Tecno-Tapa: El transistor bipolar

¡Una segunda!

Seguimos con las tapas, esta vez para hablar del transistor bipolar o BJT, solo recordaros que será interesante haber acabado la Tapa anterior, en la que se hablaba de la unión P-N o diodo. Además de donde yo vengo hay veces que si no te acabas la tapa no te traen otra ;P.

Un transistor es un dispositivo electrónico clave y omnipresente en la tecnología actual, si bien los procesadores actuales están basados en transistores CMOS, que se verán en una siguiente “tapa” es importante presentar la estructura y funcionamiento del transistor bipolar o BJT (Bipolar Junction Transistor).

Transistor Laboratorios Bell

Transistor Laboratorios Bell

Por el cacharro que se ve en la foto le dieron el premio Nobel a William B. Shockley, John Bardeen y Walter H. Brattain, aunque así visto parezca una “ñapa” salida de cualquier taller “geek”. Te lo creas o no, este dispositivo cambió nuestras vidas.

Aunque en la foto no termina de apreciarse muy bien, este es un dispositivo de tres terminales cuyo símbolo circuital es el siguiente:

Transistor PNP

Transistor PNP

Transistor NPN

Transistor NPN

Para los transistores bipolares tenemos dos símbolos ya que existen de dos tipos, que funcionan de manera complementaria.

Estos dispositivos están formados por dos uniones P-N, que gracias a está “Tecno-Tapa” ya sabemos cómo funcionan.

Ahora veremos qué es lo que descubrieron los tres físicos anteriormente citados.

Como se puede ver en la leyenda de los símbolos circuitales, los dos simbolos responden a transistor N-P-N y P-N-P, y efectivamente, un transistor no es más que dos uniones P-N enfrentadas o contiguas. Así la flechita que aparece podremos interpretarla como un diodo en el sentido de B (Base) a E (Emisor) en el transitor NPN, y de Emisor a Base en el PNP.

Si vemos el transistor como uniones P-N, podríamos tener el siguiente esquema:

Esquema de uniones del BJT

Esquema de uniones del BJT

Atendiendo a la explicación dada para la conducción del diodo, veremos que la corriente desde C (Colector) nunca podría llegar a E (Emisor). Como sabemos que el transitor es un interruptor donde la corriente que pasa entre Colector y Emisor es controlada por la corriente introducida en la Base, tendremos que dar una explicación a este fenómeno.

Lo que sucede es que la parte dopada como P en el transistor NPN es pequeña y estrecha, y además está dopada, pero muy ligeramente, con lo que al polarizar directamente la unión Base-Emisor se utilizan esos electrones para “cubrir” los huecos presentes en la unión, permitiendo el efecto transistor.  Podríamos imaginar que las dos partes dopadas como N, se unen. El transistor PNP tiene un funcionamiento similar, solo que cambiando el sentido de las polarizaciones y corrientes.

Esquema de Corrientes

Esquema de Corrientes

En la figura anterior tenemos un esquema de las corrientes involucradas en el dispositivo. Se intenta reflejar la forma en que una pequeña corriente en la Base controla el grueso de la corriente total del dispositivo, de esta forma hemos fabricado un interruptor controlado, ya que al polarizar negativamente la unión Base-Emisor volvería a aparecer la zona de carga espacial, cortando la conducción de todo el dispositivo.

Para que nos hagamos una idea, la corriente de Base necesaria para que conduzca el transistor es de 10 a 100 veces menor que la corriente del Colector, dependiendo de la tecnología de fabricación, o potencia que tenga que manejar el transistor.

Para terminar esta tapa me gustaría presentar un corte transversal de una oblea de Silicio donde estaría implementado un transistor BJT:

Layout de un Transistor

Layout de un Transistor

Como vemos en el esquema tenemos unos terminales etiquetados como E, B, y C, que serán nuestro acceso al Emisor, Base y Colector respectivamente. Las zonas señaladas como n+, con zonas más dopadas (con más impurezas) y n- menos dopadas (menos impurezas), esto nos permite controlar la capacidad de conducción de las distintas zonas, como vemos el Emisor es n+, ya que en esta configuración tiene una superficie muy pequeña y tendrá que poder manejar toda la corriente que provenga del Colector. En otra Tapa se intentará explicar algo de los distintos pasos de fabricación que se siguen.

Seguimos de “Tapas”, ¿Alguien sabe que hay de Tercera?

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3 comments

  1. Voy a añadir un pellizco pequeño de sal a la “tapa”:

    Sobre el nombre de los terminales de este dispositivo…..

    El nombre Emisor es debido a que es el lugar dentro del dispositivo desde el que se producen los portadores que permiten su funcionamiento, hablamos de los electrones para los NPN y de los huecos para los PNP.

    El colector, es el lugar donde se captan esos portadores emitidos.

    Son verdaderamente unos nombres muy intuitivos y que curiosamente tras varios años dedicado a la electrónica comprendí hace relativamente poco…. Son cosas que pasan.

    Muchas gracias por la tapa.

    Un saludo.

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