Transitor BJT

“Transistores de unión bipolar”

Electrónica Analógica

1.1. Historia de los transistores de unión bipolar

El bulbo fue el dispositivo electrónico más interesante y usado durante el periodo de 1904 a 1947, el cual fue introducido por J. A. Fleming. Tiempo después, en 1906, Lee De Forest le añadió un tercer elemento llamado rejilla de control, dando como resultado el triodo, el cual fue el primer amplificador de su género. Con el paso de los años, la radio y la televisión estimularon en gran medida la industria de los bulbos generando un importante aumento en la producción de estos.

A principios de 1930, el tubo de vacío generó gran importancia en la industria de los tubos electrónicos al vacío, convirtiendo a esta industria en una de las más importantes, logrando muchos avances en poco tiempo en el diseño, aplicaciones de alta potencia y alta frecuencia, etc.

El 23 de diciembre de 1947, Walter H. Brattain y Joseph Bardeen demostraron la acción amplificadora del primer transistor en la compañía Bell Telephone Laboratories. Las ventajas de este nuevo dispositivo de estado sólido de tres terminales respecto al bulbo se manifestaron de inmediato: era más pequeño y ligero, no presentaba calentamiento ni disipación de calor, era resistente y más eficaz dado que consumía menos potencia y era posible utilizar voltajes de operación más bajos.

Sin embargo, no fue hasta el año 1951, donde William Schockley invento el primer transistor de unión, un dispositivo semiconductor que permite amplificar señales electrónicas tales como señales de radio y de televisión.

1.2. Construcción de transistores de unión bipolar

El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas que consiste en dos capas de material tipo n y una de tipo p, o bien, de dos capas de material tipo p y una tipo n. Al primero se le llama transistor npn, en tanto que al segundo transistor pnp. Cada una de las zonas se denomina:

Emisor.- Es una región muy dopada. Cuanto más dopaje, mayor cantidad de portadores podrá aportar a la corriente.

Base.- Esta región es muy estrecha y poco dopada, para que tenga lugar poca recombinación y la mayor parte de la corriente que proviene del emisor pase al colector.

Colector.- Esta región está menos dopada que el emisor pero es la más grande en cuanto a tamaño.

La característica eléctrica principal es la conducción de corriente de emisor a colector, controlando desde la base el paso de esta intensidad.

1.3. Operación de los transistores de unión bipolar

Utilizando un transistor NPN podemos deducir lo siguiente:

- La unión Base-Emisor polarizada en directa mayor a cero, “conduce”.

- La unión Base-Colector polarizada en inversa menor a cero, “No conduce”.

El emisor fuertemente dopado “genera” portadores mayoritarios que entran en la base. Estos portadores se verán atraídos por el potencial del colector respecto de la base. Además la base esta débilmente dopada y es muy estrecha, por lo tanto tiene mayor dificultad de circulación de intensidad.

En función de las tensiones que se aplican a cada una de las tres terminales de transistor bipolar podemos conseguir que éste entre en una región u otra de funcionamiento; esto quiere decir que los valores de las corrientes y tensiones en el transistor cumplen con relaciones determinadas.

La región activa directa es la región más usual en la que operan los transistores bipolares de circuitos analógicos lineales. En esta región existen cuatro zonas de operación definidas por el estado de las uniones del transistor, estas son: región de saturación, región lineal, región de corte y región de ruptura. A continuación se describe las características del transistor en estos modos de operación considerando el transistor NPN únicamente; esto es similar si es aplicado a transistores PNP.

• Región activa lineal

En la región activa lineal, la unión emisor-base está directamente polarizada y la unión base-colector inversamente polarizada; el voltaje de base a emisor está comprendido entre 0.4 V y 0.8 V (con un valor típico de 0.7 V) y el voltaje de base a colector es mayor a 100mV.

• Región de corte

En la región de corte las uniones de emisor y colector están polarizadas en inversa; el voltaje de base a emisor y el voltaje de base a colector tienen tensiones inferiores a 100mV.

Estas corrientes son extremadamente bajas y pueden ser despreciadas; a efectos prácticos se puede considerar al transistor como si no existiera. Sin embargo, en muchos circuitos resulta interesante establecer cuando se dan las condiciones de conducción de un transistor, es decir, fijar la frontera entre la región de corte y lineal. Esta frontera no es clara y el transistor pasa de una región a otra de una manera gradual. Es decir, el transistor está en la región lineal cuando tiene corrientes significativas en sus terminales y está en corte cuando esas corrientes son muy bajas. Normalmente, se asigna un Voltaje Base-Emisor umbral (VBEγ ) a partir de la cual las corrientes tienen un valor suficientemente alto; este VBEγ suele estar comprendido entre 0.4 y 0.5 V.

• Región de saturación

En la región de saturación las uniones de emisor y colector están polarizadas en directa; el Voltaje Base-Emisor y el Voltaje Base-Colector tienen tensiones superiores 100mV.

La caída de tensión entre el colector y emisor es muy baja debido a que ambas uniones pn se encuentran directamente polarizadas.

Los valores típicos del Voltaje Colector-Emisor (saturación) están próximos a 0.1 o 0.2 V y el Voltaje Base-Emisor (saturación) es ligeramente superior a la de la región lineal (aproximadamente 0.8 V). El Voltaje Colector-Emisor (saturación) está comprendido entre 70mV y 200mV, y por ello, en muchos circuitos se considera prácticamente 0 V. En esta región el transistor se comporta de una manera no lineal.

• Región de ruptura

Las tensiones máximas que pueden soportar las uniones pn inversamente polarizadas se denominan tensiones de ruptura. Cuando se alcanza estas tensiones existe peligro de ruptura del transistor debido a dos fenómenos: ruptura por avalancha y ruptura por perforación. El fabricante proporciona dos tensiones máximas (VCEO, VCES) que limitan de alguna manera las tensiones máximas de polarización en continua los transistores.

La VCEO define la tensión máxima entre el colector y emisor, estando la base en circuito abierto, antes de que se produzca fenómenos de multiplicación de avalancha que incrementa exponencialmente la ICO a través de la unión de colector. La VCES define la tensión máxima del colector, estando la base en cortocircuitada al emisor, antes de que la anchura de la región de transición alcance el emisor perforando la región de base.

• Zona inversa

En la región inversa los terminales colector y emisor se intercambian, es decir, el emisor hace la función de colector y viceversa. El efecto más importante es la disminución de la ganancia en corriente en continua que pasa a tener valores altos en la región directa lineal a valores bajos en la región inversa lineal.

1.4. Bibliografía

Electrónica – Segunda Edición, Autor Hambley Allan R.

Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos – 8va Edición, Autores R.L. Boylestad, L. Nashelsky.

Electrónica Básica para Ingenieros – Primer Edición, Autor Gustavo A. Ruiz Robredo.

Principios de Electrónica – Sexta Edición, Autor Albert Paul Malvino, Mc Graw Hill.

1.5. Referencias

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar

http://electronica-analogica.wikispaces.com/file/view/APUNTES_E.doc.pdf

http://www.slideshare.net/OthonielHernandezOvando/31-construccin-de-transistor-bjt

http://www.slideshare.net/inyectorjames/tema-3transistoresdeunionbipolarbjt

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