Transistor de unión bipolar

Definición de BJT

Un Transistor Bipolar de Unión (también conocido como BJT o Transistor BJT) é un dispositivo semiconductor de tres terminais que consta de dúas unions p-n que son capaces de amplificar ou aumentar unha señal. É un dispositivo controlado por corrente. Os tres terminais do BJT son a base, o colector e o emisor. O BJT é un tipo de transistor que usa tanto eléctrons como buracos como portadores de carga.

Unha señal de pequena amplitud aplicada á base está dispoñible na forma amplificada no colector do transistor. Esta é a amplificación proporcionada polo BJT. Nota que require unha fonte externa de alimentación DC para levar a cabo o proceso de amplificación.

Hai dous tipos de transistores bipolares de unión – transistores NPN e transistores PNP. A continuación, móstrase un diagrama destes dous tipos de transistores bipolares de unión.

Do esquema anterior, podemos ver que cada BJT ten tres partes chamadas emisor, base e colector. JE e JC representan a unión do emisor e a unión do colector, respectivamente. Agora, é suficiente para nós saber que a unión base-emisor está polarizada directamente e as unions colector-base están polarizadas inversamente. O seguinte tema describirá os dous tipos destes transistores.

Transistor Bipolar de Unión NPN

Nun transistor bipolar n-p-n (ou transistor npn), un semiconductor de tipo p reside entre dous semiconductores de tipo n. No esquema seguinte, móstrase un transistor n-p-n. I E, IC son a corrente do emisor e a corrente do colector, respectivamente, e VEB e VCB son a tensión emisor-base e a tensión colector-base, respectivamente. Segundo a convención, se para o emisor, a base e o colector, as correntes IE, IB e IC entran no transistor, o signo da corrente tómase como positivo, e se a corrente sai do transistor, o signo tómase como negativo. Podemos tabular as diferentes correntes e voltaxes dentro do transistor n-p-n.

Transistor Bipolar de Unión PNP

De maneira semellante, para o transistor bipolar de unión p-n-p (ou transistor pnp), un semicondutor de tipo n está interposto entre dous semiconductores de tipo p. O esquema dun transistor p-n-p móstrase a continuación.

Para os transistores p-n-p, a corrente entra no transistor a través do terminal emisor. Como calquera transistor bipolar de unión, a unión emisor-base está polarizada directamente e a unión colector-base está polarizada inversamente. Tamén podemos tabular a corrente do emisor, a base e o colector, así como a tensión emisor-base, colector-base e colector-emisor para os transistores p-n-p.

Principio de Funcionamento do BJT

O esquema mostra un transistor n-p-n polarizado na rexión activa (ver polarización do transistor), a unión BE está polarizada directamente mentres que a unión CB está polarizada inversamente. A anchura da rexión de desplazamento da unión BE é menor en comparación coa da unión CB.

A polarización directa na unión BE baixa o potencial de barrera, permitindo que os eléctrons fluían do emisor á base. Debido a que a base é fina e pouco dopada, ten moi poucos buracos. Aproximadamente o 2% dos eléctrons do emisor recombinan con buracos na base e fluyen a través do terminal de base.

Isto constitúe a corrente de base, que fluye debido á recombinación de eléctrons e buracos (Nota que a dirección da corrente convencional é oposta ao fluído de eléctrons). O gran número restante de eléctrons cruzará a unión do colector polarizada inversamente para constituir a corrente do colector. Así, segundo a KCL,

A corrente de base é moi pequena en comparación coa corrente do emisor e do colector.

Aquí, os portadores de carga majoritarios son os eléctrons. O funcionamento dun transistor p-n-p é o mesmo que o do n-p-n, a única diferenza é que os portadores de carga majoritarios son buracos en vez de eléctrons. Só unha pequena parte da corrente fluye debido aos portadores de carga majoritarios, e a maioría da corrente fluye debido aos portadores de carga minoritarios nun BJT. Polo tanto, chámaseles dispositivos de portadores de carga minoritarios.

Circuíto Equivalente do BJT

Unha unión p-n representa un diodo. Como un transistor ten dúas unions p-n, é equivalente a dous diodos conectados cara a cara. Isto chámase a analogía de dous diodos do BJT.

Características dos Transistores Bipolares de Unión

As tres partes dun BJT son o colector, o emisor e a base. Antes de coñecer as características dos transistores bipolares de unión, temos que coñecer os modos de operación para este tipo de transistores. Os modos son

• Modo Base Común (CB)

• Modo Emisor Común (CE)

• Modo Colector Común (CC)

Todos os tres tipos de modos móstranse a continuación.

Pasando ás características do BJT, hai diferentes características para diferentes modos de operación. As características son simplemente formas gráficas das relacións entre diferentes variables de corrente e tensión do transistor. As características para os transistores p-n-p danse para diferentes modos e parámetros.

Características de Base Común

Características de Entrada

Para o transistor p-n-p, a corrente de entrada é a corrente do emisor (IE) e a tensión de entrada é a tensión colector-base (VCB).

Como a unión emisor-base está polarizada directamente, polo tanto, o gráfico de IE vs VEB é semellante ás características de avance dun diodo p-n. IE aumenta para un VEB fixo cando VCB aumenta.

Características de Saída

As características de saída mostran a relación entre a tensión de saída e a corrente de saída. IC é a corrente de saída e a tensión colector-base, e a corrente do emisor IE é a corrente de entrada e funciona como parámetro. A figura a continuación mostra as características de saída para un transistor p-n-p no modo CB.

Como sabemos, para os transistores p-n-p, I E e VEB son positivos e IC, IB, VCB son negativos. Hai tres rexións na curva, a rexión activa, a rexión de saturación e a rexión de corte. A rexión activa é a rexión onde o transistor opera normalmente.

Aquí, a unión emisor está polarizada inversamente. Agora, a rexión de saturación é a rexión onde ambas as unions emisor-colector están polarizadas directamente. E finalmente, a rexión de corte é a rexión onde ambas as unions emisor e colector están polarizadas inversamente.

Características de Emisor Común

Características de Entrada

IB (Corrente de Base) é a corrente de entrada, VBE (Tensión Base-Emissor) é a tensión de entrada para o modo CE (Emisor Común). Así, as características de entrada para o modo CE serán a relación entre IB e VBE con VCE como parámetro. As características móstranse a continuación.

As características típicas de entrada CE son semellantes ás características de avance dun diodo p-n. Pero, como V CB aumenta, a anchura da base diminúe.

Características de Saída

As características de saída para o modo CE son a curva ou gráfico entre a corrente do colector (IC) e a tensión colector-emisor (VCE) cando a corrente de base IB é o parámetro. As características móstranse na figura a continuación.

Como as características de saída do transistor de base común, o modo CE tamén ten tres rexións chamadas (i) Rexión activa, (ii) rexión de corte, (iii) rexión de saturación. A rexión activa ten a unión do colector polarizada inversamente e a unión do emisor polarizada directamente.

Para a rexión de corte, a unión do emisor está ligeramente polarizada inversamente e a corrente do colector non está totalmente cortada. E finalmente, para a rexión de saturación, ambas as unions do colector e do emisor están polarizadas directamente.