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El Transistor Bipolar O Bjt

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Antiguo 18-ago-2008, 02:11
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palurdo Lleva buen camino
Predeterminado El Transistor Bipolar O Bjt

Hola, me acabo de registrar porque al visitar este foro he visto cosas interesantes, pero me he dado cuenta que los apartados de conceptos básicos están vacíos. Estoy seguro que hay mucha gente que son aficionados o que acaban de encontrarse con el apasionante mundo de la electrónica, que tienen conceptos generales de lo que es un transistor, que sirve para muchas cosas, que hace tanto de conmutador como de amplificador dependiendo de la aplicación, que está hecho de semiconductores, incluso que son dos diodos en oposición.

Es más, algunos saben que hay portadores mayoritarios y portadores minoritarios dentro de las uniones del BJT (transistor bipolar - Bi Junction Transistor).

Vamos, que incluso hay gente que sabe las cosas que pasan dentro, y sin embargo, no saben a ciencia cierta qué son, y cómo funcionan.

Bueno, pues este pequeño tutorial es para toda la gente que se ha preguntado alguna vez cómo puede conectar un transistor para que haga una tarea determinada, o cómo es posible que un transistor, que sólo tiene 3 patas, puede funcionar de maneras tan distintas.

Para entender este tutorial se han de entender antes estos conceptos:
  • Qué significa tensión o voltaje, e intensidad o corriente
  • La ley de ohm y el significado de resistencia
  • Qué es un diodo y cómo se polariza en directa e inversa.
  • Que una tensión se mide entre dos puntos y una corriente en un punto.
  • Que las tensiones son relativas, Por ejemplo, un voltaje de 2 voltios en referencia a una masa, sería de 5 voltios si eligiéramos como masa un punto distinto del circuito.
EL TRANSISTOR BJT

Un transistor BJT es, entre otras cosas, 2 diodos en oposición, pero 2 diodos en oposición no forman un BJT, vamos esto para que quede claro que si unes por los cátodos 2 diodos 1N4148, no funcionan como un transistor.

En realidad son 2 diodos que comparten uno de sus terminales. Por eso, en lugar de escribirlos NP-PN o PN-NP, se escriben como NPN y PNP, porque el material semiconductor del medio es compartido por ambos diodos. En adelante explicaremos los BJT en base a los transistores NPN por varios motivos:
  • En el mundo real, se usan en más aplicaciones.
  • Todo lo explicado para los NPN, sirve para los PNP sólo cambiando las polarizaciones de los terminales del transistor. OJO, esto no significa necesariamente usar voltajes negativos en un circuito o tener que intercambiar los terminales de la batería para reemplazar todos los NPN por PNPs.
Esto último significa que si por ejemplo, para que un NPN entre en la zona lineal, hace falta que la base esté a 0.7V por encima del emisor, en el caso de un PNP serían 0.7V por "debajo" del emisor. Para NPN, Vbe=0.7v y para PNP, Vbe=-0.7v. Pero esto no significa que hayan voltios negativos en el circuito, ya que un PNP puede que tenga su emisor a un voltaje más positivo que 0V (masa), por ejemplo 5V, así que para que funcionara del modo dicho, su base tendría que estar a 4.3V (ya que Vbe=4.3v-5v=-0.7v).

El transistor es algo más que 2 diodos en oposición:

Como hemos dicho, un transistor es un grupo de 2 diodos que comparten un electrodo en común. En el caso de los NPN comparten el ánodo, y en los PNP comparten el cátodo.

Estos 2 diodos están fabricados de manera muy especial. No me voy a liar a hablar aquí sobre portadores mayoritarios, minoritarios, o el comportamiento entre huecos y electrones. Pero sí voy a decir por qué el transistor funciona.

En el caso de NPN, podemos suponer que de ese conjunto de 2 diodos, tenemos que uno de ellos tiene un cátodo con una superficie muy rica en material que está deseando liberar electrones, ese es el colector. Luego, el ánodo compartido por los dos diodos es una superficie muy delgada, se podría considerar como un pequeño río que se podría atravesar a pie, a un lado el colector, y al otro lado el emisor. El emisor es la zona por la que saldrían TODOS los electrones.

Un transistor funciona como es concebido cuando su diodo base-emisor está polarizado diréctamente (puede pasar corriente desde la base al emisor) y el diodo base-colector está polarizado inversamente (no puede pasar corriente desde base al colector).

Pana NPN esto se consigue haciendo que el Voltaje base-emisor (Vbe) sea de alrededor de 0.7v. Y el Voltaje base-colector Vbc sea menor que 0.7V para que no conduzca. En realidad significa que el voltaje colector-base (Vcb) que es simplemente intercambiar las puntas de medida en base-colector, sea mayor de -0.7V con respecto al voltage de base, o de 0V con respecto al del emisor (ya que Vbase es 0.7v mayor que Vemisor).

