Principio de funcionamiento del transistor

Hay diferentes tipos de transistores disponibles en el mercado, pero para entenderlo, consideraremos un modo de emisión común del transistor NPN. Para ello recordemos las características estructurales básicas del transistor de unión bipolar NPN. Su región emisora está fuertemente dopada y es más amplia, por lo que el número de electrones libres (portadores mayoritarios) es grande aquí. La región colectora también es más amplia pero está moderadamente dopada, por lo que el número de electrones libres no es tan grande como la región emisora. La región base se difunde entre la región más amplia del emisor y del colector, pero la región base es bastante delgada comparada con la región exterior del emisor y del colector, y también está ligeramente dopada, por lo que el número de agujeros (la mayoría de los portadores) es bastante pequeño aquí. Principio de funcionamiento del transistorPrincipio de funcionamiento del transistorAhora, conectamos una batería entre el emisor y el colector. El terminal emisor del transistor está conectado al terminal negativo de la batería. Por lo tanto, la unión de la base del emisor se polariza hacia adelante, y la unión de la base del colector se polariza hacia atrás. Principio de funcionamiento del transistorPrincipio de funcionamiento del transistorEn esta condición, ninguna corriente fluirá a través del dispositivo. Antes de pasar al funcionamiento real del dispositivo recordemos los detalles de construcción y dopaje de un transistor NPN. Aquí la región emisora es más amplia y está muy fuertemente dopada. Por lo tanto, la concentración de portadores mayoritarios (electrones libres) en esta región del transistor es muy alta. La región base, por otro lado, es muy delgada, está en el rango de unos pocos micrómetros mientras que la región emisora y la colectora están en el rango de los milímetros. El dopaje de la capa media de tipo p es muy bajo, y como resultado, hay un número muy pequeño de agujeros presentes en esta región. La región colectora es más amplia como ya dijimos y el dopaje aquí es un número moderado y por lo tanto moderado de electrones libres presentes en esta región.
Principio de funcionamiento del transistorPrincipio de funcionamiento del transistor
Todo el voltaje aplicado entre el emisor y el colector se cae en dos lugares. Uno está en la barrera de potencial delantero a través de la unión emisor-base y es de unos 0,7 voltios en el caso de los transistores hechos de silicio. El resto de la tensión aplicada se deja caer como una barrera inversa a través de la unión base-colector. Cualquiera que sea el voltaje a través del dispositivo, el potencial de la barrera hacia adelante a través de la unión emisor-base siempre permanece en 0,7 voltios y el resto del voltaje de la fuente se cae a través de la unión base-colector como potencial de la barrera inversa. Eso significa que ninguno de los voltajes del colector puede superar el potencial de barrera hacia adelante. Por lo tanto, idealmente ninguno de los electrones libres en la región del emisor puede cruzar el potencial de barrera hacia adelante y puede llegar a la región base. Como resultado, el transistor se comportará como un interruptor de apagado.

NB: Como en esta condición el transistor no conduce ninguna corriente idealmente, no habrá caída de voltaje en la resistencia externa, por lo que todo el voltaje de la fuente (V) caerá a través de las uniones como se muestra en la figura anterior.

Ahora veamos qué pasa si aplicamos un voltaje positivo en el terminal base del dispositivo. En esta situación, la unión base-emisor recibe el voltaje de avance individualmente y ciertamente, puede superar la barrera de potencial de avance y por lo tanto la mayoría de los portadores, es decir, los electrones libres en la región del emisor cruzarán la unión y llegarán a la región de la base donde consiguen muy pocos agujeros para recombinarse. Pero debido al campo eléctrico a través de la unión, los electrones libres que migran desde la región emisora obtienen energía cinética. La región base es tan delgada que los electrones libres que vienen del emisor no tienen suficiente tiempo para recombinarse y por lo tanto atraviesan la región de agotamiento de la polaridad inversa y finalmente llegan a la zona colectora. Como hay una barrera inversa presente a través de la unión base-colector, no obstruirá el flujo de electrones libres de la base al colector, ya que los electrones libres de la región base son portadores minoritarios.
Principio de funcionamiento del transistorPrincipio de funcionamiento del transistorDe esta manera, los electrones fluyen del emisor al colector y, por lo tanto, la corriente de colector a emisor comienza a fluir. Como hay pocos agujeros presentes en la región base, algunos de los electrones que vienen de la región del emisor se recombinarán con estos agujeros y contribuirán a la corriente base. Esta corriente base es bastante más pequeña que la corriente de colector a emisor. Como algunos de los electrones enteros que migran desde la región emisora contribuyen a la corriente base, el resto de la mayoría de ellos contribuyen a la corriente a través de la región colectora. La corriente a través del emisor se llama corriente del emisor, la corriente a través del colector se llama corriente del colector y la diminuta corriente que fluye a través del terminal base se llama corriente base. Por lo tanto, aquí la corriente del emisor es la suma de la corriente de base y la corriente del colector.

Ahora vamos a aumentar el voltaje base aplicado. En esta situación, debido al aumento de la tensión de avance a través de la unión emisor-base, proporcionalmente más electrones libres vendrán de la región emisora a la región base con más energía cinética. Esto causa un aumento proporcional de la corriente colectora. De esta manera, controlando una pequeña señal base, podemos controlar una señal colectora bastante grande. Este es el principio básico de funcionamiento de un transistor.

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