CURVA CARACTERÍSTICA DE UN TRANSISTOR

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La región de la base está ligeramente dopada y es muy delgada en comparación con las regiones del emisor, excesiva me te dopada, y la del colector, moderadamente dopada (la siguiente sección explica la razón de esto). La figura 2 muestra los símbolos esquemáticos para los transistores npn y pnp.

La figura 3 muestra los arreglos para polarización tanto de BJT npn como pnp para que operen como amplificador. Observe que en ambos casos la unión base-emisor (BE) está polarizada en directa y la unión base-colector (BC) polarizada en inversa. Esta condición se llama polarización en directa-inversa.

[pic 6]

Figura 3. Polarización en directa e inversa de un BTJ. a) npn. b) pnp. Tomado de [2]

Para entender cómo opera un transistor de manera detallada y analizada desde el punto de vista microscópico considere ver la figura A-1 que se encuentra disponible en el anexo de este informe.

Las direcciones de las corrientes en un transistor npn y su símbolo esquemático se muestran en la figura 4(a); las correspondientes a un transistor pnp se muestran en la figura 4(b). Observe que la flecha en el emisor en el interior de los símbolos de transistor apunta en la de reacción de la corriente convencional. Estos diagramas muestran que la corriente de emisor (IE) es la suma de la corriente de colector (IC) y la corriente de base (IB), expresada de la siguiente manera:

[pic 7]

[pic 8]

Figura 4. Corrientes en el transistor. a) npn. b) pnp. Tomado de [2]

La ganancia de corriente de cd de un transistor es el cociente de la corriente de cd del colector (IC) entre la corriente de cd de la base (IB) y se expresa como beta de cd:

[pic 9]

Los valores típicos de βcd van desde 20 hasta 200 o más, βcd normalmente se expresa como un parámetro híbrido (h) equivalente, hfe en hojas de datos de los transistores. El cociente de la corriente de cd del cole toro (IC) entre la corriente de cd del emisor (IE) es el alfa de cd (αcd). La alfa es un parámetro menos utilizado que la beta en circuitos con transistores:

[pic 10]

En general, los valores de αcd van desde 0.95 hasta 0.99 o más, aunque αcd siempre es menor que 1. La razón es que IC siempre es un poco menor que IE en una cantidad de IB.

Considere la configuración del circuito de polarización de transistor básico que aparece en la figura 5. Es posible identificar tres corrientes de cd y tres voltajes de cd.

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Figura 5. Corrientes y voltajes en el transistor. Tomado de [2]

Siendo: IB: corriente de cd de base, IE: corriente de cd de emisor, IC: corriente de cd de colector, VBE: voltaje de cd en la base con respecto al emisor, VCB: voltaje de cd en el colector con respecto a la base, VCE: voltaje de cd en el colector con respecto al emisor.

La fuente de voltaje, VBB, polariza en directa la unión base-emisor y la fuente de voltaje, VCC polariza en inversa la unión base-colector. Cuando la unión base emisor se polariza en directa, opera como un diodo polarizado en directa y la caída de voltaje con polarización en directa nominal es: [pic 12]

Aunque en un transistor VBE puede ser tan alto como 0.9 V y éste depende de la corriente, se utilizará 0.7 V en todo este texto para simplificar el análisis de los conceptos básicos. Tenga en cuenta que la característica de la unión base-emisor es la misma que la curva de diodo normal.

Como el emisor está conectado a tierra (0 V), de acuerdo con la ley del voltaje de Kirchhoff, el voltaje a través de RB es: [pic 13]

Asimismo, de acuerdo con la ley de Ohm, para tener: y de esta forma:[pic 14][pic 15]

[pic 16]

El voltaje en el colector con respecto al emisor conectado a tierra es: [pic 17]

Como la caída a traves de Rc está dada por: el voltaje en el colector con respecto al emisor es: donde Ic = β Ib.[pic 18][pic 19]

El voltaje a través de la unión colector-base polarizada en inversa es: [pic 20]

Con un circuito como el mostrado en la figura 5 se puede generar un conjunto de curvas características del colector que muestren cómo varía la corriente en el colector, IC, con el voltaje en el colector con respecto al emisor, VCE, con valores especificados de corriente de base, IB. Observe en el diagrama del circuito que tanto VBB como VCC pueden ser fuentes de voltaje variable. Suponga que VBB se ajusta para que produzca un cierto valor de IB y que VCC es cero. En esta condición, tanto la unión base-emisor como la unión base-colector están polarizadas en directa porque la base está a aproximadamente 0.7 V, en tanto que el emisor y el colector están a 0 V. La corriente de base circula a través de la unión base-emisor debido a la trayectoria de baja impedancia hacia tierra y, por consiguiente, IC es cero. Cuando ambas uniones están polarizadas en directa, el transistor se encuentra en la región de saturación de su operación. Saturación es el estado de un BJT en el cual la corriente en el colector alcanza un máximo independientemente de la corriente en la base.

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Figura 6. Curva de IC contra VCE para un valor de IB. Tomado de [2]

A medida que VCC se incrementa, VCE lo hace a medida que la corriente de colector se incrementa. Esto es indicado por la parte de la curva característica entre los puntos A y B de la figura 6. IC se incrementa a medida que VCC lo hace, porque VCE permanece a menos de 0.7 V debido a la unión base-colector polarizada en directa. Idealmente, cuando VCE excede de 0.7 V, la unión base-colector se polariza en inversa y el transistor entra a la región lineal o activa de su operación. Una vez que la unión base-colector se polariza en inversa, IC se nivela y permanece esencialmente constante para un valor dado de IB a medida que VCE continúa incrementándose. En realidad, IC se incrementa muy poco a medida de VCE se incrementa debido al ensanchamiento de la región de empobrecimiento base-colector. Esto produce pocos huecos para recombinación en la base lo que efectivamente provoca un incremento leve de βCD. Esto es mostrado por la parte de la curva característica entre los