Transistor de unión bipolar para niños

Datos para niños Transistor de unión bipolar
Transistor de unión bipolar BC548.
Tipo	Semiconductor
Invención	William Bradford Shockley (1948)
Símbolo electrónico
Terminales	Emisor, base y colector

Diagrama de Transistor NPN

Un transistor de unión bipolar (conocido como BJT por sus siglas en inglés) es un componente electrónico muy importante. Funciona como un interruptor o un amplificador de señales eléctricas. Imagina que es una pequeña válvula que puede controlar el flujo de electricidad. Su nombre "bipolar" se debe a que usa dos tipos de cargas eléctricas (positivas y negativas) para funcionar.

Los transistores bipolares son muy comunes en la electrónica. Se usan en radios, televisores, computadoras y muchos otros aparatos. Son fundamentales tanto en circuitos que manejan señales continuas (electrónica analógica) como en los que usan señales de encendido y apagado (electrónica digital).

Un transistor de unión bipolar está hecho de un material especial llamado semiconductor. Tiene tres partes principales:

• Emisor: Es la parte que "envía" las cargas eléctricas. Está muy preparada para hacerlo.
• Base: Es una capa muy delgada que está en medio. Controla cuántas cargas pasan.
• Colector: Es la parte que "recoge" las cargas eléctricas que vienen del emisor.

Para que funcione, la base y el emisor se conectan de una manera que permite el paso de la corriente. La base y el colector se conectan de otra manera para que la corriente no pase fácilmente. Pero como la base es tan delgada, la mayoría de las cargas que salen del emisor logran llegar al colector.

Un transistor puede estar en tres estados:

• Corte: No pasa corriente, como un interruptor apagado.
• Saturación: Pasa la máxima corriente, como un interruptor encendido.
• Actividad: Controla la cantidad de corriente que pasa, como un grifo que regula el flujo de agua. Este estado es clave para amplificar señales.

¿Cómo se inventó el transistor?

Réplica del primer transistor de punto de contacto, hoy en un museo de la actual Lucent Technologies

La historia del transistor es fascinante. El primer transistor, llamado "de contacto de punto", fue inventado en diciembre de 1947. Lo crearon los científicos John Bardeen y Walter Houser Brattain, bajo la dirección de William Shockley, en los Laboratorios Bell.

El transistor de unión bipolar, que es el que estamos explicando, fue inventado por William Shockley en 1948. Durante muchos años, fue el componente más usado para diseñar circuitos electrónicos. Hoy en día, aunque se siguen usando, otros tipos de transistores son más comunes en los circuitos digitales modernos.

¿De qué está hecho un transistor?

Estructura de un transistor de unión bipolar del tipo PNP.

Un transistor de unión bipolar tiene tres capas de material semiconductor. Estas capas están tratadas de forma especial (se dice que están "dopadas") para que conduzcan la electricidad de una manera específica.

Hay dos tipos principales de transistores bipolares:

• PNP: Sus capas son P (positiva), N (negativa) y P (positiva).
• NPN: Sus capas son N (negativa), P (positiva) y N (negativa).

Cada capa tiene un terminal o "patita" para conectarlo: el emisor (E), la base (B) y el colector (C).

La base siempre está entre el emisor y el colector. Es una capa muy fina y con un tratamiento especial. El colector rodea al emisor, lo que ayuda a que casi todas las cargas que salen del emisor lleguen al colector.

Los transistores no son simétricos. Esto significa que si cambias el colector y el emisor de lugar, el transistor no funcionará igual de bien. Esto se debe a que el emisor está mucho más "dopado" que el colector. El emisor está diseñado para enviar muchas cargas, mientras que el colector está preparado para recibir una gran cantidad de voltaje sin dañarse.

Un pequeño cambio en el voltaje entre la base y el emisor puede causar un gran cambio en la corriente que pasa entre el emisor y el colector. Esta característica es la que permite que los transistores amplifiquen señales.

Los primeros transistores se fabricaron con germanio. Sin embargo, la mayoría de los transistores modernos se hacen con silicio. Algunos, para aplicaciones de muy alta velocidad, se fabrican con arseniuro de galio.

¿Cómo funciona un transistor?

Característica idealizada de un transistor bipolar.

Para que un transistor funcione correctamente, la conexión entre la base y el emisor debe permitir el paso de la corriente (se dice que está "polarizada en directa"). La conexión entre la base y el colector debe bloquear la corriente (se dice que está "polarizada en inversa").

Imagina un transistor NPN. Cuando aplicas un voltaje positivo a la unión base-emisor, los electrones del emisor pueden pasar a la base. Estos electrones "viajan" por la base, que es muy delgada, y la mayoría de ellos llegan al colector. Es como un puente muy corto que los electrones cruzan rápidamente.

