Principio de funcionamiento del transistor

En esta publicación, me centraré en el principio de funcionamiento del transistor de unión bipolar, suponiendo que ya conozca los detalles de construcción del BJT o simplemente de los transistores.

El funcionamiento básico del transistor se describirá utilizando el transistor pnp. El funcionamiento del transistor npn es exactamente el mismo si se intercambian los roles que desempeñan el electrón y el hueco. En la siguiente figura, el transistor pnp se ha dibujado sin la polarización de base a colector. Esta situación es similar a la del diodo con polarización directa. La región de agotamiento se ha reducido en anchura debido a la polarización aplicada, lo que da como resultado un gran flujo de portadores mayoritarios del material de tipo p al tipo n.

Como es obvio en la figura anterior, la unión del emisor a la base tiene polarización directa, por lo tanto, los portadores mayoritarios, es decir, los orificios del lado del emisor al lado de la base comenzarán a fluir y, por lo tanto, se establecerá una corriente desde el emisor a la base.

Ahora eliminemos la polarización del emisor a la base del transistor pnp como se muestra en la figura a continuación. Tenga en cuenta las similitudes entre esta situación y la del diodo polarizado inversamente. Recuerde que el flujo de portadores mayoritarios es cero, lo que da como resultado solo un flujo de portadores minoritarios, en el caso de un diodo con polarización inversa.

Por lo tanto, para la situación anterior, solo los portadores minoritarios, es decir, los agujeros fluyen del lado n al lado p. Para resumir, podemos decir que una unión pn de un transistor tiene polarización inversa, mientras que la otra tiene polarización directa en condiciones normales de funcionamiento.

Ahora combinaremos los dos escenarios discutidos anteriormente. En la figura a continuación, ambos potenciales de polarización se han aplicado a un transistor pnp, con el flujo resultante de portadores mayoritarios y minoritarios indicado. Tenga en cuenta los anchos de las regiones de agotamiento en la figura, lo que indica claramente qué unión tiene polarización directa y cuál tiene polarización inversa.

Como se indica en la figura, un gran número de portadores mayoritarios, es decir, agujeros, se difundirán a través de la unión pn polarizada directamente hacia el material de tipo n. La pregunta entonces es si estos portadores contribuirán directamente a la corriente base IB o pasarán directamente al material de tipo p.

Dado que el material de tipo n intercalado es muy delgado y tiene una baja conductividad, un número muy pequeño de estos portadores, es decir, agujeros, tomarán este camino de alta resistencia al terminal base. La magnitud de la corriente de base es típicamente del orden de microamperios en comparación con los miliamperios de las corrientes de emisor y colector. La mayor cantidad de estos portadores mayoritarios, es decir, los agujeros, se difundirán a través de la unión polarizada inversamente hacia el material de tipo p conectado al terminal del colector, como se muestra en la figura. La razón de la relativa facilidad con la que los portadores mayoritarios pueden cruzar la unión polarizada inversamente se comprende fácilmente si consideramos que para el diodo polarizado inversamente, los portadores mayoritarios inyectados aparecerán como portadores minoritarios en el material de tipo n. En otras palabras, ha habido una inyección de portadores minoritarios en el material de la región base de tipo n. Esta es la razón, los agujeros que llegaron en el material de tipo n no irán como la corriente base IB, sino que cruzarán la unión np polarizada inversamente para compartir la corriente del colector IC.

Ahora, después de entender esto, podemos obtener alguna relación matemática. Aplicando la ley de corriente de Kirchhoff al transistor, obtenemos

IE = IB + IC

Por lo tanto, observamos que la corriente del emisor es la suma de las corrientes del colector y la base.

La corriente del colector, a su vez, se compone de dos componentes, es decir, los portadores mayoritarios y minoritarios, como se indica en la figura anterior. El componente de corriente minoritario se denomina corriente de fuga y recibe el símbolo ICO (corriente IC con terminal de emisor abierto). La corriente del colector, por lo tanto, está determinada en total por la ecuación,

IC= ICmayoría + ICOminoría

Para transistores de uso general, IC se mide en miliamperios, mientras que ICO se mide en microamperios o nanoamperios. ICO, como Is para un diodo de polarización inversa, es sensible a la temperatura y debe examinarse cuidadosamente cuando se consideran aplicaciones de amplios rangos de temperatura. Puede afectar severamente la estabilidad de un sistema a alta temperatura si no se considera adecuadamente.