Transistor BJT: funcionamiento, zonas de trabajo, tipos y aplicaciones

Resumen

El documento explica el transistor bipolar de unión (BJT), su estructura de regiones emisor, base y colector en versiones NPN y PNP, y sus tres zonas de trabajo: corte, activa y saturación. También recoge sus ventajas frente a los FET, parámetros de ganancia alfa y beta, las principales aplicaciones y una introducción al amplificador diferencial.

Puntos clave

El BJT consta de tres regiones semiconductoras: emisor, base y colector, con dopajes PNP o NPN.
En corte la corriente de colector es nula y el transistor se comporta como interruptor abierto.
En la zona activa el transistor funciona como amplificador lineal.
En saturación conduce la máxima corriente de colector posible y se comporta como interruptor cerrado.
La ganancia en emisor común (beta o hfe) suele ser mayor de 100, mientras alfa está entre 0,98 y 0,998.
Los BJT se usan en amplificación, generación de señal, conmutación y detección de luz (fototransistores).

Ponte a prueba

Transistor BJT: Fundamentos y Aplicaciones

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada.

El transistor BJT (Bipolar Junction Transistor) es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite aumentar la corriente y disminuir el voltaje, además de controlar el paso de la corriente a través de sus terminales.

Estructura de los BJT

Un transistor de unión bipolar consiste en tres regiones semiconductoras dopadas: la región del emisor, la región de la base y la región del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor NPN.

Zonas de Trabajo de un Transistor BJT

Supongamos que el transistor opera en 3 regiones: corte, activo y saturación.

Corte: En este caso no hay transferencia de energía de la fuente de entrada al circuito, por lo tanto, la corriente de salida IC es nula, o sea que se comporta como un interruptor abierto.
Activo: El transistor trabaja en una zona lineal sin llegar al corte o a saturación, se comporta como amplificador.
Saturación: En este caso el transistor conduce la máxima corriente de colector IC posible sin dañarse, o sea que se comporta casi como un interruptor cerrado.

Ventajas del BJT

Los BJTs tienen como ventaja que es posible sacarles una mayor ganancia, a contraparte de los FET y MOSFET, que a iguales configuraciones (por ejemplo, emisor común) poseen una menor ganancia. También tienen como ventaja que su utilización es mucho más directa.

Aplicaciones de los BJT

Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación)
Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de radiofrecuencia)
Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM)
Detección de radiación luminosa (fototransistores)

Amplificador Diferencial

El amplificador diferencial (AD) es un circuito pensado para amplificar la diferencia de dos señales. Donde: AvDS: ganancia a modo diferencial simple, o sea, la relación entre la salida y la entrada diferencial, cuando la excitación a modo común es nula.

Aplicaciones de los Amplificadores Diferenciales

El par diferencial es una base fundamental para la electrónica analógica. Los amplificadores operacionales y comparadores de tensión se basan en él. Así mismo, los multiplicadores analógicos, empleados en calculadoras analógicas y en mezcladores, están basados en pares diferenciales.
Los amplificadores de transconductancia también, básicamente, son pares diferenciales.
En Electrónica digital, la tecnología ECL se basa en un par diferencial. Muchos circuitos de interfaz y cambiadores de nivel se basan en pares diferenciales.

Parámetros Alfa y Beta de un BJT

La ganancia de corriente emisor común está representada por Beta o por hfe. Esto es aproximadamente la tasa de corriente continua de colector a la corriente continua de la base en la región activa directa y es típicamente mayor a 100. Otro parámetro importante es la ganancia de corriente base común alfa. La ganancia de corriente base común es aproximadamente la ganancia de corriente desde emisor a colector en la región activa directa. Esta tasa usualmente tiene un valor cercano a la unidad; que oscila entre 0.98 y 0.998.

Tipos de BJT

Transistores NPN: Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector.
Transistores PNP: El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son las zonas de trabajo de un transistor BJT?

Un transistor BJT puede operar en corte, activa y saturación. En corte no conduce, en la zona activa amplifica de forma lineal y en saturación conduce la máxima corriente de colector posible.

¿Qué diferencia hay entre un transistor NPN y un PNP?

El NPN tiene una base P entre dos capas N, mientras que el PNP tiene una base N entre dos capas P. El texto indica que hoy se usan pocos PNP porque el NPN ofrece mejor desempeño en la mayoría de los casos.

¿Para qué se usan los transistores BJT?

Se emplean para amplificar señales en radio, televisión e instrumentación, generar señales, conmutar como interruptores en relés y fuentes conmutadas, y detectar radiación luminosa mediante fototransistores.