Principios de Funcionamiento del Transistor: Modos de Operación y Aplicaciones Esenciales

Funcionamiento del Transistor

Para comprender el funcionamiento del transistor, exploraremos sus principios operativos y modos de aplicación.

Polarización de la Unión Base-Emisor

Al conectar el polo positivo de la fuente de alimentación a la base y el negativo al emisor (en un transistor NPN, por ejemplo), la unión base-emisor queda polarizada directamente. Por lo tanto, circulará una elevada corriente a través del semiconductor, comportándose como un diodo y provocando que el LED se encienda.

Por el contrario, si la unión base-emisor se polariza inversamente (como se ilustraría en una figura), la corriente a través del transistor será prácticamente nula, y por consiguiente, el LED no se encenderá.

Modos de Operación del Transistor

El transistor es un componente versátil que puede operar principalmente en dos modos: como interruptor electrónico o como amplificador de señal.

El Transistor como Interruptor

El transistor opera como un interruptor cerrado (en estado de saturación) cuando se le aplica una corriente suficiente a la base, permitiendo el paso de corriente entre colector y emisor. Por el contrario, funciona como un interruptor abierto (en estado de corte) cuando no se le aplica corriente a la base, bloqueando el flujo de corriente.

El Transistor como Amplificador

Los inventores del transistor descubrieron que una pequeña variación en la corriente aplicada a la base podía gobernar una corriente mucho más intensa entre el colector y el emisor. Este principio fundamental permite que pequeñas corrientes eléctricas sean amplificadas, transformando señales débiles en otras suficientemente fuertes para diversas aplicaciones.

Relación de Corrientes en el Transistor

La relación fundamental de corrientes en un transistor bipolar es que la corriente total que fluye a través del emisor (I_E) es la suma de la corriente del colector (I_C) y la corriente de la base (I_B).

IE = IC + IB

Analogía de la Válvula de Agua para Comprender el Transistor

Para comprender mejor estos modos de operación, podemos establecer una analogía con una válvula de agua, donde se presentan tres situaciones principales:

1. Válvula totalmente cerrada: No circula agua.
2. Válvula parcialmente abierta: Se puede regular el caudal de agua (C) abriendo más o menos la llave (L), pero sin que el tapón esté completamente abierto.
3. Válvula totalmente abierta: Al abrir la llave (L) lo suficiente, el tapón se abre por completo y casi todo el caudal pasa por (C), siendo el flujo por (B) despreciable en comparación.

Esta analogía se traslada directamente al funcionamiento de los transistores, sustituyendo el caudal de agua por la corriente eléctrica:

1. Sin corriente en la base (Corte): El transistor no permite la conducción de corriente entre el colector y el emisor.
2. Pequeña corriente en la base (Región Activa/Amplificación): Se puede controlar el paso de corriente entre el colector y el emisor. La corriente que fluye entre colector y emisor es significativamente mayor que la corriente suministrada a la base.
3. Suficiente corriente en la base (Saturación): Se suministra suficiente corriente a la base para que circule la máxima corriente posible entre colector y emisor. En este estado, se dice que el transistor está saturado, y la corriente de base es la mínima necesaria para alcanzar esta saturación.

En resumen, cuando el transistor opera como interruptor, lo hace en las regiones de corte y saturación. Por otro lado, cuando funciona como amplificador, trabaja en la región activa, donde pequeñas variaciones de corriente en la base controlan corrientes mucho mayores entre colector y emisor.