Transistors Bipolars, MOSFET, IGBT i Tiristors: Funcionament i Aplicacions

Funcionament del Transistor Bipolar (BJT)

Els electrons que venen de l'emissor a la base són portadors minoritaris a la base. Aquests arriben a l'altra unió, la unió de col·lector-base, per difusió. Després, són arrossegats pel camp elèctric de la unió de col·lector-base i surten pel col·lector.

Polarització de la Unió Emissor-Base (EB)

Si la unió d'emissor-base no està polaritzada, no hi ha corrent d'emissor, perquè s'anul·len els corrents. Si alimentem en directa la unió EB, desfem l'equilibri i hi haurà molts portadors majoritaris (n) que aniran cap a la base i portadors (p) que aniran cap a l'emissor. Així, amb un corrent de base molt petit, podem generar un corrent d'emissor molt gran.

Com que quan polaritzem en directa la unió EB, la zona de càrrega espacial es fa més petita, aleshores es desequilibra la situació i el corrent de difusió d'electrons majoritaris cap a la base es fa molt gran.

Flux de Corrent i Recombinació

En ser la zona de base molt petita, gairebé no es produeixen recombinacions. Per tant, gairebé tots els electrons que entren a la base arriben al col·lector-base. El corrent de col·lector està, gairebé tot, format pel corrent que ve de l'emissor; si no, només hi hauria el corrent d'un díode en inversa.

També es fa més gran el corrent de difusió de forats de la base cap a l'emissor, encara que és molt més petit que el de difusió d'electrons de l'emissor cap a la base. El corrent total és igual al corrent de difusió entre base i emissor.

El Transistor Unipolar: MOSFET

El transistor MOSFET s'anomena unipolar perquè fa servir un únic tipus de portador. El transistor unipolar és un dels dispositius més importants i, juntament amb els bipolars, s'utilitzen per processar la informació. La gran importància del transistor unipolar rau en el fet que és molt usat en la fabricació de sistemes digitals molt complexos, com ara el microprocessador.

Avantatges del MOSFET respecte al BJT

Aquest tipus de transistors, comparats amb els bipolars, presenten els següents avantatges:

• Ocupen menys àrea de xip.
• Necessiten menys passos de fabricació, la qual cosa els fa més econòmics.

D'altra banda, els bipolars són més ràpids (dibuix).

El Tiristor (SCR)

El rectificador controlat de silici o SCR, és un interruptor unidireccional i de bloqueig en inversa, de tres terminals i tres unions PN. El tiristor és un dels interruptors de potència més utilitzats en l'electrònica. (dibuix)

Circuit Equivalent del Tiristor

Qualsevol dispositiu de quatre capes es pot veure com un transistor NPN i un altre PNP amb una determinada connexió entre ells. Així, si substituïm les tres unions d'un tiristor per dos transistors connectats, tenim el circuit equivalent del tiristor o SCR. (dibuix)

Transistor de Porta Aïllada (IGBT)

El transistor de porta aïllada (IGBT) és un dispositiu semiconductor de tres potes que combina el control de porta del MOSFET amb l'alta capacitat de potència del transistor bipolar. L'IGBT, que és un dispositiu relativament nou, es fa servir com a commutador en aplicacions de mitja i alta potència.

Aplicacions de l'IGBT

Les aplicacions de l'IGBT van des de:

• Control de cotxes elèctrics.
• Neveres i aire condicionat.
• Amplificadors d'àudio digital.

L'estructura recorda la d'un MOSFET de canal N, seguida d'un transistor PNP. (dibuix)