El Transistor de Unión Bipolar (BJT) fue inventado por William Shockley y John Bardeen. Si bien el primer transistor se inventó hace 70 años, hasta ahora el mundo cambió de misteriosas computadoras grandes a pequeños teléfonos inteligentes.
La invención del transistor cambió el concepto de circuitos eléctricos a circuitos integrados (CI). Hoy en día, el uso de BJT está disminuyendo porque la tecnología CMOS tuvo lugar en el diseño de circuitos integrados digitales.
El término «transistor» procede de las palabras «transferencia» y «resistencia». Estas palabras describen el funcionamiento de un BJT, que es la transferencia de una señal de entrada de un circuito de baja resistencia a un circuito de alta resistencia.
En este artículo, vamos a aprender más sobre el transistor de unión bipolar, ¿Cómo funciona exactamente? ¿Y cómo utilizar un transistor para construir circuitos interesantes?
¿Qué es un Transistor de Unión Bipolar (BJT)?
Un transistor de unión bipolar o BJT es un dispositivo semiconductor de tres terminales que consta de dos uniones p-n capaces de amplificar o magnificar una señal.
El Transistor Bipolar es un dispositivo controlado por corriente. La corriente fluye de Emisor a Colector o de Colector a Emisor dependiendo del tipo de conexión. Esta corriente principal está controlada por una corriente muy pequeña en el terminal Base.
El nombre «bipolar» proviene del hecho de que este tipo de transistor contiene dos tipos de material semiconductor —uno de tipo positivo (tipo p) y otro de tipo negativo (tipo n)— a través de los cuales fluye una corriente.
El transistor de unión bipolar (BJT) es un dispositivo bidireccional que utiliza tanto electrones como huecos como portadores de carga. Mientras que el transistor unipolar, es decir, el transistor de efecto de campo, sólo utiliza un tipo de portador de carga.
A diferencia de un diodo de unión p-n normal, el transistor tiene dos uniones p-n.
Símbolo de los Transistores de Unión Bipolar
Empecemos por el símbolo de los transistores de unión bipolar para poder identificarlos en un circuito. El siguiente diagrama muestra los símbolos de los dos tipos de transistores.
El de la izquierda es el símbolo del transistor PNP y el de la derecha el del transistor NPN. Como he dicho, podrás ver los tres terminales Emisor, Colector y Base para ambos tipos de transistores.
Terminales de un Transistor BJT
El BJT tiene tres terminales. Estos terminales se conocen como Colector, Emisor y Base. Estos terminales se describen brevemente aquí.
Emisor
El emisor es la parte de un lado del transistor que emite electrones o huecos hacia las otras dos partes. La base está siempre en polarización inversa con respecto al emisor para poder emitir un gran número de portadores mayoritarios. Es la región más dopada del BJT.
La unión emisor-base debe estar siempre en polarización directa tanto en los transistores PNP como en los NPN. El emisor suministra electrones a la unión emisor-base en transistores NPN, mientras que suministra huecos a la misma unión en el transistor PNP.
Colector
La parte del lado opuesto del emisor que recoge los portadores de carga emitidos (es decir, electrones o huecos) se conoce como colector.
El colector está fuertemente dopado, pero el nivel de dopaje del colector se encuentra entre el nivel ligeramente dopado de la base y el nivel fuertemente dopado del emisor.
La unión colector-base debe estar siempre en polarización inversa tanto en los transistores PNP como en los transistores NPN. La razón de la polarización inversa es eliminar los portadores de carga (electrones o huecos) de la unión colector-base.
El colector del transistor NPN recoge los electrones emitidos por el emisor. Mientras que en el transistor PNP, recoge los huecos emitidos por el emisor.
Base
La base es la parte intermedia entre el colector y el emisor y forma dos uniones PN entre ellos. La base es la parte menos dopada del transistor bipolar.
El hecho de ser la parte central del BJT le permite controlar el flujo de portadores de carga entre el emisor y el colector. La unión base-colector muestra una alta resistencia porque esta unión tiene polarización inversa.
Tipos de Transistores BJT
Existen dos tipos de transistores BJT:
- Transistor NPN
- Transistor PNP
En este artículo, vamos a discutir en detalle el principio de funcionamiento de estos dos tipos de BJT.
Transistor NPN
Un transistor NPN se compone de dos materiales semiconductores de tipo n separados por una fina capa de semiconductor de tipo p.
Los dos terminales, Emisor y Colector, se extraen de los dos semiconductores de tipo n y el terminal Base es del semiconductor de tipo p.
En el símbolo BJT, la flecha del terminal emisor indica la dirección de la corriente convencional en el emisor con polarización directa.
Para el transistor npn, la corriente convencional fluye fuera del emisor como indica la flecha de salida.
Transistor PNP
Un transistor PNP está compuesto por dos semiconductores de tipo p separados por una fina capa de material de tipo n.