En realidad esto no siempre es así, puesto que hay dos estados, llamados corte y saturación, en el primero no conduce ningún diodo, y en el segundo conducen los dos por cómo se diseñan los transistores. Pero eso lo explicaremos más adelante.
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Antiguo 18-ago-2008, 02:12
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Registrado: agosto-2008
Posts: 2
palurdo Lleva buen camino
Predeterminado Re: El Transistor Bipolar O Bjt

El efecto transistor:

Supongamos que polarizamos directamente el diodo base-emisor e inversamente el diodo base-colector. Por el diodo b-e pasará corriente, y como conduce, su voltaje se mantendrá alrededor de 0.7v (como los diodos tienen una resistencia muy baja, en el momento empiezan a conducir, se comportan como si fueran pilas, por lo que su voltaje no cambia mucho de 0.7 a pesar de que su intensidad pueda cambiar mucho).

En el colector, puede haber un voltaje cualquiera siempre que polarice en inversa la unión base-colector. (en el caso del NPN, el colector tiene que ser más positivo que "base-0.7V").

Ahora bien. supongamos que entra un electrón por la base y sale por el emisor (el diodo base-emisor se encuentra polarizado en continua y permite que pase ese electrón). Los electrones que se encuentran en la barrera de base-colector no pueden pasar hacia la base, porque dicha unión no se lo permite al estar polarizada en inversa. Sin embargo, como la región de base es tan delgada, "varios electrones del colector consiguen saltar al emisor, animados por el electrón que pasaba por la base".

Es como si el electrón de base fuera un barquero que pudiera llevar a varios electrones desde el colector al emisor, y cuando llegaran a él, todos abandonaran el barco.

Supongamos que un electrón que pasa de la base al emisor anima a 10 electrones del colector que pasen al emisor. Así, tenemos una relación 10 a uno. Si pasaran 100 electrones por la base, pasarían 1000 por el colector. Si "cada segundo" pasaran 100 electrones por la base, cada segundo pasarían 1000 electrones por el colector. Por el emisor pasarán todos juntos para salir del transistor, por lo que en el último caso, cada segundo pasarán 1100 electrones por el emisor, 1000 que vienen del colector y 100 de la base.

Pero qué son esos electrónes por segundo? si dijéramos una docena de electrones por segundo? y si dijéramos un culombio de electrones por segundo? (un culombio es una cantidad, como una docena de cosas, pero con un número muy grande). Pues un culombio de electrones por segundo es la definición de corriente, y es igual a un amperio. Por lo que si decimos que por la base pasa 1mA (miliamperio), significa que pasa cada segundo la milésima parte de un culombio de electrones.

Para el último ejemplo, si pasara 1 mA por la base, por el colector pasaría 10mA, y por el emisor pasarían 11 mA (10+1).

Bueno, pues como veis, la corriente de colector depende un número N de veces la corriente de base. Por lo que un BJT es un AMPLIFICADOR DE CORRIENTE. También se la conoce como fuente de corriente controlada por corriente. Esto significa que si por el circuito le colocas electrones al colector, será la base quien controle cuantos electrones pasan, en función del factor de amplificación, que en el ejemplo anterior era de 10.

Bueno pues ese factor de amplificación, o el número de veces que pasa de corriente de colector con respecto a la de base, es el famoso coeficiente HFE o también conocido como ganancia BETA. Si un transistor tiene una BETA o HFE de 243, significa que lo que entre por la base, entrará por el colector multiplicado 243 veces y saldrá 244 veces por el emisor.

A estas alturas ya habrás visto que por el emisor siempre sale (BETA+1) veces la corriente de base. Y si has entendido mi explicación, lo verás lógico.

Bueno, pues como amplificador de corriente controlado por corriente, podemos ver del BJT varias cosas:

