ISEA 2. TRANSISTORES BJT

TRANSISTORES DE UNION BIPOLARES

En 1951, William Schockley inventó el primer transistor de unión, un dispositivo semiconductor que puede amplificar señales electrónicas como las señales de radio y de televisión. El transistor ha llevado a inventar muchos otros dispositivos semiconductores, incluyendo el circuito integrado (CI), un pequeño dispositivo que contiene miles de transistores miniaturizados. Las modernas computadoras y otros milagros electrónicos han sido posibles gracias a los circuitos integrados. 

La palabra bipolar quiere decir "dos polaridades".El transistor de la Figura 1 a veces se denomina transistor de unión bipolar, o BJT (bipolar junction transistor). Sin embargo, la mayoría de las personas relacionadas con la industria electrónica todavía emplean sólo la palabra transistor, sobreentendiendo que se refieren al transistor de unión bipolar.

Una forma fácil de entender cómo funciona un transistor es visualizando como se mueve la energía en la malla, aquí les comparto diferentes ligas de youtube que les ayudaran a comprender el funcionamiento de un transistor BJT.

¿Como Funcionan?

¿Qué son los transistores? ¿Cómo Funcionan?

¿Cómo Verificar un Transistor?

TAREA 2-1

Hacer un resumen de cada video con lo que entendiste de cada uno.

Después de ver los video será más fácil entender la teoría.

1.- El Transistor no Polarizado

Un transistor tiene tres regiones dopadas, como se muestra en la Figura 1. La región inferior es el emisor, la región intermedia es la base y la región superior es el colector. En un transistor real, la región de la base es mucho más estrecha comparada con las regiones de colector y de emisor. El transistor de la Figura 1 es un dispositivo npn porque tiene una región p entre dos regiones n. 

Recuerde que los portadores mayoritarios son los electrones libres en un material de tipo n y los huecos en un material de tipo p.

Los transistores también se fabrican como dispositivos pnp. Un transistor

pnp tiene una región n entre dos regiones p.

Niveles de Dopaje

En la Figura 1 vemos que el emisor está fuertemente dopado. Por el contrario, la base sólo está ligeramente dopada. El nivel de dopaje del colector es intermedio, entre el fuerte dopaje del emisor y el ligero dopaje de la base. Físicamente, el colector es la más ancha de las tres regiones.

Diodos de emisor y de colector

El transistor de la Figura 6.1 tiene dos uniones: una entre el emisor y la base, y otra entre el colector y la base, por lo que un transistor es como dos diodos en oposición. El diodo inferior es el diodo emisor-base, o simplemente diodo de emisor. El diodo superior es el diodo colector-base, o diodo de colector.

Antes y después de la difusión

La Figura 1 muestra las regiones del transistor antes de que tenga lugar la difusión. Los electrones libres en la región n se difundirán a través de la unión y se recombinarán con los huecos en la región p. Imagine los electrones libres de las regiones n atravesando la unión y recombinándose con los huecos.

El resultado son dos zonas de deplexión, como se muestra en la Figura 2. En cada una de las zonas de deplexión, la barrera de potencial es de aproximadamente 0,7 V a 25°C para un transistor de silicio (0,3 V a 25°C para un transistor de germanio). Como antes, vamos a hacer hincapié en los dispositivos de silicio ya que ahora su uso está mucho más extendido que el de los dispositivos de germanio.

Figura 1. Estructura de un Transistor

Figura 2. Zonas de Deplexión de un Transistor

2.- El Transistor Polarizado

Un transistor no polarizado es como dos diodos en oposición. Cada diodo tiene una barrera de potencial de aproximadamente 0,7 V. Cuando se conectan al transistor fuentes de tensión externas, circularán corrientes a través de las distintas partes del transistor.

Electrones del Emisor

La Figura 3 muestra un transistor polarizado. Los signos menos representan los electrones libres. El trabajo que rea-liza el emisor fuertemente dopado es el siguiente: emite o inyecta sus electrones libres en la base. La base ligeramente dopada también tiene un propósito bien definido: pasar los electrones inyectados por el emisor al co- lector. El colector debe su nombre precisamente a que recolecta la mayor parte de los electrones de la base.

