Conexiones del transistor de unión bipolar

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

Los transistores de unión bipolar son dispositivos semiconductores utilizados en electrónica para amplificar o conmutar señales electrónicas. Estos componentes electrónicos tienen tres terminales, denominados emisor, colector y base, y su funcionamiento se basa en la manipulación de los electrones en una región del material semiconductor.

En este contexto, las conexiones del transistor de unión bipolar son de gran importancia para su correcto funcionamiento. La conexión del emisor se realiza a través de una fuente de corriente continua, mientras que la conexión del colector se realiza a través de una carga resistiva. La conexión de la base se realiza a través de una señal de entrada que modula la corriente del emisor y, por tanto, la corriente del colector.

En esta presentación se explicarán las diferentes configuraciones de conexiones del transistor de unión bipolar, tales como la conexión emisor común, la conexión colector común y la conexión base común. Además, se detallarán las características y aplicaciones de cada una de ellas, así como los cálculos necesarios para su diseño y dimensionamiento.

Características del transistor de unión bipolar.

El transistor de unión bipolar, también conocido como BJT (Bipolar Junction Transistor), es un componente electrónico que se utiliza para amplificar señales eléctricas. A continuación, se detallan algunas de sus características:

1. Polaridad

El BJT tiene dos tipos de polaridad: NPN y PNP. En el caso del NPN, el material semiconductor tipo N (negativo) se encuentra entre dos materiales tipo P (positivo). En el PNP, el material tipo P se encuentra entre dos materiales tipo N.

2. Funcionamiento

El transistor de unión bipolar funciona como un interruptor o un amplificador de señales. Cuando se aplica una corriente eléctrica a la base del transistor, se crea un campo eléctrico que permite o bloquea el paso de la corriente entre el colector y el emisor.

3. Ganancia

La ganancia del transistor se define como la relación entre la corriente de entrada y la corriente de salida. Esta ganancia puede ser mayor o menor según el tipo de transistor utilizado. La ganancia típica de un transistor bipolar es de 100.

4. Velocidad de conmutación

El tiempo que tarda el transistor en cambiar de estado (de encendido a apagado o viceversa) se conoce como velocidad de conmutación. Esta velocidad depende de la capacidad de carga del circuito y del tipo de transistor utilizado.

5. Temperatura

La temperatura puede afectar el funcionamiento del transistor de unión bipolar, ya que puede alterar las propiedades eléctricas de los materiales semiconductores utilizados en su construcción. Por lo tanto, es importante tener en cuenta la temperatura ambiente en la que se va a utilizar el transistor.

6. Corriente máxima

El BJT tiene una corriente máxima que puede soportar antes de que se dañe. Esta corriente se conoce como corriente de colector máxima y se especifica en las hojas de datos del transistor.

Es importante tener en cuenta sus características y limitaciones al utilizarlo en un diseño de circuito.

Principio de funcionamiento del transistor de unión bipolar.

El transistor de unión bipolar (Bipolar Junction Transistor o BJT en inglés) es un componente electrónico que se utiliza para amplificar señales eléctricas o para conmutar circuitos. Este dispositivo está formado por tres capas de material semiconductor, dos de tipo opuesto (P-N-P o N-P-N) y una capa central llamada base.

Principio de funcionamiento

El funcionamiento del BJT se basa en la capacidad que tiene la base para controlar el flujo de corriente entre el emisor y el colector. Cuando se aplica una tensión positiva en la base respecto al emisor, los electrones de la base se difunden hacia la zona de agotamiento (zona de carga neutra) entre la base y el colector. Esto provoca que se reduzca la anchura de dicha zona y que aumente la conductividad del material de la base.

Gracias a esta mayor conductividad, los electrones del emisor pueden pasar con mayor facilidad hacia el colector, lo que se traduce en un aumento de la corriente que circula entre ambos. Por tanto, se dice que el transistor está en modo de amplificación.

Por otro lado, si se aplica una tensión negativa en la base respecto al emisor, se produce un estrechamiento de la zona de agotamiento y una disminución de la conductividad de la base. Esto implica que los electrones del emisor no pueden pasar fácilmente hacia el colector, lo que se traduce en una disminución de la corriente. En este caso, se dice que el transistor está en modo de corte.

