El transistor de unión bipolar (BJT) como conmutador

Transistores de unión bipolar (También conocido como BJT) se puede utilizar como amplificador, filtro, rectificador, oscilador o incluso como interruptor, que cubrimos un ejemplo en la primera sección. El transistor funcionará como amplificador u otro circuito lineal si el transistor está polarizado en la región lineal. El transistor se puede utilizar como interruptor si está polarizado en las regiones de saturación y corte. Esto permite que la corriente fluya (o no) en otras partes de un circuito.

Debido a que la corriente de colector de un transistor está limitada proporcionalmente por su corriente de base, se puede usar como una especie de interruptor controlado por corriente. Un flujo relativamente pequeño de electrones enviado a través de la base del transistor tiene la capacidad de ejercer control sobre un flujo mucho mayor de electrones a través del colector.

Uso de un BJT como interruptor:un ejemplo

Supongamos que tuviéramos una lámpara que quisiéramos encender y apagar con un interruptor. Tal circuito sería extremadamente simple, como en la siguiente figura (a).

Por el bien de la ilustración, insertemos un transistor en lugar del interruptor para mostrar cómo puede controlar el flujo de electrones a través de la lámpara. Recuerde que la corriente controlada a través de un transistor debe ir entre el colector y el emisor.

Dado que es la corriente a través de la lámpara la que queremos controlar, debemos posicionar el colector y emisor de nuestro transistor donde estaban los dos contactos del interruptor. También debemos asegurarnos de que la corriente de la lámpara se mueva contra la dirección del símbolo de la flecha del emisor para garantizar que la polarización de la unión del transistor sea correcta, como se muestra en la siguiente figura (b).

(a) interruptor mecánico, (b) interruptor de transistor NPN, (c) interruptor de transistor PNP.

También se podría haber elegido un transistor PNP para el trabajo. Su aplicación se muestra en la figura anterior (c).

La elección entre NPN y PNP es realmente arbitraria. Todo lo que importa es que se mantengan las direcciones de corriente adecuadas en aras de la polarización de la unión correcta (el flujo de electrones va en contra la flecha del símbolo del transistor).

En las figuras anteriores, la base de cualquiera de los BJT no está conectada a un voltaje adecuado y no fluye corriente a través de la base. En consecuencia, el transistor no se puede encender. Quizás, lo más simple sería conectar un interruptor entre la base y los cables colectores del transistor como se muestra en la figura (a) a continuación.

Transistor:(a) corte, lámpara apagada; (b) saturado, lámpara encendida.

Transistores de corte frente a saturados

Si el interruptor está abierto como en la figura (a), el cable base del transistor quedará “flotando” (no conectado a nada) y no habrá corriente a través de él. En este estado, se dice que el transistor está cortado .

Si el interruptor está cerrado como en la figura (b), la corriente podrá fluir desde la base al emisor del transistor a través del interruptor. Esta corriente base permitirá un flujo de corriente mucho mayor desde el colector al emisor, iluminando así la lámpara. En este estado de máxima corriente de circuito, se dice que el transistor está saturado .

Por supuesto, puede parecer inútil utilizar un transistor con esta capacidad para controlar la lámpara. Un interruptor regular bastará para la función en lugar de un transistor.

¿Por qué utilizar un transistor para controlar la corriente?

Aquí se pueden señalar dos puntos. Primero está el hecho de que cuando se usa de esta manera, los contactos del interruptor solo necesitan manejar la poca corriente de base necesaria para encender el transistor; el transistor mismo maneja la mayor parte de la corriente de la lámpara. Esto puede ser una ventaja importante si el interruptor tiene una clasificación de corriente baja:se puede usar un interruptor pequeño para controlar una carga de corriente relativamente alta.

Más importante aún, el comportamiento de control de corriente del transistor nos permite usar algo completamente diferente para encender o apagar la lámpara. Considere la figura a continuación, donde un par de células solares proporciona 1 V para superar el voltaje de emisor de base de 0,7 V del transistor para causar un flujo de corriente de base, que a su vez controla la lámpara.

La celda solar sirve como sensor de luz.

O bien, podríamos usar un termopar (muchos conectados en serie) para proporcionar la corriente base necesaria para encender el transistor en la figura siguiente.

Un solo termopar proporciona menos de 40 mV. Muchos en serie podrían producir más del transistor de 0,7 V V _BE para causar un flujo de corriente de base y la consiguiente corriente de colector a la lámpara.

Incluso un micrófono (ver la figura a continuación) con suficiente voltaje y corriente (de un amplificador) de salida podría encender el transistor, siempre que su salida se rectifique de CA a CC para que la unión PN de la base del emisor dentro del transistor siempre esté hacia adelante. sesgado:

La señal del micrófono amplificado se rectifica a CC para polarizar la base del transistor y proporcionar una corriente de colector más grande.

El punto debería ser bastante evidente a estas alturas. Se puede usar cualquier fuente suficiente de corriente continua para encender el transistor, y esa fuente de corriente solo necesita ser una fracción de la corriente necesaria para energizar la lámpara.

Aquí vemos el transistor funcionando no solo como un interruptor, sino como un amplificador t rue:usando una señal de potencia relativamente baja para controlar una cantidad de potencia relativamente grande. Tenga en cuenta que la energía real para encender la lámpara proviene de la batería a la derecha del esquema. No es como si la pequeña corriente de señal de la celda solar, el termopar o el micrófono se transformara mágicamente en una mayor cantidad de energía. Más bien, esas pequeñas fuentes de energía simplemente controlan la energía de la batería para encender la lámpara.

The BJT as Switch REVIEW:

• Los transistores se pueden utilizar como elementos de conmutación para controlar la alimentación de CC a una carga. La corriente conmutada (controlada) va entre el emisor y el colector; la corriente de control va entre el emisor y la base.
• Cuando un transistor tiene corriente cero a través de él, se dice que está en un estado de corte (totalmente no conductor).
• Cuando un transistor tiene una corriente máxima a través de él, se dice que está en un estado de saturación (totalmente conductora).

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de transistores de unión bipolar como conmutadores