Un transistor es un dispositivo semiconductor utilizado principalmente para amplificar, controlar y generar señales eléctricas. Los transistores son componentes activos de los circuitos integrados, o microchips, que tienen miles de millones de minúsculos dispositivos grabados en sus brillantes superficies. En un transistor suele haber tres conductores eléctricos, conocidos como emisor, colector y base. El transistor NPN es un tipo de transistor utilizado para amplificar señales débiles.
En este artículo, aprenderemos más sobre los transistores NPN, la construcción y el funcionamiento de los transistores NPN y sus usos.
¿Qué es un transistor NPN?
Un transistor negativo-positivo-negativo (NPN) es un tipo de transistor de unión bipolar (BJT) que contiene un semiconductor de tipo P intercalado entre dos semiconductores de tipo N. Cuando se aplica una tensión muy pequeña a la base (semiconductor de tipo P situado en el centro del dispositivo), el movimiento de electrones a través de la región de la base completa el circuito, permitiendo el paso de corriente a través de todo el transistor. En otras palabras, aplicar tensión a la base convierte el dispositivo de un bloqueador de corriente (con alta resistencia) a un circuito abierto (con baja resistencia). Los cambios en la tensión de la base pueden permitir que el transistor se encienda y apague según sea necesario. Para que un transistor NPN funcione correctamente, necesita una región base fina para evitar que los electrones se recombinen con los huecos de la región P.
Símbolo del transistor NPN
El transistor NPN se representa como se muestra a continuación.
En la figura anterior, podemos ver una flecha que apunta hacia afuera desde el terminal del emisor. Esto indica la dirección del flujo de corriente a través del dispositivo.
Construcción de un transistor NPN
El transistor NPN está fabricado con materiales semiconductores como el silicio o el germanio. Cuando un material semiconductor de tipo p se fusiona entre dos materiales semiconductores de tipo n, se forma un transistor NPN.
El transistor NPN tiene tres terminales: emisor, base y colector. Este transistor tiene dos diodos conectados uno detrás del otro. El diodo que se encuentra entre el terminal emisor-base se denomina diodo emisor-base. El diodo situado entre el terminal colector y el terminal base se conoce como diodo colector-base. El emisor está moderadamente dopado, la base está ligeramente dopada y el colector está comparativamente más dopado.
Funcionamiento del transistor NPN
Cuando la unión emisor-base está en polarización directa, se observa una pequeña tensión VBE. La tensión de polarización inversa es VCE. Debido a la polarización directa, los portadores de carga mayoritarios en el emisor son repelidos hacia la base. La recombinación electrón-hueco es muy pequeña en la región de la base, ya que la base está ligeramente dopada. La mayoría de los electrones cruzan a la región del colector.
Cuando el emisor está en polarización directa, los electrones se mueven hacia la base y crean la corriente de emisor IE. Aquí, los portadores de carga mayoritarios en el material tipo P se combinan con los huecos.
Como la base del transistor NPN está ligeramente dopada, sólo permite que se combinen unos pocos electrones y la corriente restante se conoce como corriente de base IB. Cuando la región del colector está polarizada inversamente, aplica una fuerza mayor sobre los electrones que llegan a la unión del colector y, por lo tanto, atrae a los electrones en el colector.
Aplicaciones del transistor NPN
Los transistores NPN se utilizan ampliamente en la amplificación de circuitos eléctricos. Estas son algunas de sus aplicaciones:
- Las aplicaciones de alta frecuencia hacen uso de estos.
- Las aplicaciones de conmutación son donde los transistores NPN se utilizan con mayor frecuencia.
- Este componente se utiliza en circuitos de amplificación.
- Para amplificar señales débiles, se utiliza en circuitos de pares Darlington.
- Los transistores NPN se utilizan en aplicaciones donde se requiere un disipador de corriente.
- Algunos circuitos amplificadores clásicos, como los circuitos amplificadores «push-pull», hacen uso de este componente.
- En sensores de temperatura, por ejemplo.
- Aplicaciones con frecuencia extremadamente alta.
- En convertidores logarítmicos, se utiliza esta variable.
- Debido a que la amplificación de la señal se realiza con transistores NPN, en circuitos de amplificación, se utiliza de esta manera.
- Los convertidores logarítmicos son otra área donde se utiliza.
- La característica de conmutación del transistor NPN es una de sus ventajas más significativas. Como resultado, se utiliza comúnmente en aplicaciones de conmutación.
Ventajas de los transistores NPN
- Tamaño compacto: Los transistores NPN suelen tener un tamaño reducido, lo que contribuye a reducir la escala de los dispositivos electrónicos y los circuitos integrados.
- Amplificación: Los transistores NPN proporcionan una amplificación de señal competente, lo que los hace razonables para un gran número de aplicaciones electrónicas y de sonido.
- Conmutación rápida: Ofrecen velocidades de intercambio rápidas, por lo que son ideales para aplicaciones avanzadas en las que son importantes los cambios rápidos entre los estados de encendido y apagado.
- Rentables: Los transistores NPN son baratos de utilizar en aparatos electrónicos.
- Versátiles: Su adaptabilidad tiene en cuenta diferentes disposiciones, lo que los hace versátiles para diversos planos de circuitos y aplicaciones.
Desventajas de los transistores NPN
- Inversión de señal: La señal resultante se invierte muchas veces con respecto a la señal de información, lo que puede requerir hardware adicional para la corrección de la señal en ciertas aplicaciones.
- Generación de calor: Los semiconductores NPN pueden producir calor durante la actividad y, en aplicaciones de alta potencia, podrían ser necesarios sistemas de dispersión de intensidad extra.
- Sensibilidad a la temperatura: Las cualidades de los semiconductores NPN son delicadas a las variedades de temperatura, lo que puede afectar a su exposición.
- Complejidad en el diseño: Las aplicaciones de alto nivel pueden requerir complejos planes de circuitos y cursos de acción de polarización, lo que puede resultar difícil para los principiantes.
- Límites de potencia: En aplicaciones de alta potencia, otros avances como los MOSFET pueden ser preferibles a los semiconductores NPN por su menor capacidad de absorción de potencia.
Conclusión
En este artículo hemos repasado el transistor NPN, hemos visto su definición con su construcción y principio de funcionamiento, también hemos repasado su configuración de base común y visto sus características de salida y entrada, Ventajas, Desventajas y Aplicaciones.