Intensidad de un transistor
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El documento proporciona información sobre el funcionamiento del transistor NPN, incluyendo las corrientes que fluyen a través de sus terminales (emisor, base y colector), la relación entre estas corrientes, y los parámetros alfa y beta que describen la ganancia de corriente del transistor. También explica brevemente los efectos de la polarización inversa en las uniones del transistor.
Intensidad de un transistor
- 1. En los apartados anteriores hemos estudiado, de una forma experimental, el funcionamiento del transistor. Completaremos, ahora, algunos otros aspectos más particulares del mismo, como son la relación de intensidades de corriente que aparecen en cada uno de los terminales del transistor. Pero antes vamos a realizar un pequeño repaso de los conocimientos ya adquiridos, intentando, a su vez, dar una mayor profundidad a los mismos. Este estudio 10 realizaremos también sobre un transistor NPN. Este tipo es más utilizado que el PNP, ya que actúa algo más rápido y se adapta mejor a los sistemas donde se conecta el negativo a masa. No obstante, es fácil encontrar los dos tipos de transistores en un mismo circuito, ya que su combinación amplia las posibilidades del diseñador. Sentido de la corriente en el circuito. A) Según el flujo de electrones. B) Sentido convencional de la corriente.
- 2. Tal como está polarizado el transistor NPN , el diodo formado por la unión del emisor y la base queda polarizado directamente con la tensión VBE .Para que esto ocurra, será suficiente con una tensión mínima, superior a la umbral, que en el caso del silicio será de 0,6 V a 0,7 V. Este fenómeno de polarización directa hace que la resistencia base-emisor (RBE) disminuya a un valor muy reducido (por debajo de los 100 Ω). Por otro lado, el diodo formado por la unión de la base y el colector aparece polarizado inversamente por la tensión VCB , que es de un valor mucho más alto que VBE. De aquí, se deduce que la resistencia entre el colector y la base (RcB) sea de un valor elevado (unos 10 KΩ). Sin embargo, tal como se pudo apreciar en las experiencias llevadas a cabo, la corriente es capaz de atravesar tanto la unión polarizada directamente como la polarizada inversamente. De tal forma que el valor de la corriente que entra por el emisor IE se acerca bastante a la del colector lc , siendo la corriente que sale de la base muy pequeña.
- 3. Efectivamente, la región que ocupa la base del transistor es muy reducida y está mínimamente impurificada, por lo que posee muy pocos huecos. De esta forma, los electrones que emite el emisor superan sin dificultad la unión emisor-base, por estar polarizada directamente. Pero es probable que uno de estos electrones encuentre en la base un hueco libre con el que combinarse. Por ello, la corriente de base será muy débil. Sin embargo, estos electrones, una vez que superan la barrera de emisor-base, se sienten fuertemente atraídos por el potencial eléctrico positivo del colector, estableciéndose un valor considerable de corriente de colector le. Lo normal es que el 99% de la corriente del emisor se dirija directamente al colector y que el 1% restante lo haga a la base. Se puede establecer una ecuación que relacione estas tres corrientes, de tal forma que: lE = lc + lB
- 4. A pesar de que la corriente de base es muy débil, ésta es muy valiosa, ya que gracias a ella se puede gobernar la gran corriente que aparece en el colector. De tal forma que, si la corriente de base fuese nula, no habría corriente de colector. Téngase en cuenta que, al desaparecer la tensión de polarización de la unión emisor-base, los electrones del emisor no pueden superar esta barrera. Parámetro alfa (a) de un transistor : El parámetro alfa de un transistor indica la relación de semejanza que se produce en la corriente de colector y las variaciones de corriente del emisor. E C I I
