Tabla de contenido
Introducción
Los transistores NPN son uno de los tipos de transistores de unión bipolar (BJT). Los transistores NPN consisten en dos materiales semiconductores de tipo n, separados por una capa delgada de semiconductores de tipo p. Aquí, la mayoría de los portadores de carga son electrones. Este flujo de electrones desde el emisor hasta el colector forma el flujo de corriente en el transistor. En general, los transistores NPN son el tipo de transistor bipolar más utilizado porque la movilidad de los electrones es mayor que la de los huecos. Los transistores NPN tienen tres terminales: un emisor, una base y un colector. Los transistores NPN se utilizan principalmente para amplificar y conmutar señales.
La figura anterior muestra los símbolos y la estructura de un transistor NPN. En esta estructura podemos observar la representación de los tres terminales del transistor, la corriente del circuito y el valor de la tensión. Ahora echemos un vistazo al funcionamiento de los transistores NPN con explicaciones.
Circuitos de transistores NPN
La figura anterior muestra un circuito de transistor NPN con un voltaje de alimentación y una carga resistiva. Aquí, el terminal del colector siempre está conectado al voltaje positivo, el terminal del emisor está conectado a la fuente de alimentación negativa y el terminal base controla el estado de encendido/apagado del transistor según el voltaje que se aplique.
Funcionamiento del transistor NPN
El funcionamiento de los transistores NPN es muy complejo. En la conexión del circuito anterior, observamos que la tensión de alimentación VB se aplica al terminal base a través de la carga RB. El terminal del colector se conecta a la tensión VCC a través de la carga RL. Aquí, tanto la carga RB como la RL pueden restringir el flujo de corriente a través de sus terminales. En este caso, los terminales de la base y del colector siempre contienen una tensión positiva para los terminales del emisor.
Si el voltaje base es igual al voltaje del emisor, el transistor está en estado APAGADO. Si el voltaje de la base aumenta por encima del voltaje del emisor, el transistor cambiará más hasta que esté completamente encendido. Cuando se aplica una cantidad suficiente de voltaje a los terminales de base, es decir, cuando están completamente encendidos, se generan electrones y la corriente (IC) fluye desde el emisor hasta el colector. Aquí, el terminal base actúa como entrada y el área colector-emisor actúa como salida.
Para que la corriente fluya correctamente entre el emisor y el colector, el voltaje del colector debe ser positivo y mayor que el voltaje del emisor del transistor. Se observa una ligera caída de tensión entre la base y el emisor (por ejemplo, 0,7 V). Por lo tanto, el voltaje base debe ser mayor que la caída de voltaje de 0.7V, de lo contrario el transistor no funcionará. La ecuación para la corriente fundamental de un transistor NPN bipolar se da de la siguiente manera:
Soy yoB = (VB-VSer)/RB
Dónde es
Soy yoB = Corriente base
VB = Voltaje de polarización base
VSer = Voltaje base-emisor de entrada = 0,7 V
RB = Resistencia de la base
La corriente del colector de salida de un transistor NPN de emisor común se puede calcular aplicando la Ley de Voltaje de Kirchhoff (KVL).
La ecuación para el voltaje de alimentación del colector se da de la siguiente manera:
VReferencia (CC) = ICRL + Vcerio ………… (1)
En la ecuación anterior, la corriente del colector de un transistor NPN de emisor común se da como:
Soy yoC = (VReferencia (CC)-Vcerio)/RL
En un transistor NPN de emisor común, la relación entre la corriente del colector y la corriente del emisor se da de la siguiente manera:
Soy yoC =β IB
En la región activa, los transistores NPN actúan como excelentes amplificadores. En general, el flujo de corriente total de un transistor NPN emisor a través del transistor se define como la relación entre la corriente del colector y la corriente IC/IB subyacente. Esta relación también se conoce como “ganancia de corriente continua” y no tiene unidades. Esta relación es común para que y se denote por β y el valor máximo para β es alrededor de 200. En un transistor NPN de base común, la ganancia de corriente total se expresa como la relación entre la corriente del colector y la corriente del emisor IC/IE. Este porcentaje se expresa en α, y este valor suele ser igual a la unidad.
α, β y γ relaciones de los transistores NPN
Ahora veamos la relación entre los dos parámetros de relación α y β.
α = ganancia de corriente continua en el circuito base común = corriente de salida/corriente de entrada
La corriente de salida del transistor NPN de base común es la corriente del colector (IC) y la corriente de entrada es la corriente del emisor (IE).
α = YoC/Soy yoE ……….. (2)
Este valor de ganancia de corriente (α) está muy cerca de la unidad, pero menor que la unidad.
Sabemos que la corriente del emisor es la suma de la corriente de base pequeña y la corriente del colector grande.
Soy yoE = IC + YoB
Soy yoB = IE –Soy yoC
En la ecuación 2, el colector
Soy yoC = αIE
Soy yoB = IE – αIE
Soy yoB = IE (1-α)
β = ganancia de corriente continua para un circuito emisor común = corriente de salida/corriente de entrada
donde la corriente de salida es la corriente del colector y la corriente de entrada es la corriente base.
β = YoC/Soy yoB
β = YoC/Soy yoE (1-α)
β = α/(1-α)
En la ecuación anterior, la relación entre α y β se puede expresar como:
α = β (1-α) = β/(β+1)
β = α (1+β) = α/ (1-α)
β valores pueden variar de 20 a 1000 para transistores de baja potencia que funcionan a altas frecuencias. Sin embargo, en general, este valor β puede tener un valor entre 50 y 200.
