Transistor como Amplificador
Definición de Transistor
Un transistor se define como un dispositivo semiconductor con tres terminales (Emisor, Base y Colector) y dos uniones (Base-Emisor y Base-Colector).
El transistor es un dispositivo semiconductor con tres terminales: Emisor (E), Base (B) y Colector (C). Tiene dos uniones: Base-Emisor (BE) y Base-Colector (BC). Los transistores operan en tres regiones: corte (totalmente apagado), activa (amplificando) y saturación (totalmente encendido).
Cuando los transistores operan en la región activa, actúan como amplificadores, aumentando la intensidad de la señal de entrada sin alteraciones significativas. Este comportamiento se debe al movimiento de los portadores de carga. Considere un transistor de unión bipolar npn (BJT) polarizado para operar en la región activa, donde la unión BE está polarizada directamente y la unión BC está polarizada inversamente.
En un transistor npn, el emisor está fuertemente dopado, la base está ligeramente dopada y el colector está moderadamente dopado. La base es estrecha, mientras que el emisor es más ancho y el colector es el más ancho.
La polarización directa entre los terminales de base y emisor causa un pequeño flujo de corriente de base (IB) hacia la región de base. Esta corriente suele estar en el rango de microamperios (μA), ya que VBE es típicamente alrededor de 0.6 V.
Este proceso puede verse como electrones moviéndose fuera de la región de base o huecos inyectados en ella. Los huecos inyectados atraen electrones del emisor, lo que lleva a la recombinación de huecos y electrones.
Sin embargo, debido a la menor dopación de la base en comparación con el emisor, habrá un mayor número de electrones en comparación con los huecos. Por lo tanto, incluso después del efecto de recombinación, quedará un gran número de electrones libres. Estos electrones ahora cruzan la estrecha región de base y se mueven hacia el terminal del colector influenciados por la polarización aplicada entre el colector y la base.
Esto constituye nada más que la corriente del colector IC que fluye hacia el colector. A partir de esto, se puede notar que al variar la corriente que fluye en la región de base (IB), se puede obtener una gran variación en la corriente del colector, IC. Esto no es más que la amplificación de corriente, lo que lleva a la conclusión de que el transistor npn operando en su región activa actúa como un amplificador de corriente. El ganancia de corriente asociada se puede expresar matemáticamente como-
Ahora considere el transistor npn con la señal de entrada aplicada entre sus terminales de base y emisor, mientras que la salida se recoge a través del resistor de carga RC, conectado entre el colector y los terminales de base, como se muestra en la Figura 2.
Ahora considere el transistor npn con la señal de entrada aplicada entre sus terminales de base y emisor, mientras que la salida se recoge a través del resistor de carga RC, conectado entre el colector y los terminales de base, como se muestra en la Figura 2.
Además, tenga en cuenta que el transistor siempre se asegura de operar en su región activa mediante el uso de suministros de voltaje adecuados, V EE y VBC. Aquí, un pequeño cambio en el voltaje de entrada Vin se ve que cambia la corriente del emisor IE de manera apreciable, ya que la resistencia del circuito de entrada es baja (debido a la condición de polarización directa).
Esto, a su vez, cambia la corriente del colector casi en el mismo rango debido a que la magnitud de la corriente de base es bastante pequeña para el caso considerado. Este gran cambio en IC causa un gran caída de voltaje a través del resistor de carga RC, que no es más que el voltaje de salida.
Por lo tanto, se obtiene la versión amplificada del voltaje de entrada a través de los terminales de salida del dispositivo, lo que lleva a la conclusión de que el circuito actúa como un amplificador de voltaje. La expresión matemática para la ganancia de voltaje asociada con este fenómeno se da por
Aunque la explicación proporcionada es para el BJT npn, una analogía similar es válida incluso para los BJT pnp. Siguiendo los mismos principios, se puede explicar la acción de amplificación de otros tipos de transistores, como el Transistor de Efecto de Campo (FET). Además, es importante tener en cuenta que existen muchas variaciones del circuito amplificador de transistores como
Primer Conjunto: Configuración de Base/Gate Común, Configuración de Emisor/Source Común, Configuración de Colector/Drain Común
Segundo Conjunto: Amplificadores de Clase A, Amplificadores de Clase B, Amplificadores de Clase C, Amplificadores de Clase AB
Tercer Conjunto: Amplificadores de Un Solo Escenario, Amplificadores de Múltiples Etapas, y así sucesivamente. Sin embargo, el principio básico de funcionamiento permanece igual.
