La Ganancia de Corriente es muy variable

Ya hemos definido la Ganancia de Corriente de un transistor (𝛃) como el cociente entre la Corriente de Colector (IC) y la Corriente de Base (IB):

En los análisis gráficos con el simulador y en los circuitos reales de entradas anteriores obtuvimos diferentes valores de IB e IC al medir con los multímetros:

En el simulador:

- Con una VBB = 1,5 v, se midió una VCE = 5,96 v, una IB = 8,66 𝛍A y una IC = 1,349 mA. Lo que nos da una 𝛃 = 155.

- Con una VBB = 2 v, se midió una VCE = 4,46 v, una IB = 13,545 𝛍A y una IC = 2,016 mA. Lo que nos da una 𝛃 = 148.

- Con una VBB = 3 v, se midió una VCE = 2,098 v, una IB = 23,315 𝛍A y una IC = 3,068 mA. Lo que nos da una 𝛃 = 131.

En los circuitos reales:

- Con una VBB = 1,5 v, se midió una VCE = 3,8 v, una IB = 9 𝛍A y una IC = 2,28 mA. Lo que nos da una 𝛃 = 253.

- Con una VBB = 3 v, se midió una VCE = 0,14v, una IB = 24 𝛍A y una IC = 3,95 mA. Lo que nos da una 𝛃 = 164.

Como se puede apreciar, en cada montaje se obtiene una Ganancia de Corriente diferente a pesar de que el transistor es el mismo.

Podemos consultar las características técnicas del 2N2222A con encapsulado TO-92:

Ganancia de corriente del 2N2222A

En esta hoja de características también se objetiva la gran variabilidad de 𝛃, o también llamada hFE. 

En donde "h" indica circuito equivalente híbrido, "F" procede del inglés forward, que hace referencia a amplificación de corriente directa y "E" a la configuración de emisor común. Así que estamos ante una Ganancia de Corriente en corriente directa (𝛃dc), a diferencia de la Ganancia de corriente en corriente alterna (𝛃ac, o hfe con "fe" en minúsculas), cuya definición dejaremos para entradas posteriores. Así que si no indicamos lo contrario, por ahora, cuando hagamos referencia a la Ganancia de Corriente 𝛃, estaremos hablando de 𝛃dc.

Volviendo a la tabla, para una VCE = 10 v e IC = 1 mA el fabricante sólo asegura una Ganancia de Corriente mínima de 50. No indica ningún valor máximo.

Pero además, nos incluyen una gráfica con escala logarítmica, en la que nos relaciona hFE con IC y la temperatura:

Observar cómo la Ganancia de Corriente (hFE) va aumentando con la Corriente de Colector (IC).

En las mediciones de nuestros circuitos diseñados en el simulador y construidos en la placa protoboard, ocurre lo contrario, según aumenta IC obtenemos Ganancias de Corriente menores. Esto es debido a que los valores de VCE no son los mismos, van disminuyendo según aumentan las VBB, y es que las comparaciones de 𝛃 deben realizarse sobre el mismo valor de VCE.

En esta última gráfica se ve cómo la Ganancia de Corriente también aumenta con la temperatura. Lo podemos comprobar si bajamos la temperatura del transistor:

En cualquier multímetro digital disponemos de un medidor de hFE. Sólo tenemos que mover el selector hasta la marca hFE,

Si insertamos las patillas correspondientes del transistor en el medidor, 

 

obtenemos la Ganancia de Corriente del transistor. 226 en este caso.

Si ahora metemos el transistor en el congelador durante unos minutos y realizamos una nueva medida de la Ganancia de corriente, obtenemos una medida menor:

209 en este caso. La medición la debemos realizar inmediatamente, porque en cuanto sacamos el transistor del congelador y lo exponemos a la temperatura ambiente, el dispositivo recupera rápidamente su 𝛃 inicial.

Por otro lado, la Ganancia de corriente es menor cuando el transistor trabaja en la zona de saturación, como ocurre en el circuito montado en la placa protoboard, en el que se obtiene una medición de VCE = 0,14 v (saturación), en el que 𝛃 = 164.

Por último, decir que aunque la fabricación de transistores siga el mismo proceso en todos ellos, cada dispositivo tendrá su propia Ganancia de Corriente y si cambiamos un transistor por otro igual, 𝛃 puede ser diferente. Esto siempre dentro de unos estrechos márgenes de tolerancia, como ocurre en la fabricación de muchos dispositivos electrónicos.

Con todo lo explicado, está claro que la Ganancia de Corriente no es un parámetro "de fiar" en el que basarnos a la hora de diseñar y construir un circuito con transistores bipolares de unión. Queda en manos del diseñador conseguir una polarización adecuada del transistor del circuito que sea inmune a las variaciones de 𝛃.

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