1. IntroduccinAntes de descubrirse el transistor (1950), los circuitos electrnicos estaban constituidos a base de vlvulas de vaco. Estas eran voluminosas, provocaban un gran consumo de energa y su vida era corta.El invento del primer transistor por Schockley dio paso a una nueva era.2. ConstitucinEl transistor bipolar est formado por tres cristales semiconductores alternando los tipos N y P, dando lugar a dos tipos diferentes, los NPN y los PNP.

El emisor se fabrica muy dopado, mientras que la base se realiza poco dopada y muy delgada.Casi todos los portadores que salen del emisor atraviesan la base y llegan al colector, siendo ste flujo de electrones regulado por la tensin aplicada a la base.Identificacin de terminalesPara identificar el tipo de transistor (NPN o PNP) y la disposicin de sus terminales nos basamos en las propiedades de la unin PN de ofrecer poca resistencia en polarizacin directa y alta en polarizacin inversa.Es fcil identificar la base, pues deber presentar baja resistencia respecto de los otros dos terminales.

Adems, la unin base-colector tiene menor resistencia que la unin base-emisor, lo que identifica los otros dos terminales.Comprobacin del estado del transistorDeber tener:Alta resistencia entre emisor y colector en ambos sentidos.

Alta resistencia en un sentido y baja en el otro para las uniones base-emisor y base-colector.

Algunos polmetros poseen comprobador de transistores siendo capaces de medir su ganancia y de identificar sus terminales ya que, si no se conecta adecuadamente, no mide ganancia alguna. Para ello disponen de dos filas de tres conexiones, una para transistores PNP y otra para transistores NPN.Distribucin de corrientesEn los esquemas siguientes se representa el reparto de corrientes para un transistor PNP.

Se ha polarizado la unin base-emisor directamente y la unin base-colector inversamente.

Al polarizar directamente el emisor y la base, se establece una corriente que debera cerrarse por la malla emisor-base. Sin embargo, al ser la base muy delgada y estar el colector muy "negativo", casi toda la carga atraviesa la base hacia el colector, siendo la corriente de colector mucho mayor que la de base (99%), cumpliendo la ecuacin:IE= IB+ ICAunque la corriente de base es muy pequea, es muy importante, regulando la de colector. La corriente de colector disminuye y aumenta con la de base y si sta se anula, la de colector tambin se anula.Para el caso de un transistor NPN, el razonamiento es anlogo.

Sin embargo, en este caso, se comprende mejor el reparto de corrientes si se considera el sentido de corriente "electrnico".

3. Parmetros del transistor.Parmetro alfa ().

Indica la relacin entre las corrientes de colector y emisor

Su valor es algo inferior a la unidad.Parmetro beta o ganancia de corriente ().

Es la relacin entre las corrientes de colector y de base.

Se puede deducir la relacin entre ambos parmetros.

La ganancia de corriente no es constante, sino que aumenta con la corriente de colector y con la temperatura.Al disear circuitos con transistores se incluyen sistemas que compensen o minimicen estas variaciones.4. Tensiones de ruptura.En polarizacin inversa, las uniones no soportan cualquier tensin. Habr que tener en cuenta:La tensin inversa colector-base con el emisor abierto (UCBO).

Suele ser elevada (de 20 a 300 voltios) y provoca una pequea corriente de fugas (ICBO).La tensin inversa colector-emisor con la base abierta (VCEO).

Tambin provoca una corriente de fugas (ICEO).5. Curvas caractersticasSon curvas que relacionan entre s distintas magnitudes referentes al transistor, como son:ICen funcin de VCEpara IB= Cte.IBen funcin de VBEpara VCE= Cte.Potencia mxima.Trataremos nicamente las curvas caractersticas en la polarizacin con emisor comn por ser la ms ampliamente utilizada.Caracterstica IC= f (VCE) para IB= Cte

Se suele representar una familia de curvas para varias intensidades de base diferentes. Manteniendo constante la intensidad de base se representan los valores de la corriente de colector para distintas tensiones colector-emisor.