Ahora veamos la relación entre los factores α, β y γ.
En un transistor NPN de colector típico, la ganancia de corriente se define como la relación entre la corriente del emisor IE y la corriente base IB. Esta ganancia actual se expresa como γ.
γ = YoE/Soy yoB
Conocemos la corriente del emisor.
Soy yoE = IC + YoB
γ = (IC + YoB )/IB
γ = (IC/Soy yoB) + 1
γ = β +1
Entonces, la relación entre α, β y γ es la siguiente
α = β / (β+1), β = α / (1-α), γ = β +1
Transistor NPN Sí
1. Calcule la corriente básica I.B. para conmutar la carga resistiva de 100 mA de un transistor NPN bipolar con un valor de ganancia de corriente (β) de 4.
Soy yoB = IC/β = (4*10-3)/100 =40uA
2. Calcule la corriente base de un transistor NPN bipolar con un voltaje de polarización de 10 V, una resistencia base de entrada de 200 kΩ.
Sabemos que la ecuación para la corriente fundamental IB es:
Soy yoB = (VB-VSer)/RB
Conocemos el valor.
VSer = 0,7 V,
VB = 10V,
RB = 200Ω.
Ahora reemplace estos valores en la ecuación anterior.
Obtenemos,
Soy yoB = (VB-VSer)/RB= (10-0,7)/200 kΩ = 46,5uA.
El transistor NPN tiene una corriente base de 46,5 uA.
Configuraciones comunes de emisores
El circuito de configuración de emisor común es una de las tres configuraciones de BJT. Estos circuitos de configuración de emisores típicos se utilizan como amplificadores de voltaje. Por lo general, los transistores BJT tienen tres terminales, pero las conexiones de circuito requieren el uso común de un terminal. Por lo tanto, se utiliza uno de los tres bornes como borna común para las operaciones de entrada y salida. En esta configuración, el terminal emisor se utiliza como terminal común, de ahí el nombre de configuración de emisor común.
Esta configuración se utiliza como un circuito amplificador de emisor común de una sola etapa. En esta base de configuración, el colector actúa como terminal de salida y el emisor actúa como terminal común. El funcionamiento de este CI RCUIT comienza polarizando los terminales base para que la unión base-emisor esté polarizada hacia adelante. Una pequeña corriente en la base controla el flujo de corriente en el transistor. Esta configuración siempre funciona en un área lineal para amplificar la señal en el lado de salida.
Este amplificador emisor típico proporciona una salida invertida y puede tener una ganancia muy alta. Este valor de ganancia se ve afectado por la temperatura y la corriente de polarización. El circuito amplificador de emisor común es una configuración que se usa más predominantemente que otras configuraciones BJT debido a su alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida, y este amplificador de configuración ofrece alta ganancia de voltaje y ganancia de potencia.
La ganancia de corriente en esta configuración siempre es mayor que la unidad, y el valor típico suele ser de alrededor de 50. Estos amplificadores de configuración se utilizan principalmente en aplicaciones que requieren amplificadores de baja frecuencia y circuitos de radiofrecuencia. A continuación se muestra un diagrama esquemático de una configuración común de amplificador de emisor.
Características de salida de los transistores NPN
La familia de curvas características de potencia de los transistores bipolares es la siguiente: La curva muestra la relación entre la corriente del colector (IC) y el voltaje del colector-emisor (VCE) a medida que cambia la corriente base (IB). Sabemos que un transistor solo está ‘ENCENDIDO’ cuando se aplica al menos una pequeña cantidad de corriente y una pequeña cantidad de voltaje al terminal primario del emisor, de lo contrario, el transistor puede estar en el estado ‘APAGADO’.
La corriente del colector (IC) se ve afectada principalmente por el voltaje del colector (VCE) en el nivel de 1.0 V, pero este valor de IC no se ve afectado significativamente por encima de este valor. Ya sabemos que la corriente del medidor es la suma de la corriente base y la corriente del colector. es decir, IE = IC + IB. La corriente que fluye a través de la carga resistiva (RL) es igual a la corriente del colector en el transistor. La ecuación para la corriente del colector se da de la siguiente manera:
Soy yoC= (VReferencia (CC)-Vcerio)/ RL
La línea recta representa una “línea de carga dinámica” que conecta el punto A (donde Vcerio = 0) y B (donde IC = 0). El área a lo largo de esta línea de carga representa la “zona activa” del transistor.
Se utiliza una curva característica de configuración de emisor típica para calcular la corriente del colector dada la tensión del colector y la corriente base. La línea de carga (línea roja) se utiliza para determinar los puntos Q en el gráfico. La pendiente de la línea de carga es igual al recíproco de la resistencia de carga. En otras palabras, -1/RL.
Aplicaciones de transistores NPN
- Los transistores NPN se utilizan principalmente en aplicaciones de conmutación.
- Se utiliza en aplicaciones de circuitos de amplificación.
- Se utiliza en los circuitos de pares de Darlington para amplificar señales débiles.
- Los transistores NPN se utilizan en aplicaciones en las que es necesario absorber la corriente.
- Se utiliza en algunos amplificadores clásicos, como los circuitos de amplificador ‘push-pull’.
- desde el sensor de temperatura.
- Aplicaciones de muy alta frecuencia.
- Se utiliza para convertidores logarítmicos.
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