¿Qué es un transistor NPN?
¿Qué es un transistor NPN?
Definición de transistor NPN
Un transistor NPN es un tipo ampliamente utilizado de transistor de unión bipolar, donde una capa de semiconductor P se encuentra flanqueada por dos capas N.
Construcción del transistor NPN
Como se discutió anteriormente, el transistor NPN tiene dos uniones y tres terminales. La construcción del transistor NPN se muestra en la figura a continuación.
Las capas emisor y colector son más anchas en comparación con la base. El emisor está fuertemente dopado. Por lo tanto, puede inyectar un gran número de portadores de carga a la base.La base está ligeramente dopada y es muy delgada en comparación con las otras dos regiones. Permite pasar la mayoría de los portadores de carga al colector, que son emitidos por el emisor.El colector está moderadamente dopado y recoge los portadores de carga de la capa de base.
Símbolo del transistor NPN
El símbolo del transistor NPN se muestra en la figura a continuación. La punta de la flecha indica la dirección convencional de la corriente del colector (IC), la corriente de la base (IB) y la corriente del emisor (IE).
Principio de funcionamiento
La unión emisor-base está en condición de polarización directa por el voltaje de alimentación VEE, mientras que la unión colector-base está en polarización inversa por el voltaje de alimentación VCC.
En la condición de polarización directa, el terminal negativo de la fuente de alimentación (VEE) se conecta al semiconductor de tipo N (emisor). De manera similar, en la condición de polarización inversa, el terminal positivo de la fuente de alimentación (VCC) se conecta al semiconductor de tipo N (colector).
La región de agotamiento de la unión emisor-base es más delgada en comparación con la región de agotamiento de la unión colector-base (Nota: la región de agotamiento es una región donde no hay portadores de carga móviles y se comporta como una barrera que opone al flujo de corriente).
En el emisor de tipo N, el portador mayoritario es el electrón. Por lo tanto, los electrones comienzan a fluir desde el emisor de tipo N hacia la base de tipo P. Y debido a los electrones, la corriente comenzará a fluir a través de la unión emisor-base. Esta corriente se conoce como corriente del emisor IE.
Los electrones se mueven hacia la base, un semiconductor de tipo P delgado y ligeramente dopado con un número limitado de huecos para recombinación. Por lo tanto, la mayoría de los electrones pasan la base, con solo unos pocos recombiniendo.
Debido a la recombinación, la corriente fluirá a través del circuito y esta corriente se conoce como corriente de la base IB. La corriente de la base es muy pequeña en comparación con la corriente del emisor. Típicamente, es del 2-5% de la corriente total del emisor.
La mayoría de los electrones pasan la región de agotamiento de la unión colector-base y atraviesan la región del colector. La corriente que fluye debido a los electrones restantes se conoce como corriente del colector IC. La corriente del colector es grande en comparación con la corriente de la base.
Circuito del transistor NPN
El circuito del transistor NPN se muestra en la figura a continuación.
El diagrama muestra cómo se conectan las fuentes de voltaje: el colector se vincula al terminal positivo de VCC a través de una resistencia de carga RL, que limita el flujo máximo de corriente.
El terminal de base se conecta al terminal positivo del voltaje de base VB con la resistencia de base RB. La resistencia de base se utiliza para limitar la corriente máxima de base.
Cuando se enciende, el transistor permite que fluya una gran corriente de colector, impulsada por una corriente de base menor que entra en el terminal de base.
Según la ley de KCL, la corriente del emisor es la suma de la corriente de base y la corriente de colector.
Modos de operación del transistor
El transistor opera en diferentes modos o regiones dependiendo de la polarización de las uniones. Tiene tres modos de operación.
Modo de corte
Modo de saturación
Modo activo
Modo de corte
En el modo de corte, ambas uniones están en polarización inversa. En este modo, el transistor se comporta como un circuito abierto. Y no permitirá que la corriente fluya a través del dispositivo.
Modo de saturación
En el modo de saturación del transistor, ambas uniones están conectadas en polarización directa. El transistor se comporta como un circuito cerrado y la corriente fluye del colector al emisor cuando el voltaje emisor-base es alto.
Modo activo
En este modo del transistor, la unión emisor-base está en polarización directa y la unión colector-base está en polarización inversa. En este modo, el transistor opera como un amplificador de corriente.
La corriente fluye entre el emisor y el colector y la cantidad de corriente es proporcional a la corriente de base.
Interruptor de transistor NPN
El transistor opera como encendido en el modo de saturación y apagado en el modo de corte.
Cuando ambas uniones están conectadas en condición de polarización directa y se proporciona un voltaje suficiente a la tensión de entrada. En esta condición, el voltaje colector-emisor es cercano a cero y el transistor opera como un circuito cortocircuitado.
En esta condición, la corriente comenzará a fluir entre el colector y el emisor. El valor de la corriente que fluye en este circuito es,
Cuando ambas uniones están conectadas en polarización inversa, el transistor se comporta como un circuito abierto o interruptor apagado. En esta condición, el voltaje de entrada o el voltaje de base es cero.
Por lo tanto, todo el voltaje Vcc aparece a través del colector. Pero, debido a la polarización inversa de la región colector-emisor, la corriente no puede fluir a través del dispositivo. Por lo tanto, se comporta como un interruptor apagado.
El diagrama de circuito de un transistor en la región de corte se muestra en la figura a continuación.
Configuración de pines del transistor NPN
El transistor tiene tres patillas; colector (C), emisor (E) y base (B). En la mayoría de las configuraciones, la patilla central es para la base.
Para identificar las patillas del emisor y del colector, hay un punto en la superficie del transistor SMD. La patilla que está exactamente debajo de este punto es el colector y la patilla restante es la del emisor.
Si el punto no está presente, todas las patillas se colocarán con un espacio desigual. Aquí, la patilla central es la base. La patilla más cercana a la central es el emisor y la patilla restante es la del colector.
