Funcionamiento del circuito de transistor NPN, características, aplicaciones

Funcionamiento del circuito de transistor NPN, características, aplicaciones

 

Introducción

El transistor NPN es uno de los tipos de transistor de unión bipolar (BJT). El transistor NPN consta de dos materiales semiconductores de tipo n y están separados por una capa delgada de semiconductor de tipo p. Aquí la mayoría de los portadores de carga son los electrones. El flujo de estos electrones desde el emisor al colector forma el flujo de corriente en el transistor. En general, el transistor NPN es el tipo más utilizado de transistores bipolares porque la movilidad de los electrones es mayor que la movilidad de los agujeros. El transistor NPN tiene tres terminales-emisor, base y colector. El transistor NPN se usa principalmente para amplificar y cambiar las señales.

 1. Símbolos y estructura del transistor NPN

La figura de arriba muestra el símbolo y la estructura del transistor NPN. En esta estructura, podemos observar los tres terminales de transistor, corrientes de circuito y representaciones de valores de voltaje. Ahora veamos el funcionamiento del transistor NPN con explicación.

Circuito de transistor NPN

La figura anterior muestra el circuito del transistor NPN con tensiones de suministro y cargas resistivas. Aquí el terminal del colector siempre está conectado a la tensión positiva, el terminal del emisor conectado al suministro negativo y el terminal base controla los estados ON/OFF del transistor dependiendo de la tensión aplicada al mismo.

2. Circuito del transistor NPN

Transistor NPN funcionando

El funcionamiento del transistor NPN es bastante complejo. En las conexiones de circuito anteriores, observamos que la tensión de suministro VB se aplica al terminal de base a través de la carga RB. El terminal del colector conectado al voltaje VCC a través de la carga RL. Aquí ambas cargas RB y RL pueden limitar el flujo de corriente a través de los terminales correspondientes. Aquí, el terminal base y los terminales del colector siempre contienen tensiones positivas con respecto al terminal del emisor.

Si la tensión base es igual a la tensión del emisor, entonces el transistor está en estado OFF. Si la tensión de la base aumenta sobre el voltaje del emisor, entonces el transistor se vuelve más conmutado hasta que esté en estado completamente ENCENDIDO. Si se aplica el voltaje positivo suficiente al terminal de la base, es decir, el estado completamente encendido, entonces el flujo de electrones se genera y la corriente (IC) fluye desde el emisor al colector. Aquí el terminal base actúa como entrada y la región colector-emisor actúa como salida.

Para permitir el flujo de corriente entre el emisor y el colector correctamente, es necesario que el voltaje del colector sea positivo y también mayor que el emisor voltaje del transistor Alguna cantidad de caída de voltaje presentada entre la base y el emisor, como 0.7V. Por lo tanto, la tensión de la base debe ser mayor que la caída de tensión 0,7 V, de lo contrario, el transistor no funcionará. La ecuación para la corriente de base de un transistor NPN bipolar está dada por,

IB = (VB-VBE)/RB

Donde,

IB = Corriente de base VB = Tensión de polarización de base VBE = Entrada Voltaje de base-emisor = 0.7 V RB = Resistencia base

La corriente del colector de salida en el transistor NPN del emisor común puede calcularse aplicando la Ley de Voltaje de Kirchhoff (KVL).

La ecuación para voltaje de suministro del colector se da como

VCC = ICRL + VCE ………… (1)

De la ecuación anterior, la corriente del colector para El transistor NPN del emisor común se da como

IC = (VCC-VCE)/RL

En un transistor NPN de emisor común, la relación entre el colector la corriente y la corriente del emisor se dan como

IC = β IB

En la región activa, el transistor NPN actúa como un buen amplificador. En el emisor común, el flujo de corriente total del transistor NPN a través del transistor se define como la relación entre la corriente del colector y la corriente de base IC/IB. Esta relación también se denomina “ganancia de corriente CC” y no tiene unidades. Esta relación generalmente se representa con β y el valor máximo de β es aproximadamente 200. En el transistor NPN de base común, la ganancia de corriente total se expresa con la relación de corriente de colector a IC/IE de emisor actual. Esta relación se representa con α y este valor generalmente es igual a la unidad.

α, β y γ Relación en el transistor NPN

Ahora veamos la relación entre los dos parámetros de relación α y β.

α = ganancia de corriente CC para circuito base común = corriente de salida/corriente de entrada

En la base común, la corriente de salida del transistor NPN es la corriente del colector (IC) y la corriente de entrada es la corriente del emisor (IE).

α = IC/IE……….. (2)

Este valor de ganancia actual (α) está muy cerca de la unidad pero menos que la unidad Sabemos que la corriente del emisor es la suma de la corriente de base pequeña y la corriente de colector grande.

IE = IC + IB

IB = IE-IC

de la ecuación 2, el recopilador

IC = αIE

IB = IE-αIE

IB = IE (1-α)

β = ganancia de corriente CC para circuito de emisor común = Corriente de salida/Intensidad de entrada

Aquí la corriente de salida es la corriente del colector y la corriente de entrada es la corriente de base.

β = IC/IB

β = IC/IE (1-α)

β = α/(1-α)

De las ecuaciones anteriores, la relación entre α y β puede expresarse como

α = β (1-α) = β/(β + 1)

β = α (1 + β) = α/(1-α)

El valor β puede variar de 20 a 1000 para transistores de baja potencia que operan con altas frecuencias. Pero en general este valor β puede tener los valores entre el rango de 50-200.

