3. ÍNDICE
1 ESTRUCTURA DEL TRANSISTOR. ...........................................................................................1
2 POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR..........................................................................................2
3 FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR. ..................................................................................3
3.1. ZONA DE CORTE. ........................................................................................................................4
3.2. LA ZONA ACTIVA.........................................................................................................................4
3.3. LA ZONA DE SATURACIÓN. .......................................................................................................4
4 CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL TRANSISTOR. ...............................................................5
5 MÉTODO GRÁFICO PARA RESOLVER CIRCUITOS CON TRANSISTORES. .................6
6 ENCAPSULADOS DE LOS TRANSISTORES. .........................................................................8
4.
5. ESTRUCTURA DEL TRANSISTOR
Paula Cuesta Armero y María S. Panadero Ruiz 1
1 ESTRUCTURA DEL TRANSISTOR.
El transistor está formado por la unión de tres capas de material semiconductor, de tipo P y tipo N,
dispuestasde formaalternada ( en forma de sándwich). Según la disposición de estas capas, podemos tener
dos tipos de transistores:
- Transistor PNP.
- Transistor NPN. Son los más utilizados.
Cada una de las tres partes que constituyen el transistor se conecta a un terminal metálico que
permitirá conectarlo a un circuito. Todo el conjunto se recubre con un encapsulado protector, que puede
adoptar diversasformasyestarfabricadode materiales diversos (plásticos, metal ...). Por tanto, el transistor
es un dispositivo de tres terminales, que reciben los nombres de emisor, base y colector.
Podemos considerar el transistor constituido por dos diodos:
- Uno formado por la unión emisor-base.
- Otro por la unión base-colector.
Ilustración 1
Esta peculiarestructuraconstituye labase de funcionamientodel transistor,pues el terminal de base
controla el paso de corriente eléctrica entre el colector y el emisor.
Ilustración 2
En el dibujolaflechaindicaladirecciónde lacorriente que circulaa travésdel emisor:en un transistor
NPN es saliente, mientras que en un transistor PNP va en sentido contrario, es decir, hacia dentro del
dispositivo y, por consiguiente, la flecha se dibuja al revés.
Por el transistor circulan un conjunto de corrientes eléctricas cuyas direcciones y sentidos, para un
transistor NPN, son:
6. POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR
2 Paula Cuesta Armero y María S. Panadero Ruiz
Ilustración 3
- IB = intensidad de corriente de base.
- IC = intensidad de corriente de colector
- IE = intensidad de corriente de emisor.
Se observaque las corrientes de base y de colector entran en el transistor, mientras que la corriente
de emisor sale del dispositivo; en consecuencia, podemos establecer la siguiente relación:
IE = IB + IC
Si conocemos dos de las corrientes del transistor, la expresión nos permitirá calcular la tercera.
Entre los terminales del transistor se generan las siguientes caídas de tensión:
- VCE = tensión colector-emisor.
- VBE = tensión base-emisor.
2 POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR.
La acción de polarizar un transistor consiste en conectarlo a un circuito exterior, llamado circuito de
polarización, que está formado por un conjunto de generadores y resistencias.
Al conectar el transistor al circuito de polarización se establecen los valores de corriente y voltaje
requeridosenlosterminalesdel dispositivo(VBE,VCE,IB, IC, IE). Dichos valores constituyen el llamado punto de
trabajo del transistor y, su valor dependerá de las magnitudes de las resistencias y de los generadores
conectados. El circuito de polarización del transistor más sencillo está formado por dos generadores:
- Uno de ellos proporciona la tensión de base VBB.
- El otro proporciona la tensión de colector VCC.
Ilustración 4
7. POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR
3
Si el transistor es de tipo NPN, los polos positivos de cada generador se conectan a la base y al
colector; y los polos negativos, al emisor. Si el transistor fuera de tipo PNP, los polos negativos de cada
generadorse conectaríana labase y al colector, y lospolos positivos al emisor. En cualquier caso, el terminal
8.
9. FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR
Paula Cuesta Armero y María S. Panadero Ruiz 3
emisor se conecta de forma común a ambos generadores, por lo que este tipo de conexión se
denomina configuración en emisor común.
El circuitode polarizaciónsueleincluiral menosdosresistencias,cuyafinalidadeslimitarlascorrientes
que circulan por la base y el colector, y que reciben los nombres:
- RB = resistencias de base.
- RC= resistencias de carga.
