Expo sobre los tipos de transistores, su polaridad, y sus respectivas configuraciones

a polarización fija es una técnica de polarización simple y económica, adecuada para aplicaciones donde la estabilidad del punto de operación no es crítica. Sin embargo, debido a su alta sensibilidad a las variaciones de
𝛽
β y temperatura, su uso en aplicaciones prácticas suele ser limitado. Para mayor estabilidad, se prefieren configuraciones como la polarización con divisor de tensión o la polarización por retroalimentación.

1. Tema 2: transistor bipolar ( bjt ) Alumnos : Sergio Alejandro López Hernández Luis Damián Samarron Cantarell Docente : Roger Humberto Can Arana Asignatura : Diodos y transistores Ing. Electrónica 4to semestre

2. Características, parámetros y punto de operación

3. El transistor es un dispositivo semiconductor de tres terminales donde la señal de uno de los terminales controla las otras dos. Los transistores se utilizan para amplificación, regulación de potencia y como interruptores. El transistor de unión bipolar (BJT) está formado por la unión de dos semiconductores tipo n y uno tipo p, o dos tipo p y uno tipo n. Se conoce como transistor bipolar ya que la corriente es producida tanto por electrones como por huecos.

4. La figura muestra la construcción de un BJT tipo npn (dos semiconductores tipo n separados por un semiconductor tipo p) y su correspondiente símbolo esquemático. Los terminales del transistor se identifican como Colector (C), Emisor (E) y Base (B). La figura 2 muestra un BJT tipo pnp .

5. Elementos de un transistor Corriente de base (IB) : Es la corriente que circula por la base del transistor. Controla la corriente que fluye entre el emisor y el colector. Corriente de colector (IC) : Es la corriente que fluye desde el colector hacia el emisor, controlada por la corriente de base. Corriente de emisor (IE) : Es la suma de las corrientes de base y colector, según la relación IE = IB + IC. Corriente de saturación ( ICsat ) : Es la corriente máxima que puede fluir del colector al emisor cuando el transistor está completamente encendido (saturado). Voltaje base-emisor (VBE) : Es la diferencia de potencial entre la base y el emisor, que controla la corriente de base. Voltaje base-colector (VBC) : Es la diferencia de potencial entre la base y el colector, que afecta la capacidad de bloqueo del transistor. Ganancia de corriente (β o hFE ) : Es la relación entre la corriente de colector y la corriente de base (β = IC / IB), que indica la amplificación de corriente del transistor. Frecuencia de transición (ft) : Es la frecuencia máxima a la que un transistor puede funcionar eficazmente en aplicaciones de alta frecuencia

6. El punto de operación de un transistor BJT se refiere al estado de polarización en el cual el transistor se encuentra cuando está en funcionamiento. Se caracteriza por los valores de corriente y voltaje en los terminales del transistor. El punto de operación se determina típicamente por el voltaje aplicado entre la base y el emisor (VBE) y la corriente de base (IB). Estos valores establecen la región de funcionamiento del transistor (corte, activa o saturación) y afectan directamente la corriente de colector (IC) y el voltaje colector-emisor (VCE).

7. Configuraciones de polarización

8. Polarización fija: En este tipo de polarización, se utiliza una fuente de corriente continua (por ejemplo, una batería) para establecer el punto de polarización del transistor. La corriente de base se fija mediante una resistencia de base (RB) conectada entre la base y la fuente de voltaje, lo que determina la corriente de colector y el voltaje colector-emisor.

9. Polarización de emisor: En este caso, la polarización se logra conectando una resistencia de emisor (RE) entre el emisor y la tierra. Esto permite estabilizar la corriente de emisor y proporciona realimentación negativa, lo que mejora la estabilidad del punto de polarización.

10. Polarización por divisor de voltaje: Aquí, se utiliza un divisor de voltaje resistivo compuesto por dos resistencias (R1 y R2) conectadas entre la fuente de voltaje y la tierra. El punto de conexión entre las dos resistencias se conecta a la base del transistor a través de una resistencia de base (RB), lo que establece la corriente de base y, por lo tanto, el punto de polarización.

11. Polarización por realimentación de colector: En este tipo de polarización, se utiliza una resistencia de realimentación (RC) conectada entre el colector y la base del transistor. Esto proporciona una realimentación negativa que estabiliza el punto de polarización frente a variaciones en la ganancia del transistor o en la temperatura.

