2.3: Características del transistor I-V

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Ahora echemos un vistazo a algunas relaciones de corriente-voltaje para el transistor bipolar. A falta de alguna tensión o corriente en la unión emisor-base, si tuviéramos que hacer una gráfica de$I_{C}$ en función de$V_{\text{CB}}$, se vería algo así como Figura$\PageIndex{1}$. Vuelva a consultar con la convención de voltaje en las cifras sobre la estructura y polarización activa hacia adelante de un transistor bipolar para asegurarse de estar de acuerdo con lo que dibujé. Todo lo que tenemos aquí es una unión PN o diodo. Simplemente pasa a estar sesgado en una dirección inversa, por lo que conduce cuando$V_{\text{CB}}$ $V_{CB}$ es negativo y no cuando$V_{\text{CB}}$ es positivo. Así, todo lo que tenemos que hacer es dibujar una curva de diodo, ¡pero al revés!

Gráfica de I_C vs V_CB. La gráfica se acerca a 0 para todos los I_C mayores que un cierto número negativo, y disminuye exponencialmente para todos los valores de I_C más negativos que ese número. — Figura$\PageIndex{1}$: Gráfica I-V para los terminales colector-base del transistor bipolar

¿Qué pasa si ahora también tenemos algún sesgo aplicado a la unión emisor-base? Como vimos, siempre y cuando la unión base-colector sea de polarización inversa, casi toda la corriente del colector consiste en electrones que han sido inyectados en la base por el emisor, difundidos a través de la región base y luego caen por la unión base-colector. La velocidad a la que los electrones caen por la unión no depende de cuán grande haya una caída (por ejemplo, qué tan grande$V_{\text{CB}}$ es). Lo único que importa, en lo que se refiere a la corriente colectora, es la rapidez con la que se están inyectando electrones en la región base, que está, por supuesto, determinada por la corriente del emisor$I_{E}$. Así, para varios valores diferentes de la corriente del emisor$I_{E_{1}}$,$I_{E_{2}}$,, y$I_{E_{3}}$, podríamos ver algo así como Figura$\PageIndex{2}$.

Tres versiones de la curva de la Figura 1 anterior en el mismo eje, cada una desplazada hacia arriba en cierta cantidad. La curva más alta se acerca a los tiempos alfa I_E3 a voltajes grandes, la curva media se acerca a los tiempos alfa I_E2 y la curva más baja se acerca a alfa por I_E1. — Figura$\PageIndex{2}$: Características comunes de la base del transistor bipolar

En el primer cuadrante, que está en el “modo de polarización activa hacia adelante”, la salida del terminal colector se parece más o menos a una fuente de corriente; es decir,$I_{C}$ es una constante, independientemente de lo que$V_{\text{CB}}$ sea. Tenga en cuenta sin embargo, que debemos usar una fuente controlada, en este caso, una fuente de corriente controlada por corriente, ya que$I_{C}$ depende de lo que$I_{E}$ pase a ser. Obviamente, mirando en el terminal emisor-base (polarizado hacia adelante), vemos la unión p-n habitual. Así, si estuviéramos interesados en construir un “modelo” de este dispositivo, podríamos llegar a algo así como Figura$\PageIndex{3}$. Tenga en cuenta que el terminal base es común a ambas entradas. Como en realidad nos gustaría pensar en el transistor como un dispositivo de dos puertos (con una entrada y una salida) el modelo para el transistor a menudo se dibuja como se muestra en la Figura$\PageIndex{4}$.

Una fuente de corriente está conectada al lado derecho del ánodo de un diodo. El terminal al lado derecho de la fuente de corriente tiene una tensión aplicada de V_CB y una corriente entrante de I_C. El terminal a la izquierda del diodo tiene una tensión aplicada de V_EB y una corriente de salida de I_E. Entre la fuente de corriente y el diodo hay una corriente entrante I_B. La fuente de corriente apunta a la izquierda y tiene un valor de alfa por I_E. — Figura$\PageIndex{3}$: Modelo para el transistor de base común

El terminal C en la parte superior derecha tiene una corriente entrante de I_C, que fluye hacia abajo a través de una fuente de corriente que proporciona corriente de tiempos alfa I_E, también en dirección descendente. Este se conecta a un cable horizontal, el cual está conectado a un cable vertical que se eleva para conectarse al ánodo de un diodo. El cátodo del diodo conduce al terminal E, que tiene una corriente de salida de I_E. Los dos extremos del segmento de cable horizontal están etiquetados cada uno como terminal B. — Figura$\PageIndex{4}$: Transistor de base común redibujado

El único inconveniente con lo que tenemos hasta ahora es que salvo en algunos circuitos especializados de alta frecuencia, el transistor bipolar se utiliza muy raramente en la configuración de base común. La mayoría de las veces, lo verá ya sea en la configuración de emisor común (Figura$\PageIndex{5}$), o en la configuración de colector común. El emisor común es probablemente la forma en que se usa con mayor frecuencia el transistor.

Un transistor bipolar npn está orientado con el colector en la parte superior, la base en el medio y el emisor en la parte inferior. Una corriente I_C fluye hacia el colector, y una corriente I_E fluye fuera del emisor. El cable que sale del emisor se divide en dos: un cable se conecta al extremo negativo de una fuente de voltaje V_CE, con la corriente I_C que ingresa al colector fluyendo fuera del extremo positivo de esta fuente de voltaje. El otro cable se conecta a una fuente de corriente I_B, con la corriente de I_B que proporciona fluyendo hacia la base. — Figura$\PageIndex{5}$: Configuración para el circuito emisor común

Tenga en cuenta que tenemos una fuente de corriente que impulsa la base, y hemos aplicado solo una batería desde el colector hasta el emisor. La batería ahora tiene que hacer dos cosas: a) Tiene que proporcionar polarización inversa para la unión base-colector y b) tiene que proporcionar polarización directa para la unión del emisor base. Por esta razón, el$I_{C}$ como función de$V_{\text{CE}}$ las curvas se ven un poco diferentes ahora. Ahora es necesario que$V_{\text{CE}}$ se vuelva ligeramente positivo para que el transistor entre en su modo activo. La otra diferencia, por supuesto, es que la corriente del colector ahora se muestra como siendo$\beta I_{B}$, la corriente base, en lugar de$\alpha I_{E}$, la corriente del emisor.

Gráfica con ejes de I_C vs V_CE, mostrando cuatro curvas que cada una se origina en el origen y se elevan bruscamente por una corta distancia horizontal antes de nivelar. La curva más alta se etiqueta con beta I_B4, la siguiente más alta con beta I_B3, la siguiente con beta I_B2 y la más baja con beta I_B1. — Figura$\PageIndex{6}$: Curvas características comunes del emisor para el transistor