Comprobación del medidor de un transistor (BJT)

Los transistores bipolares están construidos con un "sándwich" de semiconductores de tres capas, ya sea PNP o NPN. Como tal, los transistores se registran como dos diodos conectados uno al lado del otro cuando se prueban con la función de "resistencia" o "verificación de diodos" de un multímetro, como se ilustra en la figura siguiente. Las lecturas de baja resistencia en la base con los cables negros negativos (-) corresponden a un material tipo N en la base de un transistor PNP. En el símbolo, el material de tipo N está "apuntado" por la flecha de la unión base-emisor, que es la base para este ejemplo. El emisor de tipo P corresponde al otro extremo de la flecha de la unión base-emisor, el emisor. El colector es muy similar al emisor y también es un material tipo P de la unión PN.

Verificación del medidor de transistor PNP:(a) avance B-E, B-C, la resistencia es baja; (b) inversa B-E, B-C, la resistencia es ∞.

Aquí estoy asumiendo el uso de un multímetro con una única función de rango de continuidad (resistencia) para verificar las uniones PN. Algunos multímetros están equipados con dos funciones de verificación de continuidad independientes:resistencia y "verificación de diodos", cada una con su propio propósito. Si su medidor tiene una función de "verificación de diodos" designada, utilícela en lugar del rango de "resistencia", y el medidor mostrará el voltaje directo real de la unión PN y no solo si conduce o no corriente.

Las lecturas del medidor serán exactamente lo contrario, por supuesto, para un transistor NPN, con ambas uniones PN orientadas hacia el otro lado. Las lecturas de baja resistencia con el cable rojo (+) en la base son la condición "opuesta" para el transistor NPN.

Si en esta prueba se usa un multímetro con una función de "verificación de diodos", se encontrará que la unión emisor-base posee una caída de voltaje directa ligeramente mayor que la unión colector-base. Esta diferencia de voltaje directo se debe a la disparidad en la concentración de dopaje entre las regiones emisor y colector del transistor:el emisor es una pieza de material semiconductor mucho más dopado que el colector, lo que hace que su unión con la base produzca un voltaje directo más alto. soltar.

Sabiendo esto, es posible determinar qué cable es cuál en un transistor sin marcar. Esto es importante porque el empaquetado de transistores, desafortunadamente, no está estandarizado. Todos los transistores bipolares tienen tres cables, por supuesto, pero las posiciones de los tres cables en el paquete físico real no están dispuestas en ningún orden universal y estandarizado.

Suponga que un técnico encuentra un transistor bipolar y procede a medir la continuidad con un multímetro configurado en el modo de "verificación de diodos". Midiendo entre pares de cables y registrando los valores mostrados por el medidor, el técnico obtiene los datos en la Figura siguiente.

• Medidor tocando el cable 1 (+) y 2 (-):"OL"
• Medidor tocando el cable 1 (-) y 2 (+):"OL"
• Medidor en contacto con los cables 1 (+) y 3 (-):0,655 V
• Medidor tocando el cable 1 (-) y 3 (+):"OL"
• Medidor en contacto con los cables 2 (+) y 3 (-):0,621 V <
• Medidor tocando el cable 2 (-) y 3 (+):"OL"

Transistor bipolar desconocido. ¿Qué terminales son emisor, base y colector? Lecturas de Ω-metro entre terminales.

Las únicas combinaciones de puntos de prueba que dan lecturas conductoras del medidor son los cables 1 y 3 (cable de prueba rojo en 1 y cable de prueba negro en 3) y cables 2 y 3 (cable de prueba rojo en 2 y cable de prueba negro en 3). Estas dos lecturas deben indican polarización directa de la unión del emisor a la base (0,655 voltios) y la unión del colector a la base (0,621 voltios).

Ahora buscamos el cable común a ambos conjuntos de lecturas conductoras. Debe ser la conexión de base del transistor porque la base es la única capa del dispositivo de tres capas común a ambos conjuntos de uniones PN (emisor-base y colector-base). En este ejemplo, ese cable es el número 3, siendo común a las combinaciones de puntos de prueba 1-3 y 2-3. En ambos conjuntos de lecturas del medidor, el negro El cable de prueba (-) del medidor estaba tocando el cable 3, lo que nos dice que la base de este transistor está hecha de material semiconductor tipo N (negro =negativo). Por lo tanto, el transistor es un PNP con una base en el cable 3, un emisor en el cable 1 y un colector en el cable 2 como se describe en la Figura siguiente.

• E y C alto R:1 (+) y 2 (-):"OL"
• C y E alto R:1 (-) y 2 (+):"OL"
• E y B hacia adelante:1 (+) y 3 (-):0,655 V
• E y B al revés:1 (-) y 3 (+):"OL"
• C y B hacia adelante:2 (+) y 3 (-):0,621 V
• C y B al revés:2 (-) y 3 (+):"OL"

Terminales BJT identificados por Ω-metro.

Tenga en cuenta que el cable base en este ejemplo no el cable intermedio del transistor, como cabría esperar del modelo "sándwich" de tres capas de un transistor bipolar. Este es el caso con bastante frecuencia y tiende a confundir a los nuevos estudiantes de electrónica. La única forma de estar seguro de cuál es el cable es mediante la verificación del medidor o haciendo referencia a la documentación de la "hoja de datos" del fabricante sobre ese número de pieza en particular del transistor.

