Transistor De Union Bipolar

II. Marco Teórico- El Transistor de union bipolar

En esta sección se presenta la teoría del comportamiento del transistor necesaria para realizar la practica.

2.1 Estructura y Principio de operación del BJT

Un transistor de unión bipolar consiste en dos uniones p-n conectadas una contra otra, las cuales comparten una delgada región común con un ancho W. Los contactos entre uniones generan tres regiones la de Emisor, Colector y la región de en medio llamada Base. La estructura de un transistor Bipolar npn se muestra en la figura 1. Se le llama bipolar porque la carga en el dispositivo es transportada por dos portadores de diferente polaridad (huecos y electrones).

Como el transistor puede verse como dos diodos conectados uno contra otro, podemos observar en la figura 1 que hay dos zonas de agotamiento entre las tres regiones cuasi-neutrales. Los anchos de las tres zonas cuasi-neutrales que son la de emisor, base y colector se representan con las literales We, Wb y Wc respectivamente, en las cuales entre We y Wb se encuentra una de las dos zonas de agotamiento que le corresponde a la unión n-p base-emisor que va de –XnBE a XpBE y la segunda zona de agotamiento que corresponde a la unión p-n base-colector que se encuentra entre –XpBC a XnBC

Figura 1. Estructura del transistor de unión bipolar npn

Los modelos matemáticos para calcular longitudes de las zonas de agotamiento son los siguientes:

Ecuacion1. Modelos para calcular las zonas de agotamiento

Donde:

NB: densidad de contaminantes aceptores

NE: densidad de contaminantes donadores

NC: densidad de contaminantes donadores

: permitividad del material semiconductor

Vo: Barrera de potencial o escalón de potencial

VT: Voltaje térmico

q: carga del electrón

ni: Concentración de portadores intrínseco

Las corrientes internas del transistor npn BJT polarizado para operar en el modo activo, como se muestra en la figura 2, la unión base-emisor es polarizada directamente por el voltaje VBE, en el emisor la corriente de electrones debido a la polarización es mayor que la corriente de huecos (la corriente de electrones en el emisor es la que se dirigen hacia el colector y una pequeña parte hacia la base y la de huecos de la base las que se dirigen de arriba hacia abajo y hacia el emisor) porque el emisor en un BJT esta mas altamente doapado que la base. Los electrones libres del emisor se difunden hacia la región p de la base, justamente como la hace un diodo polarizado directamente. Como ya se menciono debido a que la base no esta muy dopada es muy estrecha, por lo cual tiene un número muy limitado de huecos. Así solo un pequeño porcentaje de los electrones que fluyen atreves de la unión base-emisor puede recambiarse con un hueco disponible como se observa en la figura la flecha que va hacia arriba (Irb).

Los electrones que no se recombinaron que provienen del emisor se difunden hasta la zona de agotamiento de la unión base-colector. Una vez en esta región son atraídos por el campo eléctrico de la zona de agotamiento de la unión base-colector que esta polarizada inversamente. La cantidad de corriente de colector depende directamente de la corriente de base y es esencialmente independiente del voltaje de cd del colector.

Figura 2. Corrientes en un transistor BJT npn en modo activo

En la figura 3 se muestra los diagramas de bandas de un transistor BJT npn, se observan los dos escalones de potencial que hay debido a la ineteraccion entre la region n-p que es de base-colector y la p-n que es de de base-colector, como se ve en la figura como el electrón que empieza en el emisor se va difundiendo hacia la base y

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