Electrónica de potencia - BJT
Un transistor de unión bipolar (BJT) es un transistor cuyo funcionamiento depende del contacto realizado por dos semicondutores. Puede actuar como interruptor, amplificador u oscilador. Se le conoce como transistor bipolar ya que su funcionamiento requiere dos tipos de portadores de carga (huecos y electrones). Los agujeros constituyen los portadores de carga dominantes en los semiconductores de tipo P, mientras que los electrones son los principales portadores de carga en los semiconductores de tipo N.
Símbolos de un BJT
Estructura de un BJT
Un BJT tiene dos uniones PN conectadas espalda con espalda y que comparten una región B común (base). Esto asegura que los contactos se hagan en todas las regiones que son base, colector y emisor. La estructura de un transistor bipolar PNP se muestra a continuación.
El BJT que se muestra arriba consta de dos diodos conectados espalda con espalda, lo que resulta en el agotamiento de las regiones llamadas cuasi-neutrales. El ancho de cuasi-neutro del emisor, la base y el colector se indican arriba como W E ', W B ' y W C '. Se obtienen de la siguiente manera:
$$ W_ {E} ^ {'} = W_ {E} -X_ {n, BE} $$ $$ W_ {B} ^ {'} = W_ {B} -X_ {p, BE} -X_ {p , BC} $$ $$ W_ {C} ^ {'} = W_ {C} -X_ {n, BC} $$Los signos convencionales de las corrientes para el emisor, la base y el colector se indican con I E , I B e I C respectivamente. Por lo tanto, la corriente del colector y la base son positivas cuando una corriente positiva se encuentra con el colector o el contacto de la base. Además, la corriente del emisor es positiva cuando la corriente sale del contacto del emisor. Así,
$$ I_ {E} = I_ {B} + I_ {C} $$Cuando se aplica un voltaje positivo al contacto de la base en relación con el colector y el emisor, el voltaje del colector de la base y el voltaje del emisor de la base se vuelven positivos.
Por simplicidad, se supone que V CE es cero.
La difusión de electrones ocurre desde el emisor a la base, mientras que la difusión de huecos se origina desde la base hacia el emisor. Una vez que los electrones alcanzan la región agotada del colector de bases, son barridos por la región por un campo eléctrico. Estos electrones forman la corriente del colector.
Cuando un BJT está polarizado en el modo activo directo, la corriente total del emisor se obtiene sumando la corriente de difusión de electrones ( I E, n ), la corriente de difusión del hueco ( I E, p ) y la corriente del emisor base.
$$ I_ {E} = I_ {E, n} + I_ {E, p} + I_ {r, d} $$La corriente total del colector viene dada por la corriente de difusión de electrones ( I E, n ), menos la corriente de recombinación de base ( I r, B ).
$$ I_ {C} = I_ {E, n} -I_ {r, B} $$La suma de la corriente de base I B se obtiene sumando la corriente de difusión del hueco ( I E, p ), la corriente de recombinación de base ( I r, B ) y la corriente de recombinación de base-emisor de la capa de agotamiento ( I r, d ).
$$ I_ {B} = I_ {E, p} + I_ {r, B} + I_ {r, d} $$Factor de transporte
Esto viene dado por la relación entre la corriente del colector y la corriente del emisor.
$$ \ alpha = \ frac {I_ {C}} {I_ {E}} $$Aplicando la ley de la corriente de Kirchhoff, se encuentra que la corriente de base está dada por la diferencia entre la corriente del emisor y la corriente del colector.
Ganancia de corriente
Esto viene dado por la relación entre la corriente del colector y la corriente de base.
$$ \ beta = \ frac {I_ {C}} {I_ {B}} = \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} $$Lo anterior explica cómo un BJT puede producir amplificación de corriente. El factor de transporte (α) se acerca a uno si la corriente del colector es casi equivalente a la corriente del emisor. La ganancia de corriente (β) se vuelve así mayor que uno.
Para un análisis más detallado, el factor de transporte (α) se reescribe como un producto de la eficiencia del emisor (γ E ), el factor de transporte base (α T ) y el factor de recombinación de la capa de agotamiento (δ r ). Está reescrito de la siguiente manera:
$$ \ alpha = \ gamma _ {E} \ times \ alpha _ {T} \ times \ delta _ {r} $$El siguiente es un resumen de la eficiencia del emisor discutida, el factor de transporte base y el factor de recombinación de la capa de agotamiento.