Zona de Funcionamiento

Zona de Funcionamiento

Funcionamiento del Transistor

En el transistor  el emisor es el encargado de “inyectar” electrones en la base, la cual se encarga de gobernar dichos electrones y mandarlos finalmente al colector.

La fabricación del transistor se realiza de forma que la base es la zona más pequeña, después el emisor, siendo el colector el más grande en tamaño.

En una configuración normal, la unión emisor-base se polariza en directa y la unión base-colector en inversa. Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre la base y el colector.

Control de tensión, carga y corriente

La corriente colector-emisor puede ser vista como controlada por la corriente base-emisor (control de corriente), o por la tensión base-emisor (control de voltaje). Esto es debido a la relación tensión-corriente de la unión base-emisor, la cual es la curva tensión-corriente exponencial usual de una unión PN (es decir, un diodo).

En el diseño de circuitos analógicos, el control de corriente es utilizado debido a que es aproximadamente lineal. Esto significa que la corriente de colector es aproximadamente β veces la corriente de la base. Algunos circuitos pueden ser diseñados asumiendo que la tensión base-emisor es aproximadamente constante, y que la corriente de colector es β veces la corriente de la base. No obstante, para diseñar circuitos utilizando BJT con precisión y confiabilidad, se requiere el uso de modelos matemáticos del transistor como el modelo Ebers-Moll.

Regiones operativas del transistor

Región activa

corriente del emisor = (β + 1)·I_b ; corriente del colector= β·I_b

Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la región de corte entonces está en una región intermedia, la región activa. En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de β (ganancia de corriente, es un dato del fabricante) y de las resistencias que se encuentren conectadas en el colector y emisor. Esta región es la más importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador de señal.

• Región inversa:

Al invertir las condiciones de polaridad del funcionamiento en modo activo, el transistor bipolar entra en funcionamiento en modo inverso. En este modo, las regiones del colector y emisor intercambian roles. Debido a que la mayoría de los BJT son diseñados para maximizar la ganancia de corriente en modo activo, el parámetro beta en modo inverso es drásticamente menor al presente en modo activo.

• Región de corte: Un transistor está en corte cuando:

corriente de colector = corriente de emisor = 0, (I_c = I_e = 0)

En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de alimentación del circuito. (como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)

De forma simplificada, se puede decir que el la unión CE se comporta como un circuito abierto, ya que la corriente que lo atraviesa es cero.

• Región de saturación: Un transistor está saturado cuando:

corriente de colector ≈ corriente de emisor = corriente maxima, (I_c ≈ I_e = I_max)

En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos, ver Ley de Ohm. Se presenta cuando la diferencia de potencial entre el colector y el emisor desciende por debajo del valor umbral V_CE,sat. Cuando el transistor esta el saturación, la relación lineal de amplificación I_c=β·I_b (y por ende, la relación I_e=(β+1)·I_b ) no se cumple.

De forma simplificada, se puede decir que el la unión CE se comporta como un cable, ya que la diferencia de potencial entre C y E es muy próxima a cero.