Para intensidades de base no muy altas la tensin VCEafecta poco a la intensidad de colector que se mantiene casi constante para cada intensidad de base, siempre que la tensin VCEse mantenga por encima de unos 0.7 voltios y por debajo de la de ruptura.Para una misma VCEla intensidad de colector crece mucho (del orden de miliamperios) para pequeos incrementos de la corriente de base (del orden de microamperios).Por ejemplo:Para VCE= 20 VIB= 150 - 50 = 100AIB= 0,1 mAIC= 39 - 12 = 27 mADe lo cual se deduce la capacidad del transistor para amplificar corrientes.

Se puede obtener la ganancia del transistor a partir de las curvas.

Tambin permiten determinar laresistencia de salidaque vendra dada por:

Por ejemplo:VCE= 40 - 20 = 20 VIC= 43 - 39 = 4 mA

Caracterstica IB= f (VBE) para VCE= CteSe trata de curvas muy similares a las de un diodo, donde se mantiene constante la VCEy se representa la intensidad de base en funcin de la tensin VBE.

Como ocurre con los diodos hay cierta diferencia entre los transistores de germanio que empiezan a conducir a unos 0.2 voltios de tensin VBEy los de silicio que lo hacen a unos 0.6 voltios. Aunque casi todos los transistores utilizados son de silicio los de germanio an se usan en ciertas aplicaciones.Estas curvas permiten el clculo de la resistencia de entrada:

La resistencia de entrada se hace muy pequea una vez se ha superado el codo de la tensin de conduccin.Por ejemplo, para el silicio:IB= 100 - 50 = 50AVBE= 0,89 - 0,87 = 0,02 V

Caractersticas de potencia mximaEl transistor posee una resistencia entre el colector y el emisor que depende de la intensidad aplicada a la base.Por efecto Joule el transistor disipa una potencia en dicha resistencia en forma de calor.

Si se supera la potencia mxima indicada por el fabricante el transistor podra destruirse.La potencia mxima a que puede trabajar un transistor viene dada por la temperatura en la unin de colector y depende de la temperatura ambiente.Para aumentar la potencia en un transistor sin que se destruya se puede recurrir a colocarle un disipador de calor o aleta de refrigeracin que le ayude a evacuar el calor al ambiente.

6. Polarizacin del transistorPolarizar un transistor consiste en suministrar las tensiones adecuadas y conectar las resistencias oportunas para que el transistor funcione dentro de los limites indicados en el diseo, de forma que la seal aplicada a la entrada no resulte deformada a la salida.Existen tres configuraciones fundamentales, de las cuales la ms utilizada es la de emisor de comn:

Polarizacin mediante dos fuentes de alimentacin

Las tensiones VBEy VCEadecuadas se consiguen mediante dos bateras independientes: VBBy VCC.Necesita dos fuentes y es muy sensible a los cambios de beta y de temperatura.Polarizacin mediante una sola fuente de alimentacinPor realimentacin del emisor

Las tensiones adecuadas de VBEy VCEse consiguen eligiendo adecuadamente las resistencias, siendo comn a la entrada y a la salida la cada de tensin en REVBE= VCC- VRB- VREVCE= VCC- VRC- VREUn aumento de temperatura o de beta provoca un aumento de ICy por tanto de IEy de la tensin en RE. La tensin en RBdisminuir y tambin IBcompensando el incremento de la salida.Por realimentacin del colector

La cada de tensin en RCes comn al circuito de entrada y al de salidaVBE= VCC- VRC- VRBVCE= VCC- VRCRCpertenece al circuito de entrada y de salida (realimentacin).Es ms estable ante los cambios de temperatura y de beta ya que si aumenta IClo hace VRClo que hace disminuir la tensin en RBy por tanto la corriente de base. Aumentos de ICprovocan una reduccin de IBque compensa dicho incremento.Por realimentacin del emisor con divisor de tensin.

