Transistores PNP: definición y ecuaciones

¿Qué es un transistor PNP?

Estás en el concierto bailando con la música que sale por los altavoces. La voz del cantante y la música instrumental llegan lo suficientemente lejos como para que las canciones se puedan escuchar al menos a medio kilómetro del lugar.

¿Alguna vez te has preguntado cómo funcionan los altavoces modernos? Tienen circuitos con componentes llamados transistores del tipo PNP o NPN que pueden amplificar pequeñas señales. Exploremos cómo funciona un transistor PNP. Aquí, los cátodos de los diodos apuntan uno hacia el otro.

Un transistor PNP es una pieza semiconductora en la que una región n se intercala entre dos regiones p, lo que nos da un dispositivo con tres regiones distintas y dos uniones pn:

• Unión emisor-base: donde el emisor dopado muy positivamente se encuentra con la base dopada negativamente
• Unión colector-base: donde el colector con dopaje positivo se encuentra con la base con dopaje más negativo

Un transistor PNP se puede representar usando dos diodos que apuntan uno hacia el otro.

Transistores NPN frente a PNP

Un transistor PNP es un dual de un transistor NPN, por lo que son complementarios entre sí. Sus voltajes y corrientes de polarización están en direcciones opuestas. Mientras que el flujo de corriente se debe al movimiento de los agujeros en los transistores PNP, se debe al movimiento de los electrones en los transistores NPN.

El símbolo del transistor PNP muestra una flecha desde el emisor hasta la base. ¿Qué significa? La flecha indica la dirección del flujo de corriente convencional desde el emisor hacia la base.

Un transistor PNP está ENCENDIDO cuando el valor de la fuente de voltaje conectada a la base es bajo y APAGADO cuando es alto.

Cómo funciona

Para comprender cómo funciona un transistor PNP, sigamos sus corrientes en el modo de funcionamiento activo hacia adelante.

Nota: A medida que avanzamos en la descripción, es importante tener en cuenta que la corriente se define como el flujo de carga positiva. Aunque ahora sabemos que es el movimiento de los electrones lo que da como resultado la corriente, históricamente se pensaba que la corriente se debía al movimiento de cargas positivas.

Voltajes

Usando una fuente de voltaje externa, la unión base-colector tiene polarización inversa, lo que significa que la base se mantiene a un potencial más alto que el colector – (V _BC ); es decir, el voltaje en la base, B, es mayor cuando se polariza contra el colector, C. Debido a que tiene polarización inversa, no hay difusión y no fluye corriente entre las dos terminales.

Nota: una manera fácil de determinar si un diodo tiene polarización directa es verificar si la terminal positiva de la fuente de voltaje está conectada a la región p del diodo. Si está conectado a la región n, entonces la unión tiene polarización inversa.

Por otro lado, la unión base-emisor está polarizada en directa, de modo que el voltaje V _EB aplicado en el emisor es mayor que en la base. Normalmente, el V _EB de un transistor NPN de silicio es de 0,7 V y el de un transistor de germanio de 0,3 V.

Corrientes

Los agujeros de la terminal positiva de la fuente de voltaje V _EB empujan los agujeros en el emisor (región p) a favor de su gradiente de difusión hacia la base. Debido a que el emisor está altamente dopado, tiene muchos electrones que se difunden en la región de la base.

Al mismo tiempo, los electrones fluyen desde el terminal negativo de la fuente de voltaje V _EB hacia la base (región n). Estos electrones empujan a los electrones cerca de la unión emisor-base hacia el emisor. Las inyecciones de huecos y electrones en la unión base-emisor dan cuenta de la corriente del emisor (I _E ) .

Una cantidad muy pequeña de orificios que se difunden en la base salen a través del conductor de la base, dando lugar a la corriente de base (I _B ) .

Algunos de los agujeros que se difunden en la base desde el emisor se recombinan con los electrones allí, pero la mayoría atraviesa la delgada base y son arrastrados rápidamente hacia el colector debido a un campo eléctrico en la unión base-colector. Este flujo de agujeros es la corriente de colector (I _C ) .

Las corrientes que ingresan al transistor a través del emisor y la base se suman a la corriente que sale por el colector.

I _E = I _B + I _C

Actual

Solo una cantidad muy pequeña de orificios que ingresan a la base desde el emisor salen a través del cable de la base como I _B , por lo que la mayoría de ellos llegan al colector. El voltaje de polarización directa V _EB determina la cantidad de corriente que fluye; cuanto mayor sea el voltaje, mayor será el número de orificios que fluyen desde el emisor a través de la base hacia el colector.

Podemos determinar la ganancia de CC (corriente) del transistor (β) usando la ecuación:

β = I _C / I _B

Obtenemos una mejor β cuando:

• El emisor está altamente dopado
• la base es delgada
• La base está ligeramente dopada

Podemos calcular la ganancia de corriente del colector al emisor (α) usando la ecuación:

α = yo _C / yo _E

Combinando estas dos ecuaciones, obtenemos:

β = α / (1-α)

α = β / (β+1)

Resumen de la lección

Un transistor PNP es un dispositivo semiconductor con tres áreas distintas: una región n intercalada entre dos regiones p. Las dos uniones PN son:

• Unión emisor-base: donde el emisor dopado muy positivamente se encuentra con la base dopada negativamente.
• Unión colector-base: donde el colector dopado positivamente se encuentra con la base dopada más negativamente.

En el modo activo, V _BC polariza inversamente la unión base-colector, mientras que V _EB polariza directamente la unión emisor-base, lo que hace que los agujeros en el emisor se difundan a través de la base hacia el emisor.

El flujo de corriente resultante viene dado por:

I _E = I _C + I _B

Ganancia de CC (corriente) del transistor β = I _C / I _B , y ganancia de corriente del colector al emisor α = I _C / I _E .