Transistor bipolar de union

TRANSISTOR (TBJ)

Introducción

Las diferentes tecnologías aplicadas en la construcción de transistores, básicamente, son:

1. Bipolar de unión (TBJ)
2. Efecto de campo

De unión (JFET)

De metal óxido semiconductor (MOSFET)

1. Bipolar de compuerta aislada (IGBT)

Transistor Bipolar de Unión (TBJ)

Un diodo se construye uniendo en una sola placa de Si un semiconductor tipo n con uno tipo p, como se muestra en la Figura 1.

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Figura 1. Diodo sin polarizar                         Figura 2. Tipos de transistores a) pnp; b) npn

Construcción del transistor

El transistor se construye uniendo dos capas de semiconductor  n con una tercera capa tipo p en medio de ellas (transistor npn); o bien dos capas tipo p con una tipo n entre ellas (transistor pnp), como se ve en la Figura 2.

En ambos tipos de transistor al emisor e se le aplican más impurezas que al colector c, pero ambas son del mismo ancho. A la tercera capa intercalada entre emisor y colector, conocida como base b, se le aplican mucho menos impurezas y es de un ancho mucho menor al de las otras dos capas.  Con este bajo nivel de impurezas la base tiene un número muy bajo de portadores de carga “libres” y por lo tanto presenta un bajo nivel de conductividad.

Operación del transistor

En la Figura 3 se muestra la forma típica de polarización de un transistor,  la unión b-e polarizada directamente y la unión b-c se polariza inversamente.

Al polarizar directamente la unión b-e la región de agotamiento se reduce y da lugar a un flujo considerable de portadores mayoritarios del emisor a la base.

Al polarizar inversamente la unión b-c se incrementa la región de agotamiento y se presenta un flujo de portadores minoritarios de la base al colector.

Debido a las dimensiones reducidas de la base y la baja cantidad de impurezas que en ella se depositan, la corriente entre base y emisor es muy baja, quedando una gran cantidad de portadores mayoritarios disponibles para circular desde el emisor hasta el colector atraídos por el potencial que se le aplica.

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1. b-e en polarización directa                        b)  b-c en polarización inversa

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1. Presentación con ambas uniones polarizadas

Figura 3.  Polarización típica del transistor

Al aplicar la Ley de corrientes de Kirchhoff al transistor de la Figura 3c, como si se tratara de un nodo se obtiene:

IE = IC + IB

Esto es, la corriente de emisor está formada por la corriente que se va hacia la base y la corriente que se va al colector.  A su vez la corriente de colector esta formada por la corriente de portadores mayoritarios provenientes del emisor y los portadores minoritarios que provienen de la base,

IC = IC MAYORITARIOS + ICO MINORITARIOS

En magnitud, IC es del orden de los mA e ICO es del orden de micro o nano ampers.

ICO al igual que IS para los diodos en polarización inversa, es sensible a la temperatura y se debe analizar con cuidado cuando se diseña para intervalos amplios de temperatura; de otra forma, se puede afectar de forma importante la estabilidad de un sistema al variar la temperatura de operación.

Formas de conectar el transistor para su operación

A las formas de conectar el transistor  para su operación se les conoce como configuración.

1. base común,
2. emisor común y
3. colector común.

En cada caso la terminal común es parte tanto del circuito de entrada como del circuito de salida del transistor.

Configuración Base Común

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Figura 4. Configuración base común del transistor pnp

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Figura 5. Configuración base común del transistor npn

Observe que la flecha en el símbolo del transistor indica la dirección convencional de la corriente.

Curvas Características del transistor

Para describir el comportamiento de un dispositivo de tres terminales como es el caso del transistor, se utilizan las curvas características de entrada y salida.

Las de entrada relacionan la corriente de entrada (IE) con el voltaje de entrada (VBE) para distintos niveles del voltaje de salida (VCB).

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Figura 6. Curvas características de entrada de la configuración base común

El conjunto de salida relaciona la corriente de salida (IC) con el voltaje de salida (VCB) para distintos niveles de corriente de entrada, como se muestra en las Figuras 6 y  7.

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Figura 7. a) Curvas características de salida de la configuración base común;

b) Transistor npn en base común

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