¿Qué es un Transistor Bipolares?
Un transistor bipolar es un dispositivo semiconductor de tres terminales.
También llamado transistor de unión, está formado por semiconductores de tipo N y P en una estructura de unión P-N-P o N-P-N. Se denominan transistores bipolares porque en su funcionamiento intervienen tanto huecos como electrones libres, a diferencia de los transistores de efecto de campo (FET). Se denominan transistores bipolares porque en su funcionamiento intervienen tanto huecos como electrones libres, a diferencia de los transistores de efecto de campo (FET), que son transistores unipolares en los que actúan como portadores los huecos o los electrones libres.
Aplicaciones de los Transistores Bipolares
Las dos funciones principales de los transistores bipolares son la amplificación y la conmutación.
En los circuitos de amplificación, donde las señales diminutas se llevan a un nivel suficientemente grande, es más ventajoso utilizar transistores bipolares que unipolares, sobre todo cuando se requiere un factor de amplificación elevado. Los transistores bipolares también son superiores para el funcionamiento a altas frecuencias.
Por ejemplo, en los circuitos reguladores de la fuente de alimentación en los que es necesario suprimir el ruido de conmutación con componentes de alta frecuencia, hay una marcada diferencia en la relación de rechazo del ruido y otras características entre los circuitos que utilizan transistores bipolares y los que utilizan FET.
Los transistores bipolares se siguen utilizando en la producción de pequeños volúmenes y en circuitos de amplificación de alta frecuencia que son difíciles de convertir en circuitos integrados, pero como funcionan con corriente, su consumo de energía es mayor que el de los transistores unipolares, que funcionan con tensión. Son difíciles de utilizar en productos que requieren un bajo consumo de corriente, como los que funcionan con pilas y los equipos portátiles.
Los circuitos de conmutación, por su parte, están pensados para controlar la corriente ON/OFF, pero los transistores unipolares son superiores en cuanto a velocidad de conmutación y miniaturización, por lo que las aplicaciones en este campo son escasas.
Principios de los Transistores Bipolares
Los semiconductores pueden clasificarse en tipo P y tipo N: un semiconductor de tipo P está lleno de huecos, que son electrones desapareados, mientras que un semiconductor de tipo N está lleno de un excedente de electrones y electrones libres.
Los transistores son una combinación de semiconductores de tipo P y N, pero los transistores bipolares pueden constar de tres regiones (tipo P, tipo N y tipo P) o de tres regiones (tipo N, tipo P y tipo N).
El primero se denomina transistor PNP y el segundo transistor NPN: las tres regiones son el emisor, la base y el colector, cada una de las cuales está conectada a un electrodo a través del cual se aplica una tensión y circula una corriente de señal. La base se caracteriza por ser extremadamente delgada.
El principio de funcionamiento de los transistores bipolares se explica mediante el ejemplo de un transistor de tipo NPN, que tiene un semiconductor de tipo N intercalado entre un semiconductor de tipo P. El emisor está conectado a la base y el colector a la base.
Con el emisor conectado a la tensión de referencia (0 V) y el colector conectado a VCC (por ejemplo, +5 V), cuando se aplica una tensión positiva a la base y una corriente de base Ib fluye hacia el emisor, una corriente Ic de β × Ib fluye del colector al emisor. Este es el principio de amplificación por transistor, que se basa en la amplificación de corriente en los transistores bipolares. β se denomina factor de amplificación de corriente y suele estar en torno a 100~200. En los transistores de tipo PNP, la dirección de la tensión y la corriente aplicadas es opuesta, pero el principio de amplificación es el mismo.
En funcionamiento de conmutación, una corriente de base grande Ib permite que fluya suficiente corriente a la carga conectada al colector. Si la corriente de base se ajusta a 0 A, no fluye corriente a la carga. El funcionamiento de conmutación se consigue conectando y desconectando la corriente que fluye hacia la carga mediante el paso o no de la corriente de base Ib.