Lección B13 : Transistores NPN y PNP

- 1 -

LECCIÓN B13: TRANSISTORES NPN y PNP

OBJETIVOS• Reconocimiento de un transistor PNP o NPN.

• Medida de las resistencias interunión.

• Reconocimiento de los tres terminales: Base, Emisor y Colector

utilizando un óhmetro.

• Verificación de las relaciones fundamentales de corriente continua.

• Medida de la corriente de colector en función de la corriente de

base.

• Cálculo de los factores de amplificación α y β.

MATERIAL• Unidad básica para sistema IPES (Unidad de alimentación mod.

PSU/EV, Caja de soporte de los módulos mod. MU/EV, Unidad de

control individual mod. SIS1/SIS2/SIS3)

• Módulo de experimentación mod. MCM4/EV

• Multímetro

B13.1 NOCIONES TEÓRICAS

Estructuras PNP y NPN

Los modelos físicos de los transistores PNP y NPN se muestran en la

figura B13.1. La zona central se denomina "Base", mientras que las

zonas externas se denominan respectivamente "Emisor" y "Colector".

fig. B13.1

Lección B13 : Transistores NPN y PNP

- 2 -

El funcionamiento de los transistores se basa en la posibilidad de

controlar la corriente que fluye entre Colector y Emisor a través de la

aplicación de una corriente en la base B, lo cual se obtiene polarizando

directamente la unión base-emisor e inversamente la unión base-

colector.

En ausencia de tensiones de polarización, las barreras de potencial

existentes se muestran en las figuras.

fig. B13.2

Funcionamiento del Transistor PNP

En la condición de funcionamiento normal el diodo base-emisor D2 está

polarizado directamente (polo positivo en el emisor y polo negativo en

la base); en cambio, el diodo colector-base D1 está polarizado

inversamente y el colector tiene un potencial negativo respecto a la base

(figura B13.3a).

Con el circuito base-colector abierto (figura B13.3b), ya que el diodo D2

está polarizado directamente, su barrera de potencial se reduce y de esta

forma favorece un desplazamiento de cargas positivas desde el emisor

hacia la base.

Consideremos ahora la situación en la cual el circuito colector-base está

cerrado y el circuito base-emisor está abierto (figura B13.3c). Debido a

la polarización inversa, la barrera de potencial del diodo colector-base

aumenta; de esta forma sólo una pequeña corriente de huecos positivos

fluye desde la base hacia el colector y al mismo tiempo una corriente de

electrones fluye desde el colector hacia la base.

Supongamos ahora que tanto el circuito base-emisor como el circuito

colector-base (figura B13.3d) se cierren simultáneamente. El espesor de

la base es muy delgado respecto a la distancia media que pueden

recorrer los huecos positivos procedentes del emisor; una parte

considerable de estas cargas puede atravesarla y llegar a la unión

colector-base, donde serán atraídas por el potencial negativo del

colector, creando así una corriente emisor-colector.

Un razonamiento análogo lleva a resultados similares en el caso de un

transistor NPN (figura B13.4).

Lección B13 : Transistores NPN y PNP

- 3 -

fig. B13.4

Las estructuras PNP y NPN constituyen la base constructiva de los

transistores bipolares o "BJT" (Bipolar Junction Transistor).

Los símbolos gráficos correspondientes se muestran en las figuras

siguientes.

fig. B13.5

fig. B13.3

Lección B13 : Transistores NPN y PNP

- 4 -

La flecha en el símbolo gráfico indica el sentido de la corriente de

emisor. La polarización correcta de un BJT se muestra en la figura

B13.6.

fig. B13.6

Las magnitudes que determinan el funcionamiento de un transistor de

corriente continua son (figura B13.7):

1. Las tres corrientes que circulan en el transistor (IB, I

C, I

E).

2. Las tres tensiones presentes en los extremos de los terminales (VBE

,

VCE

, VCB

).

3. Los dos coeficientes de amplificación de corriente (α, β).

fig. B13.7

Ecuaciones fundamentales

Considerando como sentido de las corrientes el de las cargas móviles

positivas, se consideran válidas las siguientes relaciones:

IE = IC + IB B13.1

IC = αααα·IE + ICBO B13.2

donde:

• El coeficiente α tiene un valor comprendido entre 0,9 y 0,999.

Lección B13 : Transistores NPN y PNP

- 5 -

• α⋅IE indica la fracción de la corriente de emisor que llega hasta el

colector (y α es muy próxima a 1.0).

• ICBO

, del orden de los nA, es la corriente inversa medida de la unión

base-colector polarizada inversamente, dejando abierto el terminal de

emisor.

Sustituyendo el valor de IE en la ecuación B13.1, se puede obtener la

siguiente expresión en la B13.2:

IC = ß⋅⋅⋅⋅IB + ICEO B13.3

verificándose:

ββββ= αααα/(1-αααα) B13.4

ICEO = (ß+1)·ICBO B13.5

A través de la B13.4, los valores propios de α se desprenden de β y

están comprendidos entre 10 y 100; por lo tanto, a través de las referidas

relaciones, se deduce que a un valor pequeño de la corriente de base IB

le corresponde un valor elevado de la corriente de colector IC, lo cual

demuestra que el transistor es un componente amplificador de corriente.

En lo referente a las tensiones puede escribirse:

VCE = VBE + VCB B13.6

Ganancia estática del transistor

A través de las relaciones B13.3 y B13.5 es posible obtener la siguiente

expresión para β:

IC - ICBO B13.7

ββββ = IB + ICBO

Despreciando el aporte de ICBO tanto en el numerador como en el

denominador de la ecuación B13.7, se define el más importante

parámetro de los BJTs, la ganancia estática de corriente hFE:

hFE = IC / IB B13.8

Lección B13 : Transistores NPN y PNP

- 6 -

Curvas característicasLas relaciones anteriores pueden expresarse de forma gráfica mediante

las curvas características indicadas a continuación:

fig. B13.8 a. Curvas características de entrada de un transistor NPN de

emisor común

b. Curvas características de transferencia de un transistor NPN

de emisor común

c. Curvas características de salida de un transistor NPN de

emisor común