Transistor de unión bipolar

Definición de BJT

Un Transistor Bipolar de Unión (también conocido como BJT o Transistor BJT) es un dispositivo semiconductor de tres terminales que consta de dos uniones p-n capaces de amplificar o magnificar una señal. Es un dispositivo controlado por corriente. Los tres terminales del BJT son la base, el colector y el emisor. El BJT es un tipo de transistor que utiliza tanto electrones como huecos como portadores de carga.

Una señal de pequeña amplitud aplicada a la base está disponible en forma amplificada en el colector del transistor. Esta es la amplificación proporcionada por el BJT. Tenga en cuenta que requiere una fuente externa de alimentación DC para llevar a cabo el proceso de amplificación.

Existen dos tipos de transistores bipolares de unión – transistores NPN y transistores PNP. A continuación se muestra un diagrama de estos dos tipos de transistores bipolares de unión.

A partir 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 saber que la unión base-emisor está polarizada hacia adelante y las uniones base-colector están polarizadas hacia atrás. El próximo tema describirá los dos tipos de estos transistores.

Transistor Bipolar de Unión NPN

En un transistor bipolar n-p-n (o transistor npn), un semiconductor de tipo p se encuentra entre dos semiconductores de tipo n. En el diagrama a continuación se muestra un transistor n-p-n. IE e IC son la corriente del emisor y la corriente del colector respectivamente, y VEB y VCB son el voltaje emisor-base y el voltaje colector-base respectivamente. Según la convención, si para el emisor, la base y el colector, la corriente IE, IB e IC entra al 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.

Transistor Bipolar de Unión PNP

De manera similar, para el transistor bipolar de unión p-n-p (o transistor pnp), un semiconductor de tipo n está intercalado entre dos semiconductores de tipo p. A continuación se muestra el diagrama de un transistor p-n-p.

Para los transistores p-n-p, la corriente entra al transistor a través del terminal del emisor. Como cualquier transistor bipolar de unión, la unión emisor-base está polarizada hacia adelante y la unión colector-base está polarizada hacia atrás. También podemos tabular la corriente del emisor, la base y el colector, así como el voltaje emisor-base, colector-base y colector-emisor para los transistores p-n-p.

Principio de Funcionamiento del BJT

La figura muestra un transistor n-p-n polarizado en la región activa (ver polarización del transistor), la unión BE está polarizada hacia adelante mientras que la unión CB está polarizada hacia atrás. El ancho de la región de agotamiento de la unión BE es pequeño en comparación con el de la unión CB.

La polarización hacia adelante en la unión BE reduce el potencial de barrera, permitiendo que los electrones fluyan desde el emisor a la base. Dado que la base es delgada y poco dopada, tiene muy pocos huecos. Aproximadamente el 2% de los electrones del emisor se recombinan con los huecos en la base y fluyen a través del terminal de la base.

Esto constituye la corriente de base, que fluye debido a la recombinación de electrones y huecos (Tenga en cuenta que la dirección de la corriente convencional es opuesta a la del flujo de electrones). El gran número restante de electrones cruzará la unión colector invertida para constituir la corriente del colector. Así, por KCL,

La corriente de base es muy pequeña en comparación con la corriente del emisor y del colector.

Aquí, la mayoría de los portadores de carga son electrones. La operación de un transistor p-n-p es la misma que la de un n-p-n, la única diferencia es que los portadores de carga mayoritarios son huecos en lugar de electrones. Solo una pequeña parte de la corriente fluye debido a los portadores mayoritarios y la mayor parte de la corriente fluye debido a los portadores minoritarios en un BJT. Por lo tanto, se les llama dispositivos de portadores minoritarios.

Circuito Equivalente del BJT

Una unión p-n se representa mediante un diodo. Dado que un transistor tiene dos uniones p-n, es equivalente a dos diodos conectados de espaldas. Esto se conoce como la analogía de dos diodos del BJT.

Características de los Transistores Bipolares de Unión

Las tres partes de un BJT son el colector, el emisor y la base. Antes de conocer las características de los transistores bipolares de unión, debemos conocer los modos de operación para este tipo de transistores. Los modos son

• Modo Base Común (CB)

• Modo Emisor Común (CE)

• Modo Colector Común (CC)

A continuación se muestran los tres tipos de modos.

Ahora, hablando de las características del 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 para los transistores p-n-p se dan para diferentes modos y parámetros.

Características Base Común

Características de Entrada

Para el transistor p-n-p, la corriente de entrada es la corriente del emisor (IE) y el voltaje de entrada es el voltaje colector-base (VCB).

Dado que la unión emisor-base está polarizada hacia adelante, por lo tanto, la gráfica de IE vs VEB es similar a las características de avance de un diodo p-n. IE aumenta para un VEB fijo 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 colector-base, y la corriente del emisor IE es la corriente de entrada y funciona como parámetro. La figura a continuación muestra las características de salida para un transistor p-n-p en modo CB.

Como sabemos, para los transistores p-n-p, IE y VEB son positivos e IC, IB, VCB son negativos. Estos son tres regiones en la curva: la región activa, la región de saturación y la región de corte. La región activa es la región donde el transistor opera normalmente.

Aquí, la unión del emisor está polarizada hacia atrás. Ahora, la región de saturación es la región donde ambas uniones emisor-colector están polarizadas hacia adelante. Y finalmente, la región de corte es la región donde ambas uniones emisor y colector están polarizadas hacia atrás.

Características Emisor Común

Características de Entrada

IB (Corriente de Base) es la corriente de entrada, VBE (Voltaje Base-Emitor) 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 de entrada típicas CE son similares a las de un diodo p-n polarizado hacia adelante. Pero a medida que VCB aumenta, el ancho de la base disminuye.

Características de Salida

Las características de salida para el modo CE son la curva o gráfico entre la corriente del colector (IC) y el voltaje colector-emisor (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 también tiene tres regiones denominadas (i) Región activa, (ii) Región de corte, (iii) Región de saturación. La región activa tiene la unión del colector polarizada hacia atrás y la unión del emisor polarizada hacia adelante.

Para la región de corte, la unión del emisor está ligeramente polarizada hacia atrás y la corriente del colector no se corta completamente. Y finalmente, para la región de saturación, ambas uniones, la del colector y la del emisor, están polarizadas hacia adelante.