TRANSISTORES: BIPOLARES, JFET Y MOSFET

2.0. TRANSISTORES BIPOLARES

Vamos a centrarnos en los transistores tipo N-P-N y luego explicaremos los P-N-P. Cada una de las tres secciones que forman el transistor recibe un nombre: la de la derecha es el colector, la del centro la base y la de la izquierda el emisor.

El colector es la parte que recibe algo, el emisor la que lo emite y la base es la zona intermedia por donde va a pasar. Este algo son electrones o huecos a través de las uniones P-N, según el tipo de transistor del que hablemos. La zona de semiconductor que está en medio, es decir, la base, siempre es más pequeña que las dos de los extremos, emisor y colector, bien sea en transistores P-N-P o N-P-N. Como podemos ver, aunque su estructura no sea excesivamente complicada, sería un tanto pesado tener que dibujarla en un circuito cada vez que nos refiriésemos a ellos, así pues, este tipo de transistores se representan esquemáticamente con el símbolo que aparece en la ilustración correspondiente.

Como vimos en las uniones P-N para que este tipo de dispositivos funcione, es necesario aplicarles una diferencia de potencial externa. Según se conecte este potencial, vamos a obtener una polarización inversa o directa. Pues bien, ahora, como tenemos dos uniones, todo se multiplica por dos, vamos a tener que conectar dos baterías externas, una por cada unión, y podemos tener cada unión polarizada de una forma, es decir, las dos polarizadas inversamente, las dos directamente, o una inversa y la otra directamente. Según tengamos polarizadas estas uniones, el transistor se comportará de una manera distinta. Diremos entonces que estamos trabajando en una u otra zona.

A la unión de la base y el colector la denominaremos a partir de ahora J_C, y a la unión de la base y el emisor J_E. Podemos trabajar en tres zonas, según como estén polarizadas estas uniones: si la unión J_E está directamente polarizada y la J_C inversamente polarizada, se dice que el transistor está funcionando en zona ACTIVA. Si las dos uniones están directamente polarizadas se denomina zona de SATURACIÓN, y si están inversamente polarizadas se dice que el transistor está en zona de CORTE.

Según como conectemos las dos baterías al transistor podemos conseguir cuatro combinaciones diferentes: El emisor conectado al borne positivo de la batería 1 y el colector al borne positivo de la batería 2. Otra combinación sería el emisor al borne positivo de la batería 1 al borne negativo de la batería 2; en la tercera combinación tendríamos el emisor al borne negativo de la batería 1 y el colector al borne positivo de la 2 y, por último, el emisor conectado al borne negativo de la 1 y el colector al borne negativo de la 2.

2.1. TRANSISTOR NPN.

A partir de ahora, vamos a basarnos en los transistores n-p-n. conectamos el emisor con el borne negativo de una batería, y el colector con el borne positivo de la otra. Haciendo un inciso, diremos que a la corriente del emisor la llamaremos I_E, a la del colector I_C y a la de la base I_B.

Para entender el modo de funcionamiento de un transistor vamos a recordar cómo se comportan las uniones p-n al conectarlas a una batería. Primeramente supondremos conectada la batería a y desconectada la b, luego conectaremos la b desconectando la a, para finalizar conectando las dos a la vez.

Este es un transistor bipolar del tipo N-P-N. Con las dos baterías conectadas conseguimos que la corriente circule a traves de él.

Si sólo tenemos la batería a con su borne negativo conectado al emisor y el positivo conectado a la base, y dejásemos al colector sin unir a la base (al tener desconectada la batería b), tendríamos una unión p-n, es decir, un diodo, polarizada directamente. Los electrones (portadores mayoritarios) pasan del emisor (n) a la base (p), al ser atraídos por el borne positivo de la batería produciendo una corriente bastante intensa.

Si desconectamos la batería a (que une a la base con el emisor) y conectamos la b (para unir el colector con la base), colocando el borne positivo con el colector y el negativo con la base, tenemos una unión p-n inversamente polarizada y, por tanto, no se produce paso de corriente eléctrica.

Pero ¿qué ocurre al conectar las dos baterías a la vez? La unión del emisor con la base (je) está polarizada directamente (emisor conectado al borne negativo y la base al borne positivo de la batería a) por lo que la barrera de potencial que hay entre ellos es muy estrecha. Sin embargo, en la unión base-colector, J_C, al estar polarizado inversamente (colector conectado al borne positivo y base al borne negativo de la batería b), la barrera de potencial es bastante ancha. Al haber conectado las dos baterías empieza el movimiento, los electrones (portadores mayoritarios en el material tipo n) se empiezan a desplazar desde el emisor (tipo n) a la base tipo (p), aproximándose al colector (tipo n), y consiguen atravesar la unión base-colector gracias a la atracción que les produce el borne positivo de la batería a la que está conectado el colector.

¿Por qué no se recombinan los electrones y los huecos de la base? La base es mucho más estrecha que el emisor y el colector; también está mucho menos dopada, por lo que los huecos libres (portadores mayoritarios) son muy escasos. Así que es muy difícil que un electrón encuentre un hueco para recombinarse, por lo que seguirá su camino atraído por el potencial. la corriente de base va ser pequeña al haber pocos electrones y huecos que se recombinen, la del emisor y el colector serán más grandes al producirse electrones en el borne negativo de la batería unida con

El emisor, que van a atravesar a éste, para pasar después por la base y acabarán atravesando al colector para ir a para al borne positivo de la otra batería.

Según incrementamos la polarización directa va a aumentar el número de electrones del emisor que se desplazan, creciendo a la vez la corriente de colector, emisor y base. Si disminuimos esta polarización bajarán todas las corrientes hasta llegar a un punto en que el transistor puede quedar cortado y no conducir la corriente.

Al potencial conectado al emisor se le llama vee y al conectado al colector vcc, aumentando su valor o disminuyéndolo es la forma que tenemos para aumentar o disminuir las polarizaciones.

2.2. TRANSISTOR PNP.

Los otros transistores que hemos nombrado son los P-N-P, cuyo funcionamiento es muy parecido al de los que acabamos de explicar (N-P-N). En los P-N-P el emisor es un semiconductor de tipo P, por lo que sus portadores mayoritarios van a ser los huecos en vez de los electrones, la base es del tipo N (portadores mayoritarios los electrones) y el colector es de tipo P (portadores mayoritarios los huecos). Las baterías también van a estar colocadas de distinta forma, el borne positivo de una batería va a estar unido al emisor, y el borne negativo de esta misma batería va a estar unido a la base, por lo que esta unión va a estar polarizada directamente; por otro lado el colector y la base van a estar unidos por otra batería con su borne negativo conectado al colector y el positivo a la base, aquí la polarización va a ser inversa.

El funcionamiento en estos transistores es prácticamente igual al de los anteriores, la diferencia más notable es que en el P-N-P lo que se está moviendo son los huecos, en lugar de los electrones, desde el emisor, atravesando la base hasta llegar al colector, por tanto el sentido de la corriente exterior va a ser inverso al ser inversos los sentidos del movimiento de huecos y de electrones.

En los P-N-P también nos encontramos con que la base es muy estrecha y está muy poco dopada, por lo que la recombinación de huecos y electrones vuelve a ser pequeña y, en consecuencia, la corriente de base también lo será. Sin embargo, las corrientes de emisor y colector son grandes, como en el caso anterior.