Fisica General Burbano

DISPOSITIVOS CON SEMICONDUCTORES 721
terminal metálico. Unas nuevas oxidación, apertura de ventana, difusión de impurezas donadoras
y conexión de un terminal metálico, completan el proceso que da como resultado una estructura
como la de la fig. XXIX-64. Para la fabricación de un transistor PNP se realizan los mismos pasos
partiendo de un substrato con impurezas aceptoras.
XXII – 35. Funcionamiento del transistor y parámetros característicos
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El transistor es un dispositivo de tres terminales en el que, para medir diferencias de potencial,
tomaremos uno de ellos como referencia y lo supondremos conectado a potencial cero (tierra).
Según que conectemos a tierra uno u otro tendremos las configuraciones de emisor común, base
común o colector común, de los que las dos primeros son las más utilizadas en circuitos electrónicos.
Existen además cuatro formas de polarizar el transistor según que apliquemos tensiones continuas
directa o inversamente a cada una de las dos uniones. En el modo normal de funcionamiento
la primera unión se polariza directamente y la segunda de forma inversa.
Estudiaremos el comportamiento de un asistor NPN en configuración de base común y en
modo normal (Fig. XXIX-65). En este caso los electrones son portadores mayoritarios en la región
del emisor y, por estar la primera unión polarizada directamente, son inyectados en la base. Una
fracción de esos electrones se recombinan con huecos de la base, y el resto son lanzados hacia el
colector por el campo existente en la zona de transición de la segunda unión, que está en polarización
inversa, constituyendo la corriente de colector I C
(Fig. XXIX-66). El transistor en estas condiciones
puede ser utilizado como una fuente de corriente (corriente de colector) controlada por una
tensión (tensión base-emisor V BE
).
Interesa que la mayor parte de los electrones inyectados en la base la atraviesen sin recombinarse.
Esto se consigue haciendo la base muy estrecha, impurificándola no uniformemente durante
la fabricación del transistor, de forma que las impurezas ionizadas produzcan en ella un campo
eléctrico que favorezca la difusión de electrones, y por fin, dopándola mucho más débilmente que
el emisor. Con esto los electrones emplean menos tiempo en atravesarla, son empujados por el
campo existente en ella y encuentran pocos huecos con los que recombinarse.
Con todo ello, la corriente de base es muy pequeña y las de emisor (entrada del circuito) y colector
(salida) prácticamente iguales. Como además la primera unión está polarizada directamente
y la tensión V BE
es pequeña, y la segunda inversamente, con una tensión V CB
que puede ser grande,
el producto I C
V CB
será mayor que el I E
V BE
; se puede obtener con este montaje una relación de
la potencia de salida a la de entrada, es decir, una GANANCIA EN POTENCIA, mayor que la unidad.
Además de la ganancia en potencia, son parámetros característicos de un transistor la GANAN-
CIA EN TENSIÓN (relación de la de salida a la de entrada) y la GANANCIA EN CORRIENTE, que en el caso
de la configuración de base común es α = I C
/I E
y en la de emisor común β=I C
/I B
. Estas dos últimas
están relacionadas, en efecto: puesto que I E
= I C
+ I B
se tiene:
IC
b = =
I I
IC
− I
Teniendo en cuenta que I C
es siempre algo menor que I E
resulta que a es siempre menor que la
unidad, por tanto con la configuración de base común no se obtiene ganancia sino pérdida de corriente.
Si se pretende obtener a la salida una intensidad mayor que en la entrada hay que recurrir
a la configuración de emisor común, ya que los valores típicos de α son aproximados a 0,98 con
lo que resulta β ; 49 y, por tanto, I C
; I B
.
XXII – 36. Curvas características. Recta estática de carga
Si pretendemos realizar el estudio del circuito de la Fig. XXIX-66, nos entramos con cinco
incógnitas: I E
, I B
, I C
, V BE
y V CE
, y con unos valores conocidos de V EE
, V CC
, R E
y R G
. Debemos expresar
aquellas en función de éstos últimos. Las intensidades verifican:
y resolviendo las dos mallas del circuito obtenemos:
E
E
IC/
IE
a
=
⇒ b =
1−
I / I
1−
a
I E
= I C
+ I B
(7)
V BE
= V EE
– I E
R E
(8) V CB
= V CC
– I C
R C
(9)
C
Tenemos por tanto 3 ecuaciones y 5 incógnitas. Podemos resolver el problema de forma gráfica
recurriendo a las curvas características del transistor, que se pueden determinar experimentalmente
pero que generalmente son proporcionadas por el fabricante del dispositivo.
Para el caso que nos interesa las curvas que deberemos consultar son la que da la relación
(V BE
, I E
) de la unión emisor-base, y la familia de curvas de I C
frente a V CB
para valores constantes
de la corriente de emisor I E
. Su aspecto típico es el de las Fig. XXIX-67 y XXIX-68
Representando la ecuación (8) en la primera de ellas tenemos una recta que corta a los ejes
en: V BE
= V EE
(I E
= 0) y en I E
= V EE
/R E
(V BE
= 0). La intersección de esta recta con la curva característica
es un punto cuya proyección sobre los ejes nos proporciona los valores I E1
, y V BE1
, de dos
de las incógnitas.
C
E
Fig. XXIX-65.– En el modo normal
de funcionamiento del transistor NPN
en base común la unión de emisor
está polarizada directamente y la de
colector de forma inversa.
Fig. XXIX-66.– Sentido de las intensidades
y tensiones en el circuito de la
figura anterior. Las tensiones que polarizan
ambas uniones son V EE
y V CC
.