Saber que un transistor bipolar se comporta como dos diodos adosados ​​cuando se prueba con un medidor de conductividad es útil para identificar un transistor desconocido simplemente por las lecturas del medidor. También es útil para una verificación funcional rápida del transistor. Si el técnico fuera a medir la continuidad en más de dos o menos de dos de las seis combinaciones de cables de prueba, sabría inmediatamente que el transistor estaba defectuoso (o que no un transistor bipolar, sino algo más, ¡una posibilidad distinta si no se puede hacer referencia a ningún número de pieza para una identificación segura!). Sin embargo, el modelo de "dos diodos" del transistor no explica cómo o por qué actúa como un dispositivo amplificador.

Para ilustrar mejor esto, examinemos uno de los circuitos del interruptor de transistor usando el diagrama físico en la figura siguiente en lugar del símbolo esquemático para representar el transistor. De esta manera, las dos uniones PN serán más fáciles de ver.

Una pequeña corriente de base que fluye en la unión base-emisor con polarización directa permite un gran flujo de corriente a través de la unión base-colector con polarización inversa.

Una flecha diagonal de color gris muestra la dirección del flujo de corriente a través de la unión emisor-base. Esta parte tiene sentido ya que la corriente fluye desde la base de tipo P al emisor de tipo N:la unión está obviamente polarizada hacia adelante. Sin embargo, la unión base-colector es otra cuestión. Observe cómo la flecha gruesa de color gris apunta en la dirección del flujo de corriente (hacia abajo) desde el colector hasta la base. Con la base de material tipo P y el colector de material tipo N. La base y el colector están en la polarización inversa que se opone al flujo de corriente. Sin embargo, un transistor saturado muestra muy poca oposición al flujo de corriente, desde el colector hasta el emisor, como lo demuestra la iluminación de la lámpara.

Claramente, entonces, algo está sucediendo aquí que desafía el modelo explicativo simple de "dos diodos" del transistor bipolar. Cuando estaba aprendiendo por primera vez sobre el funcionamiento de los transistores, traté de construir mi propio transistor a partir de dos diodos consecutivos, como se muestra en la Figura siguiente.

¡Un par de diodos adosados ​​no actúan como un transistor y la corriente no puede fluir a través de la lámpara!

En un transistor, la polarización inversa de la unión base-colector evita la corriente del colector cuando el transistor está en modo de corte (es decir, cuando no hay corriente base). Si la unión base-emisor está polarizada hacia adelante por la señal de control, la acción de bloqueo normal de la unión base-colector se anula y se permite la corriente a través del colector, a pesar del hecho de que la corriente va en "sentido contrario" a través de ese PN unión. Esta acción depende de la física cuántica de las uniones de semiconductores y solo puede tener lugar cuando las dos uniones están adecuadamente espaciadas y las concentraciones de dopaje de las tres capas están debidamente proporcionadas. Dos diodos conectados en serie no cumplen con estos criterios; el diodo superior nunca puede "encenderse" cuando tiene polarización inversa, sin importar cuánta corriente pase por el diodo inferior en el circuito del cable base. Consulte Transistores de unión bipolar, Capítulo 2 para obtener más detalles.

Que las concentraciones de dopaje juegan un papel crucial en las capacidades especiales del transistor se evidencia aún más por el hecho de que el colector y el emisor no son intercambiables. Si el transistor se ve simplemente como dos uniones PN consecutivas, o simplemente como un sándwich simple de materiales N-P-N o P-N-P, puede parecer que cualquiera de los extremos del transistor podría servir como colector o emisor. Esto, sin embargo, no es cierto. Si se conecta "al revés" en un circuito, una corriente de colector de base no podrá controlar la corriente entre el colector y el emisor. A pesar del hecho de que las capas de emisor y colector de un transistor bipolar son del mismo tipo de dopaje (ya sea N o P), el colector y el emisor definitivamente no son idénticos.

La unión base-emisor permite la corriente porque tiene polarización directa, mientras que la unión base-colector tiene polarización inversa. La acción de la corriente de base se puede considerar como "abrir una puerta" para la corriente a través del colector. Más específicamente, cualquier cantidad dada de corriente de base a emisor permite una cantidad limitada de corriente de base a colector.

En la siguiente sección, se investigará con más detalle esta limitación de corriente del transistor.

REVISAR:

• Probado con un multímetro en los modos de "resistencia" o "verificación de diodos", un transistor se comporta como dos uniones PN (diodo) consecutivas.
• La unión PN de la base del emisor tiene una caída de voltaje directo ligeramente mayor que la unión PN de la base del colector, debido al dopado más pesado de la capa semiconductora del emisor.
• La unión base-colector con polarización inversa normalmente bloquea cualquier corriente que pase a través del transistor entre el emisor y el colector. Sin embargo, esa unión comienza a conducir si la corriente pasa a través del cable base. Se puede pensar en la corriente base como "abrir una puerta" para una cierta cantidad limitada de corriente a través del colector.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

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