  • El voltaje de colector-emisor viene exclusivamente controlado por el transistor. En ese trayecto (colector-emisor) la corriente es controlada por la base, de forma que en el circuito de colector-emisor aunque los componentes quieran forzar un voltaje, el transistor será quien controle el voltaje en el colector.
  • Un transistor puede funcionar en tres estados: CORTE. Si no entra corriente por la base, no circula corriente colector-emisor. Y esto sólo pasa cuando la base no está directamente polarizada. LINEAL: el comportamiento "normal" descrito. Y SATURADO: Cuando por diseño no pueden haber tantos electrones en el colector como serían necesarios para que amplificara en la fase LINEAL. Ejemplo, con BETA 10, que por la base circulara 1 mA, por el colector debiera circular 10mA, pero el circuito externo limita la corriente de colector a 5mA. En este caso los otros 5mA los aporta la misma base (ahora polarizada en directa, porque el voltaje en colector ha descendido hasta prácticamente igualarse al de emisor), estando el transistor SATURADO.
  • Si el diseño del circuito está preparado para que el transistor trabaje en la zona LINEAL (como si en una burda aproximación funcionara como resistencia variable) entonces el transistor amplifica. Si el diseño del circuito está preparado para que el transistor no conduzca (fase de CORTE,resistencia infinita) a que conduzca lo máximo que pueda (fase de SATURACIÓN, resistencia muy baja), el transistor trabaja en modo de conmutación.
  • Un transistor puede amplificar voltaje indirectamente, haciendo que la corriente amplificada de colector (HFE veces la corriente de base) pase por una resistencia, ya que V=I*R.
  • Si el transistor no está en corte, pase la corriente que pase por el emisor, siempre el voltaje de emisor será aproximadamente 0.7V menor que el de base, ya que el diodo base-emisor está polarizado en directa y tiene una caída de 0.7V.
  • Ahora, si conectamos el conector a una fuente de voltaje, por el emisor tendremos 0.7V menos que la base, pero BETA+1 veces la corriente de base. Esto se conoce como seguidor de emisor, o amplificador de corriente.
  • La consecuencia del apartado anterior implica que una resitencia de Valor R conectada al emisor, sea vista en la base como una resistencia (HFE+1)*R, o lo que es lo mismo, el seguidor de emisor adapta un circuito con una salida de resistencia S, a un circuito de entrada S/(HFE+1), es decir una impedancia muy baja. Los altavoces tienen impedancias muy bajas, por eso la última etapa de un amplificador de audio suele ser un seguidor de emisor.

Bueno, esto es todo por hoy. Espero que las explicaciones se entiendan a pesar de estar sin imágenes.

Ya iré comentando aplicaciones de los transistores
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  #3 (permalink)  
Antiguo 18-ago-2008, 22:53
Avatar de ajo
ajo ajo está desconectado
Junior
 
Registrado: abril-2007
Posts: 1,202
ajo Lleva buen camino
Predeterminado Re: El Transistor Bipolar O Bjt

Hola palurdo, una aportación genial para el foro

Para lo que suelen ser las definiciones de transistores es amena y bastante clara.



Muchísimas gracias,
Miguel Ángel.
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  #4 (permalink)  
Antiguo 19-ago-2008, 15:43
Super Moderator
 
Registrado: abril-2007
Posts: 328
dani Lleva buen camino
Predeterminado Re: El Transistor Bipolar O Bjt

Pues sí ! Muchas gracias, a ver si alguien (incluso yo mismo) completa el post con alguna simulación que permita verlo todo mucho más gráficamente jeje
__________________
Daniel Alvarez's Blog
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  #5 (permalink)  
Antiguo 22-dic-2009, 11:39
Avatar de Limbo
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Registrado: noviembre-2009
Lugar: Barcelona (Catalunya [España])
Posts: 2
Limbo Lleva buen camino
Predeterminado Re: El Transistor Bipolar O Bjt

Buenas,

Aunque hace ya mas de un año del post, se merece que demos las gracias al autor. La verdad es que me ha solventado algunas dudas que tenia.

No es por ser quisquilloso, pero creo que le faltan 2 cosas a la explicacion. Se ha dicho que es el seguidor de emisor, pero faltarian el seguidor de colector y el de base ¿no? Si no me equivoco es lo que se llama emisor comun, colector comun y base comun, ¿me equivoco?

Solo intento mejorar lo inmejorable, que a nadie le siente mal porque es una critica constructiva y por lo menos a mi la informacion de esas dos cosas me serviria mucho para sumplementar con otras y compararlas.

En fin, gracias a palurdo por el aporte.
Saludos!
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  #6 (permalink)  
Antiguo 04-feb-2010, 17:43
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Posts: 1
kevin greenvillage Lleva buen camino
Predeterminado Re: El Transistor Bipolar O Bjt

Transistores NPN y PNP


El transistor de unión bipolar es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PNP muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. Los transistores bipolares se usan generalmente en electrónica analógica. También en algunas aplicaciones de electrónica digital como la tecnología TTL o BICMOS. Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones:
  • Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.
  • BASE, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.
  • COLECTOR, de extensión mucho mayor.
Un transistor de unión bipolar consiste en tres regiones semiconductoras dopadas: la región del emisor, la región de la base y la región del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor NPN. Cada región del semiconductor está conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B) o colector (C), según corresponda.


NPN

Es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación. Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector. La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.

PNP

El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias. Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector. La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo



KEVIN GREENVILLAGE

Editado por kevin greenvillage en 04-feb-2010 a las 17:50.
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  #7 (permalink)  
Antiguo 23-ene-2012, 13:25
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Registrado: enero-2012
Posts: 1
John Jailer Lleva buen camino
Predeterminado Re: El Transistor Bipolar O Bjt

Gracias.......
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