Transistor de unión bipolar

Los transistores bipolares son los transistores más conocidos y se usan generalmente en electrónica analógica aunque también en algunas aplicaciones de electrónica digital, como la tecnología TTL o BiCMOS.

En su funcionamiento normal, la unión base-emisor está polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa.

Cada región del semiconductor está conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B) o colector (C), según corresponda.

El colector rodea la región del emisor, haciendo casi imposible para los electrones inyectados en la región de la base escapar de ser colectados, lo que hace que el valor resultante de α se acerque mucho hacia la unidad, y por eso, otorgarle al transistor una gran β.

Esto significa que intercambiando el colector y el emisor hacen que el transistor deje de funcionar en modo activo y comience a funcionar en modo inverso.

Debido a que la estructura interna del transistor está usualmente optimizada para funcionar en modo activo, intercambiar el colector con el emisor hacen que los valores de α y β en modo inverso sean mucho más pequeños que los que se podrían obtener en modo activo; muchas veces el valor de α en modo inverso es menor a 0.5.

La unión colector-base está polarizada en inversa durante la operación normal.

Este efecto puede ser utilizado para amplificar la tensión o corriente de entrada.

Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del ánodo compartida.

En un transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la unión base-emisor, el equilibrio entre los portadores generados térmicamente y el campo eléctrico repelente de la región agotada se desbalancea, permitiendo a los electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base.

Esto es debido a la relación tensión-corriente de la unión base-emisor, la cual es la curva tensión-corriente exponencial usual de una unión PN (es decir, un diodo).

Algunos circuitos pueden ser diseñados asumiendo que la tensión base-emisor es aproximadamente constante, y que la corriente de colector es β veces la corriente de la base.

El alto dopaje de la región del emisor y el bajo dopaje de la región de la base pueden causar que muchos más electrones sean inyectados desde el emisor hacia la base que huecos desde la base hacia el emisor.

Esta tasa usualmente tiene un valor cercano a la unidad; que oscila entre 0.98 y 0.998.

En el caso del transistor PNP ocurre lo mismo pero sustituyendo huecos por electrones, ya que la corriente electrónica en el transistor tipo PNP va de colector a emisor.

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.

En el ejemplo particular mostrado en la imagen, hay un transistor del tipo NPN cuyo punto funcionamiento Q (de la expresión inglesa Quiescent Point, punto estático) en corriente continua es desconocido.

Hallar el punto Q consiste en calcular la corriente que atraviesa el colector del dispositivo (IC) y la tensión colector-emisor (VCE).

La corriente que atraviesa la base (IB), con referencia al diagrama se calcula así:

Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.

La relación entre la corriente colector-emisor con la base-emisor es llamada ganancia, β o hFE.

Otras ecuaciones son usadas para describir las tres corrientes en cualquier región del transistor están expresadas más abajo.

A veces se le llama también el modelo de Giacoletto ya que fue introducido por L.J.

El modelo puede ser bastante preciso para circuitos de baja frecuencia y puede ser fácilmente adaptado a circuitos de alta frecuencia al agregarle al modelo las capacitancias interelectródicas y otros elementos parásitos que pueden tener los transistores.

Este modelo es un circuito equivalente a un transistor de unión bipolar y permite un fácil análisis del comportamiento del circuito, y puede ser usado para desarrollar modelos más exactos.

Como se muestra, el término "x" en el modelo representa el terminal del BJT dependiendo de la topología usada.

Para el modo emisor-común los varios símbolos de la imagen toman los valores específicos de: Y los parámetros h están dados por: Como se ve, los parámetros h tienen subíndices en minúscula y por ende representan que las condiciones de análisis del circuito son con corrientes alternas.

Para condiciones de corriente continua estos subíndices son expresados en mayúsculas.

Para análisis de señales de altas frecuencias este modelo no es utilizado debido a que ignora las capacitancias entre electrodos que entran en juego a altas frecuencias.