor NPN IB = f(V BE. La característica de este diodo depende de V CE pero la variación es pequeña. IB) Característica de salida VCB = VCE .V BE Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Características eléctricas del transistor bipolar Transistor NPN IB = f(V BE. Normalmente se trabaja con IC . V CE) Característica de entrada IC + IB IB ↑ V CE + V BE - V CE V BE Entre base y emisor el transistor se comporta como un diodo. I E VCE. Por supuesto las otras dos pueden obtenerse fácilmente: I E = IC + I B En principio necesitamos conocer 3 tensiones y 3 corrientes: V CE - IC = f(V CE. Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 6 . VCE y VBE. h2 h1 Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 7 . Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Características eléctricas del transistor bipolar Equivalente hidráulico del transistor h2 Caudal Apertura compuerta h1 .Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Características eléctricas del transistor bipolar Transistor NPN IC = f(IB. V CE) Característica de salida IC + IB IB V CE IC + V BE - V CE La corriente que circula por el colector se controla mediante la corriente de base IB. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Características eléctricas del transistor bipolar: linealización Transistor NPN: linealización de la característica de salida IC + + V BE Zona de saturación IB V CE Zona activa: IC=β·IB IB (µA) 400 300 200 100 0 V CE (V) IC (mA) 40 30 20 10 1 2 Zona de corte El parámetro fundamental que describe la característica de salida del transistor es la ganancia de corriente β. Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 8 . Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Características eléctricas del transistor bipolar Transistor NPN: linealización de la característica de entrada IC + + V BE V BE IB V CE IB La característica de entrada corresponde a la de un diodo y se emplean las aproximaciones lineales vistas en el tema anterior. permite control desde sistema lógico. sin chispas. Ventajas: No desgaste. La corriente de base debe ser suficiente para asegurar la zona de saturación. Electrónica de Potencia y Electrónica digital Universidad de Oviedo 12 V 36 W 12 V I 3A β = 100 IC 4A PF (ON) 3 A OFF VCE 12 V PF (OFF) ON IB = 40 mA Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 9 . rapidez.Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Características eléctricas del transistor bipolar Transistor NPN: zonas de funcionamiento del transistor ideal IC IC + V BE IB + V CE - Zona activa V BE + V CE - + - IB β·IB IC IC Zona de saturación IB V BE + + - IB IC<β·IB V CE=0 IC=0 + V CE - V CE Universidad de Oviedo Zona de corte V BE + - IB Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Funcionamiento en conmutación de un transistor NPN 12 V 36 W 3A 12 V I 40 mA Sustituimos el interruptor principal por un transistor. Entre emisor y base se comporta como un diodo. La corriente por la base es saliente. Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 10 .Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Características eléctricas del transistor bipolar Transistor PNP IB = f(V BE. V CE) Característica de salida IC IB IB V EC IC V EB + + V EC La corriente que circula por el colector es saliente y se controla mediante la corriente de base IB. V EC) Característica de entrada IC IB IB ↑ V EC V EB + V EC V EB + Las tensiones y corrientes van en sentido contrario a las de un transistor NPN. Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Características eléctricas del transistor bipolar Transistor PNP IC = f(IB. sustituimos el interruptor principal por un transistor. La corriente de base (ahora circula al reves) debe ser suficiente para asegurar la zona de saturación. 4A PF (ON) 3 A OFF ON IB = 40 mA VEC 12 V PF (OFF) Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Características eléctricas del transistor bipolar Características reales (NPN) IB VC E = 0 VC E1 V C E2 VBE Característica de Entrada Característica de Salida Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 11 .Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Funcionamiento en conmutación de un transistor PNP 12 V 36 W 3A 12 V I 12 V 40 mA I β = 100 3A 12 V 36 W IC Al igual que antes. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Características eléctricas del transistor bipolar Características reales: datos proporcionados por los fabricantes IC IC-MAX V CE-MAX PMAX V CE-SAT HFE ≅ β Corriente máxima de colector Tensión máxima CE Potencia máxima Tensión C. de saturación Ganancia PMAX IC MAX B E C SOAR VCE-MAX VCE Área de operación segura (Safety Operation Area) Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Características eléctricas del transistor bipolar VCE = 1500 IC = 8 HFE = 20 TOSHIBA Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 12 .E. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica El fototransistor La luz (fotones de una cierta longitud de onda) al incidir en la zona de base desempeñan el papel de corriente de base C El terminal de Base. No confundir con un fotodiodo. puede estar presente o no. E Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica El fototransistor Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 13 . Detección de obstáculos. Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 14 .Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica El fototransistor DISTINTOS ENCAPSULADOS Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica El fototransistor OPTOACOPLADOR Conjunto fotodiodo + fototransistor OBJETIVO: Proporcionar aislamiento galvánico y protección eléctrica. el transistor NPN es mas rápido que le PNP en igualdad de condiciones. Reacuérdese que la movilidad de los electrones es mayor que la de los huecos. Sobre el uso del transistor como amplificador se profundiza en Electrónica Analógica. Solamente se diferencian en la rapidez: El transistor NPN funciona básicamente con electrones mientras que el PNP lo hace con huecos (Mayoritarios del emisor en cada caso).Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica Conclusiones Sobre el uso del transistor como interruptor se profundiza en Electrónica de Potencia y en Electrónica Digital. Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 15 . es decir. Como se ha visto ambos transistores bipolares son bastante intercambiables y constructivamente similares.