Transistor BJT corte y saturación en emisor común

Un transistor BJT en un dispositivo electrónico capas de entregar una señal eléctrica de salida proporcional a una señal de entrada.  Un transistor es un dispositivo semiconductor que consta de tres capas de semiconductor. Las capas de semiconductor se dopan de acuerdo a la estructura del mismo. El transistor de unión bipolar o transistor BJT, puede configurarse como NPN o PNP de acuerdo al orden de sus capas.

Las terminales de un transistor BJT son E de emisor, B de base y C de colector. El termino bipolar hace referencia a que los huecos y los electrones participan en el proceso de inyección hacia el material opuestamente polarizado. Se puede modelar como la unión de 2 diodos.

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La configuración que veremos en este tutorial para el transitor BJT es la del emisor común. Se pretende evaluar su comportamiento en corte y saturación. Este modo de comportamiento es también conocido como interruptor o transistor como interruptor.

Transistor BJT como interruptor

Primero que nada, tenemos que considerar que el transistor que seleccionemos tiene una beta ó hfe determinada. Este valor de ganancia de corriente lo podemos encontrar en la hoja de datos. Por ejemplo para un transistor con las siguientes características queremos controlar una barra de LEDs de 12V. La salida para activar nuestra barra es un Arduino o microcontrolador.

VCC=12V – La fuente de alimentación del LED.

VBB=5V – La fuente de alimentación de control (Arduino).

hfe=200 – Ganancia de corriente del transistor.

El transistor se encuentra en la región de corte cuando IC=0. Para dejar en cero la corriente de colector, se requiere tener en cero la corriente de base IB. Esta sera cero cuando VBB=0. El transistor se encuentra en saturación cuando el voltaje colector emisor sea de cero VCE=0. Cuando VCE=0, podemos determinar el valor de la corriente de saturación de colector ICsat=VCC/RC.

Si ICsat=250 mA

Para RC=VCC/ICsat=12V/250mA=48 Ohms.

Entonces ICsat=hfe*IB

Por lo tanto:

IB=ICsat/hfe=250mA/200=1.25mA (Para asegurar el estado de saturación, evitando efectos intrínsecos del transistor podemos multiplicar la ganancia por 5).

IB=5*ICsat/hfe=5*250mA/200=5*1.25mA= 6.25mA.

Considerando la malla de la entrada, podemos determinar el valor adecuado para RB.

VBB=IB*RB+VBE

RB=(VBB-VBE)/IB

Sustituyendo:

RB=(5V-0.7V)/6.25mA= 688 Ohms.

Por lo tanto la configuración nos queda:

RB=688 Ohms

RC=48 Ohms.

Como detalle siempre se recomienda medir físicamente el voltaje base emisor, VBE para que el análisis analítico sea el correcto.

Región de corte y saturación

Para determinar la corriente de saturación, consideramos el voltaje colector emisor de la malla de salida igual a cero. Por lo tanto:

VCC=IC*RC+VCE | VCC=IC*RC+0

IC=VCC/RC

Para determinar el corte, consideramos que la cooriente de base es igual a cero, por lo tanto la corriente de colector es igual a cero:

VCC=IC*RC+VCE | VCC=0*RC+VCE

VCE=VCC

Con estos dos puntos determinamos la recta de carga del transistor. La región central se llama, región activa. Las regiones del extremo son regiones de saturación y de corte.

Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_junction_transistor

Por ultimo, considerando una carga de RC=6 Ohms y un voltaje de colector VCC = 2V y requiero 400mA para activar esta carga.  La señal de entrada son de 3V. Por lo tanto tenemos que calcular la corriente de base para un transistor con una hfe de 160.

IB=IC/hfe=400mA/160=2.5mA. Para asegurar la región de saturación se recomienda multiplicar la IB por 5. Por lo que nos quedaría en:

IB=12.5mA

Por lo tanto la resistencia de base

VCC = RB*IB+VBE

RB = (VCC-VBE)/IB = (3V-0.7V)/12.5mA = 184 Ohms. Debido a que no existe una de 184 podemos bajar un poco a un valor comercial, por ejemplo 180 Ohms.

Si tienes alguna duda o comentario, déjalo en los comentarios.  Y te recordamos que siempre puedes encontrar productos electrónicos en nuestra tienda virtual. En este caso una gama de transistores.