TRANSISTORES BIPOLARES formato escuela

Electrónica
Transistores BIPOLARES
Tipos, Zonas de trabajo, Aplicaciones
4° B – ELECTRÓNICA
2012
E.E.T Nº 460 “Guillermo Lehmann”
Electrónica
1- Principio de Funcionamiento de los Transistores Bipolares:
Tanto en un transistor NPN o PNP su principio de
funcionamiento es similar, salvo que la corriente se debe mayoritariamente a
Electrones y en el otro a Huecos
Como se ve en la siguiente figura (Fig. 1.0) un transistor es prácticamente la
unión de dos diodos, el mismo tiene en su unión una juntura compartida (Base)
la cual hará de “control” de la corriente que atraviese entre Colector y Emisor.
Fig. 1.0
Para que un Transistor funciones debe estar “polarizado”, la polarización
consiste en conectar la unión Base/Emisor en forma directa e inversa en la
unión Base/Colector, es decir, dependiendo del tipo de transistor (NPN o PNP)
la polarizacion será diferente: ej. En un transistor NPN la polarizacion será de la
siguiente forma.
Transistor NPN
Emisor
---
Base
+++
Polarizacion Directa E/B
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Colector
---
/
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+++
Polarizacion Inversa B/C
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Ahora bien, como dijimos antes el transistor es básicamente la unión de dos
diodos, pero que pasaría si conectamos dos diodos en serie? se forma un
transistor?
La respuesta en no, ya que la unión o juntura compartida (Base) seria muy
ancha
Lo cual impediría que se cree el “Efecto Transistor”.Ver Fig. 1.1
Fig. 1.1
Que pasaría entonces si solo una delgada capa separaría las dos junturas
Colector Emisor? la respuesta es sencilla, crearíamos un Transistor el cual
tiene la propiedad de “Regular” la corriente que circularía desde
Emisor/Colector o Colector/Emisor según el tipo de Transistor por medio de la
Base. ( Figura 1.5 y 1.6)
.
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Fig. 1.5
Fig. 1.6
2 - Veamos como funciona un transistor NPN
1. La juntura emisor-base (E-B) esta polarizada directamente.
2. La juntura colector-base (C-B) esta polarizada
inversamente.
En la figura 2.1 y 2.2, vemos cómo se polariza un transistor NPN y uno PNP.
Cuando el transistor se polariza directamente, el emisor que es muy rico en
electrones los emite (inyecta) en la base, como muestra la figura 2.0
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E
N
-
B
P
+
C
N
-
+
Fig. 2.0
Muchos de los electrones que atraviesan la base, que es una región delgada,
van al colector atraídos por el potencial positivo de éste.
El colector “recoge” los electrones formando la corriente de colector Ic.
En los transistores bipolares se definen las corrientes que circulan por sus
terminales como:
Ib = Corriente base
Ie = Corriente de emisor
Ic = Corriente de colector
Algunos de los electrones inyectados por el emisor en la base, se reunirán con
los huecos de ésta (región P), formando la corriente de base Ib; pero como la
base tiene sólo unos pocos huecos y es una región estrecha muchos de los
electrones irán de la base directamente al colector. La base trabaja como una
región de control.
A mayor Ib, mayor cantidad de electrones fluirán desde el emisor al colector o
en otras palabras a mayor Ib mayor Ic.
Nota: Todas estas explicaciones se aplican al transistor NPN. Un transistor
PNP trabaja en la misma forma pero los portadores de corriente en vez de ser
electrones son huecos o portadores de cargas positivas.
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Fig. 2.1
Fig. 2.2
Asiendo una analogía con un control Hidráulico seria como lo muestra la
Figura 2.3
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Fig. 2.3
3- Como se construye un transistor
Ya vimos como funciona un transistor, ahora veamos rápidamente
su forma interna (Fig. 3.0?
Para que trabaje como transistor la Base debe ser Estrecha, recordemos
que si esto no fuera así tendríamos dos diodos unidos y no se cumpliría el
“Efecto Transistor”.
Otro punto a tener en cuenta es como se menciono anteriormente (Ver
Fig. 1.5) donde se necesita que el emisor contenga más impurezas que el
colector, lo cual no lleva a la necesidad de tener mas “dopado” este ultimo con
respecto al Colector
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Fig. 3.0
4 – Características eléctricas del Transistor
Hasta ahora se sabe que con una corriente pequeña de Base su
puede obtener o controlar una corriente de Colector grande, esto por si solo ya
es importante.
Ahora la pregunta será ¿Cómo puedo controlar la corriente de Base?
La respuesta es fácil, variando el voltaje de la juntura Emisor/Base, es
decir, si la juntura E/B se polariza inversamente no habrá Ib, por ende tampoco
habrá Ic y por lo tanto el Transistor no conducirá.
Si la juntura E/B se polariza en forma directa habrá Ib y por lo tanto
habrá Ic, el transistor empezara a conducir corriente
Fig. 4.0
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5 – Zonas de un transistor
Un transistor puede trabajar como Amplificador y también como
Switch o llave, esto dependerá de la Zona donde se lo haga trabajar. (Fig. 5.0)
Las diferentes zonas son:
Zona Lineal o de Amplificación
Zona De Saturación o Conducción
Zona de Corte o No Conducción
Zona de Ruptura
Fig. 5.0
Fig. 5.1
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Analizaremos ahora las 4 Zonas
Zona Lineal o de Amplificación
Cuando un transistor trabaja en esta zona se capaz de amplificar
corrientes de Base de forma proporcional aumentando Beta veces la corriente
en el colector sin llegar a corrientes de Corte o Saturación
Beta o hFe =
Ic corriente de Colector
_____
Ib corriente de Base
Zona de Saturación
En esta zona el transistor se comporta con una llave cerrada, esto
se logra
Zona de Saturación
En esta zona el transistor se comporta como un interruptor
cerrado, esto se logra haciendo que la tensión Base/emisor sea superior a la
tensión Colector/Base
Zona de Corte
En esta Zona el transistor funcionara como un interruptor abierto,
es decir, no pasara corriente por ninguno de sus tres terminales, esto se
consigue polarizando inversamente las dos uniones
¿Cuales son las ventajas de utilizar transistores como switch o interruptores?
Veamos las figuras 5.2 y 5.3
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Fig. 5.2
Fig. 5.3
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6- Conclusiones Finales
Vimos entonces que un transistor es muy similar a dos diodos
conectados en serie pero con algunas características que lo difieren, además
hay que tener en cuenta que como todo diodo necesita de un mínimo voltaje
para funcionar y superar la barrera de potencial, recuerdan los 0,7 volts para el
silicio y 0,3 para el germanio(Fig. 6.0)
Fig. 6.0
La diferencia de un transistor NPN y PNP es su polarizacion y el flujo de
corriente o dirección, pero se comporta funcionalmente de la misma forma (Fig.
6.1 y 6.2)
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Fig. 6.1
Fig. 6.2
Además de las ventajas eléctricas que mencionamos anteriormente hay que tener en
cuenta su diminuta construcción lo que nos lleva hoy en día a crear microprocesadores y
circuitos electrónicos que no son mas que miles de millones de transistores
interconectados entre si para forma un circuito electrónico especifico y que no son mas
que transistores funcionando como llaves interruptoras, otra ventaja es que estos son
menos costosos que válvulas o relees que cumplan la misma función ya que solo es una
pastilla de silicio.
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