Introducción a los transistores de unión bipolar (BJT)

La invención del transistor bipolar en 1948 marcó el comienzo de una revolución en la electrónica. Las hazañas técnicas que antes requerían tubos de vacío relativamente grandes, mecánicamente frágiles y hambrientos de energía, de repente se pudieron lograr con pequeñas partículas de silicio cristalino, mecánicamente resistentes y ahorradoras de energía. Esta revolución hizo posible el diseño y la fabricación de dispositivos electrónicos ligeros y económicos que ahora damos por sentado. Comprender cómo funcionan los transistores es de suma importancia para cualquier persona interesada en comprender la electrónica moderna.

La función y las aplicaciones de los transistores de unión bipolar

Mi intención aquí es centrarme lo más exclusivamente posible en la función práctica y la aplicación de los transistores bipolares, en lugar de explorar el mundo cuántico de la teoría de semiconductores. En mi opinión, es mejor dejar las discusiones sobre huecos y electrones para otro capítulo. Aquí quiero explorar cómo usar estos componentes, no analizan sus íntimos detalles internos. No pretendo restar importancia a la comprensión de la física de los semiconductores, pero a veces un enfoque intenso en la física del estado sólido impide comprender las funciones de estos dispositivos a nivel de componentes. Sin embargo, al adoptar este enfoque, asumo que el lector posee un conocimiento mínimo de semiconductores:la diferencia entre semiconductores dopados "P" y "N", las características funcionales de una unión PN (diodo) y el significado de los términos "Con sesgo inverso" y "sesgado hacia adelante". Si estos conceptos no le resultan claros, es mejor consultar los capítulos anteriores de este libro antes de continuar con este.

Capas BJT

Un transistor bipolar consta de un "sándwich" de tres capas de materiales semiconductores dopados (extrínsecos), (ayc) ya sea P-N-P o N-P-N (byc). Cada capa que forma el transistor tiene un nombre específico y cada capa está provista de un contacto de cable para su conexión a un circuito. Los símbolos esquemáticos se muestran en la figura (a) y (c).

Transistor BJT:(a) símbolo esquemático PNP, (b) diseño (c) símbolo esquemático NPN, (d) diseño.

La diferencia funcional entre un transistor PNP y un transistor NPN es la polarización adecuada de las uniones durante el funcionamiento.

Los transistores bipolares funcionan como reguladores de corriente controlados por corriente . En otras palabras, los transistores restringen la cantidad de corriente que pasa de acuerdo con una corriente de control más pequeña. La corriente principal controlada va de colector a emisor, o de emisor a colector, según el tipo de transistor que sea (NPN o PNP, respectivamente). La pequeña corriente que controla la corriente principal va de base a emisor, o de emisor a base, una vez más dependiendo del tipo de transistor que sea (NPN o PNP, respectivamente). De acuerdo con los estándares de simbología de semiconductores, la flecha siempre apunta en la dirección del flujo de corriente.

La dirección de la corriente pequeña que controla y la corriente grande controlada para (a) un transistor PNP y (b) un transistor NPN.

Los transistores bipolares contienen dos tipos de material semiconductor

Los transistores bipolares se llaman bi polar porque el flujo principal de corriente a través de ellos tiene lugar en dos tipos de material semiconductor:P y N, ya que la corriente principal pasa del emisor al colector (o viceversa). En otras palabras, dos tipos de portadores de carga, electrones y huecos, comprenden esta corriente principal a través del transistor.

Como puede ver, el control actual y el controlado la corriente siempre se acopla a través del cable emisor y sus corrientes fluyen en la dirección de la flecha del transistor. Esta es la primera y más importante regla en el uso de transistores:todas las corrientes deben ir en las direcciones adecuadas para que el dispositivo funcione como regulador de corriente. La corriente pequeña y controladora generalmente se denomina simplemente corriente base porque es la única corriente que pasa por el cable base del transistor. Por el contrario, la corriente grande y controlada se denomina corriente de colector porque es la única corriente que pasa por el cable colector. La corriente del emisor es la suma de las corrientes base y colectora, de acuerdo con la Ley de Corrientes de Kirchhoff.

Ninguna corriente a través de la base del transistor apaga el transistor como un interruptor abierto y evita que la corriente atraviese el colector. Una corriente de base enciende el transistor como un interruptor cerrado y permite una cantidad proporcional de corriente a través del colector. La corriente del colector está limitada principalmente por la corriente base, independientemente de la cantidad de voltaje disponible para impulsarla. La siguiente sección explorará con más detalle el uso de transistores bipolares como elementos de conmutación.

REVISAR:

• Los transistores bipolares se denominan así porque la corriente controlada debe pasar por dos tipos de material semiconductor:P y N. La corriente consta de flujo de electrones y huecos, en diferentes partes del transistor.
• Los transistores bipolares constan de una estructura "sándwich" de semiconductores P-N-P o N-P-N.
• Las tres derivaciones de un transistor bipolar se denominan Emisor , Base y recopilador .
• Los transistores funcionan como reguladores de corriente al permitir que una pequeña corriente controle una corriente mayor. La cantidad de corriente permitida entre el colector y el emisor está determinada principalmente por la cantidad de corriente que se mueve entre la base y el emisor.
• Para que un transistor funcione correctamente como regulador de corriente, la corriente de control (base) y las corrientes controladas (colector) deben ir en las direcciones adecuadas:engranando aditivamente en el emisor y yendo en la dirección del emisor símbolo de flecha.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de la teoría del transistor de unión bipolar (BJT)