TRANSISTOR BJT

¿QUÉ ES?

            Es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite aumentar la corriente y disminuir el voltaje, además de controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante baja.

SIMBOLOGIA

Representación simbolica del transistor BJT

        Fue inventado en diciembre de 1947 en la Bell Telephone Company por John Bardeen y Walter Houser Brattain bajo la dirección de William Shockley, cuya primera patente solicitaron los dos primeros nombrados, el 17 de junio de 1948,1 a la cual siguieron otras patentes acerca de aplicaciones de este dispositivo.2 3 4 El transistor bipolar de unión, inventado por Shockley en 1948,5 fue durante tres décadas el dispositivo favorito en el diseño de circuitos discretos e integrados. Hoy en día, el uso de los BJTs ha declinado en favor de la tecnología CMOS para el diseño de circuitos digitales integrados.

Replica del primer transistor de punto de contacto, hoy en un museo de la actual Lucent Technologies

CARACTERÍSTICAS

·   Los transistores de potencia bipolares son del orden de los W.

·  Mientras menos sea el tiempo de conmutación, más rápido funciona.

·  El orden de frecuencia de los transistores bipolares es de KHz o MHz..

· Disipación total del dispositivo (Pc): Es la potencia que se pierde al pasar el dispositivo, generalmente por medio de la generación de calor en el componente.

·Tensión colector-base (Ucb): Voltaje que circula entre las dos puertas del transistor (Colector - Base)

·Tensión colector-emisor (Uce): Voltaje que circula entre las dos puertas del transistor (Colector - Emisor)

· Tensión emisor-base (Ueb): Voltaje que circula entre las dos puertas del transistor (Emisor - Base)

·   Corriente del colector DC máxima (Ic): Intensidad máxima que circula por el colector.

· Corriente colector-base (Icb): Intensidad que circula entre las dos puertas del transistor (Colector - Base)

·  Corriente colector-emisor (Ice): Intensidad que circula entre las dos puertas del transistor (Colector - Emisor)

·  Corriente emisor-base (Ieb): Intensidad que circula entre las dos puertas del transistor (Emisor - Base)

·   Temperatura operativa máxima (Tj), °C: Temperatura límite de uso del transistor.

VENTAJAS

1. Los BJT tienen como ventaja que es posible sacarles una mayor ganancia, a diferencia de los FET y MOSFET, que con iguales configuraciones (por ejemplo, emisor común) poseen una menor ganancia

2. Su uso es más directo (solo con la hoja de datos ya podemos sacar las tensiones mínimas, de saturación)

3. No se dañan tanto por la electricidad estática como los FET

4. Son más lineales que los FET

5. Reducidas pérdidas en conducción.

DESVENTAJAS

1. Tienen un consumo importante en la polarización, ya que estos transistores funcionan a partir de corriente.

2. Su respuesta en frecuencia tiende a ser peor que en los MOS

3. Impedancia de entrada baja

4. Generan un nivel de ruido mayor que los FET

5. Son menos estables con la temperatura

6. Mas difíciles de fabricar

ESTRUCTURA DE UN TRANSISTOR BJT

        Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones:

Emisor: que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.

Base: la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.

Colector: de extensión mucho mayor.

La técnica de fabricación más común es la deposición epitaxial. En su funcionamiento normal, la unión base-emisor está polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, porque es muy angosta, hay poca recombinación de portadores, y la mayoría pasa al colector. El transistor posee tres estados de operación: estado de corte, estado de saturación y estado de actividad.

TIPOS DE TRANSISTORES

Transistores NPN

Es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación.

Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector.

La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.

Transistores PNP

El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.

Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector.

La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.

Para un mejor entendimiento, se puede imaginar interiormente el transistor bipolar como se muestra en la figura, se ve que entre la base y el emisor hay un diodo, lo mismo entre la base y el colector hay otro diodo, el transistor bipolar tiene 3 zonas diferentes en los cuales puede operar,  los cuales se conoces como región activa, región de corte y región de saturación.

Para que opere en la región de saturación, el diodo base emisor tiene que estar polarizado en forma directa y el diodo base colector también tendrá que estar polarizado en forma directa. Para que opere en la región de corte, el diodo base emisor tiene que estar polarizado en forma inversa y el  diodo base colector también tendrá que estar polarizado también forma inversa

Para que opere en la región de activa, el diodo base emisor tiene que estar polarizado en forma directa y el diodo base colector tendrá que estar polarizado en forma inversa; cuando el transistor bipolar se prepara para que opere en la región activa, se cumple que la corriente que ingrese por la base IB va a controlar la cantidad de corriente que circulará por el colector IC, este control es en forma lineal, se cumple una relación matemática a la cual se le llama ganancia del transistor y se le simboliza con β, esto es β=IC/IB, este valor en la hoja de datos se le encuentra como hFE.

En un transistor bipolar siempre se va cumplir, que si se encuentra operando en la región de saturación o en la región activa, la tensión que existirá entre la base y el emisor VBE=0,7V ya que el diodo existente entre la base y el emisor está polarizado en forma directa.

APLICACIONES

•     Amplificación de diferentes tipos (radio, instrumentación, televisión)

•     Función como fototransistores ( Detección de radiación luminosa)

•     Generar señales (generador de ondas, emisión de radiofrecuencia, osciladores)

• Actuar como conductores (conmutar). Control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos