Fundamentos del Transistor BJT: Ganancia β y Zonas de Operación

Ganancia en un Amplificador con Transistor

La ganancia es una medida fundamental de la capacidad de amplificación que tiene un transistor. Este parámetro está determinado por el fabricante.

Tipos de Ganancia

Existen principalmente tres tipos de ganancia:

• Ganancia de tensión
• Ganancia de corriente
• Ganancia de potencia

La más utilizada comúnmente es la ganancia de corriente, que se designa con la letra griega β (beta).

El valor de β para los transistores bipolares (BJT) suele estar en el rango de 100 a 300. Por ejemplo, para el transistor 2N222, un valor típico de β podría ser 200.

Este factor β representa la relación entre la corriente de colector (Ic) y la corriente de base (Ib):

β = Ic / Ib = 200 (para el ejemplo del 2N222)

β es un dato propio y característico de cada transistor.

Relación entre Corrientes del Transistor

Entonces:

• Ic (Corriente de Colector): Es la corriente que pasa por la patilla del colector (o sea, que entra en un NPN). Es igual a beta (β, el factor de amplificación) multiplicada por la corriente de base (Ib).
  Ic = β * Ib
• Ib (Corriente de Base): Es la corriente que pasa por la patilla de la base.
• Ie (Corriente de Emisor): Es la corriente que pasa por la patilla del emisor. Su valor es muy cercano al de Ic, pero estrictamente es la suma de Ic e Ib (Ie = Ic + Ib). La dirección del flujo (entrada o salida del terminal) depende de si el transistor es NPN o PNP.

Curvas Características

Al variar la tensión de entrada de un transistor, se alteran las tres corrientes principales: Ie, Ic e Ib. Ocurre lo mismo al variar la tensión de salida. Como ya sabemos, según la configuración empleada (emisor común, base común, colector común), las tensiones de entrada y de salida específicas varían.

Es así como existen las "curvas características de salida" para cada configuración, las cuales grafican típicamente Ic versus la tensión colector-emisor (Vce) para distintos valores fijos de Ib.

Zonas de Trabajo de un Transistor BJT

Un transistor bipolar puede operar en distintas zonas o regiones, dependiendo de las tensiones y corrientes aplicadas:

1. Zona Activa o Lineal

   Se ubica en la región intermedia del gráfico de las curvas características. Se dice que es lineal o activa porque las variaciones de Ib son proporcionales a las variaciones de Ic. Es la zona utilizada para amplificar señales, ya que, idealmente, la señal no se distorsiona.

2. Zona de Corte

   En esta zona, la corriente de base (Ib) es de 0 µA (o muy cercana a cero). En consecuencia, el transistor no conduce corriente apreciable entre colector y emisor (Ic ≈ 0). Se dice que el transistor no conduce (actúa como un interruptor abierto).

3. Zona de Saturación

   En esta región, la corriente de colector (Ic) es máxima y está limitada principalmente por el circuito externo, no por la corriente de base. Aunque se aumente Ib, Ic ya no aumenta proporcionalmente (o no aumenta en absoluto). El transistor conduce la corriente máxima posible en el circuito (actúa como un interruptor cerrado).

4. Zona de Ruptura (Avalancha)

   Si se exceden las tensiones máximas especificadas por el fabricante (como Vce máxima), la potencia disipada en el transistor puede sobrepasar la potencia calorífica que es capaz de disipar, y el transistor puede destruirse.

Modos de Operación según Polarización de Uniones

El modo de operación de un transistor BJT también se puede definir según la polarización (directa o inversa) de sus dos uniones PN (unión base-emisor y unión base-colector):