Conexión adecuada del transistor

Modelo de doble diodo del transistor

Se puede considerar al transistor bipolar como un dispositivo constituido por 2 diodos. En el caso de los transistores de tipo NPN, el diodo formado por la Base y el Emisor y el diodo formado por la Base y el Colector. 

De esta forma, si conectamos la Base del transistor NPN (cristal Positivo) al polo positivo de una batería y el Emisor (cristal Negativo) al polo negativo, configuración que se denomina "Polarización directa", se conseguirá hacer circular corriente eléctrica por el diodo Base - Emisor y el LED rojo emitirá luz:

Por otro lado, si conectamos la Base del transistor NPN (cristal Positivo) al polo positivo de una batería y el Colector (cristal Negativo) al polo negativo de la pila, configuración que también se denomina "Polarización directa", también se conseguirá hacer circular corriente eléctrica por el diodo Base - Colector y el LED rojo emitirá luz:

Con cualquier otra configuración de conexiones, no se conseguirá hacer circular la corriente por el transistor de forma adecuada. Por ejemplo, si conectamos el Colector del transistor NPN (cristal Negativo) al polo positivo de una batería y el Emisor (cristal Negativo) al polo negativo de la bateria, configuración que se denomina "Polarización inversa", no conseguiremos hacer circular corriente eléctrica de forma adecuada por el transistor, por mucho que aumentemos el valor en voltios de la batería:

Polarización directa e inversa

Sin embargo, si asociamos la primera configuración descrita, polarización directa del diodo Base - Emisor, con la última, polarización inversa de los terminales Colector y Emisor del transistor, conseguiremos hacer circular la corriente por ambas configuraciones:

Se puede observar que este circuito tiene 2 "mallas". La de la Base y la del Colector.

La malla de la Base, está formada por una pila VBB de 3 v, un interruptor, una resistencia de Base (RB) de 100 ohms, un diodo LED verde y el "diodo" Base - Emisor del transistor BC 337 de tipo NPN.

La pila VBB polariza de forma directa la unión Base - Emisor ya que el polo positivo de la pila está conectado al cristal P del transistor (la Base).

La malla del Colector, está formada por una pila VCC de 9 v, una lámpara de 5 v, una resistencia de Colector (RC) de 20 ohms y las conexiones Colector y Emisor del transistor.

La pila VCC polariza de forma inversa al transistor, ya que el polo positivo de la pila está conectado a uno de los cristales N del transistor (el Colector). 

Con el interruptor de la malla de la Base abierto, no circula corriente por esta malla y ni el LED verde, ni la lámpara de la malla del Colector se encienden porque no se genera corriente por ninguna de las mallas.

Cuando accionamos el interruptor se hace circular corriente por la malla de Base, lo cual podemos objetivar al ver que el LED emite luz de color verde. Esta corriente por la malla de la Base va a "permitir" que haya corriente por la malla del Colector, encendiéndose la lámpara:

Esto es debido a que por acción de la pila VBB se aplica una pequeña tensión positiva al delgado cristal P de la Base del transistor (que debe ser mayor de 0.7 v en el caso del Silicio) y de esta forma los electrones del cristal N del Emisor son atraídos hacia la Base y hacia el polo positivo de VBB y sobre todo, hacia el cristal N del Colector del transistor, el cual está conectado al polo positivo de la pila VCC, con mayor potencial positivo que el de la pila VBB, atrayendo a los electrones con mayor intensidad.

Sentido real de los electrones

Tener en cuenta que este sentido de circulación de la corriente de electrones es el real y que el sentido convencional, que es en dirección contraria, es el que se va a considerar siempre si no se indica lo contrario. 

Así que en nuestro circuito, siguiendo en el sentido real de la corriente de electrones, se produce una pequeña corriente hacia la Base (IB), que hace que el LED verde emita luz y una corriente de mayor intensidad hacia el Colector (IC), que hace lucir a la lámpara. 

Además, cuanto mayor sea la tensión de polarización directa del diodo Base - Emisor (VBB), mayor será la cantidad de electrones que circulen hacia la Base y sobre todo, hacia el Colector; por lo que se puede decir que esta tensión y la corriente de Base (IB) controlan el valor de la corriente de Colector (IC). Digamos que esta tensión de polarización directa de la Base y la pequeña corriente de electrones hacia la Base que se genera, abren más o menos el transistor para que fluya una mayor cantidad de electrones hacia el Colector en mayor o menor medida dependiendo del valor de las primeras.