Si observamos el circuito de polarización del transistor en emisor común, podemos diferenciar dos
circuitos, que tienen el mismo emisor y que denominaremos circuito de base y circuito de colector.
Ilustración 5
Usando un transistor NPN se cumplen las siguientes relaciones:
- Circuito de base:
VBB – VBE
VBB = VBE + IB · RB IB = --------------------
RB
- Circuito de colector:
VCC - VBE
VCC = VCE + IC · RC IC = ---------------------
RC
3 FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR.
La propiedad fundamentalque presentael transistor es que permite controlar el paso de la corriente
eléctrica entre el colector y el emisor mediante la corriente de base, por lo tanto, se comporta como un
interruptor controlado por corriente.
- Si la corriente de base es nula o muy pequeña, el transistor no conducirá y se comportará como
un interruptor abierto, que impide el paso de corriente entre el colector y el emisor.
- Cuando la corriente de base alcance el valor adecuado, el transistor conducirá la corriente y se
comportará como un interruptor cerrado, permitiendo el paso de corriente eléctrica entre el
colector y emisor.
Dependiendo de la magnitud de la corriente de base, podemos considerar tres zonas de
funcionamiento del transistor: zona de corte, zona activa y zona de saturación.
10.
11. FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR
4 Paula Cuesta Armero y María S. Panadero Ruiz
3.1. ZONA DE CORTE.
Se caracteriza porque el transistor no conduce la corriente y se comporta como un interruptor
abierto. Está situación se produce cuando la intensidad de la corriente de base IB es nula o muy pequeña.
El valor de la corriente de base IB dependerá, a su vez, del valor de VBE. No hemos de olvidar que se
puede considerarque el transistorestáformadopordosdiodos,yque para que existaconducciónenundiodo
esnecesarioque se supere suvoltaje otensiónumbral (eneste caso,el voltaje umbral del diodo formado por
la unión base-emisor).Enconsecuencia,cuando VBE < VUMBRAL, la corriente eléctricaque circulapor la base será
demasiado pequeña para que sea posible la conducción a través del transistor.
En el caso de transistoresde silicio, este valor umbral es de 0’7 v, Por tanto, si VBE < 0’7 v, el transistor
de silicio estará en estado de corte.
3.2. LA ZONA ACTIVA.
Se caracteriza porque el transistor conduce la corriente eléctrica parcialmente. Esta situación se
produce cuandola intensidadde la corriente de base IB ha alcanzado el valor suficiente para hacer posible el
paso de corriente entre el colector y el emisor (es decir, se ha superado la tensión umbral necesaria para el
diodo formado por la unión base-emisor conduzca la corriente).
En la zonade funcionamientoactiva,lacorriente eléctrica que circula por el colector está relacionada
con la corriente de base a través de la siguiente expresión:
IC = β · IB
El factor β es un número mayor que 1 (en la práctica suele superar el valor 100), de forma que la
corriente de colector de salida será mayor que la corriente de base de entrada. En consecuencia, en la zona
activa el transistor no sólo conduce, sino que además se comporta como un amplificador de corriente.
El factor β se denomina ganancia de corriente del transistor y expresa la capacidad de amplificación
del dispositivo. Es característico del transistor y es un dato que suele proporcionar el fabricante.
En este caso, una vez conocida IC, podemos calcular el valor de VCE a partir de la expresión:
VCE = VCC – IC · RC
Y obtendremos así el punto de trabajo del transistor.
3.3. LA ZONA DE SATURACIÓN.
El funcionamiento descrito en la zona activa no se mantiene de forma indefinida; si se aumenta
progresivamente el valorde lacorriente de base,se alcanzaunlímite por encima del cual el transistor llega al
llamado estado de saturación. En esta zona de funcionamiento, el transistor conduce plenamente y se
comporta como un interruptor cerrado.
En la zona de saturación no se cumple la relación antes descrita entre IC y IB (IC ≠ β · IB). Se caracteriza
porque el valorde la tensiónentre colector y emisor se mantiene fijo.En el caso de transistores de silicio, VCE
(SATURACIÓN) = 0’2 v.
Como VCE es un valor fijo, podemos obtener la corriente de colector a partir de la expresión:
VCC – VCE (SAT)
12. CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL TRANSISTOR
Paula Cuesta Armero y María S. Panadero Ruiz 5
IC = ----------------------
RC
Este valor de IC en saturación tambiénserá fijo,siendolamáximacorriente paradichapolarización.En
muchoscircuitoselectrónicos el circuito de polarización del transistor se diseña de forma que éste funcione
entre laszonasde corte y de saturación,a modode interruptor,controladoatravés de la corriente de base) o
lo que es lo mismo, de la tensión en la unión base-emisor).