Tipos de conexiones

Existen tres tipos de conexiones para el BJT:

  • Conexión emisor común: el emisor está conectado a tierra y la señal de entrada se aplica a la base.
  • Conexión colector común: el colector está conectado a tierra y la señal de entrada se aplica a la base.
  • Conexión base común: la base está conectada a tierra y la señal de entrada se aplica al emisor.
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Cada una de estas conexiones tiene sus ventajas e inconvenientes y se utilizan en diferentes aplicaciones.

Conclusiones

El principio de funcionamiento del transistor de unión bipolar se basa en la capacidad de la base para controlar el flujo de corriente entre el emisor y el colector. Esto permite amplificar señales eléctricas o conmutar circuitos. Además, existen tres tipos de conexiones para el BJT que se utilizan en diferentes aplicaciones.

Es importante conocer bien el funcionamiento y las conexiones del BJT para poder utilizarlo de manera adecuada en nuestros circuitos electrónicos.

Aplicaciones del transistor de unión bipolar.

El transistor de unión bipolar, también conocido como BJT por sus siglas en inglés (Bipolar Junction Transistor), es un dispositivo semiconductor que tiene tres regiones dopadas con diferentes tipos de materiales. Estas regiones se denominan emisor, base y colector.

El transistor de unión bipolar tiene muchas aplicaciones en la electrónica. A continuación, se presentan algunas de las más importantes:

1. Amplificación de señales

Una de las aplicaciones más comunes del transistor de unión bipolar es la amplificación de señales. El transistor se utiliza como amplificador de corriente, voltaje o ambos. Por ejemplo, en un amplificador de audio, el transistor se utiliza para amplificar la señal de audio. El transistor amplifica la señal de entrada y produce una señal de salida más grande.

2. Conmutación de señales

Otra aplicación importante del transistor de unión bipolar es la conmutación de señales. El transistor se utiliza para encender o apagar una señal eléctrica. Por ejemplo, en un circuito de control de luces, el transistor se utiliza para encender o apagar la luz.

3. Osciladores

El transistor de unión bipolar también se utiliza en la construcción de osciladores. Un oscilador es un circuito que produce una señal periódica. El transistor se utiliza como elemento activo en el oscilador. Por ejemplo, en un reloj digital, el transistor se utiliza como oscilador para producir la señal de tiempo.

4. Reguladores de voltaje

El transistor de unión bipolar se utiliza en la construcción de reguladores de voltaje. Un regulador de voltaje es un circuito que mantiene el voltaje de salida constante, independientemente de las variaciones del voltaje de entrada. El transistor se utiliza como elemento activo en el regulador de voltaje. Por ejemplo, en un cargador de batería, el transistor se utiliza como regulador de voltaje para mantener el voltaje de carga constante.

5. Circuitos integrados

El transistor de unión bipolar se utiliza en la fabricación de circuitos integrados. Un circuito integrado es un conjunto de componentes electrónicos que se encuentran en un solo chip de silicio. El transistor se utiliza como elemento activo en el circuito integrado. Por ejemplo, en un procesador de computadora, el transistor se utiliza en la construcción de los circuitos integrados que forman el procesador.

Posibles fallas en el transistor de unión bipolar.

El transistor de unión bipolar es un componente fundamental en la electrónica. Como cualquier otro componente, puede presentar fallas que afecten su funcionamiento. A continuación, se describen algunas de las posibles fallas que puede presentar un transistor de unión bipolar:

Falla en el emisor abierto

Esta falla se produce cuando el emisor del transistor está desconectado o no está bien conectado. En este caso, el circuito no funcionará ya que el emisor no puede suministrar corriente al circuito.

Ejemplo: Si tenemos un circuito que utiliza un transistor NPN y el emisor no está conectado, el circuito no funcionará y no habrá corriente que fluya entre la base y el colector.

Falla en el colector abierto

Esta falla se produce cuando el colector del transistor está desconectado o no está bien conectado. En este caso, el circuito no funcionará ya que el colector no puede drenar la corriente del circuito.

Ejemplo: Si tenemos un circuito que utiliza un transistor PNP y el colector no está conectado, el circuito no funcionará y no habrá corriente que fluya entre la base y el emisor.