Es como un grifo de agua. Si lo abrimos más o menos (Corriente de la Base), conseguiremos que fluya más o menos agua desde la tubería de la red de abastecimiento (Corriente de Emisor) hasta la boquilla de salida del grifo (Corriente de Colector):

Pero insistimos en que éste es el sentido real y que por convenio se ha decidido que el sentido de la corriente de electrones sea el contrario, como se indica a continuación:

Sentido convencional de la corriente en un circuito con transistor

Voltajes e intensidades en el circuito diseñado

Volviendo al circuito diseñado en el simulador, si medimos voltajes e intensidades con multímetros virtuales:

Obtenemos que

IB = 2,413 mA

V de RB = 241 mv (IBxRB = 2,413 mA x 100 𝛀)

V del LED verde = 1,965 v

VBE = 793 mv

IC = 196,66 mA

V de la Lámpara = 4,917 v

V de RC = 3,933 v (ICxRC = 196,66 mA x 20 𝛀)

VCE = 150 mv

Observamos que en la malla de la Base se cumple que:

VBB - IBRB - VLED - VBE = 0

3 - 0,241 - 1,965 - 0,793 = 0

El mayor "consumo" de voltaje se produce en el LED, ya que éste precisa una diferencia de potencial de al menos 2 v para emitir luz.

La resistencia de Base (RB) se añade para proteger al LED. Si es demasiado pequeña, el LED quedará expuesto a un voltaje excesivamente alto con el consiguiente riesgo de que se queme. Pero si su valor es demasiado alto, la propia RB "consumirá" una excesiva cantidad del voltaje de la pila VBB y el LED no emitirá luz.

Igualmente, en la malla del Colector:

VCC - VLamp - ICRC - VCE = 0

9 - 4,917 - 3,933 - 0,150 = 0

En esta malla no hay circulación de corriente si no hay corriente circulando por la malla de la Base. Sólo cuando hay corriente en esta última malla, habrá corriente por la malla del Colector y se encenderá la lámpara.

Observar que mientras por la malla de la Base circula una pequeña corriente de Base (IB), 2,4 mA, por la malla del Colector circula una corriente de Colector (IC) mucho mayor, 196 mA. 

Construcción con componentes reales del circuito diseñado

Podemos construir el circuito diseñado en el simulador con componentes reales y así comprobar su funcionamiento:

Disponemos de resistencias cuyos valores medidos son 22 y 100 ohmios.

Si accionamos el interruptor, pasará corriente por la malla de la Base en el sentido convencional y lo podremos comprobar viendo encenderse el LED verde. Del mismo modo, al pasar corriente por la Base  del transistor, se "permite" el paso de corriente desde el Colector al Emisor del transistor, circulando corriente por la malla de Colector. Esto lo podemos comprobar viendo encenderse la lámpara.

A continuación mediremos voltajes e intensidades con el multímetro en el circuito en funcionamiento y obtenemos que:

VBB = 3,08 v

IB = 2,97 mA

V de RB = 280 mv

V del LED verde = 1,92 v

VBE = 810 mv

VCC = 7,24 v

IC = 210 mA

V de la Lámpara = 2,27 v

V de RC = 4,68 v 

VCE = 140 mv

Observamos que también en la malla de la Base se cumple que:

VBB - IBRB - VLED - VBE = 0

3,08 - 0,280 - 1,92 - 0,810 = 0

y que igualmente, en la malla del Colector:

VCC - VLamp - ICRC - VCE = 0

7,24 - 2,27 - 4,68 - 0,140 = 0 

Resumiendo

Hemos mostrado cómo conectar los terminales del transistor para que éste funcione de forma adecuada. El "diodo" Base - Emisor lo polarizaremos directamente, conectando el polo positivo de una pila al cristal P del transistor, la Base y el polo negativo de la pila al cristal N del Emisor. Los terminales Colector y Emisor los polarizaremos inversamente, conectando el polo positivo de otra pila al Colector (cristal N) y el polo negativo de esta pila al Emisor (cristal N del transistor).

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