Principios de análisis instrumental

42 Capítulo 2 Compo nentes y circuitos eléctricos «< tipo npn posee una estructura inversa. Los TUB se construyen en varias formas, dos de las cuales se ilustran en la figura 2.17. Los símbolos de los tipos de trans istores pnp y npn se muestran a la derecha en la misma figura. En estos símbolos, la flecha en la ter– minal del emisor indica la dirección de la corriente positiva. Por tanto, en el tipo pnp hay una corriente positiva desde el emisor hacia la base; lo contrario es válido para el tipo npn. Características eléctricas de un transistor de unión bipolar La siguiente discusión se centra en el comportamiento del transis– tor bipolar tipo pnp. Es necesario tener en cuenta que el tipo npn funciona de forma similar, excepto en la dirección de la corriente, que es opuesta a la del transistor pnp. Cuando un transistor se utiliza en un dispositivo electrónico, una de sus terminales se conecta a la entrada y la segunda fun– ciona como salida. La tercera terminal se conecta a ambas, por lo que se denomina terminal común. Por tanto, son posibles tres configuraciones: un emisor común, un colector común y una base común. La configuración del emisor común es la que tiene un mayor número de aplicaciones en la amplificación y es la única que se estudiará con detalle. La figura 2.18 ilustra la amplificación de la corriente que se produce cuando se usa un transistor pnp en el modo de emisor común. Aquí, se introduce una pequeña corriente ! 8 , la cual se amplificará; en el circuito base-emisor esta corriente está mar– cada como la corriente base en la figura. Como se demostrará más adelante, también se puede amplificar una corriente ca sobrepo– niéndola en ! 8 . Después de la amplificación, el componente cd se puede eliminar mediante un filtro . El circuito emisor-colector es alimentado mediante un sumi– nistro de corriente de cd, como el que se describió en la sección 2D. Por lo regular, el sumin istro de la potencia proporciona un voltaje de entre 9 y 30 V. Observe que, como lo ilustra la anchura de las flechas, la corriente del colector, o salida Ic, es signific at ivamente más grande que la corriente de entrada de la base 1 8 . Más aún, la mag– nitud de la corriente del colector es directamente proporcional a la corriente de entrada. Es decir, (2.55) donde la constante de proporcionalidad {3 es la ganancia de la corriente, la cual es una medida de la amplificación de la corriente que se obtuvo. Los valores de {3 para transistores caracte rísticos varían de 20 a 200. Es importante resaltar que un TUB requiere una corriente hacia la base o fue ra de ella para iniciar la conducción entre el emi– sor y el colector. Por tanto, los circuitos construidos con este tipo de transistores requieren una cantidad importante de corriente que toman de su suministro durante la operación. Más adelante se des– cribe otro tipo de transistor, el transistor de efecto de campo, que requiere una corriente cercana a cero durante su funcionamiento. Mecanismo de amplificación con un TUB Es necesario hacer notar que la interfaz base-emisor del transistor que se ilustra en la figura 2. 18 constituye una unión pn polari– zada en forma directa cuyo comportamiento es similar al que se muestra en la figura 2.15c, en tanto que la región colector-base es Corriente base. / B 1 8 = ( 1 - a )/E Fuente de poder 1-='1 1 1 1 • ~ Colector de corrieme, fe, fe = afE Corriente em.isora, / E fE=fc +IB Corriente base Corriente del colector Ganancia 1 de corriente, {3 = f ll Medidor FIGURA 2.18 Corrientes en un circuito emisor común con un transis – tor. Casi siempre, a = 0.95 a 0.995 y (3 = 20 a 200. una unión np con polarización inversa, y que es similar al circuito que se ilustra en la figura 2.15d. En condiciones de polarización directa, se desarrolla una corriente significativa JB que se genera cuando se aplica una señal de entrada de unas pocas décimas de volt (figura 2.16). En contraste, la corriente en la unión colec– tor-base polarizada inversamente es inhibida por la migración de los acarreadores mayoritarios fuera de la unión , como se ilustra en la figura 2.15d. Para la fabricación de un transistor pnp la región p está delibe– radamente mucho más dopada que la región n. Por consiguiente, la concentración de huecos en la región pes 100 veces mayor que la concentración de electrones móviles en la capa n. Por tanto, la frac– ción de la corriente acarreada por los huecos es tal vez 100 veces mayor que la fracción que acarrean los electrones. Si se revisa de nuevo la figura 2.18 se puede ver que los huecos se forman en la unión del emisor tipo p cuando las dos fuentes de cd, la señal de entrada y la alimentación de potencia remueven elec– trones. Estos huecos se mueven entonces hacia la delgada región de la base tipo n donde algunos se combinarán con los electrones provenientes de la fuente de entrada; la corriente base JB es el resul– tado. Sin embargo, la mayor parte de los huecos son arrastrados por la angosta capa de la base, y serán atraídos por la unión negativa del colector, donde se pueden combinar con los electrones de la ali– mentación. La intensidad de corriente Ic es el resultado. La magnitud de la corriente del colector está determinada por la cantidad de huecos acarreadores de corriente disponibles en el emisor. Esta cantidad es un múltiplo fijo de la cantidad de electrones que suministra la corriente de entrada de la base. Por tanto, cuando la corriente base se duplica, también lo hace la corriente del colector. Esta relación origina la amplificación de la corriente que muestra un TUB.