Falla en la base abierta

Esta falla se produce cuando la base del transistor está desconectada o no está bien conectada. En este caso, el circuito no funcionará ya que la base no puede controlar el flujo de corriente entre el emisor y el colector.

Ejemplo: Si tenemos un circuito que utiliza un transistor NPN y la base no está conectada, el circuito no funcionará y habrá una corriente de fuga entre el colector y el emisor.

Falla en la polarización

Esta falla se produce cuando la polarización del transistor no es la adecuada. En este caso, el transistor no funcionará correctamente ya que no se establecerá la corriente adecuada a través de él.

Ejemplo: Si tenemos un circuito que utiliza un transistor NPN y la polarización de la base no es la adecuada, el circuito no funcionará y no habrá corriente que fluya entre el colector y el emisor.

Falla en la temperatura

Esta falla se produce cuando la temperatura del transistor es demasiado alta o demasiado baja. En este caso, el transistor puede dañarse permanentemente.

Ejemplo: Si tenemos un circuito que utiliza un transistor PNP y la temperatura del transistor es demasiado alta, el transistor puede quemarse y dejar de funcionar.

Elementos de un circuito con transistor de unión bipolar.

El transistor de unión bipolar (BJT, por sus siglas en inglés) es un componente electrónico que permite controlar el flujo de corriente en un circuito. Su funcionamiento se basa en el uso de dos uniones PN, que permiten el paso de corriente de una región a otra. En este artículo, hablaremos sobre los elementos que conforman un circuito con transistor de unión bipolar.

1. Colector

El colector es la región del transistor donde se recolecta la corriente que fluye a través del dispositivo. Es el terminal positivo del transistor y se conecta a la fuente de alimentación del circuito. La corriente que fluye a través del colector puede variar en función de la corriente que fluye a través de la base y el emisor.

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2. Emisor

El emisor es la región del transistor donde se emite la corriente que fluye a través del dispositivo. Es el terminal negativo del transistor y se conecta a la tierra del circuito. La corriente que fluye a través del emisor es controlada por la corriente que fluye a través de la base.

3. Base

La base es la región del transistor que controla el flujo de corriente entre el colector y el emisor. Es el terminal de control del transistor y se conecta a una señal de entrada del circuito. La corriente que fluye a través de la base controla la corriente que fluye a través del colector y el emisor.

4. Resistencia de base

La resistencia de base es una resistencia que se coloca en serie con la base del transistor. Su función es limitar la corriente que fluye a través de la base y proteger el transistor de corrientes excesivas.

5. Divisor de voltaje

El divisor de voltaje es una red de resistencias que se utiliza para establecer un voltaje de polarización en la base del transistor. Su función es asegurar que el transistor se encuentre en la región activa de operación, donde la corriente que fluye a través del colector es proporcional a la corriente que fluye a través de la base.

6. Capacitores de acoplamiento

Los capacitores de acoplamiento se utilizan para conectar la señal de entrada del circuito a la base del transistor. Su función es bloquear cualquier componente DC presente en la señal de entrada y permitir el paso de la componente AC.

7. Resistencia de carga

La resistencia de carga es una resistencia que se coloca en serie con el colector del transistor. Su función es limitar la corriente que fluye a través del colector y proteger el transistor de corrientes excesivas. Además, establece el punto de operación del transistor.

8. Fuente de alimentación

La fuente de alimentación es la fuente de energía que suministra voltaje y corriente al circuito. Se conecta al colector del transistor a través de una resistencia de carga y proporciona la energía necesaria para el funcionamiento del circuito.

9. Carga

La carga es el elemento del circuito que consume la energía suministrada por la fuente de alimentación. Puede ser un motor, una lámpara, un altavoz, entre otros.

Cada uno de estos elementos juega un papel importante en el funcionamiento del circuito y su correcta elección y conexión es esencial para obtener un funcionamiento óptimo.

Conexión del emisor y del colector del transistor de unión bipolar.

El transistor de unión bipolar es un componente esencial en la electrónica, ya que permite amplificar señales y controlar corrientes. La conexión del emisor y del colector del transistor es crucial para su correcto funcionamiento.

