En 1947 J. Barden, W. Bratterin y W. Shockley inventaron el transistor. El término transistor fue dado por John R. Pierce. Aunque inicialmente se llamó la versión de estado sólido del triodo de vacío, el término transistor ha sobrevivido. A medida que avanzamos en el tema, conoceremos sobre el transistor, principalmente Transistor de unión bipolar o BJT.
La palabra transistor se deriva de las palabras Transferir yResistenciadescribe el funcionamiento de un BJT, es decir, la transferencia de una señal de entrada desde un punto bajo resistencia a un circuito de alta resistencia. Este tipo de transistor está compuesto por semiconductores.
Los transistores se utilizan en la construcción de Circuitos integrados (ICs). El número de transistores que hemos sido capaces de encajar en un CI ha aumentado rápidamente desde su creación, duplicándose aproximadamente cada 2 años (conocido como Ley de Moores).
Ahora, ¿por qué esto se llama transistor de unión? La respuesta está detrás de la construcción. Ya sabemos lo que son los semiconductores tipo p y tipo n.
Ahora, en este tipo de transistor, cualquier tipo de semiconductor se encuentra entre el otro tipo de semiconductor. Por ejemplo, un tipo n puede estar entre dos semiconductores tipo p o de manera similar un tipo p puede estar entre dos semiconductores tipo n. Se llaman transistores p-n-p y n-p-n respectivamente. Discutiremos sobre ellos más tarde. Ahora bien, como hay dos uniones de diferentes tipos de semiconductores, esto se llama transistor de unión. Se llama bipolar porque la conducción tiene lugar debido tanto a los electrones como a los agujeros.
Definición de BJT
Un transistor de unión bipolar es un dispositivo semiconductor de tres terminales que consiste en dos uniones p-n que es capaz de amplificar o magnificar una señal. Es un actual dispositivo controlado. Los tres terminales del BJT son la base, el colector y el emisor. Una señal de pequeña amplitud, si se aplica a la base, está disponible en forma amplificada en el colector del transistor. Esta es la amplificación proporcionada por el BJT. Obsérvese que requiere una fuente externa de alimentación de corriente continua para llevar a cabo el proceso de amplificación.
A continuación se presentan los diagramas básicos de los dos tipos de transistores de unión bipolar mencionados.
De la figura anterior, podemos ver que cada BJT tiene tres partes llamadas emisor, base y colector. JE y JC representan la unión del emisor y la unión del colector respectivamente. Ahora, inicialmente es suficiente para nosotros saber que la unión del emisor está sesgada hacia adelante y la unión de la base del colector está sesgada hacia atrás. El siguiente tema describirá los dos tipos de estos transistores.
Transistor de unión bipolar N-P-N
Como comenzó antes en transistor bipolar n-p-n un semiconductor de tipo p reside entre dos semiconductores de tipo n el diagrama debajo de un transistor n-p-n se muestra
Ahora yoE, IC es corriente emisora y corriente colectora respectivamente y VEB y VCB son el voltaje base del emisor y el voltaje base del colector, respectivamente. De acuerdo con la convención si para el emisor, la base y la corriente del colector IE, IB y yoC la corriente entra en el transistor el signo de la corriente se toma como positivo y si la corriente sale del transistor entonces el signo se toma como negativo. Podemos tabular las diferentes corrientes y voltajes dentro del transistor n-p-n.
| Tipo de transistor | IE | IB | IC | VEB | VCB | VCE |
| n-p-n | – | + | + | – | + | + |
Transistor de unión bipolar P-N-P
De manera similar para transistor de unión bipolar p-n-p un semiconductor de tipo n se encuentra entre dos semiconductores de tipo p. El diagrama de un transistor p-n-p se muestra a continuación
En el caso de los transistores p-n-p, la corriente entra en el transistor a través del terminal emisor. Como cualquier transistor de unión bipolar, la unión emisor-base está sesgada hacia adelante y la unión colector-base está sesgada hacia atrás. Podemos tabular la corriente del emisor, la base y el colector, así como la base del emisor, la base del colector y el voltaje del emisor del colector para los transistores p-n-p también.
| Tipo de transistor | IE | IB | IC | VEB | VCB | VCE |
| p n p | + | – | – | + | – | – |
Principio de funcionamiento de la BJT
La figura muestra un transistor n-p-n sesgado en la región activa (véase sesgo del transistor), la unión BE está sesgada hacia adelante mientras que la unión CB está sesgada al revés. El ancho de la región de agotamiento del empalme BE es pequeño en comparación con el del empalme CB. El sesgo hacia adelante en la unión BE reduce el potencial de barrera y hace que los electrones fluyan del emisor a la base. Como la base es delgada y ligeramente dopada, consta de muy pocos agujeros, por lo que algunos de los electrones del emisor (alrededor del 2%) se recombinan con los agujeros presentes en la región de la base y fluyen fuera del terminal de la base. Esto constituye la corriente de base, fluye debido a la recombinación de electrones y agujeros (Nótese que la dirección del flujo de corriente convencional es opuesta a la del flujo de electrones). El gran número restante de electrones cruzará la unión del colector sesgado al revés para constituir la corriente del colector. Así, al KCL,
La corriente base es muy pequeña en comparación con la corriente emisora y la corriente colectora.
