Cuando se polariza el transistor bjt o transistor bipolar en continua, y se realizan medidas de tensiones y corrientes tanto en la parte de la entrada del transistor bjt así como en la salida del transistor bipolar, se obtienen unos gráficos que son conocidos como las curvas características del transistor bjt.
En la imagen se puede apreciar la parte correspondiente a la entrada y la salida del transistor bipolar, esta configuración corresponde a lo que se conoce como polarización en emisor común.
La idea de polarizar el transistor bipolar es lograr que este trabaje a una corriente de colector IC en continua y a una tensión colector emisor VCE en continua que se desee.
Las curvas características del transistor bipolar son muy importantes, ya que estas nos ayudarán a polarizarlo justamente a la IC y la VCE que se quiera, al hacer esto se dice que se ha ubicado un punto de operación o punto Q o punto de trabajo en la zona activa del transistor bjt.
El transistor bjt tiene tres zonas de trabajo que son la zona de corte, la zona de saturación y la zona activa, de esto se comentará en breve.
En el siguiente vídeo publicado en el canal de Youtube de MrElberni, se comenta el tema aquí tratado.
Para poder comprender de donde se obtienen las curvas características del transistor bipolar se tendrá que ver el transistor en la forma en que están distribuidos los semiconductores que lo conforman, en este caso se tomará como ejemplo el modelo npn, siendo la idea la misma para el transistor bjt pnp.
Vista del circuito con el símbolo del transistor
Vista del circuito con las regiones semiconductoras del transistor bjt
Como se ve en la imagen, la tensión de la base es 0,7V y la tensión del emisor es de 0V, por lo que el diodo que forman la base emisor está polarizado en forma directa, para obtener las curvas características se tendrá que hacer que el transistor trabaje en la zona activa, para esto el diodo base colector tendrá que estar polarizado en forma inversa, por lo que la tensión del colector tendrá que ser mayor que la tensión de la base.
TRANSISTOR BJT CURVAS CARACTERÍSTICAS DE ENTRADA
La curva característica de la entrada del transistor bjt será la curva de un diodo, el diodo cuando está activo tiende a tener una tensión cerca de los 0,7V, esta será la tensión base emisor VBE=0,7V, para diferentes valores de corrientes que pasen a través de este diodo, que en este caso será la corriente de la base IB, esta tensión varía muy poco, para los cálculos normalmente se considera constante a 0,7V.
Para que el diodo empiece a conducir tiene que caer sobre el 0,7V, por lo tanto para que el transistor empiece a trabajar necesitará entre la base y el emisor los 0,7V, mientras la tensión VBE sea menor que los 0,7V en teoría, se dice que el transistor está apagado o en corte.
A partir del circuito de entrada al aplicar Kirchoff se obtiene:
VBB = IB*RB + VBE
Se mantendrán constantes la tensión de alimentación VBB y la resistencia de la base RB. Reordenando y como VBE=0,7V se tendrá
IB = (VBB-0,7)/(RB)
La curva característica de la entradas será como la que se muestra en la siguiente imagen, se obtiene midiendo como se afecta la tensión base emisor VBE para los diferentes valores de las corrientes que circulen por la base IB.
El transistor bjt empieza a trabajar o se enciende, cuando VBE=0,7V, por la base circulará la corriente de base IB, será esta corriente la que controle la corriente que circulará por el colector IC, estas corrientes están relacionadas mediante la ganancia llamada el beta, donde:
IC=ß*IB
TRANSISTOR BJT CURVAS CARACTERÍSTICAS DE SALIDA
Si se observa el circuito de salida y en este se aplica la ley de Kirchoff para las tensiones, se obtendrá:
VCE = VCC - IC*RC
Esta será la ecuación que se utilizará para obtener la curva característica de la salida, se mantendrán constantes la tensión de alimentación VCC y la resistencia del colector RC.
Tener en cuenta que el transistor tiene una potencia máxima que puede soportar, si se pasa de ese valor el transistor bipolar se quemará, esta potencia es el resultado de multiplicar IC con VCE.
Potencia=IC*VCE
Como la corriente del colector IC depende de la corriente de la base IB, al variar IB, se variará la IC, esto a su vez provocará que la tensión colector emisor cambie, realizando estas operación y pasando los resultados a un gráfico se obtendrá y gráfico similar a la que se muestra en la siguiente imagen.
La curva característica del circuito de salida se obtiene variando la IB, cuando se llega a la zona activa esta IB dará una corriente de colector IC, si se mantiene constante la RC, se obtendrán diferentes VCE al variar la tensión de la fuente de alimentación VCC, pero como se ve en la imagen la IC no se ve afectada, mientras se este en la zona activa.
Si la IB se disminuye hasta que se haga 0 IB=0, se tendrá que IC=0 y que la VCE=VCC, es decir que cuando la corriente de la base es cero, toda la tensión de la fuente de alimentación caerá sobre el colector emisor del transistor bipolar, y como IC=0, se dice que el transistor ha entrado en corte, es decir deja de conducir corriente.
Si la IB se aumenta, llegará un momento en que IC*RC se haga igual a VCC, cuando esto ocurre la tensión entre el colector y el emisor se hace cero VCE=0, la IC no podrá aumentar mas, por mas que se aumente IB, cuando se llega a esto, se dice que el transistor bjt se ha saturado, y a esta corriente IC se le conoce como corriente de colector de saturación ICsat.
Se deja el enlace a la hoja de datos del 2n3904, se podrán ver diferentes curvas para este transistor, este será uno de los transistores que serán utilizados mas adelante.
Esperamos de todo corazón haber podido ayudar en este tema tan interesante sobre las curvas características del transistor bjt o transistor bipolar.
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