La base debe ser muy delgada para que los electrones no se pierdan o se "recombinen" antes de llegar al colector. Así, la mayoría de los electrones que entran en la base desde el emisor logran llegar al colector.

Control de corriente y voltaje

La corriente que pasa del colector al emisor puede ser controlada de dos maneras:

• Por la corriente que entra en la base (control de corriente).
• Por el voltaje entre la base y el emisor (control de voltaje).

En el diseño de circuitos, a menudo se piensa en el control de corriente porque es más sencillo de entender. Significa que la corriente del colector es aproximadamente un número (llamado beta, o β) de veces mayor que la corriente de la base. Por ejemplo, si β es 100, una pequeña corriente de 1 mA en la base puede controlar una corriente de 100 mA en el colector.

Parámetros Alfa y Beta

Para saber qué tan eficiente es un transistor, se usan dos valores importantes:

• Beta (β): También se le llama ganancia de corriente. Indica cuántas veces se amplifica la corriente de la base para obtener la corriente del colector. Un valor de β mayor a 100 es común.
• Alfa (α): Mide la relación entre la corriente del colector y la corriente del emisor. Su valor es casi siempre muy cercano a 1 (por ejemplo, entre 0.98 y 0.998).

Estas relaciones se pueden expresar con fórmulas:

Donde I_C es la corriente del colector, I_E es la corriente del emisor e I_B es la corriente de la base.

Tipos de Transistor de Unión Bipolar

Transistores NPN

Los transistores NPN son los más utilizados hoy en día. Esto se debe a que los electrones (que son las cargas principales en los NPN) se mueven más rápido que los "huecos" (las cargas principales en los PNP). Esto permite que los transistores NPN manejen mayores corrientes y funcionen a velocidades más altas.

Un transistor NPN tiene una capa de material P (la base) entre dos capas de material N. Una pequeña corriente que entra en la base se amplifica mucho en la salida del colector.

La flecha en el símbolo de un transistor NPN siempre está en el emisor y apunta hacia afuera. Indica la dirección de la corriente eléctrica.

Ejemplo práctico de uso de un transistor bipolar NPN

Ejemplo de uso de un transistor del tipo NPN.

Vamos a ver un ejemplo sencillo de cómo se usa un transistor NPN. Queremos saber cuánta corriente pasa por el colector (I_C) y qué voltaje hay entre el colector y el emisor (V_CE).

Primero, calculamos la corriente que entra en la base (I_B): Si V_BB es 5V y R_B es 500 kΩ:

Luego, calculamos la corriente del colector (I_C) usando el valor de beta (β), que en este ejemplo es 100:

Finalmente, calculamos el voltaje entre el colector y el emisor (V_CE):

En este gráfico se muestra el resultado obtenido, sobre la recta de polarización en color verde con los valores máximos de Vce e Ic, indicando la corriente, y la tensión necesaria para polarizar al transistor

Transistores PNP

Los transistores PNP son el otro tipo de transistor bipolar. Tienen una capa de material N (la base) entre dos capas de material P.

Aunque funcionan de manera similar a los NPN, los transistores PNP se usan menos porque los NPN suelen tener un mejor rendimiento. En un PNP, una pequeña corriente que sale de la base permite que una corriente mucho mayor pase del emisor al colector.

La flecha en el símbolo de un transistor PNP también está en el emisor, pero apunta hacia adentro.

¿Cómo se usa un transistor? Regiones de operación

Los transistores de unión bipolar pueden funcionar de diferentes maneras, dependiendo de cómo se conecten en un circuito. Estas son sus principales "regiones de operación":

• Región activa:

En esta región, el transistor actúa como un amplificador. La corriente del co colector (I_c) depende de la corriente de la base (I_b) y del valor de beta (β). Es la región más importante si quieres que el transistor amplifique una señal, como en un micrófono o un altavoz.

• Región de corte:

Aquí, el transistor está "apagado". No pasa corriente por el colector ni por el emisor (I_c = I_e = 0). El voltaje entre el colector y el emisor es el máximo posible, como si el circuito estuviera abierto. Esto es útil para representar el estado "0" en electrónica digital.

• Región de saturación:

En esta región, el transistor está "completamente encendido". Pasa la máxima corriente posible por el colector y el emisor (I_c ≈ I_e = I_máx). El voltaje entre el colector y el emisor es muy bajo, casi cero, como si fuera un cable. Esto es útil para representar el estado "1" en electrónica digital.

En resumen, la región activa es ideal para la electrónica analógica (amplificación), mientras que las regiones de corte y saturación son perfectas para la electrónica digital (encendido/apagado).

Véase también

En inglés: Bipolar junction transistor Facts for Kids

• Transistor
• Transistor Uniunión (UJT)
• Transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)

Galería de imágenes

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  Símbolo de un transistor NPN.

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  Símbolo de un transistor PNP.