Aquí, la mayoría carga los portadores son electrones. El funcionamiento de un transistor p-n-p es el mismo que el del n-p-n, la única diferencia es que la mayoría de los portadores de carga son agujeros en lugar de electrones. Sólo una pequeña parte de la corriente fluye debido a los portadores mayoritarios y la mayoría de los flujos de corriente debido a los portadores de carga minoritarios en un BJT. Por lo tanto, se les llama dispositivos de portadores minoritarios.
Circuito equivalente de BJT
Una unión p-n está representada por un diodo. Como un transistor tiene dos uniones p-n, equivale a dos diodos conectados espalda con espalda. Esto se llama como los dos diodo analogía de la BJT.
Características de los transistores de unión bipolar
Las tres partes de un BJT son el colector, el emisor y la base. Antes de saber acerca de la características del transistor de unión bipolartenemos que saber acerca de los modos de operación de este tipo de transistores. Los modos son
- Modo de base común (CB)
- Modo de Emisor Común (CE)
- Modo de colector común (CC)
Los tres tipos de modos se muestran a continuación
Ahora llegando a las características de la BJT hay diferentes características para diferentes modos de operación. Las características no son más que las formas gráficas de las relaciones entre las diferentes variables de corriente y voltaje del transistor. Las características de los transistores p-n-p se dan para diferentes modos y diferentes parámetros.
Características de la base común
Características de la entrada
En el caso del transistor p-n-p, la corriente de entrada es la corriente del emisor (IE) y el voltaje de entrada es el voltaje base del colector (VCB).
Como la unión de la base del emisor está sesgada hacia adelante, por lo tanto el gráfico de IE Vs VEB es similar a las características de avance de un diodo p-n. IE incrementos para la V fijaEB cuando VCB …aumenta.
Características de salida
Las características de salida muestran la relación entre el voltaje de salida y la corriente de salida IC es la corriente de salida y el voltaje de la base del colector y la corriente del emisor IE es la corriente de entrada y funciona como los parámetros. La siguiente figura muestra las características de salida de un transistor p-n-p en modo CB.
Como sabemos por los transistores p-n-p IE y VEB son positivos y yoC, IB, VCB son negativos. Son tres regiones de la curva, la región de saturación de la región activa y la región de corte. La región activa es la región en la que el transistor funciona normalmente. Aquí la unión del emisor está sesgada al revés. Ahora la región de saturación es la región donde ambas uniones del colector emisor están sesgadas hacia adelante. Y finalmente la región de corte es la región donde ambos emisores y los colectores están polarizados en sentido inverso.
Características comunes del emisor
Características de la entrada
IB (Corriente de base) es la corriente de entrada, VBE (Voltaje del Emisor de Base) es el voltaje de entrada para el modo CE (Emisor Común). Por lo tanto, las características de entrada para el modo CE serán la relación entre IB y VBE con VCE como parámetro. Las características se muestran a continuación
Las características típicas de la entrada de CE son similares a las de un diodo p-n sesgado hacia adelante. Pero como VCB aumenta el ancho de la base disminuye.
Características de salida
Las características de salida para el modo CE son la curva o el gráfico entre la corriente del colector (IC) y el voltaje del emisor del colector (VCE) cuando la corriente de base IB es el parámetro. Las características se muestran a continuación en la figura.
Al igual que las características de salida del transistor de base común, el modo CE tiene también tres regiones denominadas (i) región activa, (ii) regiones de corte, (iii) región de saturación. La región activa tiene la región colectora sesgada en sentido inverso y la unión emisora sesgada hacia adelante. En la región de corte, la unión del emisor está ligeramente sesgada en sentido inverso y la corriente del colector no está totalmente cortada. Y finalmente para la región de saturación, tanto el colector como la unión del emisor están sesgados hacia adelante.
Aplicación de BJT
Las BJT se utilizan en circuitos discretos diseñados debido a la disponibilidad de muchos tipos, y obviamente debido a su alto transconductane y salida resistencia que es mejor que el MOSFET. Las BJT también son adecuadas para la aplicación de alta frecuencia. Por eso se usan en radiofrecuencia para sistemas inalámbricos. Otra aplicación de los BJT puede ser declarada como pequeño amplificador de señal, fotocélula de proximidad metálica, etc.
Amplificador de transistor de unión bipolar
Para entender el concepto de Amplificador de transistor de unión bipolar…deberíamos mirar primero el diagrama de un transistor p-n-p.
Ahora, como el voltaje de entrada se cambia un poco, digamos Vi de la tensión de la base del emisor cambia la altura de la barrera y la corriente del emisor por IE. Este cambio en la corriente del emisor desarrolla una caída de voltaje VO a través de la resistencia de carga RL…donde,
VO da el voltaje de salida del amplificador. Hay un signo negativo porque la corriente del colector da una caída de voltaje a través de RL con polaridad opuesta a la de referencia. La ganancia de voltaje AV para el amplificador se da la relación entre los voltajes de salida VO al voltaje de entrada Vi…así que..,
se llama la relación de ganancia actual del transistor. En el diagrama de la figura que se muestra arriba podemos ver que un aumento en el voltaje del emisor reduce el sesgo hacia adelante en la unión del emisor y por lo tanto disminuye la corriente del colector. Indica que la tensión de salida y la de entrada están en fase. Ahora, finalmente la ganancia de potencia Ap del transistor es la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada
