CÓMO FUNCIONA REALMENTE EL TRANSISTOR BJT

INTRODUCCIÓN

Tal y cómo aparece en los libros de texto que tratan sobre componentes electrónicos; la fenomenologia del funcionamiento del transistor BJT no queda clara, sobre ella se da una explicación vaga y funcional. En cambio el funcionamiento del los JFET o MOSFET resulta más claro. Es posible que el lector estudiante se halla topado con el BJT y busque respuestas.

Para llegar a comprender el BJT se ha de partir necesariamente de entender la conducción extrínseca en semiconductores y el funcionamiento del diodo. Sobre estos asuntos la documentación existente es amplia y bastante clara.

SON DOS DIODOS OPUESTOS  CONECTADOS

Veamos que sucede en el BJT. Supóngase que no existe la toma eléctrica de la base y que se aplica un voltaje entre el colector y emisor. Si dividimos mentalmente el NPN o PNP  se ve que se trata de dos diodos enfrentados en orientaciones inversas. El BJT no podrá conducir porque uno de los diodos estará polarizado en inversa (en la dirección en la que la zona de deplexión aumenta, véase las explicaciones del diodo). La parte central del BJT suele ser fina, pero no lo suficiente cómo para permitir que por ejemplo en el NPN un electrón se difunda de la zona N hasta la otra zona N, lo que lo convertiría de facto en conductor.

 

TRANSISTOR BJT-NPN CON LA BASE

 

En un NPN. Se partirá de que solo tiene 2 cables conectados; la Base y el colector (podría ser indistintamente para la explicación el emisor), el cable que va al emisor se ha cortado. Si se aplica un voltaje entre la base y el colector, tal que lo polariza en directa, existirá un corriente que lo atraviesa desde la base al colector cómo si fuera un diodo.  

Es importante ver que está sucediendo aquí; un electrón que estaba difundido en la zona P desde la zona N del colector, es desdifundido; es traído de vuelta a la zona N por donde sigue su camino hasta salir por el otro extremo (no necesariamente el mismo electrón). Al desdifundirse ese electrón queda un hueco libre en la zona P, el cual podrá ser llenado por otros electrones, y el hueco irá desplazándose paulatinamente al cable del emisor, hasta desaparecer cuando llegue al cable. Se crea un circuito con electrones entrando por la base y saliendo por el colector, se crea una corriente. Trate de imaginarlo.

Al aplicar un voltaje, en la unión PN se crean pares hueco-electrón libres de moverse.

Si se sacara una fotografía a lo que esta pasando en la unión P cuando aumenta esa corriente, se vería que el numero de huecos está aumentando. Según la corriente aumenta, los electrones que se habían difundido de manera ilegal en P se desdifunden en mayor intensidad hacia su región N original. Los huecos se generan más rápidamente y coexisten más huecos en un tiempo T según el voltaje de la base aumenta. 

PONIENDO UN VOLTAJE ENTRE EMISOR Y COLECTOR

Sin eliminar el circuito anterior se coloca el terminal de emisor que falta y se aplica un voltaje, de forma que un electrón libre de moverse (en caso de haberlo) se movería hacia el colector. 

Cómo se vio, el voltaje base-colector crea huecos en la zona P que antes de esta corriente no existían. Pero estos huecos pueden ser ocupados también por electrones provenientes de la zona del emisor, es decir por electrones difundidos por la otra zona N. Si no existiera la nueva toma del emisor esta difusión se acabaría cuando la zona N del emisor se hubiera vaciado de electrones (cuando su carga positiva fuera demasiado alta). Pero cómo ahora el emisor esta conectado a una fuente de electrones, esta no se vaciará y podrán caer electrones a los huecos de la zona P sin esta restricción.

Cuando se permite el paso de corriente de electrones por el emisor (aplicando un voltaje que permita vencer la resistencia de la conexión), hay una competencia por los huecos generados en P.

Por tanto, y este es la clave del BJT, cuando se crea un hueco en la zona P por la acción del voltaje base-colector puede o bien ser ocupado por un electrón que viene del cable de la base o por un electrón que viene del emisor. Existirá una proporción para que el hueco sirva de conductor para el emisor o para la base, dependiendo del grado del dopado, de la anchura de la base, ect. En general los BJT se fabrican para que sea 100 veces más fácil que un hueco generado en P sea ocupado por un electrón proveniente de la zona N que de la base.

En resumen; al aplicar un voltaje entre emisor y colector se crean X huecos, los cuales son ocupados por los provenientes de la base o del emisor en una proporción. Es decir si se ajusta la corriente de base se puede ajustar la corriente de emisor, siempre y cuando claro esta, que el emisor tenga capacidad para donar esos electrones.

 

TRANSISTOR PNP

De forma similar en este caso, cuando se aplica un voltaje de sentido adecuado entre base y uno de los extremos, aparecen electrones libres en la zona N central. Estos electrones pueden ser conducidos directamente hacia el terminal base o por el contrario difundirse a los huecos de la otra zona P. También en su debida proporción.

ADICIONAL: ¿POR QUÉ ES NECESARIA LA EXISTENCIA DE CARGAS LIBRES PARA QUE UN MATERIAL SEA CONDUCTOR?

Supóngase que se tiene un circuito eléctrico de cable de cobre, pero en donde una parte del circuito se ha sustituido por cierto alambre metálico. Este alambre tiene la peculiaridad de que las bandas de valencia se han alejado de las bandas de conducción, aunque las bandas de conducción preservan su valor energético. Es decir, los electrones de este material se han hundido en el núcleo atómico y no contribuyen a la conducción, aunque las bandas de conducción están disponibles para cualquier electrón que por allí pase.

Se podría pensar que un electrón que viaja por el cobre no tendrá ningún problema en atravesar estas bandas de conducción, dado que de hecho eso es lo que hacen cuando viajan por los metales; pasan de las banda de conducción a banda de conducción.

Pero sí existe un inconveniente y es que cuando un electrón proveniente del cobre se introduce en este extraño metal la carga del metal aumenta si sus propios electrones no han salido de él. Por tanto el número de electrones que está conduciendo este metal de forma simultanea es muy bajo.

No obstante, si existiera una partícula análoga al electrón que pudiera moverse por las mismas u otras bandas de hipotéticas de conducción, pero que tuviera carga positiva, entonces un material sin cargas libres podría ser un buen conductor.