TRANSISTORES BIPOLARES

DE JUNTURA (BJT)

Ing. Raúl Rojas Reátegui

El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia

de transferencia").

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de

amplificador, oscilador, conmutador o rectificador, etc.

Es considerado uno de los mejores inventos del siglo XX, permitió el desarrollo de

la electrónica y de sus múltiples aplicaciones, ya que este superó ampliamente las

dificultades que presentaban sus antecesores, las válvulas.

Historia del Transistor

Uno de los mayores inconvenientes de las

válvulas, era su alto consumo de

energía. Esto era causado porque calientan

eléctricamente un filamento (cátodo) para

que emita electrones que luego son atraídos

por el electrodo (ánodo) estableciéndose así

una corriente eléctrica. Luego, por medio de

un pequeño voltaje (frenador), aplicado entre

una grilla y el cátodo, se logra el efecto

amplificador, controlando el valor de la

corriente, de mayor intensidad, entre cátodo y

ánodo.

Los transistores, desarrollados en 1947 por los físicos Shockley, Bardeen y

Brattain, resolvieron todos estos inconvenientes y abrieron el camino,

mismo que, junto con otras invenciones –como la de los circuitos integrados–

potenciarían el desarrollo de las computadoras. Y todo a bajos voltajes, sin

necesidad de disipar energía (como era el caso del filamento), en dimensiones

reducidas y sin partes móviles o incandescentes que pudieran romperse.

Los materiales empleados para su fabricación son: Germanio, Silicio. Estos

tienen la propiedad de acelerarse grandemente el movimiento de los electrones

por medio de una corriente eléctrica.

El tamaño y peso de los transistores es bastante menor que los tubos de vacío.

En cuanto a su estructura, se encuentran formados por tres elementos:

Emisor: Emite los portadores de corriente,(huecos o electrones). Su labor

es la equivalente al cátodo en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas.

Base: Controla el flujo de los portadores de corriente. Su labor es la

equivalente a la rejilla cátodo en los tubos de vacío o "lámparas"

electrónicas.

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS

Colector: Capta los portadores de corriente emitidos por el emisor. Su

labor es la equivalente a la placa en los tubos de vacío o "lámparas"

electrónicas.

Posee amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación).

Sirve como generador de señal (osciladores, generadores de ondas,

emisión de radiofrecuencia)

Permite la conmutación, actuando como interruptores (control de relés,

fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas).

Es detector de radiación luminosa (fototransistores).

El consumo de energía es sensiblemente bajo.

BJT de transistor bipolar de unión (del ingles, Bipolar Junción Transistor).

Son aquellos que utilizan la corriente como elemento de control para obtener la

señal y su comportamiento como dispositivo conmutador.

Estos solo funcionan cuando están en polarización directa (se dice que están en

saturación) y en polarización inversa no funcionan (se dice que están en corte). A

base de estos se construyen los circuitos integrados y otros tipos de transistores.

El término bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participan

en el proceso de inyección hacia el material polarizado de forma opuesta.

No es simétrico: la concentración de portadores en E es generalmente bastante

mayor que en C

TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNTURA (BJT)

Pueden ser de dos tipos:

La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de

aceptadores o "huecos" (cargas positivas).

La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN,

donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las

otras dos al emisor y al colector.

Dos de los tres terminales actúan como terminales de entrada (control).

Dos de los tres terminales actúan como terminales de salida. Un terminal es

común a entrada y salida.

Su diferencia entre un transistor NPN y PNP, radica en la dirección del flujo de la

corriente, en la base, colector y emisor que se muestra en ambos gráficos

La potencia consumida en la entrada es menor que la controlada en la

salida.

La tensión entre los terminales de entrada determina el comportamiento

eléctrico de la salida.

La salida se comporta como:

Fuente de corriente controlada (zona lineal o activa).

Corto circuito (saturación).

Circuito abierto (corte).

Corriente en cada terminal: IC, IB , IE

Diferencias potencial entre terminales: VBE, VBC , VCE

Dos ecuaciones de comportamiento

Ecuaciones comportamiento: análisis experimental

Simplificando: punto operación del transistor Q(IB, IC, VBE, VCE)

Magnitudes y curvas

Curvas características: dos

IB g(VBE , VCE )

• VCE poca influencia. Se simplifica.

IB

VBE

IB

VBE

IB g(VBE)

IC f (VCE , IB)

0

2

4

6

8

10

12

mA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V

IB100 mA

IB 80 mA

IB 60 mA

IB 40 mA

IB 20 mA

IC

VCE

• Dibujando esa recta sobre el mismo plano que la curva (IB ,VBE)

• Obtenemos punto de operación de entrada: (IBQ ,VBEQ)

IB

VBE

• Circuito de salida

RECTA DE CARGA de salida

+C

E

"ca rga" de l

circuito de

salida

–

IC

VCC

RC

VCE

VCC RCIC VCE

IC VCC

RC

1

RC

VCE

• Dibujando esa recta sobre el mismo plano que la curva (IC ,VCE)

• Obtenemos punto de operación de salida

• Con ambos puntos, tenemos el punto de operación del transistor

IB5

IB4

IB3

IB2

IB1

IC

VCE

=IBQ

1β

/TBC UV

R

S eI

TBCTBE UVUV

S eeI//

EI

CI

BI

BEV

BCV

1β

/TBE UV

F

S eI

1β

1β

// TBCTBE UV

R

SUV

F

SB e

Ie

II

TBCTBETBC UVUV

S

UV

R

SC eeIe

II

///1

β

Modelo circuital

genérico

Modelo de Ebers-Moll

ZAD,BEV

Transistor BJT

TBE UV

F

SB e

II

/

β

BFC II β

BFE II )1β(

1β

/TBC UV

R

S eI

TBCTBE UVUV

S eeI//

EI

CI

BI

BEV

BCV

1β

/TBE UV

F

S eI

BF Iβ

EI

CI

BI

BEV

BCV

F

SI

β

BF Iβ

EI

CI

BI

ZAD,BEV

BCV

Modelos circuitales simplificados

ZAD: VBE > 0, VBC < 0

XX

X

ZAI,BCV

Transistor BJT

TBC UV

R

SB e

II

/

β

BRE II β

BRC II )1β(

1β

/TBC UV

R

S eI

TBCTBE UVUV

S eeI//

EI

CI

BI

BEV

BCV

1β

/TBE UV

F

S eI

BRIβ

EI

CI

BI

BEV

BCV

R

SI

β

BRIβ

EI

CI

BI

BEV

ZAI,BCV

ZAD,ZAI, BEBC VV

FR ββ

Modelos circuitales simplificados

ZAI: VBE < 0, VBC > 0

XX

X

TBC UV

R

S eI /

β

TBCTBE UVUV

S eeI//

EI

CI

BI

BEV

BCV

TBE UV

F

S eI /

β

Transistor BJT

1β

/TBC UV

R

S eI

TBCTBE UVUV

S eeI//

EI

CI

BI

BEV

BCV

1β

/TBE UV

F

S eI

satCE,V

EI

CI

BI

sat,BEV

BCV

ZAD,sat, BEBE VV

sat,CEV

Modelos circuitales simplificados

Saturación: VBE > 0, VBC > 0

X

X

Transistor BJT

1β

/TBC UV

R

S eI

TBCTBE UVUV

S eeI//

EI

CI

BI

BEV

BCV

1β

/TBE UV

F

S eI

EI

CI

BI

BEV

BCV

Modos de operación

Modelos circuitales simplificados

Corte: VBE < 0, VBC < 0

X

X

X X

Estados del transistor

Polarización de las uniones

Estado Base emisor Base colector

Activo directo Directa (vBE > Vg) Inversa (vBC < Vg)

Transistor inverso Inversa (vBE < Vg) Directa (vBC > Vg)

Cortado Inversa (vBE < Vg) Inversa (vBC < Vg)

Saturado Directa (vBE > Vg) Directa (vBC > Vg)

Los estados del transistor se pueden resumir en la siguiente tabla:

Dicho de otra manera

Modo Unión E-B Unión C-B

Corte Inverso Inverso

Activo Directo Inverso

Saturación Directo Directo

ZAD

SATURACIÓNDIRECTA

ZAISATURACIÓN

INVERSA

CORTE

CORTE

Resumen

IC 0, IE 0

y IB 0-IC a·IE y -IB (1-a)·IE

-IC -b·IB y IE -(1+b)·IB

VCB < 0

Zona Activa

IE

-IB

-IC

-

+VCB

P

P N

VEB

R

V1

Zona de Corte

IE

-IB

-IC

-

+VCB

P

P N

VBE

R

V1IE

-IB

-IC

-

+VCB

P

P N

VEB

R

V1

Zona de Saturación

VCB > 0 (VCE 0)

-IC V1/R

Circuitos Equivalen del transistores

ATE-UO Trans 04

Vs

is+

-

Vs=0

is

is=0

+

-Vs

Vs

is

+

-=

Zona Activa

Zona de

Saturación Vs

is

+

-=

Zona de

Corte Vs

is

+

-=

Configuraciones del BJT

Esta configuración se utiliza para propósitos de acoplamiento de impedancias.

Pues tiene alta impedancia de entrada y baja de salida, al contrario de las

otras dos configuraciones.

Para todos los propósitos prácticos las características de salida de esta

configuración son las mismas que se usan para EMISOR común.

Encapsulado de transistores

ATE-UO Trans 74

Encapsulado

TO-220

MJE13008 (NPN)

IRF840 (MOSFET, N)

BDX53C (Darlington)

Encapsulado

TO-126 (SOT-32)

BD135 (NPN)

BD136 (PNP)

Encapsulado

TO-92

BC548 (NPN)

BC558 (PNP)

Encapsulado

TO-3

2N3055 (NPN)

BU326 (NPN)

Antiguo transistor PNP de

aleación

E C

B

N-

P

P+

Forma real de los transistores

ATE-UO Trans 75

Transistor NPN plano de

doble difusión

N+

N+

N

P-

EB

C

SiO2

P+

P+

P

N-

EB

C

Resistencia de base

ATE-UO Trans 76

Parte que realmente actúa

como transistor

Existe una resistencia

relativamente alta al estar

la base poco dopada. La

llamamos RB.

B’

CE

IE IC

IB

+ -VEB

- +VCB

IF IR

aR·IR aF·IF

BRBModelo de Ebers-Moll modificado