4 CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL TRANSISTOR.
Al igual que enel caso del diodo, el comportamiento de un transistor se suele representar mediante
un conjuntode gráficas,que normalmenteproporcionael fabricante del dispositivo. Estas gráficas reciben el
nombre de curvas características del transistor. Son de dos tipos:
- Curvas características de entrada. Representa la corriente de base, I B, en función de VBE, para
distintos valores de VCE.. Dado que la unión base-emisor se comporta como un diodo, las
características de entrada son semejantes a las curvas de un diodo.
- Curvas características de salida. Representan IC en función de VCE, para distintos valores de IB, lo
que supone incorporar una familia de curvas, tal y como aparece en la figura:
Ilustración 6
Fig. 1 Curvas del transistor
13. MÉTODO GRÁFICO
6 Paula Cuesta Armero y María S. Panadero Ruiz
5 MÉTODO GRÁFICO PARA RESOLVER CIRCUITOS CON TRANSISTORES.
Ilustración 7
Fig. 2 Curva del transistor
El funcionamiento de un transistor se puede representar mediante sus curvas características. Las
curvas de salida de un transistor típico son muy útiles, puesto que nos van a permitir calcular de forma
sencilla los valores IB; IC, IE, VBE y VCE, que configuran el denominado punto de trabajo de un transistor.
Para calcular el punto de trabajo, el proceso es el siguiente:
1. Obtención de la corriente de base IB. El parámetro fundamental que va a condicionar el
funcionamientodel transistoreslacorriente de base.Dichacorriente se puede calcular de la siguiente forma:
- Circuito de base:
VBB – VBE
VBB = VBE + IB · RB IB = --------------------
RB
2. Obtención de la corriente de colector IC. Se puede obtener de dos formas:
- A partir de la relación: IC = β · IB
- A partir de la gráfica que relaciona IC con la IB. Esta gráfica suele ser proporcionada por el fabricante
del transistor, y tiene la forma que aparece en la imagen siguiente. El valor obtenido IB se lleva a la
gráfica y a partir de ella se obtiene IC.
Ilustración 8
14.
15. MÉTODO GRÁFICO
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3. Obtención de la tensión colector-emisor VCE. La expresión:
VCE = VCC – IC · RC
Se conoce con el nombre de recta de carga.
Esta recta, dibujadasobre lascurvascaracterísticas de salidadel transistor proporciona la posición del
punto de trabajo del dispositivo. Entonces, para dibujar la recta de carga basta conocer dos puntos de la
misma; lo más sencillos es buscar los puntos de corte con los ejes.
· Punto de corte con eje de abscisas (eje OX), para IC = 0;
VCE = VCC – 0 VCE = VCC
La rectacorta al eje de abscisasenel punto(VCC , 0).
· Punto de corte con el eje de ordenadas (eje OY),para VCE = 0:
VCC
0 = VCC – IC · RC IC = ----------
RC
VCC
La rectacorta al eje de ordenadasenel punto (0, ---------).
RC
Marcamos estospuntosenla gráfica yse dibujalarecta,tal y como se muestraenla figura:
Ilustración 9
El punto de corte Q de la recta de carga con la curva característica correspondiente a la corriente de
base IB de trabajo (obtenida en el apartado 1) es el punto de trabajo del transistor.
16.
17. ENCAPSULADOS DE LOS TRANSISTORES
8 Paula Cuesta Armero y María S. Panadero Ruiz
6 ENCAPSULADOS DELOS TRANSISTORES.
Los transistores necesitan un encapsulado que los proteja de las condiciones ambientales. Estos
encapsulados pueden ser metálicos, cerámicos o de plásticos.
Cada modelode transistorse encapsulaenun determinado modelo de cápsula que permita conectar
losterminalesdel transistoral resto del circuito. Los encapsulados más habituales son los que se muestran a
continuación:
Ilustración 10
Fig. 3 Tipos de encapsulados
Cada transistor dispone de unas características diferentes con relación, fundamentalmente, a su
intensidad máxima por base y por colector, al valor del parámetro de ganancia B y a la potencia máxima que
podrá serdisipadaporel transistor.Estostres factores son los responsables de que se fabriquen transistores
de variadas dimensiones y formas atendiendo a sus características particulares.
