Funcionament del Transistor Bipolar (BJT): Corrents, Polarització i Amplificadors

Diferència entre el Corrent del Col·lector (I_C) i l'Emissor (I_E) en un Transistor P+NP

El corrent del col·lector (I_C) no coincideix amb el corrent de l'emissor (I_E) principalment a causa de la recombinació de portadors a la base i la presència del corrent de base (I_B).

• El corrent I_B es deu als forats que es recombinen a la base (zona N) i, per tant, no arriben al col·lector.
• El corrent I_C és el corrent principal que travessa la unió base-col·lector (BC), la qual es troba polaritzada en inversa.

Aquesta diferència s'accentua pel disseny del dopatge: la zona P+ (emissor) està molt més dopada que la zona P (col·lector). Perquè el funcionament sigui eficient, els forats que entren a la zona N (base) des de P+ han de ser portadors minoritaris i la majoria han d'arribar al col·lector. Per aconseguir-ho, s'ha de complir que l'amplada de la base (W_n) sigui molt menor que la longitud de difusió dels portadors minoritaris.

Funció del Condensador de Bypass (C_E) en un Amplificador d'Emissor Comú

El condensador de bypass s'utilitza en la configuració d'emissor comú per augmentar el guany de l'amplificador en règim de senyal altern (AC).

En un amplificador d'emissor comú, el guany de tensió (G) en AC és aproximadament G = R_C / R_E. Si volem un gran guany, ens convé reduir la resistència de l'emissor (R_E) agregant un condensador de bypass (C_E).

• En AC: El condensador redueix la impedància de l'emissor en alterna, ja que actua com un curtcircuit per a les freqüències de senyal, augmentant notablement el guany de l'amplificador. A freqüències molt altes, el condensador es comporta idealment com un cable.
• En DC: El condensador és un circuit obert que no afecta la polarització del transistor.

Comportament del Circuit davant Fallades de Circuit Obert en el Transistor Bipolar

A continuació es detalla el comportament del circuit i els valors de tensió (V_B i V_C) en funció de la fallada de circuit obert que es presenti:

• Emissor Obert:
  • I_E = 0.
  • El díode base-col·lector (BC) no condueix, ja que està connectat a +V_CC.
• Base Oberta:
  • I_B = 0.
  • El transistor es troba en la regió de tall.
  • I_C = I_E = 0.
• Col·lector Obert:
  • El díode base-emissor (BE) està funcionant (polaritzat en directa).
  • S'espera V_B ≈ 0,7 V (si l'emissor està a terra).
  • I_C = 0.

Per què un Transistor Bipolar No Equival a Dos Díodes en Antisèrie

Tot i que un transistor bipolar està format per dues unions (PN o NP), no és equivalent a dos díodes connectats en antisèrie. La diferència fonamental rau en la geometria i el dopatge de la base.

El transistor està dissenyat de tal forma que l'amplada de la base (W) sigui molt petita respecte a la longitud de difusió dels portadors minoritaris (L_D). És a dir, la longitud de difusió dels forats en la base ha de ser molt major que l'amplada de la base (W).

D'aquesta manera, els forats injectats des de l'emissor poden travessar la base sense recombinar-se significativament amb els electrons que són majoritaris, permetent l'acció de control del transistor.

Necessitat de Polarització en DC per a Amplificadors BJT en AC

Un amplificador de senyal altern (AC) fet amb un transistor bipolar en configuració d'emissor comú necessita un circuit de polarització en corrent continu (DC) per poder funcionar correctament.

La polarització en DC s'utilitza per a situar correctament el punt de treball (Punt Q) del circuit. Això és crucial perquè el senyal amplificat no es vegi retallat en entrar el transistor en les regions de tall o saturació, garantint així una amplificació lineal i sense distorsió.