Qué es y cómo funciona un Transistor

Estructura del transistor bipolar

Un transistor bipolar consta básicamente de tres capas semiconductoras delgadas que se superponen, dos de ellas son electrodos de entrada y salida de la señal, y la otra sirve para influir en la señal. Todas las capas están provistas de terminales metálicos que salen de la carcasa.

Es importante saber que, dependiendo de la secuencia de las capas, un transistor puede ser NPN o PNP. La capa intermedia es muy delgada en comparación con las otras dos capas.

Las capas externas del transistor bipolar se denominan colector (C) y emisor (E). La capa intermedia tiene el nombre de Base (B) y es el electrodo de control o la entrada de control del transistor.

El emisor es responsable de suministrar las cargas eléctricas, la base controla el flujo de corriente y el colector recoge las cargas proporcionadas por el emisor.

EL transistor bipolar es el diseño más simple que existe del transistor.

Distribución de tensión y corriente.

El siguiente circuito está destinado a representar únicamente las formas de onda de corriente y voltaje, así como su relación entre sí.

En el transistor PNP, la polaridad de la distribución de voltaje y corriente es al revés. En la práctica, solamente preste atención a la polaridad del voltaje de funcionamiento. Los transistores NPN se usan para voltajes positivos, mientras que los transistores PNP se utilizan para voltajes negativos.

Formas de polarizar un transistor

Tenemos tres polarizaciones básicas para un transistor en corriente continua, donde la ecuación básica del transistor siempre se cumple:

I_{E}=I_{B}+I_{C}

En esta ecuación se indica que la corriente que circula por el emisor es igual a la suma de la corriente que circula por la base más la corriente que circula por el colector.

Mostraremos las configuraciones de un transistor NPN, que son idénticas a las configuraciones de un transistor PNP, solo cambiando las direcciones de las corrientes y las polaridades de voltaje.

Beta β es una característica de cada transistor que depende de la temperatura. En hojas técnicas se suele dar un valor aproximado entre un máximo y un mínimo.

Saturación

→ Unión emisor-base en polarización directa.

→ Unión base-colector en polarización directa.

I_{E}=I_{B}+I_{C}

I_{C}<\beta\cdot I_{B}

Corte

→ Unión emisor-base en polarización inversa.

→ Unión base-colector en polarización inversa.

I_{E}=I_{B}+I_{C}

I_{E}\approx I_{B}\approx I_{C} \approx 0

Activa

→ Unión emisor-base en polarización directa.

→ Unión base-colector en polarización inversa.

I_{E}=I_{B}+I_{C}

\beta=\frac{I_{C}}{I_{B}}

I_{C}=\beta \cdot I_{B}

De estas tres polarizaciones básicas en continua, la polarización activa es la que se utiliza para el diseño de amplificadores.

Configuraciones básicas de un transistor

Nombrar las tres configuraciones básicas del transistor indica la terminal del transistor común, o la terminal que está conectada a tierra. El transistor puede utilizarse en una de las configuraciones básicas siguientes.

Emisor común

Esta configuración de transistor es probablemente la más utilizada. El circuito proporciona niveles promedio de impedancia de entrada y salida. La ganancia de corriente y voltaje se puede describir como promedio, pero la salida es la inversa de la entrada, es decir, cambia de fase de 180 °. Esto proporciona un buen rendimiento general.

Base común

Esta configuración de transistor proporciona una baja impedancia de entrada y ofrece una alta impedancia de salida. Aunque el voltaje es alto, la ganancia de corriente es baja y la ganancia de potencia general también es baja en comparación con otras configuraciones de transistores disponibles. La otra característica llamativa de esta configuración es que la entrada y la salida están en fase.

Colector común

Esta configuración de transistor el voltaje del emisor sigue al de la base. Ofreciendo alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida, es ampliamente utilizado como un búfer. Las señales de entrada y salida están en fase. En vista de estas características, la configuración del seguidor del emisor se utiliza como un circuito amplificador, proporcionando una alta impedancia de entrada para evitar la carga de la etapa anterior y una baja impedancia de salida para conducir las etapas posteriores.

Zonas de funcionamiento del transistor bipolar

Los transistores tienen tres regiones operativas. Cada una realiza una función diferente: Ya sea como un interruptor abierto, cerrado o como un amplificador. El uso de estas regiones se basa en la cantidad de voltaje que circula por la base del transistor.

Región activa directa

En esta región, el transistor funciona únicamente como amplificador, y se comporta como una fuente de corriente constante controlada por la intensidad de base (ganancia de corriente). Cuando logramos estabilizar el transistor, puede amplificar las señales de entrada tantas veces como tenga el valor de ß ya que multiplica la corriente del transistor.

Región de saturación

En esta área, el transistor se usa para aplicaciones de conmutación (alimentación, circuitos digitales, etc.), y podemos considerarlo como un cortocircuito entre el colector y el emisor.

Región de corte

En esta zona, el transistor se usa para aplicaciones de conmutación (alimentación, circuitos digitales, etc.), y podemos considerar corrientes prácticamente nulas (especialmente Ic). En esta región el voltaje base es cero o menor a 0.6v, ya que no activa el flujo de corriente entre el colector y el emisor, es decir, se comporta como un interruptor abierto.