Fundamentos de Transistores BJT, MOSFET e IGBT: Funcionamiento y Aplicaciones

1. Polarización del BJT

La polarización de un transistor BJT consiste en fijar el punto de trabajo Q cuando no existe señal de entrada. Este punto determina la corriente y el voltaje de operación del transistor. El objetivo es obtener una señal de salida simétrica y estable.

Datos importantes del BJT

IC es la corriente de colector, IB la corriente de base e IE la corriente de emisor. El voltaje VBE tiene un valor aproximado de 0.7 V. La ganancia de corriente se representa con hFE o beta.

Relación de corrientes

IE = IC + IB

2. Tipos de Polarización

Los métodos más usados son:

• Polarización fija
• Polarización en emisor
• Polarización por divisor de voltaje
• Realimentación de colector
• Realimentación colector-emisor

3. Emisor Común

En esta configuración, el emisor se conecta a tierra. La señal entra por la base y la salida se obtiene en el colector. Esta configuración amplifica tanto voltaje como corriente.

4. MOSFET

Los MOSFET soportan altas tensiones y tienen gran velocidad de conmutación. Se utilizan mucho en aplicaciones de potencia y alta frecuencia.

Fuente Común

La fuente se conecta a tierra y la señal entra por la compuerta. Funciona principalmente como interruptor.

Puerta Común

La compuerta se conecta a tierra y la señal entra por la fuente. Se utiliza principalmente para amplificación.

5. IGBT

El IGBT combina las ventajas de los BJT y MOSFET. Tiene pocas pérdidas de conducción y, además, se controla por voltaje.

Terminales del IGBT

Los terminales son colector, emisor y compuerta.

Tipos de IGBT

• PT (Punch Through): mayor velocidad de apagado.
• NPT (Non Punch Through): mejor capacidad de bloqueo inverso.

6. Operación del IGBT

• Bloqueo inverso: la juntura J1 impide la conducción.
• Bloqueo directo: si VGE es menor que VGE(th), no conduce.
• Conducción: si VGE supera VGE(th), el IGBT conduce.
• Apagado: ocurre cuando baja el voltaje de compuerta.

7. Riesgos del IGBT

Existe un SCR parásito que puede dejar al dispositivo en conducción permanente, causando daños al circuito.

8. Protección

El circuito debe limitar la corriente ICE para que sea menor o igual a ICRM.

9. Especificaciones importantes

• VCES: tensión máxima directa.
• VRCES: tensión máxima inversa.
• VGES: tensión máxima compuerta-emisor.
• IC: corriente continua máxima.
• ICRM: corriente pulsante máxima.

10. Capacitancias

Las capacitancias principales son CGE, CGC, Ciss, Coss y Crss.

11. Tiempos de Conmutación

• td(on): retardo de encendido.
• tr: tiempo de subida.
• td(off): retardo de apagado.
• tf: caída de corriente.

12. Comparación Final

• BJT: controlado por corriente.
• MOSFET: controlado por voltaje.
• IGBT: mezcla de MOSFET y BJT.
• MOSFET: conmuta más rápido.
• IGBT: soporta más potencia con menos pérdidas.

Resumen Rápido para Memorizar

• VBE ≈ 0.7 V
• BJT → controlado por corriente
• MOSFET → controlado por voltaje
• IGBT = combinación de MOSFET + BJT
• VGE(th) = voltaje mínimo para conducir
• PT = rápido
• NPT = mejor bloqueo inverso
• Emisor común amplifica voltaje y corriente