Transistor de unión bipolar

Un transistor de unión bipolar ( BJT ) es un tipo de transistor que utiliza electrones y huecos de electrones como portadores de carga . Por el contrario, un transistor unipolar, como un transistor de efecto de campo , utiliza solo un tipo de portador de carga. Un transistor bipolar permite que una pequeña corriente inyectada en uno de sus terminales controle una corriente mucho mayor que fluye entre otros dos terminales, lo que hace que el dispositivo sea capaz de amplificación o conmutación.

Los BJT utilizan dos uniones entre dos tipos de semiconductores , tipo n y tipo p, que son regiones en un solo cristal de material. Las uniones se pueden hacer de varias maneras diferentes, como cambiar el dopaje del material semiconductor a medida que crece, depositando gránulos de metal para formar uniones de aleación, o mediante métodos tales como la difusión de sustancias dopantes de tipo n y tipo p en el cristal La previsibilidad y el rendimiento superiores de los transistores de unión pronto desplazaron al transistor original de punto de contacto . Los transistores difusos, junto con otros componentes, son elementos de circuitos integrados para funciones analógicas y digitales. Se pueden fabricar cientos de transistores de unión bipolar en un circuito a muy bajo costo.

Los circuitos integrados de transistores bipolares fueron los principales dispositivos activos de una generación de computadoras centrales y minicomputadoras, pero la mayoría de los sistemas informáticos ahora usan circuitos integrados que se basan en transistores de efecto de campo . Los transistores bipolares todavía se utilizan para la amplificación de señales, conmutación y circuitos digitales. Los tipos especializados se utilizan para interruptores de alto voltaje, para amplificadores de radiofrecuencia o para conmutar corrientes intensas.

Por convención, la dirección de la corriente en los diagramas se muestra como la dirección en la que se movería una carga positiva. Esto se llama corriente convencional . Sin embargo, la corriente en muchos conductores metálicos se debe al flujo de electrones. Debido a que los electrones tienen una carga negativa, se mueven en la dirección opuesta a la corriente convencional. [a]Por otro lado, dentro de un transistor bipolar, las corrientes pueden estar compuestas tanto por huecos cargados positivamente como por electrones cargados negativamente. En este artículo, las flechas de corriente se muestran en la dirección convencional, pero las etiquetas para el movimiento de huecos y electrones muestran su dirección real dentro del transistor. La flecha en el símbolo de los transistores bipolares indica la unión P-N entre la base y el emisor y apunta en la dirección en la que viaja la corriente convencional.

Los BJT existen como tipos PNP y NPN, según los tipos de dopaje de las tres regiones terminales principales. Un transistor NPN consta de dos uniones de semiconductores que comparten una región delgada dopada con p, y un transistor PNP comprende dos uniones de semiconductores que comparten una región delgada dopada con n. Tipo N significa dopado con impurezas (como fósforo o arsénico) que proporcionan electrones móviles, mientras que tipo P significa dopado con impurezas (como boro) que proporcionan huecos que aceptan fácilmente electrones.

El flujo de carga en un BJT se debe a la difusión de los portadores de carga a través de una unión entre dos regiones de diferente concentración de portadores de carga. Las regiones de un BJT se denominan emisor , base y colector . [b] Un transistor discreto tiene tres conductores para la conexión a estas regiones. Por lo general, la región del emisor está fuertemente dopada en comparación con las otras dos capas, y el colector está menos dopado que la base (el dopado del colector suele ser diez veces más ligero que el dopado de la base [2] ). Por diseño, la mayor parte de la corriente del colector BJT se debe al flujo de portadores de carga (electrones o huecos) inyectados desde un emisor fuertemente dopado en la base donde se encuentran.portadores minoritarios que se difunden hacia el colector, por lo que los BJT se clasifican como dispositivos portadores minoritarios.

NPN BJT con unión B-E con polarización directa y unión B-C con polarización inversa
Sección transversal simplificada de un transistor de unión bipolar NPN planar
Muere de un transistor NPN 2N2222. Los cables de enlace se conectan a la base y al emisor.
Símbolo para transistor bipolar NPN con dirección de flujo de corriente
características de salida
Características de entrada y salida para un amplificador de transistor de silicio de base común.
Estructura y uso del transistor NPN. Flecha según esquema.
Diagrama de bandas para transistor NPN en equilibrio
Diagrama de bandas para el transistor NPN en modo activo, que muestra la inyección de electrones desde el emisor a la base y su exceso en el colector
Modelo de Ebers-Moll para un transistor NPN. [27] I B , I C e I E son las corrientes de base, colector y emisor; I CD e I ED son las corrientes del diodo colector y emisor; α F y α R son las ganancias de corriente de base común directa e inversa.
Modelo de Ebers-Moll para un transistor PNP
Modelo de Ebers-Moll aproximado para un transistor NPN en el modo activo directo. El diodo colector tiene polarización inversa, por lo que I CD es prácticamente cero. La mayor parte de la corriente del diodo emisor ( α F es casi 1) se extrae del colector, proporcionando la amplificación de la corriente base.
Arriba: ancho de base NPN para polarización inversa de base de colector baja; Abajo: ancho de base NPN más angosto para polarización inversa de base de colector grande. Las regiones hash son regiones agotadas .
Modelo híbrido-pi
Modelo generalizado de parámetros h de un NPN BJT.
Reemplace x con e , b o c para topologías CE, CB y CC respectivamente.