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Transistores – Notas para su utilización en aplicaciones de conmutación

Autor: Fernando Cofman

Transistores
Notas para su utilización en aplicaciones de conmutación
El transistor es un dispositivo semiconductor, que presenta dos modos de
funcionamiento: lineal y no lineal. El interés en las aplicaciones de conmutación se centra en
la parte no lineal, que permite utilizar dos estadoclaramente diferenciados (corte y saturación;
“1” lógico y “0” lógico).
Las ecuaciones que describen el modelo lineal se pueden utilizar para calcular el
comportamiento hasta que el dispositivo entra en la zona no lineal, siendo que una vez en
ésta, dichas ecuaciones dejan de tener validez.
Existen diversos tipos de transistores, entre ellos los TBJ ó BJT (Transistor Bipolar de
Juntura), losTECJ ó JFET (Transistor de Efecto de Campo de Juntura), MOS-FET ó TECMOS y otros. Los más habituales son los TBJ y en ellos se centrará esta referencia.
Estos transistores se modelan a través de dos mallas: la malla de entrada y la de salida.
La de entrada está dada por la base B y el emisor E mientras que la de salida por el colector C
y el emisor E. Resulta evidente que el E resulta común aambas.
A su vez, existen dos tipos de TBJ y su diferencia radica en el sentido de circulación
de las corrientes:

Nota: En lo que sigue, se utilizará como ejemplo el tipo NPN dado que es el más común, aunque para el PNP
sigue siendo todo válido (con la precaución de que los sentidos de referencia han cambiado).

Las ecuaciones que relacionan las distintas corrientes quedan dadas por:
I C = β.IB
 β +1
I E = I B + I C = I B .(1 + β ) = I C .
 β 



donde β es la denominada ganancia de corriente y es una característica de cada transistor. En
la práctica se observa que el valor de β es bastante mayor a la unidad (≈ 100 a 800) y se suele
aproximar:
 β +1
I E = I C .
 β  ≅ IC



Además, β es muy variable de un transistor a otro, incluso del mismo modelo (porejemplo en el TBJ NPN 2N3904, su valor varía entre 100 y 300), por lo que se vuelve
necesario diseñar circuitos cuyo comportamiento sea poco dependiente de su valor.

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Autor: Fernando Cofman

Otro aspecto importante es que entre los terminales de entrada B y E se observa el
comportamiento de undiodo, de modo que existirá una diferencia de potencial VBE que
rondará los 0,7 V. Si dicha tensión cae por debajo de este valor, la corriente IB será
prácticamente nula (dando lugar al corte del transistor) y consecuentemente también lo será
IC.
Además, existe una limitación en la malla de salida, siendo que hay una mínima
tensión entre el C y el E. Dicha tensión (que da lugar al estado desaturación) se denomina
tensión VCE de saturación (VCEsat) que es del orden de 0,3 a 0,7 V.
Las razones por la que se utilizan estos dos estados en este tipo de aplicaciones pueden
resumirse en dos:
ü Estabilidad: Se observa que estos dos estados constituyen valores extremos (o
límites) por lo que variaciones (o ruido) en la entrada no tendrá gran incidencia en
la salida.
ü Potencia: La potenciaque consume el transistor está dada por:
PD = VCE .I C
En cualquiera de los dos estados, ese producto es mínimo; no lo sería si se
buscaran puntos intermedios.
Nota: Además de la máxima potencia disipada, existen otros límites que especifica el fabricante
dentro de los cuales es seguro operar el dispositivo, por ejemplo IC máxima, VBE máxima, VCE
máxima, etc. que también constituyencondicionamientos de trabajo.

En la práctica, se busca alcanzar alguno de estos dos estados (corte y saturación) según
cierta salida lógica (de una compuerta, un microcontrolador, etc.). Un circuito muy sencillo
que suele utilizarse con bastante frecuencia es el siguiente:

Las resistencias que aparecen pueden ser reales o el equivalente de algún dispositivo
que se conectará en su lugar; ej.: un...