Transistor colector abierto
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Transistores bipolares
Es un dispositivo electrónico con 3 terminales de conexión.
Este dispositivo forma parte de todos los circuitos de amplificación, y circuitos de conmutación, en los que trabaja como interruptor sin contactos.
Se construyen con un cristal semiconductor que tiene 3 zonas diferentes. Como los semiconductores sólo se pueden impurificar como tipo P o N, resultan dos modelos de transistores diferentes: los que tienen dos zonas N y una P, y los que tienen dos zonas P y una N. Los primeros son los transistores NPN y los segundos los PNP.
A cada una de las zonas se les conecta un terminal que da lugar al emisor, base y colector.
El cristal se encapsula en diferentes cápsulas por lo que puede tener diferentes aspectos y disposición de terminales. Para averiguar esta disposición habrá que consultar el datasheet del fabricante.
Funcionamiento
La explicación del funcionamiento se hará con el transistor
NPN, teniendo en cuenta que lo dicho será igual para el PNP pero invirtiendo las corrientes.
El transistor es un dispositivo que controla la corriente entre el colector y el emisor mediante una corriente pequeña de base. De forma que IE = IB + IC.
Se distinguen en 3 formas de funcionamiento:
Zona de corte
: en la que Ib = 0, Ic= Ie= 0. En esta zona el transistor se utiliza como interruptor abierto.
Zona de saturación
en la que IB e IC son máximas. En esta zona el transistor se utiliza como interruptor cerrado.
Zona activa: en la que IC es proporcional a IB según la fórmula=IC=β * IB. En esta zona el transistor se utiliza como amplificador.
β es un valor que depende del modelo del transistor y nos da el fabricante. Valores típicos de β son de 50 a 600. β es un valor adimensional.
Identificación de los pines del transistor.
La mejor forma será apuntar la referencia y buscar en el Datasheeht del fabricante, si esto no es posible, lo podemos hacer con un sencillo procedimiento.
Lo primero será averiguar cuál es el terminal de base midiendo la continuidad entre los tres terminales de dos en dos, hasta que encontremos los 2 terminales que nos den circuito abierto en las dos polaridades. Estos dos terminales son colector y emisor, ya que en una polaridad tendremos la uníón BE en PI y en la otra polaridad será la uníón BC la que estará en PI. Por tanto, con estos dos pines no debe haber continuidad con ninguna de las dos polaridades. Ahora sabemos que el otro terminal que nos queda es la base.
Ahora que sabemos cuál es la base, ponemos el + en ella y el negativo en cualquiera de los otros terminales. Si da continuidad es un transistor NPN y si da circuito abierto es PNP.
Sabiendo donde está la base y el tipo de transistor, medimos la resistencia en P.D entre la base y los 2 terminales que nos quedan, el que tenga menos resistencia será el colector y el otro el emisor.
Comprobación del estado del transistor.
Sabiendo el modelo del transistor y sus patillas medimos la continuidad entre C y E en con las dos polaridades. Nos tiene que dar circuito abierto en las dos polaridades.
Comprobamos que entre la base y emisor en P.D da continuidad y al revés no, y lo mismo con el colector.
Si cualquiera de estas comprobaciones no diera lo que se prevé, se podría deducir que el transistor está estropeado.
Los multímetros digitales suelen disponer de unas conexiones para transistores NPN y PNP. El elemento se llama transistrómetro y mide directamente la β del transistor, de forma que este nos puede servir para comprobar el estado del transistor.
Polarización de un transistor
Cuando está trabajando en la zona activa el transistor está trabajando con la uníón base-emisor en P.D y la la uníón colector-base en P.I.
Esto se consigue con una tensión entre la base-emisor de 0,7V y una tensión colector-emisor mayor a 0,7V.
La I de base en esta zona es muy débil pero muy valiosa ya que con ella se controla IC de forma que se cumple que IC= β*IB.
En esta zona es habitual que la IE esté formada por un 99% de IC y 1% de IB.
La β es un valor adimensional carácterístico de cada transistor que representa la ganancia de este.
β= ΔIC / Δ IB.
Ruptura del transistor
El fabricante en sus datasheet nos da dos valores que si se superan, el transistor se estropea. Ambos valores están relacionados con la P.I de la uníón colector-base.
VCBO max ( tensión colector-base, con el emisor abierto).
V CEO max (tensión colector-emisor máxima con la base abierta).
Curvas carácterísticas del transistor bipolar (BJT)
Dado que el transistor tiene 3 terminales, existen varias magnitudes a comparar: VCB, VBE, IC, VCE, IB, IE.
De todos estos parámetros la curva más importante es la que nos da la IC en función de la VCE, para una IB constante.
Para obtener esta gráfica se monta el transistor en una configuración en la que el emisor es común, a la entrada y a la salida del circuito. Se coloca un amperímetro en serie con la RC para medir la IC y un voltímetro en la salida para medir la VCE.
La curva que se obtiene tiene la forma de la gráfica adjunta. En realidad no es una única curva sino varias (una para cada valor de IB.
En esta curva se aprecian las 3 zonas de funcionamiento del transistor:
zona de saturación, zona activa y zona de corte.
La zona activa es aquella en la que para una IB dada la IC es prácticamente constante e independiente del valor VCE. En esta zona observamos que pequeñas variaciones de IB provocan grandes variaciones de IC. Esta zona de la gráfica se pueden utilizar para calcular el valor de β.
En esta misma zona si la tensión colector-emisor aumenta demasiado, la P.I de la uníón colector-base podría entrar en ruptura, rompíéndose el transistor.
Si la tensión VCE es inferior al 0,7 V el transistor esta en zona de saturación.
Cuando la IB = 0, el transistor está en la zona de corte.
Encapsulado de los transistores.
El tamaño de la cápsula de un transistor depende de la potencia con la que es capaz de trabajar. Las cápsulas que se utilizan son las siguientes:
TO-18
Este encapsulado es metálico y se emplea con señales de baja señal.
TO-92
Este encapsulado es de plástico y se utiliza mucho para transistores de baja señal.
TO-126
Se emplea en transistores de poca potencia, es de plástico y metal (se presenta la foto de la cara de plástico) y se le pueden fijar aletas de refrigeración mediante un tornillo, en su orificio central.
TO-220
Se utiliza en transistores de media potencia, y también se le puede fijar un radiador.
TO-3
Es metálico, para transistores de alta potencia, se le puede fijar un radiador, solo tiene dos terminales, el tercero es el cuerpo. Los terminales E y B que se presentan están más próximos a un orifício.