Ahora veremos la relación entre los factores α, β y γ.

En un colector común Transistor NPN La ganancia de corriente se define como la corriente de emisor de relación IE a la corriente de base IB. Esta ganancia actual se representa con γ.

γ = IE/IB

Sabemos que emisor actual

IE = IC + IB

γ = (IC + IB)/IB

γ = (IC/IB) + 1

γ = β +1

Por lo tanto, las relaciones entre α, β y γ se dan como a continuación

α = β/(β + 1), β = α/( 1-α), γ = β +1

Ejemplos de transistor NPN

1. Calcule la corriente de base IB para conmutar una carga resistiva de 4 mA de un transistor NPN bipolar que tenga el valor de ganancia actual (β) 100.

IB = IC/β = (4 * 10-3)/100 = 40uA

2. Calcule la corriente de base de un transistor NPN bipolar que tenga el voltaje de polarización 10V y la resistencia de la base de entrada de 200 kΩ.

Sabemos que la ecuación para la corriente base IB es,

IB = (VB-VBE)/RB

Conocemos los valores,

VBE = 0.7V,

VB = 10V,

RB = 200Ω.

Ahora sustituya estos valores en la ecuación anterior,

Obtenemos,

IB = (VB-VBE)/RB = (10-0.7)/200kΩ = 46.5uA.

La corriente de base del transistor NPN es 46.5uA.

Configuración común del emisor

El circuito de configuración común del emisor es una de las tres configuraciones BJT. Estos circuitos comunes de configuración de emisor se usan como amplificadores de voltaje. En general, los transistores BJT tienen tres terminales, pero en las conexiones de circuito necesitamos tomar cualquier terminal como común. Entonces usamos uno de los tres terminales como terminal común para acciones de entrada y salida. En esta configuración, usamos un terminal de emisor como terminal común, por lo que se denomina configuración de emisor común.

Esta configuración se utiliza como un circuito amplificador de emisor común de una sola etapa. En esta configuración, la base actúa como terminal de entrada, el colector actúa como terminal de salida y el emisor como terminal común. El funcionamiento de este circuito comienza con la polarización del terminal de base de modo que se predisponga hacia adelante la unión base-emisor. La pequeña corriente en la base controla el flujo de corriente en el transistor. Esta configuración siempre funciona en la región lineal para amplificar las señales en el lado de salida.

Este amplificador de emisor común proporciona la salida invertida y puede tener una ganancia muy alta. Este valor de ganancia está influenciado por la temperatura y la corriente de polarización. El circuito amplificador de emisor común es la configuración más utilizada que otras configuraciones BJT debido a su alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida y también este amplificador de configuración proporciona ganancia de alta tensión y ganancia de potencia.

La ganancia actual para esta configuración siempre es mayor que la unidad, por lo general, el valor típico es de aproximadamente 50. Estos amplificadores de configuración se utilizan principalmente en las aplicaciones donde se requieren amplificadores de baja frecuencia y circuitos de radiofrecuencia. El diagrama del circuito para la configuración del amplificador de emisor común se muestra a continuación.

 3. circuito amplificador de emisor común de una sola etapa

Características de salida del transistor NPN

La familia de curvas de características de salida de un transistor bipolar se da a continuación. Las curvas muestran la relación entre la corriente del colector (IC) y la tensión colector-emisor (VCE) con la variación de la corriente base (IB). Sabemos que el transistor está “ENCENDIDO” solo cuando se aplica al menos una pequeña cantidad de corriente y una pequeña cantidad de voltaje en su terminal base en relación con el emisor, de lo contrario, el transistor se encuentra en estado “DESACTIVADO”.

 4. Curvas de características de salida de un transistor bipolar NPN

La corriente del colector (IC) se ve afectado principalmente por el voltaje del colector (VCE) en el nivel de 1.0V, pero este valor de IC no se ve muy afectado por encima de este valor. Ya sabemos que la corriente del emisor es la suma de las corrientes de la base y 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 del transistor. La ecuación para la corriente del colector está dada por,

IC = (VCC-VCE)/RL

La línea recta indica el ‘Dinámico’ línea de carga ‘que conecta los puntos A (donde VCE = 0) y B (donde IC = 0). La región a lo largo de esta línea de carga representa la “región activa” del transistor.

Las curvas de características de configuración del emisor común se utilizan para calcular la corriente del colector cuando se da el voltaje del colector y la corriente base. La línea de carga (línea roja) se usa para determinar el punto Q en el gráfico. La pendiente de la línea de carga es igual al recíproco de la resistencia de carga. es decir-1/RL.

Aplicaciones de transistores NPN

  • Los transistores NPN se utilizan principalmente en aplicaciones de conmutación.
  • Se usan en aplicaciones de circuitos de amplificación.
  • Utilizados en los circuitos par Darlington para amplificar las señales débiles.
  • Los transistores NPN se usan en las aplicaciones donde hay una necesidad de absorber una corriente.
  • Se usan en algunos circuitos amplificadores clásicos, como los circuitos amplificadores ‘push-pull’.
  • En sensores de temperatura.
  • Aplicaciones de muy alta frecuencia.
  • Utilizadas en conversores logarítmicos.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *