¿Cómo Funciona un Transistor?

¿Cómo funciona un transistor?

Definición de transistor

Un transistor se define como un dispositivo semiconductor utilizado para amplificar o conmutar señales electrónicas.

Existen diferentes tipos de transistores disponibles, pero nos centraremos en el transistor NPN en modo emisor común. Este tipo tiene una región emisora fuertemente dopada y ancha, que contiene muchos electrones libres (portadores mayoritarios).

La región del colector es ancha y moderadamente dopada, por lo que tiene menos electrones libres que el emisor. La región de la base es muy delgada y ligeramente dopada, con un pequeño número de huecos (portadores mayoritarios). Ahora, conectamos una batería entre el emisor y el colector. El terminal emisor del transistor está conectado al terminal negativo de la batería. Por lo tanto, la unión emisor-base se polariza hacia adelante, y la unión base-colector se polariza hacia atrás. En esta condición, no fluirá corriente a través del dispositivo. Antes de ir a la operación real del dispositivo, recordemos los detalles de construcción y dopaje de un transistor NPN. Aquí, la región emisora es más ancha y muy fuertemente dopada. Por lo tanto, la concentración de portadores mayoritarios (electrones libres) en esta región del transistor es muy alta.

Por otro lado, la región de la base es muy delgada, en el rango de pocos micrómetros, mientras que las regiones emisora y colectora están en el rango de milímetro. El dopaje de la capa intermedia de tipo p es muy bajo, y como resultado, hay un número muy pequeño de huecos presentes en esta región. La región del colector es más ancha, como ya dijimos, y el dopaje aquí es moderado, por lo que hay un número moderado de electrones libres presentes en esta región.

El voltaje aplicado entre el emisor y el colector cae en dos lugares. Primero, la unión emisor-base tiene un potencial de barrera hacia adelante de aproximadamente 0,7 voltios en transistores de silicio. El resto del voltaje cae a través de la unión base-colector como barrera inversa.

Cualquiera que sea el voltaje a través del dispositivo, el potencial de barrera hacia adelante a través de la unión emisor-base siempre permanece en 0,7 voltios y el resto del voltaje de la fuente se cae a través de la unión base-colector como potencial de barrera inversa.

Esto significa que el voltaje del colector no puede superar el potencial de barrera hacia adelante. Por lo tanto, los electrones libres en el emisor no pueden cruzar a la base. Como resultado, el transistor se comporta como un interruptor apagado.

NB: – Como en esta condición el transistor no conduce ninguna corriente idealmente, no habrá caída de voltaje en la resistencia externa, por lo que todo el voltaje de la fuente (V) caerá a través de las uniones como se muestra en la figura anterior.

Ahora veamos qué sucede si aplicamos un voltaje positivo en el terminal de la base del dispositivo. En esta situación, la unión emisor-base obtiene un voltaje hacia adelante individualmente y ciertamente, puede superar el potencial de barrera hacia adelante, y por lo tanto, los portadores mayoritarios, es decir, los electrones libres en la región emisora, cruzarán la unión y entrarán en la región de la base donde encontrarán muy pocos huecos para recombinarse.

Pero debido al campo eléctrico a través de la unión, los electrones libres que migran desde la región emisora obtienen energía cinética. La región de la base es tan delgada que los electrones libres que vienen del emisor no tienen suficiente tiempo para recombinarse y, por lo tanto, cruzan la región de agotamiento polarizada hacia atrás y finalmente llegan a la zona del colector. Como hay una barrera inversa presente a través de la unión base-colector, no obstruirá el flujo de electrones libres desde la base al colector, ya que los electrones libres en la región de la base son portadores minoritarios.

De esta manera, los electrones fluyen desde el emisor hasta el colector y, por lo tanto, comienza a fluir la corriente de colector a emisor. Como hay pocos huecos presentes en la región de la base, algunos de los electrones que vienen de la región emisora se recombinarán con estos huecos y contribuirán a la corriente de base. Esta corriente de base es bastante menor que la corriente de colector a emisor.

Algunos electrones del emisor contribuyen a la corriente de base, mientras que la mayoría pasa a través del colector. La corriente del emisor es la suma de la corriente de base y la corriente de colector. Por lo tanto, la corriente del emisor es la suma de la corriente de base y la corriente de colector.

Ahora, aumentemos el voltaje de base aplicado. En esta situación, debido al aumento del voltaje hacia adelante a través de la unión emisor-base, proporcionalmente más electrones libres vendrán de la región emisora a la región de la base con más energía cinética. Esto causa un aumento proporcional de la corriente del colector. De esta manera, controlando una pequeña señal de base, podemos controlar una señal de colector bastante grande. Este es el principio básico de funcionamiento de un transistor.