Elementos Discretos - Transistor PDF

Elementos discretos  Transistor. 19 El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas que consta de dos capas de material tipo n y una de material tipo p o de dos capas de material tipo p y una de material tipo n. El primero se llama transistor npn y el segundo transi...

Elementos discretos  Transistor. 19 El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas que consta de dos capas de material tipo n y una de material tipo p o de dos capas de material tipo p y una de material tipo n. El primero se llama transistor npn y el segundo transistor pnp que permite aumentar la corriente y disminuir el voltaje, además de controlar el paso de la corriente a través de sus terminales.  Polarización en un transistor PNP Un transistor PNP se polariza como muestra la figura. Nota que la unión emisor-base está directamente polarizada mientras que la unión base-colector está polarizada inversamente. Esto es igual que para el transistor NPN solo que las baterías están invertidas como era de esperarse.  Elementos discretos 20  Corrientes en un transistor. La operación de transistor es de la siguiente manera: La operación del transistor de unión bipolar se basa en el control de corriente que fluye a través de las diferentes regiones. Hay dos tipos de transistores bipolares: NPN y PNP. La descripción que seguirá es para un transistor NPN, aunque el principio de funcionamiento es similar en ambos tipos. Cuando se aplica una corriente al terminal del emisor, se inyectan portadores de carga (electrones) desde la región de tipo N hacia la región de tipo P. Estos electrones son emitidos por el emisor hacia la base. La base es una región estrecha y, normalmente, se polariza en directa (voltaje positivo en la base con respecto al emisor) para permitir el flujo de corriente de los electrones inyectados hacia la base. La clave para comprender la operación del transistor bipolar es el control de corriente a través de la base. La corriente que fluye de la base al emisor se llama corriente de base (𝐼𝑏 ). Cuando se aplica una corriente de base, solo una pequeña fracción de los electrones inyectados desde el emisor se combina con los huecos en la base, mientras que la mayoría de los electrones continúan hacia el colector. El colector está polarizado en inversa (voltaje negativo en el colector con respecto al emisor) para permitir que los electrones que alcanzan el colector sean recogidos como corriente de colector (𝐼𝑐 ). La corriente de colector es mucho mayor que la corriente de base, lo que resulta en una amplificación de corriente. En resumen, la corriente de base controla la corriente de colector, lo que permite al transistor actuar como un amplificador de corriente. Pequeñas variaciones en la corriente de base pueden resultar en grandes cambios proporcionales en la corriente de colector. Además de la amplificación de corriente, los transistores bipolares también se utilizan en aplicaciones de conmutación, donde se pueden encender o apagar mediante cambios en la corriente de base. Es importante mencionar que esta descripción simplificada de la operación de un transistor de unión bipolar proporciona una idea general de su funcionamiento. En la práctica, hay muchos otros aspectos y características a considerar, como las regiones de depleción, los voltajes de polarización, los parámetros de ganancia, entre otros.  Elementos discretos 21  Corrientes en un transistor. Continuación…. Con lo cual, en relación a las leyes de Kirchhoff, y con la explicación anterior, podemos relacionar las corrientes dentro de un transistor, como: IE = IB + IC  Relación α (alfa) de corrientes Una característica importante de cualquier transistor es su relación α (alfa). Este valor es el cociente entre la corriente de colector y la de emisor, es decir entre las corrientes de salida y entrada. Como α compara la intensidad de salida contra la de la entrada, se trata de una especie de medida de la ganancia del transistor. Esta relación suele estar comprendida entre 0.95 y 0.99. En ciertos análisis, este valor resulta extremadamente útil para determinar el comportamiento del circuito transistorizado que nos interese.  Relación β (beta) de corrientes Esta relación define la capacidad de un circuito transistorizado para controlar una alta corriente de salida (IC ) , con una pequeña corriente de entrada (IB ). Entre más alto sea este valor, el circuito será más apto como dispositivo amplificador.  Elementos discretos  Control por corrientes. 22 De los valores que estamos viendo como importantes en un circuito transistorizado (corrientes de emisor, base y colector), se ha hecho costumbre decir que el transistor bipolar (o BJT) es un dispositivo controlado por corrientes. Ya hemos aprendido que la unión emisor-base de los transistores, deberá se polarizada directamente, mientras que la unión base-colector deberá ser polarizada inversamente. Sin embargo, un transistor puede conectarse en tres formas diferentes al resto del circuito, respetando de cualquier forma el orden de polarización. A cada una de estas tres formas de conexión, se les llama configuraciones. Las tres configuraciones En cada tipo de conexión o configuración, una de las tres terminales del transistor se emplea como referencia para las otras dos, que entonces constituyen la entrada y la salida del circuito. Estos tres arreglos o configuraciones se conocen como de: Emisor común Base común Colector común  Parámetros operativos de consideración de un transistor. 1. Relación de corrientes α = IC /IE. 2. Ganancia de corriente β = IC /IB. 3. Frecuencia de corte α o β es la frecuencia en la que la ganancia del circuito transistorizado cae al 70.7% de la ganancia del transistor en baja frecuencia. 4. Corriente de pérdida colector-base (ICBO ): es la magnitud de la corriente de colector que continúa fluyendo, aunque IB sea cero. Esta corriente es indeseable y se debe a los portadores minoritarios presentes en el colector. 5. Corriente de pérdida colector-emisor (ICEO ): es la magnitud de la corriente de colector que continúa fluyendo, aunque IE sea cero. Esta corriente es indeseable y se debe a los portadores minoritarios presentes en el colector.  Elementos discretos 23  Valores máximos de operación de los transistores 1. Voltaje de ruptura de colector: El valor de polarización inversa colector-base que producirá un súbdito incremento de la corriente colector-base. 2. Voltaje de ruptura de emisor: El valor de polarización inversa aplicada a la unión emisor-base que producirá un súbito aumento de la corriente de emisor. 3. Corrientes máximas de colector y de emisor: Si estos valores se excedieran, el transistor sería dañado permanentemente. 4. Disipación máxima de colector: Se refiere a la potencia en watts máxima que puede soportar el colector de un transistor sin dañarse. Esta potencia suele especificarse para una temperatura ambiente de 25ºC. 5. Rangos de temperatura: Se refiere a los límites de temperatura en la que el transistor puede operar correctamente. Por ejemplo, un transistor típico de silicio puede hacerlo entre 65° y 200° C. 6. Producto ganancia-ancho de banda (fT ): Es la frecuencia en la que la ganancia de corriente del transistor es igual a 1. Se trata de la máxima frecuencia operativa para un transistor dado. El producto ganancia de corriente – ancho de banda es constante, así que, si disminuye la frecuencia de la señal aplicada al circuito, aumenta su ganancia y viceversa.