Transistores Bipolares BJT
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Transistores bipolares(BJT)
Es un dispositivo electronico
Su estructura interna la forman 3 cristales dopados
Por tanto en su interior existen dos junturas o uniones P-N
Se denominan bipolar, ya que funciona en base a dos portadores de corriente "Huecos" y "Electrones".
Un Transistor bipolar presenta tres terminales denominados:
Emisor: Emite los portadores Mayoritarios
Base: Soporta los dos cristales "Emisor" y "Colector" ademas controla el paso de los portadores mayoritarios.
Colector: Recolecta los portadores mayoritarios que emite el emisor.
Para los bipolares tenemos dos tipos de transistores:
P-N-P N-P-N
Cada cristal del transistor presenta distinto dopado, es decir:
Emisor: Altamente dopado
Base: Debilmente o pequeñamente dopada
Colector: Medianamente dopado.
El transistor para que funcione, se debe polarizar las dos uniones o junturas.
1° Juntura o union(emisor-base)(J1) debe polarizarse en forma directa, es decir cristal (P) positivo, Cristal (N) Negativo.
Esto es para generar la emision de portadores mayoritarios.
A esta union emisor-base, tambien se le denomina diodo de emisor.
2°Juntura o Union(Colector-Base)(J2) se debe polarizar siempre en forma inversa, es decir positivo al cristal (N) y negativo al cristal (P). Esto para recolectar o atraer los portadores que el emisor emite (mayoritarios). A esta union o juntura Colector-Base se le denomina diodo de colector.
Para el caso del transistor N-P-N, los portadores mayoritarios emitidos, son electrones, portando el colector debe tener un potencial alto positivo, para recolectar.
Para el caso del transistor P-N-P, Los portadores mayoritarios emitidos, son huecos, por tanto el colector debe tener un potencial alto negativo para recolectar.
El transistor presenta en forma general, tres corrientes:
Corriente de Emisor (IE)
Corriente de Colector (IC)
Corriente de Base (IB)
IE ≈ IC
IE Y IC >> IB
En el transistor se cumple: IE=IC+IB
La diferencia entre los dos transistores es el tipo de portador mayoritarios.
-Al analizar un transistor correctamente polarizado se presetan en dos mallas electricas o dos circuitos cerrados:
Malla de Emisor
Malla de Colector
Por tanto las ecuaciones de malla son:
Malla de Emisor: Vee=(Ie•Re)+Veb
Malla de Colector: Vcc=(Ic•Rc)+Vcb
Configuracion Base-Comun
Analisis:
Para esta configuracion tenemos la entrada entre emisor y Base, por tanto los parametros electricos de entrada son: IE-VEB-RE.
La salida del transistor esta entre "Colector y Base", por tanto los parametros electricos de salida son: IC-VCB-RC
Calculo de Ie
Calculo de Ic
Calculo de Ib
Calculo de Vcb
Calculo de la tension Vec
Calculo de la potencia disipada por el transistor
Si se disminuye la Re que sucede con Ie, Ic, Vcb y P:
Analisis: Al disminuir (Re), aumenta la corriente del colector, esto implica que la tension de salida del transistor (Vcb) disminuye y por ende el transistor disipa menos potencia. La corriente de base aumenta en muy poca proporcion.
Resumiendo, el transistor bipolar se controla por corriente y no por tension.
Esta configuracion base comun, se utiliza muy poco, ya que no presenta ganancia de corriente, es decir la corriente de salida es un poco menor que la corriente de entrada.
Esta configuracion presenta solo ganancia de tension o voltaje, es decir la tension de salida es mayor que la tension de entrada.
Configuracion Emisor comun
El emisor es comun para la entrada y salida.
La polarizacion del transistor no cambia es decir continua con:
Juntura Emisor-Base (Directa)
Juntura Colector-Base (Inversa)
Las Ecuaciones y parametros electricos de entrada y salida cambian.
Entrada
La entrada se toma entre Base y Emisor. Los parametros electricos de entrada del transistor son: Ib, Veb, Rb.
La Ecuacion de malla de entrada: Vbb=(Ib•Rb)+Veb
Salida
La salida se toma entre "Colector y Emisor". Los parametros electricos de salida del transistor son: Ic, Vce, Rc.
