seegongsik
C1 · BJT

Cómo funciona un BJT: una perilla pequeña gobierna un flujo grande

Un transistor es un dispositivo que gobierna una corriente de colector mucho mayor con una corriente de base diminuta. En esta unidad subes tú mismo la corriente de base y compruebas cuántas veces mayor crece la corriente de colector.

Haz crecer el flujo de colector con la corriente de base

La imagen es un corte de un transistor: de izquierda a derecha, el emisor, la base delgada en el centro y el colector. Como la base es tan delgada, casi todos los portadores dorados que vierte el emisor son arrastrados hasta el colector, y solo una parte mínima sale por el terminal de base de abajo. Sube la corriente de base y el haz que va al colector se vuelve muchas veces más grueso.

Corriente de base IbIb = 2 μA
Un Ib pequeño controla un Ic grande
Ib = 2 μA → Ic = 0.2 mA
β = Ic / Ib = 100
La corriente de base es casi 0. El emisor casi no envía portadores, así que tampoco circula corriente por el colector.
Apenas activo

Dos uniones en torno a una base delgada

Un BJT se hace con dos uniones pn espalda con espalda. En el centro hay una base delgada, y a un lado un emisor muy dopado y al otro el colector. En funcionamiento, la unión del lado del emisor se polariza en directa y la del colector en inversa, y lo que lo distingue de unir sin más dos diodos es que la base es muy delgada.

La base delgada es el secreto

La unión de emisor en directa vierte enormes cantidades de portadores en la base. Como la base es delgada y poco dopada, los portadores casi no se recombinan mientras la cruzan, y el fuerte campo de la unión de colector en inversa los barre casi todos hacia el colector. Solo uno de cada cien, más o menos, se recombina en la base y sale por su terminal, y esa pequeña parte es la corriente de base.

Control de corriente: perilla pequeña, flujo grande

Como la proporción de recombinación es constante, la corriente de colector es siempre el mismo múltiplo de la corriente de base. Ese múltiplo es la ganancia de corriente β, que suele rondar el centenar. Basta subir un poco la corriente de base para que la de colector la siga, β veces más. Sujetar un gran flujo de colector con el mango de una pequeña corriente de base: este control de corriente es la base de la amplificación que se construye en las unidades siguientes. Eso sí, β varía mucho incluso entre transistores de la misma referencia, así que los circuitos reales se diseñan para no depender de su valor exacto.

ObservaIc = β Ib
La corriente de colector es β veces la de base.
EligeIe = Ic + ?
La corriente de emisor es la suma de las de colector y de base.
CompletaIe = (β + ?) Ib
Juntas, la corriente de emisor es (β+1) veces la de base.
Por tu cuentaα = Ic / Ie = β / ?
α es la corriente de colector entre la de emisor, cercana a 1.

De vuelta a la primera pantalla

Cada vez que subías la corriente de base, el haz dorado que va al colector se hacía muchas veces más grueso. Ese grosor lo fijaba la base delgada: los portadores que vertía el emisor la cruzaban sin recombinarse y casi todos eran arrastrados al colector. El puñado que sale por la base es la corriente de base, el haz que va al colector es la corriente de colector, y la razón entre ambos es β. Sujetar un gran flujo con un mango pequeño, este control de corriente es la esencia del transistor.

Un BJT son dos uniones pn con una base muy delgada entre ellas. El emisor en directa vierte portadores en la base, y como la base es delgada, la mayoría la cruza sin recombinarse y es arrastrada al colector en inversa. Así, una pequeña corriente de base controla una corriente de colector β veces mayor (Ic = β Ib). Esta ganancia de corriente es la base de la amplificación, con Ie = (β+1) Ib y α = β/(β+1) ≈ 1.

Lo que sigue

Ya tienes la ganancia de corriente en la mano. Pero para usarla, el transistor tiene que estar ya encendido, colocado en un punto por el que circulen corrientes de base y de colector adecuadas. La siguiente unidad muestra la polarización DC, que fija ese punto de trabajo con resistencias. Antes de agrandar una señal, primero se prepara el sitio donde agrandarla.