Transistores npn

El primer transistor de unión bipolar se inventó en 1947 en los laboratorios Bell. "Dos polaridades" se abrevia como bipolar, de ahí el nombre de transistor de unión bipolar. BJT es un dispositivo de tres terminales con colector (C), base (B) y emisor (E). La identificación de los terminales de un transistor requiere el diagrama de pines de una parte BJT en particular, estará disponible en la hoja de datos. Hay dos tipos de transistores BJT: NPN y PNP. En este tutorial hablaremos sobre los transistores NPN. Consideremos los dos ejemplos de transistores NPN: BC547A y PN2222A, que se muestran en las imágenes de arriba.

Según el proceso de fabricación, la configuración de los pines cambiará y los detalles estarán disponibles en la hoja de datos correspondiente. A medida que aumenta la potencia nominal del transistor, es necesario conectar el disipador de calor al cuerpo del transistor. Un transistor insesgado o un transistor sin potencial aplicado en los terminales es similar a dos diodos conectados espalda con espalda como se muestra en la figura siguiente.

El diodo D1 tiene una propiedad de conducción inversa basada en la conducción directa del diodo D2. Cuando una corriente fluye a través del diodo D2, el diodo D1 detecta la corriente y se permitirá que fluya una corriente proporcional en la dirección inversa desde el terminal del colector al terminal del emisor, siempre que se aplique un potencial mayor en el terminal del colector. La constante proporcional es la ganancia (β).

Funcionamiento de transistores NPN:

Como se discutió anteriormente, el transistor es un dispositivo controlado por corriente que tiene dos capas de agotamiento con un potencial de barrera específico requerido para difundir la capa de agotamiento. El potencial de barrera para un transistor de silicio es de 0,7 V a 25 ° C y de 0,3 V a 25 ° C para un transistor de germanio. En su mayoría, el tipo común de transistor utilizado es el de silicio porque el silicio es el elemento más abundante en la tierra después del oxígeno.

Operación interna:

La construcción del transistor npn es que las regiones del colector y del emisor están dopadas con material de tipo ny la región de la base está dopada con una pequeña capa de material de tipo p. La región emisora ​​está fuertemente dopada en comparación con la región colectora. Estas tres regiones forman dos uniones. Son la unión colector-base (CB) y la unión base-emisor.

Cuando se aplica un potencial VBE a través de la unión Base-Emisor que aumenta desde 0 V, los electrones y los huecos comienzan a acumularse en la región de agotamiento. Cuando el potencial aumenta por encima de 0,7 V, se alcanza el voltaje de barrera y se produce la difusión. Por lo tanto, los electrones fluyen hacia el terminal positivo y los flujos de corriente base (IB) son opuestos al flujo de electrones. Además, la corriente del colector al emisor comienza a fluir, siempre que se aplique el voltaje VCE en el terminal del colector. El transistor puede actuar como interruptor y amplificador.

Región operativa versus modo operativo:

1. Región activa, IC = β × IB - Funcionamiento del amplificador

2. Región de saturación, IC = Corriente de saturación - Operación del interruptor (completamente ENCENDIDO)

3. Región de corte, IC = 0 - Operación del interruptor (completamente APAGADO)

Transistor como interruptor:

Para explicar con una PSPICE se ha seleccionado el modelo BC547A. La primera cosa importante a tener en cuenta es utilizar una resistencia limitadora de corriente en la base. Las corrientes de base más altas dañarán un BJT. De la hoja de datos, la corriente máxima del colector es 100 mA y se proporciona la ganancia correspondiente (hFE o β).

Pasos para seleccionar componentes, 1. Encuentre la corriente del colector con la corriente consumida por su carga. En este caso será de 60 mA (bobina de relé o LED paralelos) y resistencia = 200 Ohms.

2. Para llevar el transistor a la condición de saturación, se debe suministrar suficiente corriente de base para que el transistor esté completamente ENCENDIDO. Calcular la corriente de base y la resistencia correspondiente a utilizar.