¿Qué es el emisor y el colector en un transistor de unión bipolar?

El transistor de unión bipolar está compuesto por tres capas de material semiconductor: una capa de material tipo P, una capa de material tipo N y otra capa de material tipo P. El emisor es la capa de material tipo N, el colector es la capa de material tipo P y la base es la capa de material tipo N.

¿Cómo se conecta el emisor y el colector del transistor de unión bipolar?

La conexión del emisor y del colector del transistor de unión bipolar se realiza de la siguiente manera:

  • El emisor se conecta a la fuente de señal o a la fuente de corriente a amplificar.
  • El colector se conecta a la carga o al circuito que se desea controlar.
  • La base se conecta a la fuente de control o a la señal de entrada.

Es importante destacar que la polaridad de la alimentación del emisor y del colector debe ser opuesta, es decir, si el emisor se alimenta con una tensión positiva, el colector debe estar a una tensión negativa para que el transistor funcione correctamente.

Ejemplo de conexión del emisor y del colector del transistor de unión bipolar

Un ejemplo de conexión del emisor y del colector del transistor de unión bipolar es el siguiente:

Supongamos que queremos amplificar una señal de audio con un transistor de unión bipolar. Conectamos el emisor del transistor a la fuente de la señal de audio y el colector del transistor a la carga, que en este caso sería un altavoz. La base del transistor se conecta a la señal de entrada, que sería el micrófono.

La señal de audio entra por el micrófono y llega a la base del transistor, donde se modula la corriente que circula por el emisor y el colector. La corriente amplificada llega al altavoz, que reproduce la señal de audio.

Al conectar el emisor a la fuente de señal o corriente a amplificar y el colector a la carga o circuito a controlar, se logra que el transistor amplifique la señal de entrada y la envíe a la carga.

Tipos de transistor de unión bipolar.

Los transistores de unión bipolar (BJT por sus siglas en inglés) son dispositivos electrónicos que tienen tres regiones de material semiconductor: la región emisora, la base y la colectora. Los BJT se utilizan para amplificar y conmutar señales eléctricas. Existen diferentes tipos de BJT, cada uno con sus propias características y aplicaciones.

BJT de NPN

El BJT de NPN es el tipo más común de transistor de unión bipolar. En este tipo de BJT, la región base está hecha de material tipo P, mientras que la región emisora y la región colectora están hechas de material tipo N. La corriente fluye desde la región emisora a la región colectora a través de la región base. El BJT de NPN se utiliza comúnmente en aplicaciones de amplificación y conmutación.

BJT de PNP

El BJT de PNP es similar al BJT de NPN, pero con las regiones de material semiconductor invertidas. En este tipo de BJT, la región base está hecha de material tipo N, mientras que la región emisora y la región colectora están hechas de material tipo P. La corriente fluye desde la región colectora a la región emisora a través de la región base. El BJT de PNP se utiliza en aplicaciones de amplificación y conmutación, especialmente en circuitos integrados.

BJT de Darlington

El BJT de Darlington es un dispositivo que consiste en dos transistores de unión bipolar conectados en cascada. En este tipo de BJT, la región colectora del primer transistor se conecta a la región base del segundo transistor. El BJT de Darlington se utiliza para amplificar señales de baja corriente y alta impedancia.

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BJT de alta frecuencia

Los BJT de alta frecuencia se utilizan en aplicaciones que requieren altas frecuencias de operación. Estos dispositivos tienen una estructura especial que minimiza la capacitancia parásita y la inductancia de la región base. Los BJT de alta frecuencia se utilizan en aplicaciones de radiofrecuencia, como amplificadores de señal en sistemas de comunicaciones inalámbricas.

BJT de potencia

Los BJT de potencia se utilizan en aplicaciones que requieren altas corrientes y voltajes. Estos dispositivos tienen una estructura especial que permite manejar grandes cantidades de energía. Los BJT de potencia se utilizan en aplicaciones de control de motores, fuentes de alimentación y circuitos de iluminación.

BJT de resonancia

Los BJT de resonancia se utilizan en circuitos sintonizados y osciladores. Estos dispositivos tienen una estructura especial que permite la retroalimentación positiva en determinadas frecuencias para generar señales oscilatorias.

Conclusión

Existen diferentes tipos de transistores de unión bipolar, cada uno con características y aplicaciones específicas. Es importante seleccionar el tipo adecuado para cada aplicación en función de las necesidades de corriente, voltaje, frecuencia y potencia.

Tipos de transistor de unión bipolar.

Los transistores de unión bipolar (BJT por sus siglas en inglés) son dispositivos electrónicos que tienen tres regiones de material semiconductor: la región emisora, la base y la colectora. Los BJT se utilizan para amplificar y conmutar señales eléctricas. Existen diferentes tipos de BJT, cada uno con sus propias características y aplicaciones.

BJT de NPN

El BJT de NPN es el tipo más común de transistor de unión bipolar. En este tipo de BJT, la región base está hecha de material tipo P, mientras que la región emisora y la región colectora están hechas de material tipo N. La corriente fluye desde la región emisora a la región colectora a través de la región base. El BJT de NPN se utiliza comúnmente en aplicaciones de amplificación y conmutación.

BJT de PNP

El BJT de PNP es similar al BJT de NPN, pero con las regiones de material semiconductor invertidas. En este tipo de BJT, la región base está hecha de material tipo N, mientras que la región emisora y la región colectora están hechas de material tipo P. La corriente fluye desde la región colectora a la región emisora a través de la región base. El BJT de PNP se utiliza en aplicaciones de amplificación y conmutación, especialmente en circuitos integrados.

BJT de Darlington

El BJT de Darlington es un dispositivo que consiste en dos transistores de unión bipolar conectados en cascada. En este tipo de BJT, la región colectora del primer transistor se conecta a la región base del segundo transistor. El BJT de Darlington se utiliza para amplificar señales de baja corriente y alta impedancia.

BJT de alta frecuencia

Los BJT de alta frecuencia se utilizan en aplicaciones que requieren altas frecuencias de operación. Estos dispositivos tienen una estructura especial que minimiza la capacitancia parásita y la inductancia de la región base. Los BJT de alta frecuencia se utilizan en aplicaciones de radiofrecuencia, como amplificadores de señal en sistemas de comunicaciones inalámbricas.

BJT de potencia

Los BJT de potencia se utilizan en aplicaciones que requieren altas corrientes y voltajes. Estos dispositivos tienen una estructura especial que permite manejar grandes cantidades de energía. Los BJT de potencia se utilizan en aplicaciones de control de motores, fuentes de alimentación y circuitos de iluminación.

BJT de resonancia

Los BJT de resonancia se utilizan en circuitos sintonizados y osciladores. Estos dispositivos tienen una estructura especial que permite la retroalimentación positiva en determinadas frecuencias para generar señales oscilatorias.

Conclusión

Existen diferentes tipos de transistores de unión bipolar, cada uno con características y aplicaciones específicas. Es importante seleccionar el tipo adecuado para cada aplicación en función de las necesidades de corriente, voltaje, frecuencia y potencia.

En conclusión, las conexiones del transistor de unión bipolar son un aspecto fundamental a tener en cuenta para su correcto funcionamiento y aplicación en circuitos electrónicos. Es importante conocer las características y diferencias entre las conexiones en emisor común, base común y colector común, ya que cada una de ellas tiene sus propias ventajas y limitaciones. Además, es fundamental tener en cuenta las condiciones de polarización y operación del transistor para garantizar su estabilidad y eficiencia. Por lo tanto, es necesario estudiar y comprender a fondo las conexiones del transistor de unión bipolar para poder sacar el máximo provecho de su potencial y aplicaciones en el mundo de la electrónica.

En conclusión, las conexiones del transistor de unión bipolar son fundamentales para su correcto funcionamiento. La conexión de la base controla la corriente que fluye a través del transistor, mientras que la conexión del colector y del emisor permiten que la corriente fluya desde la fuente de alimentación a través del transistor y hacia la carga. Es importante tener en cuenta que la polarización adecuada de las conexiones es esencial para asegurar que el transistor funcione correctamente. En resumen, las conexiones del transistor de unión bipolar son una parte crítica de su diseño y deben ser cuidadosamente consideradas en su implementación.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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