La Figura 3 muestra la forma habitual de polarizar un transistor. La fuente de la izquierda, VBB, de la Figura 3 polariza en directa el diodo de emisor y la fuente de la derecha, VCC, polariza en inversa el diodo de colector. Aunque son posibles otros métodos de polarización, polarizar en directa el diodo de emisor y en inversa el diodo de colector es el que proporciona resultados más útiles.

Figura 4. Transistor Polarizado 

Figura 5. Los electrones libres de la base fluyen y entran en el colector 

Electrones de la Base

En el instante en que se aplica la polarización directa al diodo de emisor de la Figura 3, los electrones del emisor todavía no han entrado en la región de la base. 

Si, en la Figura 3, VBB es mayor que la barrera de potencial emisor-base, los electrones del emisor entrarán en la base, como se muestra en la Figura 4. En teoría, estos electrones libres pueden fluir en cualquiera de las dos direcciones: pueden desplazarse hacia la izquierda y salir de la base, pasando a través de RB en el camino hacia el terminal positivo de la fuente, o pueden fluir hacia el colector.

¿Qué camino seguirán los electrones libres? La mayoría irán hacia el colector. 

¿Por qué? Existen dos razones: la base está ligeramente dopada y es muy estrecha. “Ligeramente dopada” implica que los electrones libres tienen un tiempo de vida largo en la región de la base, que sea “muy estrecha” implica que los electrones libres sólo tienen que recorrer una distancia muy corta para alcanzar al colector.

Sólo unos pocos electrones libres se recombinarán con los huecos en la base ligeramente dopada de la Figura 4. Después, como electrones de valencia, fluirán a través de la resistencia de base hasta el terminal positivo de la fuente de alimentación VBB. 

Figura 4. El emisor inyecta electrones libres en el enlace 

Figura 5. Los Electrones libres de la base fluyen y entran en el colector.

3.- Corrientes del Transistor

Las Figuras 6a y 6b muestran el símbolo esquemático de un transistor npn. Si prefiere utilizar la dirección de la corriente convencional, utilice la Figura 6.6 a. Si prefiere la dirección del flujo de electrones, utilice la Figura 6.6b. En la Figura 6.6, se ilustran las tres corrientes diferentes que hay en un transistor: corriente de emisor IE, corriente de base IB y corriente de colector IC.

Comparación de las Corrientes

Dado que el emisor es la fuente de los electrones, es la corriente más grande. La mayor parte del flujo de electrones del emisor llega al colector, por lo que la corriente de colector es prácticamente igual que la corriente de emisor. En comparación, la corriente de base es muy pequeña, a menudo menor que el 1 por ciento de la corriente de colector.

Relación de corrientes

Recordemos la ley de Kirchhoff: la suma de todas las corrientes que entran en un punto o unión es igual a la suma de todas las corrientes que salen del punto o unión. 

Cuando se aplica a un transistor, la ley de las corrientes de Kirchhoff proporciona esta importante relación:

Esto quiere decir que la corriente de emisor es igual a la suma de la corriente de colector y la corriente de base. Puesto que la corriente de base es muy pequeña, la corriente de colector es aproximadamente igual a la corriente de emisor:

y la corriente de base es mucho menor que la corriente de colector:

Nota: << significa mucho menor que.


La Figura 6c muestra el símbolo esquemático de un transistor pnp y sus corrientes. Observe que la dirección
de las corrientes es la opuesta a la del transistor npn. Fíjese en que la Ecuación (6.1) sigue siendo cierta para las corrientes del transistor pnp.

Alfa  ( a )

El alfa de continua (simbolizada por adc) se define como la corriente continua de colector dividida entre la corriente continua de emisor:

Dado que la corriente de colector (Ic) es prácticamente igual que la corriente de emisor (IE), el alfa de continua es un poco menor que 1. 

Por ejemplo, en un transistor de baja potencia, el alfa de continua normalmente es mayor que 0,99. Incluso en un transistor de alta potencia, el alfa de continua normalmente es mayor que 0,95. 

Fugura 6. Tres corrientes de transistor. (a) Corriente convencional. (b) Flujo de electrones. (c) Corrientes en un transistor pnp. 





EJERCICOS

POLARIZACION EN BASE COMUN