Fundamentos y Polarización del Transistor Bipolar: Estructura, Corrientes y Punto de Operación

Fundamentos del Transistor Bipolar (BJT)

¿Qué es un Transistor?

Un transistor es un componente de circuito electrónico cuya función principal es la amplificación y la estabilización de tensión.

Estructura y Componentes

El transistor está formado por un cristal semiconductor que combina zonas de tipo P y tipo N. Sus partes se denominan:

• Terminal de Emisor
• Terminal de Base
• Terminal de Colector

Funciones de los Terminales

• Emisor: Su misión es enviar electrones (o portadores de carga).
• Colector: Su misión es recoger los electrones.
• Base: Su misión es controlar el flujo de electrones y permitir su paso.

Tipos de Transistores Bipolares

Existen dos tipos principales de transistores bipolares:

• PNP
• NPN

(Nota: Los símbolos gráficos correspondientes a PNP y NPN deben ser consultados en diagramas específicos.)

Corrientes y Uniones

Corrientes en el Transistor

En un transistor existen tres tipos de corrientes:

• Corriente del Emisor ($I_E$)
• Corriente del Colector ($I_C$)
• Corriente de la Base ($I_B$)

El transistor, en relación con sus intensidades, se comporta como un nudo (o nodo) eléctrico. Por lo tanto, se cumple la Ley de Kirchhoff para la corriente:

$$I_E = I_C + I_B$$

Uniones Internas

Las uniones internas de un transistor se denominan:

• Unión Emisor-Base
• Unión Base-Colector

Conceptos de Polarización y Funcionamiento

Definición y Propósito de la Polarización

Polarizar un transistor consiste en suministrar la tensión adecuada en la alimentación y conectar resistencias en el circuito con el valor oportuno. El objetivo principal de la polarización es permitir el paso de la corriente y establecer el punto de operación deseado.

Efectos de la Polarización en las Uniones

Polarización Directa Base-Emisor (NPN)

Al polarizar en directo la unión entre la base y el emisor de un transistor NPN, manteniendo la otra unión sin polarizar, la resistencia Base-Emisor disminuye a un valor muy reducido.

Polarización Inversa Colector-Emisor

Al polarizar en inverso la unión entre el colector y el emisor, el valor de la corriente que entra por el emisor se acerca al valor de la corriente del colector.

Polarización Simultánea (Modo Activo)

Cuando ambas uniones se polarizan al mismo tiempo (Base-Emisor en directo y Base-Colector en inverso), ocurre lo siguiente:

1. Los electrones superan la unión Emisor-Base, ya que está polarizada directamente.
2. Puede ocurrir que uno de estos electrones encuentre un hueco en la base, generando una corriente de base muy débil.
3. Una vez superada la barrera Emisor-Base, los electrones se sienten atraídos por el colector, y aparece la corriente de colector.

Relación de Polarización Emisor-Colector

La polarización de la unión Emisor-Base debe ser más baja que la polarización de la unión Colector-Base porque el valor de la corriente que entra por el emisor ($I_E$) se acerca bastante al valor de la corriente del colector ($I_C$), siendo la corriente que sale de la base ($I_B$) muy pequeña.

Punto de Funcionamiento y Recta de Carga (Punto Q)

Definición del Punto de Funcionamiento (Punto Q)

El Punto de Funcionamiento (o Punto Q) es aquel donde el transistor trabaja de una forma normal y que se encuentra entre la zona de corte y la zona de saturación.

Localización y Extremos de la Recta de Carga

• Los posibles puntos de funcionamiento de un transistor se sitúan sobre la Recta de Carga.
• Los puntos extremos de la Recta de Carga son: Saturación y Corte.

Zonas Operativas

• Saturación: Aparece donde la línea de carga corta a la intensidad de base de saturación (máxima corriente de colector).
• Corte: Es el punto donde la línea de carga corta a la curva de corriente de colector cero (mínima corriente de colector).