B13 Transistores NPN y PNP

Lección B13 : Transistores NPN y PNP

LECCIÓN B13: TRANSISTORES NPN y PNP

OBJETIVOS • Reconocimiento de un transistor PNP o NPN. • Medida de las resistencias interunión. • Reconocimiento de los tres terminales: Base, Emisor y Colector utilizando un óhmetro. • Verificación de las relaciones fundamentales de corriente continua. • Medida de la corriente de colector en función de la corriente de base. • Cálculo de los factores de amplificación α y β.

MATERIAL • Unidad básica para sistema IPES (Unidad de alimentación mod. PSU/EV, Caja de soporte de los módulos mod. MU/EV, Unidad de control individual mod. SIS1/SIS2/SIS3) • Módulo de experimentación mod. MCM4/EV • Multímetro

B13.1 NOCIONES TEÓRICAS Estructuras PNP y NPN Los modelos físicos de los transistores PNP y NPN se muestran en la figura B13.1. La zona central se denomina "Base", mientras que las zonas externas se denominan respectivamente "Emisor" y "Colector".

fig. B13.1

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El funcionamiento de los transistores se basa en la posibilidad de controlar la corriente que fluye entre Colector y Emisor a través de la aplicación de una corriente en la base B, lo cual se obtiene polarizando directamente la unión base-emisor e inversamente la unión basecolector. En ausencia de tensiones de polarización, las barreras de potencial existentes se muestran en las figuras.

fig. B13.2

Funcionamiento del Transistor PNP En la condición de funcionamiento normal el diodo base-emisor D2 está polarizado directamente (polo positivo en el emisor y polo negativo en la base); en cambio, el diodo colector-base D1 está polarizado inversamente y el colector tiene un potencial negativo respecto a la base (figura B13.3a). Con el circuito base-colector abierto (figura B13.3b), ya que el diodo D2 está polarizado directamente, su barrera de potencial se reduce y de esta forma favorece un desplazamiento de cargas positivas desde el emisor hacia la base. Consideremos ahora la situación en la cual el circuito colector-base está cerrado y el circuito base-emisor está abierto (figura B13.3c). Debido a la polarización inversa, la barrera de potencial del diodo colector-base aumenta; de esta forma sólo una pequeña corriente de huecos positivos fluye desde la base hacia el colector y al mismo tiempo una corriente de electrones fluye desde el colector hacia la base. Supongamos ahora que tanto el circuito base-emisor como el circuito colector-base (figura B13.3d) se cierren simultáneamente. El espesor de la base es muy delgado respecto a la distancia media que pueden recorrer los huecos positivos procedentes del emisor; una parte considerable de estas cargas puede atravesarla y llegar a la unión colector-base, donde serán atraídas por el potencial negativo del colector, creando así una corriente emisor-colector. Un razonamiento análogo lleva a resultados similares en el caso de un transistor NPN (figura B13.4). -2-


fig. B13.3

fig. B13.4 Las estructuras PNP y NPN constituyen la base constructiva de los transistores bipolares o "BJT" (Bipolar Junction Transistor). Los símbolos gráficos correspondientes se muestran en las figuras siguientes.

fig. B13.5

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La flecha en el símbolo gráfico indica el sentido de la corriente de emisor. La polarización correcta de un BJT se muestra en la figura B13.6.

fig. B13.6

Las magnitudes que determinan el funcionamiento de un transistor de corriente continua son (figura B13.7): 1. Las tres corrientes que circulan en el transistor (IB, IC, IE). 2. Las tres tensiones presentes en los extremos de los terminales (VBE, VCE, VCB). 3. Los dos coeficientes de amplificación de corriente (α, β).

fig. B13.7

Ecuaciones fundamentales Considerando como sentido de las corrientes el de las cargas móviles positivas, se consideran válidas las siguientes relaciones:

IE = IC + IB

B13.1

IC = α·IE + ICBO

B13.2

donde:

• El coeficiente α tiene un valor comprendido entre 0,9 y 0,999. -4-


• α⋅IE indica la fracción de la corriente de emisor que llega hasta el colector (y α es muy próxima a 1.0). • ICBO, del orden de los nA, es la corriente inversa medida de la unión base-colector polarizada inversamente, dejando abierto el terminal de emisor. Sustituyendo el valor de IE en la ecuación B13.1, se puede obtener la siguiente expresión en la B13.2:

IC = ß⋅IB + ICEO

B13.3

verificándose:

β= α/(1-α)

B13.4

ICEO = (ß+1)·ICBO

B13.5

A través de la B13.4, los valores propios de α se desprenden de β y están comprendidos entre 10 y 100; por lo tanto, a través de las referidas relaciones, se deduce que a un valor pequeño de la corriente de base IB le corresponde un valor elevado de la corriente de colector IC, lo cual demuestra que el transistor es un componente amplificador de corriente. En lo referente a las tensiones puede escribirse:

VCE = VBE + VCB

B13.6

Ganancia estática del transistor A través de las relaciones B13.3 y B13.5 es posible obtener la siguiente expresión para β:

IC - ICBO

B13.7

β = 

IB + ICBO Despreciando el aporte de I CBO CBO tanto en el numerador como en el denominador de la ecuación B13.7, se define el más importante parámetro de los BJTs, la ganancia estática de corriente hFE:

hFE = IC / IB

B13.8

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Curvas características Las relaciones anteriores pueden expresarse de forma gráfica mediante las curvas características indicadas a continuación:

fig. B13.8 a. Curvas caracterís características ticas de entrada de un transistor NPN de emisor común b. Curvas características de transferencia de un transistor NPN de emisor común c. Curvas características de salida de un transistor NPN de emisor común

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