Introducción | Tutorial del applet

Introducción

Conmutación dinámica de BJT

En este applet se simula la operación dinámica del transistor bipolar, mostrándose en particular que los tiempos de conmurtación están relacionados con la carga de los minoritarios almacenada en la base y que la lenta respuesta al apagarse se debe a la saturación del BJT. Este applet trata con los tiempos de conmutación y los procesos físicos asociados del BJT. Esto es uno de los primeros temas de estudio de los circuitops digitales con transistores bipolares.

Denrto de los circuitpos digitales conm transistores bi`polares, los tiempos de retardo de puerta mejoran desde la Lógica Transistor Resistor (RTL), a la Lógica de Transistor Diodo (DTL), la Lógica de Transistor Transistor (TTL) y la Lógica de Emisor Acoplado (ECL). El retardo de puerta de un moderno TTL puede ser menor de 1.5 ns, y para ECL menor de 1 ns en SSI (Escala de Integración pequeña) y MSI (Escala de Integración Media) e incluso más pequeño en VLSI (Escala de Integración muy Grande). ECL encuentra su aplicación en circuitos de comunicaciones digitales y otros circuitos de alta velocidad. Los tiempos de subida y bajada que se ven en el applet son mucho mayores de 1 ns.

En la actualidad se sigue utilizando TTL aunque en muchas de sus aplicaciones ha sido superada por CMOS. Para bajos retardos de puerta (o velocidades altas de operación), es importante mantener el BJT fuera de la saturación. Tanto TTL como ECL evitan la saturación. Otras tecnologías digitales que están todavía en proceso emergente son GaAs y BiCMOS. Èsta última combina las ventajas de CMOS y de los circuitos bipolares y proporciona los medios para realizar circuitos integrados muy densos, de bajo consumo y de alta velocidad.

Este applet tiene los siguientes propósitos para enseñar y aprender:

1. asociar los aspectos de la conmutación dinámica del BJT a los procesos físicos del transistor,
2. en particular, asociar los tiempos de conmutación a la carga en la base,
3. experimentar la lenta respuesta del BJT saturado.

En este applet se emplea un circuito inversor con lógica transistor inversor. La acción de invertir se lleve a cabo por la sencilla ecuación:Vo = Vcc - Rc * Ic.   Cuando Vi es alta, Ib es alta y entonces Ic también. Por consiguiente Vo es baja. Cuando Vi es baja, Vo es alta.

El applet se compone de varias secciones: i) arriba a la izquierda tenemos el circuito básico RTL donde la conmutación se realiza cuando el usuario pincha en las zonas de la tensión de entrada; ii)Debajo del circuito hay cuatro gráficas, Vi (tensión de entrada), iB (corriente de base), Qb (carga del exceso de portadores minoritarios en la base), e iC (corriente de colector); iii) En la parte derecha de l apantalla  tenemos el perfil del exceso de portadores minoritarios en la base; y iv)En la parte inferior derecha está el esquema del dipositivo.

En la barra superior tenemos dos botones, el primero para ver los parámetros del circuito (que son variables), y el otro para los parámetros del transistor (también son modificables).

La barra inferior sirve para controlar la animación. Los cuatro primeros botones sirven para ocultar sus respectivas gráficas. A continuación tenemos dos botones para acelerar o frenar la animación (la velocidad cambia cada vez que pulsamos los botones), el siguiente botón es para detener o continuar con la animación, y el último botón de ‘Incremento’, es para moverse hacia delante con pasos discretos de tiempo. Éste último botón sólo está disponible cuando la animación está en modo pausa (botón anterior).

En el circuito RTL se muestra el tiempo transcurrido. Este tiempo se pone a cero cada vez que conmutamos la tensión de entrada al hacer clic con el ratón.