Transistores bipolares PNP y NPN

Ya hemos estudiado el principio de funcionamiento de los transistores bipolares PNP y NPN, sin embargo debemos ahora repasar algunas de sus propiedades, las cuales son muy diferentes a las de los transistores de efecto de campo, comunmente conocidos como FETs.

El transistor bipolar, el cual está compuesto por 3 capas de material semiconductor, lo podemos comparar con una válvula mecánica para controlar líquidos, por ejemplo, la del lavamanos de la casa, pero a la que le hemos hecho una ligera modificación en la palanca de abertura, la cual ha sido cambiada por una pequeña rueda pelton ( rueda bordeada de cucharones ) que la hace girar cuando recibe el impulso de una corriente de agua: A partir de este momento el flujo principal entre la entrada y salida de corriente de la válvula(entre emisor y colector del transistor) puede ser fácilmente manejado con un pequeño chorro de corriente aplicado a las paletas del mecanismo rotgatorio de apertura)corriente de polarización de base del transistor)

Ahora imaginemos a una persona regando el jardín de su casa con una manguera, a la cual le puede graduar la salida del agua con la llave, esto lo podemos relacionar con el funcionamiento del transistor bipolar. Sin embargo, también se puede controlar el chorro de otra forma: Oprimiendo la manguera hasta cerrar la salida de agua, tal situación se puede comparar con el principio de funcionamiento de un transistor FET, el cual controla el paso de corriente entre el terminal surtidor(source) y el terminal drenador(drain) mediante un campo electrostático aplicado a un electrodo circular envolvente, terminal compuerta(gate), el cual se expande o contrae proporcionalmente al voltaje aplicado, para ensanchar o reducir el conducto imaginario que se forma en el material semiconductor empleado como canal central del cilindro metálico o semiconductor de la compuerta de control. Las muchas o pocas cargas negativas se dispersan por el n&uoacute;cleo en una distribución, que rechazan el paso de las cargas eléctricas de igual signo que conforman la corriente principal entre el surtidor y el drenaje, por el principio de que cargas eléctricas iguales se repelen, y forzando la corriente a circular sólo por el centro del n&uoacute;cleo semiconductor, el cual como se puede deducir es de solamente un tipo de material semiconductor n o p, este factor de por si diferencia en cierta medida a un FET de un transistor bipolar.

Por lo que, un FET ( Field-effect transistor ), es un dispositivo amplificador en el cual los portadores de corriente(electrones) son inyectados a un terminal( surtidor, source ) y pasan a otro( drenaje ) a través de un canal semiconductor cuya resistividad depende de una región de estrangulamiento(depletion region) motivada por la acción repelente del campo eléctrico conectado al terminal de control(Compuerta, gate). La region de estrangulamiento(campo de fuerza de los portadores minoritarios) se produce al rodear el canal con un material semiconductor de conductividad opuesta y polarizando inversamente la juntura PN resultante, mediante el terminal gate.

La profundidad de la región de estrangulamiento depende de la magnitud de la polarización inversa. como en la polarización inversa es mínima la corriente circulante por la juntura, el dispositivo se comporta como una válvula al vacío.

Un FET se parece en varias cosas a una válvula amplificadora. La válvula(Ya no se usan en equipos electrónicos), tiene alta impedancia de entrada(necesita señales con muy poca corriente), similar a la de un FET. los transistores bipolares tienen baja impedancia de entrada(la señal de control opera en base a su corriente, sin importar mayormente sus variaciones de tensión). La ganancia de las válvulas se mide en micromhos(Gm). La ganancia de un transistor se mide en beta, y la de un FET en micromhos, tal como en las válvulas.

Zonas de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET):

• ZONA ÓHMICA o LINEAL: En esta zona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente del valor de VGS. Un parámetro que aporta el fabricante es la resistencia que presenta el dispositivo para VDS=0 (rds on), y distintos valores de VGS.

• ZONA DE SATURACIÓN: En esta zona es donde el transistor amplifica y se comporta como una fuente de corriente gobernada por VGS

3. ZONA DE CORTE: La intensidad de drenador es nula (ID=0).

A diferencia del transistor BJT, los terminales drenador y surtidor del FET pueden intercambiar sus papeles sin que se altere apreciablemente la característica V-I (se trata de un dispositivo simétrico).

La operación de un FET de CANAL P es complementaria a la de un FET de CANAL N, lo que sigmifica que todos los voltajes y corrientes son de sentido contrario.

Entre las principales aplicaciones de este dispositivo podemos destacar:

APLICACIÓN PRINCIPAL VENTAJA USOS

Aislador o separador (buffer) Impedancia de entrada alta y de salida baja Uso general, equipo de medida, receptores

Amplificador de RF Bajo ruido Sintonizadores de FM, equipo para comunicaciones

Mezclador Baja distorsión de intermodulación Receptores de FM y TV,equipos para comunicaciones

Amplificador con CAG Facilidad para controlar ganancia Receptores, generadores de señales

Amplificador cascodo Baja capacidad de entrada Instrumentos de medición, equipos de prueba

Troceador Ausencia de deriva Amplificadores de cc, sistemas de control de dirección

Resistor variable por voltaje Se controla por voltaje Amplificadores operacionales, órganos electrónicos, controlas de tono

Amplificador de baja frecuencia Capacidad pequeña de acoplamiento Audífonos para sordera, transductores inductivos

Oscilador Mínima variación de frecuencia Generadores de frecuencia patrón, receptores

Circuito MOS digital Pequeño tamaño Integración en gran escala, computadores, memorias

Siempre nos va a interesar estar en la región de saturación, para que la única variable que me controle la cantidad de corriente que pase por el drenador sea la tensión de puerta.

Ecuación de Shockley:

ID=IDSS(1-VGS/Vp)2

Donde:

• Vp es la tensión de puerta que produce el corte en el transistor FET.

• IDSS es la corriente máxima de drenador que circula por el transistor, al aumentar VDS, cuando la polarización de la puerta es VSG= 0 vol

PARAMETROS DEL FET

La corriente de sumidero Id es función tanto de la tensión de sumidero Vds como de la puerta Vgs. Como la unión está polarizada inversamente, suponemos que la corriente de puerta es nula, con lo que podemos escribir:

Ig = 0 e Id = ƒ(Vds, Vgs)

En la zona de estricción (saturación) en que las características son casi rectas (en el gráfico, son horizontales, pero en realidad tienen una pendiente positiva) podemos escribir la respuesta del transistor para pequeños incrementos de Vds y Vgs en esta forma

El parámetro rd se llama resistencia diferencial del sumidero del FET, y es la inversa de la pendiente de la curva. Que como en el gráfico, dicha pendiente es cero (en la realidad, como he dicho antes existe algo de pendiente), entonces la rd es infinita (muy grande).

El parámetro gm se le denomina conductancia mutua o transconductancia, y es igual a la separación vertical entre las características que corresponden a diferencias de valor de Vgs de 1 voltio.

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