Para una saturación completa, la corriente base se aproxima a 0,6 mA (ni demasiado alta ni demasiado baja). Por lo tanto, a continuación se muestra el circuito con 0 V a la base durante el cual el interruptor está en estado APAGADO.

a) Simulación PSPICE de BJT como Switch, yb) Condición de Switch equivalente

En teoría, el interruptor está completamente abierto, pero prácticamente se puede observar un flujo de corriente de fuga. Esta corriente es insignificante ya que están en pA o nA. Para una mejor comprensión del control de corriente, un transistor puede considerarse como una resistencia variable entre el colector (C) y el emisor (E) cuya resistencia varía según la corriente a través de la base (B).

Inicialmente, cuando no fluye corriente a través de la base, la resistencia a través de CE es muy alta y no fluye corriente a través de ella. Cuando se aplica un potencial de 0,7 V y más en el terminal base, la unión BE se difunde y hace que la unión CB se difunda. Ahora la corriente fluye del colector al emisor según la ganancia.

a) Simulación PSPICE de BJT como Switch, yb) Condición de Switch equivalente

Ahora veamos cómo controlar la corriente de salida controlando la corriente base. Considerando IC = 42mA y siguiendo la misma fórmula anterior obtenemos IB = 0.35mA; RB = 14.28kOhms ≈ 15kOhms.

a) Simulación PSPICE de BJT como Switch, yb) Condición de Switch equivalente

La variación del valor práctico del valor calculado se debe a la caída de voltaje a través del transistor y la carga resistiva que se utiliza.

Transistor como amplificador:

La amplificación consiste en convertir una señal débil en una forma utilizable. El proceso de amplificación ha sido un paso importante en muchas aplicaciones como señales transmitidas inalámbricas, señales recibidas inalámbricas, reproductores MP3, teléfonos móviles, etc. El transistor puede amplificar potencia, voltaje y corriente en diferentes configuraciones.

Algunas de las configuraciones utilizadas en circuitos amplificadores son

1. Amplificador de emisor común
2. Amplificador colector común
3. Amplificador de base común

De los tipos anteriores, el tipo de emisor común es la configuración popular y más utilizada. La operación ocurre en la región activa, el circuito amplificador de emisor común de una sola etapa es un ejemplo de ello. Un punto de polarización de CC estable y una ganancia de CA estable son importantes al diseñar un amplificador. El nombre amplificador de una etapa cuando solo se usa un transistor.

Arriba está el circuito amplificador de una sola etapa donde una señal débil aplicada en el terminal base se convierte en β veces la señal real en el terminal colector.

Propósito parcial:

CIN es el condensador de acoplamiento que acopla la señal de entrada a la base del transistor. Por lo tanto, este capacitor aísla la fuente del transistor y permite que solo pase la señal de CA. CE es el condensador de derivación que actúa como la ruta de baja resistencia para la señal amplificada. COUT es el condensador de acoplamiento que acopla la señal de salida del colector del transistor. Por lo tanto, este condensador aísla la salida del transistor y permite que solo pase la señal de CA. R2 y RE proporcionan estabilidad al amplificador, mientras que R1 y R2 juntos aseguran la estabilidad en el punto de polarización de CC actuando como un divisor de potencial.

Operación:

El circuito funciona instantáneamente para cada intervalo de tiempo. Simplemente para entender, cuando el voltaje de CA en el terminal base aumenta, el aumento correspondiente en los flujos de corriente a través de la resistencia del emisor. Por lo tanto, este aumento en la corriente del emisor aumenta la corriente de colector más alta que fluye a través del transistor, lo que disminuye la caída del emisor del colector de VCE. De manera similar, cuando el voltaje de CA de entrada se reduce exponencialmente, el voltaje VCE comienza a aumentar debido a la disminución de la corriente del emisor. Todos estos cambios en los voltajes se reflejan instantáneamente en la salida, que será la forma de onda invertida de la entrada, pero amplificada.

Caracteristicas	Base común	Emisor común	Colector común
Ganancia de voltaje	Alto	Medio	Bajo
Ganancia de corriente	Bajo	Medio	Alto
Ganancia de poder	Bajo	Muy alto	Medio

Tabla: tabla de comparación de ganancias

Según la tabla anterior, se puede utilizar la configuración correspondiente.