La Ecuacion de malla salida: Vcc=(Ic•Rc)+Vce
Relacion entre corriente de salida y entrada:
*(Ganancia de Corriente)
al relacionar la corriente de colector con la corriente de base se genera un parametro denominado ganancia de corriente, el cual ahora se codifica como Beta (β) o (Hfe) parametro hibrido. Esta ganancia de corriente, es mucho mayor que la unidad, es decir:
Existe en el transistor una cuarta corriente, denominada IcBo, corriente generada por la polarizacion inversa entre colector y base formada por portadores minoritarios, la cual depende de la temperatura. Esta corriente IcBo, es parte de la corriente de base y es parte de la corriente de colector. para la corriente de colector se suma y se amplifica, lo cual da lugar a:
La corriente (IcBo) en transistores bipolares, fluctua entre los 3μA a 10μA aproximadamente como valor nominal.
Autopolarizacion del Transistor
Un transistor se encuentra autopolarizado cuando utiliza una fuente comun para ambar mallas y deriva o divide tension para polarizar las dos junturas o uniones que presenta esta division de tension la realiza con resistencias.
La resistencia Rb es un divisor de tension en base y debe presentar un valor alto de orden de los Kilo Ω.
Circuito Autopolarizado
El factror de estabilidad para esta autopolarizacion esta dada por: S=β+1
Ecuaciones de las Mallas:
Malla de entrada: (Base-Emisor) 
Malla de Salida: (Colector-Emisor)
Ecuacion de corriente de colector es valido en toda la configuracion Emisor-Comun
Se debe recordar que el transistor se controla por corriente, y en este caso tenemos, la corriente Ib controla la corriente Ic en forma directa y en forma indirecta la tension de salida Vce.
Factor de Estabilidad Termica
Este Factor que es un simple numero indica las veces que se amplifica el Icbo, a medida que la temperatura en el transistor aumenta, al aumentar el Icbo por efecto de la tempreatura afecta la polarizacion del transistor, en el cual cambian corrientes y tensiones previamente seleccionadas o calculadas, este factor de estabilidad debe presentar un valor pequeño, su relacion esta dada por:
En un transistor en configuracion Emisor-Comun, se puede graficar el comportamiento de la corriente de salida y su tension segun aumenta la corriente de entrada (Ib).
Recta de carga
Es una linea diagonal que se traza sobre las curvas caracteristicas de salida, la cual nos indica los valores maximos de corriente y tension con los que puede trabajar el transistor, sobre esta recta de carga se ubica el punto de polarizacion, el punto de trabajo u operacion del transistor, para ubicar los puntos maximos, se trabaja con ecuacion de la malla de salida.
En un transistor en configuracion emisor comun, se puede graficar el comportamiento de la corriente de salida y su tension, segun aumenta la corriente de entrada (Ib)
Punto de trabajo o Punto Q
Es un punto de interseccion entre la recta de carga y una curva solo nos indica el valor de las corrientes y tension, con que trabaja el transistor.(Vceq, Icq y Ibq)
Autopolarizacion y Estabilidad del Transistor
Para mantener la polarizacion relativamente constante o aumentar la estabilidad por efecto de la temperatura, se modifica la malla de salida y de entrada, agregando un divisor de corriente en la entrada y colocando un divisor de tension en la malla de salida.
Como el circuito esta modificado en la malla de entrada y salida, las ecuaciones cambian.
Para la malla de entrada(Base-Emisor) la ecuacion de ella requiere de la aplicacion del teorema de Thevenin, ya que el circuito se mira de Base y Emisor. Por tanto se debe calcular una resistencia Thevenin y una tension Thevenin y por ende obtener un circuito equivalente Thevenin.
La resistencia Thevenin mirada de base y el Pto Comun o tierra sera igual al paralelo de R1 y R2:
Para determinar el voltaje Thevenin, Nuevamente se mira el circuito desde base y el pto Comun y se calcula la tension presente, aplicando divisor de tension en R2.
La ecuacion de la malla de entrada seria:
Para la malla de salida la determinacion de su ecuacion es mas simple, solo se aplica la ley de las tensiones de Kirchoff, es Decir:
Se mantiene o es aplicable la ecuacion de corriente de colector (Ic)
El factor de estabilidad para este tipo de circuito, es bastante menor que el presente en circuitos solo autopolarizados. Este factor de estabilidad del pto Q con respecto a la temperatura, esta dado por:
Cuando se requiere determinar el valor de (R1) y (R2) en funcion del equivalente thevenin, tenemos:
Calculo de Ib
Calculo de Vce
Analisis: El transistor practicamente se encuentra en la zona de saturacion, ya que aproximadamente Vce≈0V.