12. Base común: En esta configuración, la base del transistor se toma como terminal común, mientras que la señal de entrada se aplica al emisor y la señal de salida se obtiene del colector. Esta configuración tiene una baja impedancia de entrada y una alta impedancia de salida, lo que la hace adecuada para aplicaciones de adaptación de impedancia.

13. Colector común: En esta configuración, el colector del transistor se toma como terminal común, mientras que la señal de entrada se aplica a la base y la señal de salida se obtiene del emisor. Esta configuración tiene una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, lo que la hace adecuada para aplicaciones de amplificación de corriente

14. Conmutación

15. En el contexto de los transistores, la conmutación se refiere al proceso de cambiar el transistor entre sus estados de saturación y corte. En un transistor bipolar de unión (BJT), por ejemplo, la conmutación implica cambiar la corriente de base para controlar la corriente de colector. En un transistor de efecto de campo (FET), la conmutación implica cambiar la tensión de puerta para controlar la corriente de drenaje.

16. En un transistor BJT configurado como conmutador se hace que el voltaje colector emisor VCE salte entre dos zonas: zona de saturación (voltaje de polarización) y zona de corte (cero voltios). Para lograr esto se debe hallar una resistencia de base que nos garantice dicha conmutación. 

17. Las ecuaciones de diseño  para hallar esta resistencia son las siguientes: Donde IC es corriente de colector, IB es corriente de base, Vcc es el voltaje de polarización, β es la ganancia en corriente del transistor también llamada hfe , VBE es el voltaje base-emisor que tiene un valor típico de 0.7 voltios, VIN es el voltaje de entrada al transistor, RL es la resistencia de carga y RB es la resistencia de base.

18. Ejemplo En el siguiente circuito cada vez que se oprima el pulsador se debe prender el led. El voltaje del LED es 1.8 voltios y la corriente que circula por el LED es de 2mA. Halle los valores de RLED y de RB.

19. Primero hallamos el valor de la resistencia que debe ir en serie con el LED: Ahora el valor de la corriente del led es la misma corriente de colector IC, entonces hallamos el valor de IB:

20. Ya con IB hallamos el valor de RB: Entonces el valor de RB debe ser de 86kΩ para que haya una correcta conmutación.

21. Estabilidad

22. La estabilidad en un transistor BJT se refiere a la capacidad del circuito en el que está configurado el transistor para mantener un punto de operación constante a pesar de las variaciones en los parámetros del transistor, como la temperatura, la ganancia de corriente (β) y las características de los componentes externos.

23. Dado el circuito de la figura, y conocidos los datos que se indican a continuación, calcular el valor de la corriente de colector cuando la temperatura pasa de 25 a 30ºC. DATOS: (A la temperatura de 25ºC) VCC = 12 V RC = 1K RB = 49K β = 49 VBE = 0,6 V (Datos que varían con la temperatura) ∆β( Tª ) = 5 ºC-1 ∆VBE( Tª ) = -2,5 mV / ºC

24. La corriente de colector se puede obtener a partir de las dos ecuaciones siguientes: De forma que nos queda:

25. Como podemos observar, la corriente de colector depende de β , VCC y VBE, de los cuáles sólo β y VBE dependen de la temperatura (según los datos de los que disponemos). Podemos calcular inmediatamente el valor de IC a la temperatura de 25ºC que resulta: Y para calcular su valor a 30ºC necesitaremos previamente calcular la variación de IC con la temperatura, que podemos obtener con la siguiente ecuación:

26. Los factores de estabilidad se obtiene inmediatamente a partir de la ecuación (I) y se su definición:

27. Calculamos ahora las variaciones de β y VBE en los 5 grados de diferencia que existen entre la temperatura inicial (25ºC) y la final (30ºC): El cálculo ahora de la variación de la corriente de colector resulta inmediato, aplicando la ecuación (II), con los valores obtenidos de los factores y de la variación de β y VBE con la temperatura:

28. como resultado final tenemos que IC a 30ºC resulta:

29. Conclusión Los transistores bipolares de unión (BJT) son dispositivos fundamentales en electrónica que permiten amplificar señales eléctricas y controlar corrientes en circuitos. Su funcionamiento se basa en la modulación de corrientes a través de las uniones PN del transistor mediante una corriente de base. Además, los BJT tienen aplicaciones en circuitos amplificadores, osciladores, conmutadores y reguladores de voltaje. Su correcto entendimiento y uso son fundamentales en el diseño y análisis de circuitos electrónicos.