Transistores Bipolares NPN y PNP: Funcionamiento, Características y Modos de Operación

Unión NPN

Es la unión de tres tipos de semiconductores sobre la misma oblea, que dan lugar a un dispositivo semiconductor llamado transistor bipolar de unión NPN o BJT NPN (Bipolar Junction Transistor). Este transistor tiene tres terminales: emisor (dopado n+), la base (dopada p) y el colector (dopado n).

Unión PNP

Es la unión de tres tipos de semiconductores sobre la misma oblea, que dan lugar a un dispositivo semiconductor llamado transistor bipolar de unión PNP o BJT PNP (Bipolar Junction Transistor). Este transistor tiene tres terminales: emisor (dopado p+), la base (dopada n) y el colector (dopado p).

En el transistor BJT NPN el emisor está mucho más dopado que la base, y la base debe estar más dopada que el colector. La longitud de la base debe ser tal que, cuando el transistor esté correctamente polarizado, la mayoría de los portadores de carga mayoritarios que lleguen del emisor la atraviesen sin recombinarse y lleguen al colector.

Conclusiones

• Un transistor bipolar está formado por dos uniones PN.
• Para que sea un transistor y no dos diodos deben de cumplirse dos condiciones:
  1. La zona de Base debe ser muy estrecha.
  2. El Emisor debe estar muy dopado.
• Normalmente, el Colector está muy poco dopado y es mucho mayor.

Modos de Operación

Modo activo: Unión emisor‐base polarizada directamente, su zona de agotamiento se estrecha respecto a la del equilibrio.

• Unión base‐colector polarizada inversamente, su zona de agotamiento se ensancha respecto a la del equilibrio.

Funcionamiento en Modo Activo (Unión NPN)

La unión emisor‐base está directamente polarizada y la unión base‐colector inversamente polarizada. La unión emisor‐base directamente polarizada, inyecta electrones del emisor a la base (solo muy pocos huecos se inyectan de la base al emisor). La mayoría de los electrones atraviesan la base sin recombinarse y pasan al colector.

Zonas de Trabajo

Podemos definir tres zonas de trabajo:

• Corte: Uniones BE y BC inversamente polarizadas, interruptor abierto.
• Saturación: Uniones BE y BC directamente polarizadas, interruptor cerrado.
• Lineal o activa: Unión BE directamente polarizada, BC inversamente polarizada. Se comporta:
  1. como una fuente de corriente y
  2. como un amplificador, con una pequeña corriente de base se consigue una gran corriente de emisor

Efectos Secundarios

1. Modulación de la Anchura de la Base

A medida que la polarización inversa base‐colector aumenta, aumenta su zona de agotamiento y la longitud real de la base se hace más pequeña.

2. Ruptura del Colector

La unión colector‐base puede romperse por dos procesos:

1. Ruptura por avalancha: Como es una unión inversamente polarizada soporta una tensión máxima que no debe superarse, esta tensión de ruptura genera el fenómeno llamado ruptura por avalancha (ver tema 3).
2. Punch‐through: En un BJT tenemos las uniones emisor‐base y base‐colector, si las zonas de agotamiento de ambas uniones que se extienden sobre la zona de base se hacen tan grandes que se tocan, en ese instante lo atravesará una corriente muy elevada que hará que el dispositivo se rompa por exceso de potencia disipada.

3. Corriente de Fugas

Para una vBE=0 tenemos una corriente negativa debida a la corriente de polarización inversa de la unión basecolector (IB=-ICO). A temperatura ambiente suele ser despreciable.

Transistores PNP

Todo lo dicho para transistores NPN se aplica a los PNP sin más que:

• Mantener todos los tipos de polarización (directa o inversa).
• Cambiar las polaridades de todas las fuentes de tensión que se apliquen al PNP pues deben ser opuestas a las del NPN. Por convenio cambiaremos los sentidos en los que medimos las tensiones.
• Cambiar los sentidos de todas las circulaciones reales de