Es una variante de la polarizacin por realimentacin del emisor donde la tensin en la base se consigue mediante un divisor de tensin (RB1y RB2).VBE= VCC- VRB1- VREVCE

7. Clculo de la recta de cargaUna vez establecida una cierta polarizacin para un transistor, podemos establecer la ecuacin que rige la intensidad de colector respecto de la tensin VCE. Esta ecuacin define una recta que puede superponerse a las grficas IC= f (VCE) determinando los puntos de funcionamiento del transistor.Por ejemplo, en el circuito siguiente polarizados con dos fuentes de alimentacin, se establece la siguiente ecuacin para la malla de colector:

La forma ms fcil de trazar la recta correspondiente sobre las curvas del transistor es encontrar los puntos de interseccin con los ejes (para IC= 0 y para VCE=0).

Uniendo estos dos puntos sobre las curvas del transistor obtenemos la recta de carga del transistor.

Punto de saturacin:Corresponde a la mayor intensidad de base posible. La intensidad de colector es mxima.Punto de trabajo:Corresponde a la intensidad de base determinada por la malla de base del transistor y es el punto de trabajo normal con la polarizacin utilizada.Punto de corte:Corresponde a una intensidad de base igual a cero (IB= 0). La corriente de colector es casi nula (slo la de fugas).8. El transistor bipolar como amplificadorEl punto de trabajo debe situarse aproximadamente en el centro de la recta de carga.Si se desplaza a la zona de saturacin la intensidad de colector se hace mxima y deja de responder a los incrementos de intensidad de base.Si se desplaza a la zona de corte la intensidad de colector se hace cero y el transistor no conduce.Entre el corte y la saturacin, el transistor funciona como amplificador, ya que, a cada intensidad de base (del orden de microamperios) corresponde una intensidad de colector amplificada (del orden de miliamperios).

Si en la entrada del circuito provocamos mediante una seal exterior un aumento de intensidad de base, se produce un aumento de intensidad de colector y lo mismo si disminuye.Las seales aplicadas a la base se ven as reflejadas en el colector, pero amplificadas desde el orden de microamperios al orden de miliamperios.Si la intensidad de base rebasa el punto de saturacin la intensidad de colector no puede seguirla y la seal de salida se ve recortada.Si la intensidad de base se anula tambin lo hace la de colector, recortando la seal de salida por el otro extremo.

Es importante pues, que la polarizacin determine el punto de trabajo en la zona media de la recta de carga para evitar as recortes en la seal de salida. An as, la amplitud mxima de la seal de entrada quedar limitada por los puntos de corte y saturacin, si no queremos recortes en las salida.9. Ganancia en tensin y corriente sobre curvas caractersticasEl circuito de polarizacin establece el punto de trabajo en la zona central de la recta de carga.

Mediante unos condensadores de entrada y de salida se asla el circuito de polarizacin, ya que, los condensadores no permiten el paso de la corriente continua.Al aplicar una seal alterna (variable) a la entrada, se refleja en la otra placa del condensador superponindose a la intensidad de base de polarizacin.Aumentos de la seal de entrada producen aumentos de la intensidad de base desplazando el punto de trabajo hacia arriba en la recta de carga.

Disminuciones de la seal de entrada producen reducciones de la intensidad de base, desplazando el punto de trabajo hacia abajo en la recta de carga.El desplazamiento del punto de trabajo se refleja en cambios en el valor de la intensidad de colector que reproduce las variaciones de la intensidad de base, pero en el orden de miliamperios en vez del orden de microamperios de la base.La tensin VCEtambin refleja las modificaciones, reproduciendo en tensin la seal de entrada. La amplitud de esta seal viene determinada por el valor de la fuente de alimentacin de colector VCC, ya que nunca podra superar este valor.

Recordemos que se defina como ganancia en corriente al parmetro beta del transistor, en la forma: