En este post aprenderás que es un transistor BJT (Bipolar Juction Transistor)

Un transistor también es un elemento semiconductor pero a diferencia del diodo este es una doble unión P-N.

Esta unión puede ser NPN o PNP, denominando sus patillas de conexión Emisor Base y Colector, como se puede observar en esta imagen.

Transistor BJT
Transistor BJT

Funcionamiento de un transistor

El transistor como ya hemos comentado se logra haciendo una doble unión semiconductora que puede ser NPN o PNP, en este post hablaremos del NPN por no alargar el contenido, ya que el funcionamiento es el mismo pero con la salvedad que las polaridades van al contrario.

El transistor NPN se polariza de la siguiente manera, necesita dos fuentes de alimentación una que polarizará en directo la unión NP base-emisor y la otra que polarizará inversamente el diodo o zona N de base-colector, como ya vimos en el post del diodo una unión polarizada inversamente, solo  conseguía una pequeña circulación de corriente considerada prácticamente nula, para conseguir una circulación de corriente mayor lo que se hace es dopar la zona P o base en este caso con electrones.

Por otro lado también se aumenta la cantidad de electrones en la zona N llamada emisor. Al conectar las fuentes de alimentación como se indica en la siguiente imagen,

la fuerte atracción de protones o huecos libres en el borne positivo de la batería o fuente de alimentación Vi atrae a los electrones de la zona del emisor provocando así que está desbandada provoque un descenso de electrones en la zona N del colector por lo que su concentración será menor.

Por lo tanto los electrones libres dopados en la base zona P se ven atraídos hacia el colector.

El emisor por su parte haciendo honor a su nombre, al tener la mayor concentración de electrones surte de electrones a la base y al colector.

Para que te quede aún más claro te pondré un símil:

Imagina las colas de gente (electrones) para entrar a un concierto estos ven pasar a lo lejos a sus cantantes favoritos que se hayan en ambos polos positivos de las baterías, en ese momento se produce una avalancha de electrones.

 Al intentar llegar hasta ellos se topan en la zona P unos guardias que capturan a algunos de los electrones  pero no a todos ya que hay muy pocos guardias (huecos), por lo que los demás electrones ahora tienen dos alternativas de escapatoria una puerta super pequeña en la base que da al positivo de la batería Vd por la que solo caben unos pocos o la segunda opción es ir por la puerta grande como los toreros jajaja, hacia el colector donde hay un mayor número de “cantantes” protones por donde caben muchísimos electrones.

Una vez llegan allí son reconducidos por la propia batería que hace como una especie de bomba, los vuelven a mandar a la casilla de salida y vuelta a empezar jajaja. Tanto es así que el porcentaje de electrones que va por la puerta de la base está entre un 1-2% y el 99% restante va hacia el colector.

Unión NPN de un transistor
Unión NPN de un transistor

Sentido de la corriente:

Hay que aclarar que el sentido de la corriente que se expresa en la imagen es el sentido real de la corriente de electrones de negativo a positivo, de ahora en adelante usaremos el sentido convencional de la corriente por coherencia con los símbolos de los componentes.

Una vez descubierto el sentido real de la corriente se acordó usar el sentido convencional, de positivo a negativo ya que se habían escrito numerosos libros usando símbolos que apuntaban un sentido de la corriente convencional, como es el caso de la flecha de los diodos o la flecha del emisor del transistor que indica el sentido de la corriente erróneamente concebido, aunque esto no tiene mayor importancia pero es conveniente conocerlo.

Zonas de funcionamiento del transistor:

El transistor bipolar BJT puede trabajar como interruptor o como amplificador, como veremos a continuación.

Para explicar las zonas de funcionamiento del transistor bipolar BJT (Bipolar Juction Transistor), existen tres tipos de montajes base común, colector común y emisor común.

Esta última es la que vamos a usar ya que es la más común debido a que reúne las características medias más aceptables tanto en amplificación de tensión como de corriente ya que se consigue una potencia máxima, consiguiendo también este tipo de configuración un mínimo desnivel entre las impedancias de entrada y salida, lo que permite un mejor acoplamiento entre etapas.

Parámetros de un transistor bjt
Parámetros de un transistor bjt

El funcionamiento del transistor BJT como interruptor:

El transistor BJT funciona como un interruptor que permite el paso de corriente o no, siendo el elemento de mando la base del transistor.

Transistor BJT en corte:

Cuando aplicamos una tensión Vbb a la resistencia de base y a base-emisor del transistor ocurre lo siguiente.

Cuando la tensión suministrada por Vbb es inferior a 0,7v que es la tensión necesaria para que conduzca la unión base- emisor (como si fuera un diodo de unión), no circula ninguna corriente es decir Ib es =0.

En esta situación se dice que el transistor está cortado ya que no permite el paso de corriente entre colector y emisor, por lo tanto al no haber corriente Ic tampoco hay caída de tensión en la resistencia de colector con lo que Vce será máxima prácticamente Vcc.

Hay que resaltar una ecuación que también se cumple en cualquier estado del transistor, Ie=Ib+Ic, la corriente de base como vimos anteriormente es muy muy pequeña se considera que la Ic es aproximadamente igual Ie.

Transistor en corte

Transistor BJT en saturación:

Cuando la tensión Vbb de la fuente de alimentación es igual a 0,7-0,8v la unión base-emisor del transistor conduce, por lo tanto se genera una corriente de base Ib max, el valor de esta estará indicada en la hoja de datos del transistor para llevar el transistor a saturación.

Al conducir permite el paso de corriente Ic entre colector-emisor, y la tensión de colector-emisor será de unas décimas de voltio prácticamente cero.

En este caso si tendremos caída de tensión en la resistencia de colector prácticamente Vcc menos las décimas que caen en el transistor.

En este caso el transistor se comporta como un interruptor cerrado, como observamos en la siguiente figura.

Transistor en saturación
Transistor en saturación

Transistor BJT como Amplificador:

El transistor en zona Activa, en este caso la tensión Vbe es = 0,7 y se da la siguiente proporción entre la intensidad de base Ib y la intensidad de colector Ic

Ic=ß.Ib , siendo β también llamada hfe el factor de amplificación, lo que quiere decir que con una pequeña corriente de base obtenemos corrientes mucho más grandes en el colector, los valores de β normalmente oscilan entre 100-1000.

A más corriente de base más corriente se obtiene en el colector.

La tensión Vce tomará valores entre 1 voltio aproximadamente y por debajo de Vcc dependiendo del valor de la intensidad de base. Si analizamos el circuito podemos concluir que si aumentamos la Ib, aumenta la Ic por lo tanto caerá más voltaje en la resistencia de colector recuerda que Vrc= Rc . Ic con lo que a mayor Ic menor será la tensión colector-emisor.

Aplicaciones del transistor:

Los transistores se encuentran de forma minituarizada en el interior de la mayoría de circuitos integrados, puertas lógicas microprocesadores etc, para que te hagas una idea de la miniaturización un microprocesador I7de Intel tiene 745 millones de transistores.

El transistor BJT también es muy utilizado como driver o electrónica de potencia por ejemplo para activar un relé en un circuito donde la corriente o tensión que tenemos de salida es insuficiente para activar al relé.

En electrónica analógica es raro el circuito que no usa transistores, en radio, televisión, aparatos de instrumentación, generadores de frecuencias, fuentes de alimentación, sensores y un largo etc.

Una de las aplicaciones más comunes son los amplificadores de sonido.