- 5. Así, por ejemplo, en el caso de que en un transistor se haya medido una variación de la corriente de colector de 7,92 mA, entre dos puntos de funcionamiento, y una variación de 8 mA en la corriente de emisor, tendremos que: Dado que la corriente de base suele ser muy pequeña, en la mayor parte de los transistores el valor del parámetro α se acerca a la unidad, no superando en ningún caso valores superiores a 0,95. 99,0 8 92,7
- 6. Ganancia de corriente o parámetro beta (ß) de un transistor : La circunstancia de que una pequeña corriente de base controle las corrientes de emisor y colector mucho más elevadas, indica la capacidad que posee un transistor para conseguir una gran ganancia de corriente. Así, la ganancia de corriente de un transistor es la relación que existe entre la variación o incremento de la corriente de colector y la variación de la corriente de base. Así, por ejemplo, en el caso de que en un transistor se obtenga una variación de corriente de colector de 8 mA y de O,O8 mA en la corriente de base, la ganancia será: I IC 100 08.0 8
- 7. La ganancia de corriente de los transistores comerciales varía bastante de unos a otros. Así, nos podemos encontrar transistores de potencia que poseen una β de tan sólo 20. Por otro lado, los transistores de pequeña señal pueden llegar a tener una β de 400. Por todo ello, se puede considerar que los valores normales de este parámetro se encuentran entre 50 y 300. En las hojas de especificaciones técnicas, que facilitan los fabricantes de transistores, en vez de utilizarse β para identificar la ganancia de corriente, se suele utilizar hFE , Así por ejemplo, para el transistor con referencia BC 108, se lee en sus hojas de características una hFE entre 150 y 290; lo que nos indica que la ganancia de corriente de este transistor puede encontrarse entre estos valores. La ganancia de corriente varía notablemente con la corriente de colector. Además, la temperatura ambiente influye positivamente en el aumento de dicha corriente. Hay que pensar que al aumentar la temperatura de la unión del diodo colector aumenta el número de portadores minoritarios y, por tanto se produce un aumento de la corriente de colector.
- 8. Relación entre los parámetros α y β : Combinando las expresiones de los parámetros α = Ic /I E y β = lc/IB,y teniendo en cuenta la relación existente entre las diferentes corrientes que se dan en el transistor lE = lc + lB, se pueden encontrar expresiones matemáticas que relacionen ambos parámetros, tal como las que se indican a continuación: Así, por ejemplo, para determinar el parámetro α de un transistor que tuviese una ganancia de corriente de 150 operaríamos así: 1 1 99.0 1150 150
- 9. Al igual que ocurría con los diodos, cuando se polariza inversamente cualquiera de las uniones de un transistor aparecen pequeñas corrientes inversas, que no provocarán la ruptura de dichas uniones si la tensión que se aplica no supera los valores máximos fijados en las hojas de especificaciones técnicas. Se pueden dar dos casos diferentes a tener en cuenta: Tensión inversa colector-base (VCBO) con el emisor abierto: En la Figura se ha abierto el circuito del emisor; observa cómo la unión formada por la base y el colector están polarizadas inversamente con la tensión VCB, Como ocurría con los diodos, esto provoca la circulación de una pequeña corriente de fuga (ICB0) que no será peligrosa hasta que no se alcance la tensión de ruptura de la unión. Normalmente esta tensión suele ser elevada (del orden de 20 a 300 V).
- 10. Tensión inversa colector-emisor con la base abierta: En este otro caso, se ha abierto la base y, por tanto, se aplica una tensión entre el colector y el emisor que es igual a la suma de las tensiones de las dos fuentes. Esta fuerte diferencia de potencial provoca un pequeño flujo de electrones que emite el emisor y que se sienten fuertemente atraídos por el potencial positiva de la fuente. El resultado es una pequeña corriente de fuga de emisor a colector ICEO, Al igual que ocurría anteriormente, el valor de esta corriente está determinado por la tensión colector emisor (VCEO) aplicada. En las hojas técnicas también aparece la tensión máxima de funcionamiento (VCEO), que en ningún caso debe ser superada, para evitar el peligro de destrucción del semiconductor.