Un interruptor ofrece un circuito abierto (resistencia infinita) cuando se pone en posición OFF y ofrece un cortocircuito (resistencia cero) cuando se pone en posición ON. De forma similar, en un transistor de unión bipolar, al controlar la corriente de la base emisora, la resistencia del emisor-colector puede hacerse casi infinita o casi cero.
En un característica del transistorhay tres regiones. Son
- Región de corte
- Región activa
- Región de saturación
En la región activa, para un amplio rango de voltaje de colector-emisor (VCE) corriente colectora (IC) permanece constante. Como el voltaje tiene un amplio rango y la corriente del colector es casi constante, habrá una importante pérdida de energía si el transistor funciona en esta región. Cuando un interruptor ideal está apagado, la corriente es cero, por lo tanto no hay pérdida de energía. Del mismo modo, cuando el interruptor está en ON, el voltaje a través del interruptor es cero por lo tanto, no hay pérdida de energía de nuevo. Cuando queremos que un BJT sea operado como un interruptor, debe ser operado de tal manera que la pérdida de energía durante la condición de encendido y apagado sea casi cero, o muy baja.
Sólo es posible cuando el transistor sólo funciona en la región marginal de las características. La región de corte y la región de saturación son dos regiones marginales en las características del transistor.
En la figura, cuando la corriente de base es cero, la corriente del colector (IC) tiene un valor constante muy pequeño para un amplio rango de voltaje de colector-emisor (VCE). Así que cuando el transistor funciona con la corriente de base 0, la corriente de colector (IC 0) es muy pequeño, por lo que se dice que el transistor está en condición OFF pero al mismo tiempo, la pérdida de energía a través del interruptor del transistor, es decir, IC VCE es insignificante debido a que el pequeño yoC.
El transistor está conectado en serie con una resistencia de salida RC. Por lo tanto, la corriente a través de la resistencia de salida es
Si el transistor funciona con una corriente de base IB3 para el cual la corriente colectora es IC1. IC es menos que yoC1entonces el transistor es operado en la región de saturación. Aquí, para cualquier corriente colectora inferior a IC1habrá un muy pequeño voltaje de colector-emisor (VCE < VCE1). Por lo tanto, en esta situación, la corriente que pasa por el transistor es tan alta como la corriente de carga, pero el voltaje a través del transistor (VCE < VCE1) bastante baja, por lo que la pérdida de potencia en el transistor es insignificante.
El transistor se comporta como un interruptor de encendido. Así que para usar el el transistor como un interruptor debemos asegurarnos de que la corriente de base aplicada debe ser lo suficientemente alta para mantener el transistor en la región de saturación, para una corriente colectora.
Así, de la explicación anterior, podemos concluir que el transistor de unión bipolar se comporta como un interruptor sólo cuando se opera en la región de corte y saturación de su característica. En la aplicación del interruptor, se evita la región activa o la región activa de las características. Como ya hemos dicho, la pérdida de potencia en el interruptor del transistor es muy baja pero no cero. Por lo tanto, no es un interruptor ideal, pero es aceptado como un interruptor para aplicaciones específicas.
Cuando elegimos un el transistor como un interruptortenemos que preocuparnos por la calificación del transistor. Debido a que durante la condición ON, toda la corriente de carga fluirá a través del transistor, si esta corriente es más que un valor seguro de la capacidad de transporte de corriente del colector-emisor del transistor, entonces el transistor puede ser destruido permanentemente debido al sobrecalentamiento. De nuevo en la condición OFF, todo el voltaje de circuito abierto de la carga aparecerá a través del transistor. El transistor debe ser capaz de soportar este voltaje, de lo contrario la unión colector-emisor se romperá y el transistor se activará en lugar de desactivarse. Otra cosa que debe considerarse durante una el transistor como un interruptor. Siempre se requiere un disipador de calor de tamaño y diseño adecuados con el transistor. Cada transistor tarda un tiempo finito en pasar de la condición OFF a la condición ON y viceversa.
Aunque este tiempo finito es muy pequeño, tal vez menos de unos pocos microsegundos, pero aún así, no es cero. Durante el período de encendido, la corriente (IC) se acumulará mientras que el voltaje del colector-emisor VCE …caerá hacia el cero. A medida que la corriente aumente de cero (ideal) a su valor máximo y el voltaje caiga del valor máximo a cero (ideal) habrá un instante en el que ambos serán máximos. En ese momento, se produce una pérdida de potencia máxima. De la misma manera, la máxima pérdida de potencia ocurre en un transistor cuando llega al estado OFF desde el estado ON. Por lo tanto, la máxima pérdida de potencia ocurre en un transistor durante el período de transición del estado de cambio, pero aún así, la cantidad de energía disipada es bastante moderada ya que el período de transición es bastante pequeño. Para el funcionamiento de baja frecuencia, el calor generado puede ser moderado. Pero si la frecuencia de funcionamiento es bastante alta, habrá una pérdida significativa de energía y la correspondiente generación de calor.
Cabe señalar que la generación de calor no sólo se produce en condiciones transitorias, sino también en condiciones constantes de encendido y apagado del transistor, pero la cantidad de calor en condiciones constantes es bastante pequeña e insignificante.
