DEFINICIÓN DE TRANSISTOR:
Antes de explicar que es un transistor BJT debemos conocer que es un transistor. Un transistor, es un dispositivo semiconductor electrónico que suele aparecer en muchos aparatos electrónicos haciendo la función de un rectificador, de un oscilador, amplificador o conmutador.
Los transistores están compuestos por un sustrato y tres partes artificiales que crean dos uniones bipolares, estas tres partes corresponde al emisor, que lleva portadores, al colector que es quien recolecta y recibe, y la tercera parte que se mantiene entre las dos anteriores, la cual modula el transistor de los portadores. Con todo ello, se puede decir que el transistor es un dispositivo con tres terminales, donde dos de ellos son de fuerza y uno es de control, donde el de control dará paso o no a la conducción a través de los dos terminales de fuerza.
DEFINICIÓN DE TRANSISTOR BJT:
El transistor de Unión Bipolar (del inglés bipolar junction transistor, o sus siglas BJT) es un dispositivo electrónico de estado sólido, consiste en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite aumentar la corriente y disminuir el voltaje, además de controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante baja.
Los transistores bipolares son los transistores más conocidos y se usan generalmente en electrónica analógica aunque también en algunas aplicaciones de electrónica digital, como la tecnología TTL o BICMOS. El transistor bipolar es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor), una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación.
TIPOS DE TRANSISTORES BJT:
El transistor bipolar está formado por capas de material semiconductor tipo n y tipo p, de acuerdo a la distribución de los materiales semiconductores se tienen 2 tipos de transistor bipolares: los que se conocen como transistor NPN y transistor PNP, estos nombres proceden de la descripción de su estructura física. El funcionamiento del transistor se basa en movimientos de electrones (negativos) y de huecos (positivos), de allí el nombre de transistor bipolar o bjt (transistor de unión bipolar). La dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor:
Transistor NPN: En el transistor NPN el emisor es un semiconductor tipo N, la base es tipo P y el colector es tipo N. Transistor NPN: En el transistor NPN el emisor es un semiconductor tipo N, la base es tipo P y el colector es tipo N. Es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación.
Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector. La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.
Transistor PNP: La estructura física del transistor PNP es dual a la anterior cambiando las regiones P por regiones N, y las N por P. Las letras "P" y "N" se refirieren a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.
Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector. La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.
CARACTERÍSTICAS:
Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones:
Emisor: esta se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.
Base: es la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector. Además, si la base no es estrecha, el dispositivo puede no comportarse como un transistor, y trabajar como si de dos diodos en oposición se tratase.
Colector: es de extensión mucho mayor. El colector ha de ser una zona menos dopada que el emisor. Las características de esta región tienen que ver con la recombinación de los portadores que provienen del emisor.
La técnica de fabricación más común es la deposición epitaxial. En su funcionamiento normal, la unión base-emisor está polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, porque es muy angosta, hay poca recombinación de portadores, y la mayoría pasa al colector. El transistor posee tres estados de operación: estado de corte, estado de saturación y estado de actividad.
CONFIGURACIONES BÁSICAS:
Los transistores son elementos muy versátiles. Podemos conectarlos dentro de un circuito de muy diferentes maneras, obteniendo distintos comportamientos. Por ejemplo se puede conseguir ganancia en tensión, en intensidad o en ambas, según la clase configuración. Hay tres tipos de configuraciones básicas del transistor BJT: emisor común, colector común y base común.
Dado que el transistor es un componente de tres terminales, es obvio que uno de ellos deberá formar parte tanto de la entrada como de la salida del amplificador. Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con transistores, cada una de ellas con características especiales que las hacen mejor para cierto tipo de aplicación. y se dice que el transistor no está conduciendo. Normalmente este caso se presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0).
Para cada caso se debe analizar las mallas de entradas y salidas
Malla de entrada: +VBB –IB.RB - VBE = 0
Malla de salida: +Vcc –Ic.Rc – VcE = 0
Dicho de otra manera "la sumatoria de las caídas de tensión y de la fuente en cada malla es igual a cero, asignándoles diferentes signos".
Configuración Emisor Común:
Para que una señal sea amplificada
tiene que ser una señal de corriente alterna. No tiene sentido amplificar una
señal de corriente continua, porque ésta no lleva ninguna información. En un
amplificador de transistores están involucradas los dos tipos de corrientes
(alterna y continua). La señal alterna es la señal a amplificar y la continua
sirve para establecer el punto de operación del amplificador. Este punto de
operación permitirá que la señal amplificada no sea distorsionada.
Configuración Base Común:
En esta configuración, la señal de
entrada ingresa por el Emisor y la señal de salida Sale por el Colector, tiene
como característica principal de tener una muy buena amplificación de tensión.
Posee una impedancia de entrada muy
baja, como se puede ver la base está conectada a tierra por eso es el terminal
común.
Configuración Colector Común:
Decimos que el transistor bipolar
está configurado en Colector Común cuando la señal de entrada se aplica a la
base y la señal de salida se obtiene del emisor, esta configuración tiene una
alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, por lo tanto es
útil para realizar acoplamientos con otras etapas del circuito. El amplificador
seguidor emisor, es muy útil pues tiene una impedancia de entrada muy alta y
una impedancia de salida baja. Esta configuración sólo tiene ganancia de
corriente, siendo la tensión de salida apenas 0,6 V inferior a la de entrada.
La ganancia de tensión, Voltaje de Salida/Voltaje de Entrada (VO/VS) nunca será mayor a uno, en la practica la
tensión de salida es aproximadamente el 50% de la tensión de entrada.
Claramente esta configuración no será una buena elección si queremos usarlo
como amplificador.
APLICACIONES DE TRANSISTOR BJT:
Los transistores tienen muchas aplicaciones, podemos mencionar algunas:
1. Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación).
2. Detección de radiación luminosa (fototransistores).
3. Conmutación, actuando de interruptores (control de relés,
fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura
de impulsos PWM).
4.
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