Los dos terminales, Emisor y Colector, se extraen de las dos capas semiconductoras de tipo p y el terminal Base es del semiconductor de tipo n.
En el transistor pnp, la corriente convencional fluye hacia el emisor como indica la flecha hacia dentro.
Construcción de un Transistor Bipolar
El transistor bipolar está formado por tres capas de materiales semiconductores, si es un transistor PNP, tendrá dos regiones tipo P y una región tipo N, igualmente, si es un transistor NPN, tendrá dos regiones tipo N y una región tipo P. En las dos capas exteriores se fijan los terminales de colector y emisor y en la capa central se fija el terminal de base.
La construcción se puede explicar simplemente con una analogía de dos diodos para un transistor como se muestra en la imagen de arriba, si quieres aprender más sobre los diodos, puedes considerar la lectura de su artículo.
Considere los dos diodos conectados entre sí utilizando el cátodo, entonces el punto de encuentro se puede extender para formar el terminal Base y el extremo de los dos ánodos actúan como Colector y Emisor de un transistor PNP.
Del mismo modo, si se conectan los extremos de los ánodos del diodo, entonces el punto de encuentro de los ánodos se puede extender al terminal Base y los dos extremos del cátodo actúan como Colector y Emisor del transistor NPN.
Funcionamiento del Transistor BJT
El funcionamiento del transistor BJT comienza desde el pin Base. Cuando se aplica una tensión al pin Base en el transistor NPN, se pone en ON el transistor y como resultado, la corriente comienza a fluir desde el terminal Colector al Emisor.
Esta corriente se conoce como corriente colector y se denota por Ic. Como se trata de un transistor NPN, aquí la unión Colector-Base tiene polarización inversa y la unión Base-Emisor tiene polarización directa.
La anchura de la región de agotamiento en la unión Colector-Base es mayor, en comparación con la anchura de la región de agotamiento de la unión Base-Emisor.
El potencial de barrera disminuye en la unión B-E que está en polarización directa, y como resultado, los electrones se moverán del Emisor a la región Base. La región Base está ligeramente dopada y es muy fina, por lo que se esfuerza por mantener el número de electrones durante el máximo tiempo posible.
Estos electrones se combinarán con los huecos presentes en la región de la Base y comenzarán a fluir fuera de la región Base en forma de corriente base.
Un gran número de electrones sobrantes en la región de la base que no se combinan con los huecos, comienzan a entrar en el lado del colector, en forma de corriente colector.
Según la ley de corriente de Kirchoff, la corriente emisor es la combinación de la corriente colector y la corriente base.
IE = IB + IC
Este es el funcionamiento de los transistores NPN. Los transistores PNP funcionan de la misma manera, pero aquí la dirección de la corriente y las polaridades de la tensión se invierten.
Características del Transistor de Unión Bipolar
Dado que un transistor de unión bipolar es un dispositivo de tres terminales, hay tres formas de conectarlo dentro de un circuito eléctrico, mientras que un terminal es el mismo para la salida y la entrada. Cada método de conexión responde de manera diferente a las señales de entrada dentro de un circuito.
- La Configuración de emisor común: tiene ganancia de tensión y de corriente.
- La configuración de colector común: no tiene ganancia de tensión pero sí de corriente.
- La configuración de base común: no tiene ganancia de corriente pero sí de tensión.
Las características de las diferentes configuraciones de transistores se dan en la siguiente tabla:
| Características | Base común | Emisor común | Colector común |
|---|---|---|---|
| Ganancia de potencia | baja | Muy alta | Media |
| Ganancia de corriente | baja | Media | Alta |
| Ganancia de voltaje | Alta | Media | Baja |
| Ángulo de fase | 0 | 180 | 0 |
| Impedancia de salida | Muy alta | Alta | Baja |
| Impedancia de entrada | baja | Media | Alta |
Aplicaciones de los Transistores BJT
Sabemos que un transistor de unión bipolar se utiliza como interruptor, como amplificador, como filtro e incluso como oscilador. A continuación, la lista de otras aplicaciones del transistor de unión bipolar:
- El Transistor BJT se utiliza como detector o también conocido como demodulador.
- El Transistor de Unión Bipolar se aplica en los circuitos clipping para poder dar forma a las ondas.
- Los circuitos lógicos y de conmutación utilizan Transistores de Unión Bipolar.
Eso es todo por hoy. He hecho todo lo posible por desglosar todos y cada uno de los aspectos relacionados con los transistores de unión bipolar para que puedas digerir el concepto principal con facilidad. En caso de que no estés seguro o tengas alguna duda, puedes preguntarme en la sección de comentarios más abajo. Me encantaría ayudarte de acuerdo con mis conocimientos.
No dudes en mantenernos actualizados con tus valiosas sugerencias, ellas nos permiten darte un trabajo de calidad. Gracias por leer el artículo.