domingo, 5 de diciembre de 2010

El bloque delineado con magenta es la etapa de ganancia clase A. El espejo superior derecho Q12/Q13 carga esta etapa con una corriente constante, desde el colector de Q13, que es prácticamente independiente de la tensión de salida. La etapa consiste en dos transistores NPN en configuración Darlington y utiliza la salida del espejo de corriente como carga activa de alta impedancia para obtener una elevada ganancia de tensión. El condensador de 30 pF ofrece una realimentación negativa selectiva en frecuencia a la etapa clase A como una forma de compensación en frecuencia para estabilizar el amplificador en configuraciones con relimentación. Esta técnica se llama compensación Miller y funciona de manera similar a un circuito integrador con amplificador operacional. También se la conoce como "compensación por polo dominante" porque introduce un polo dominante (uno que enmascara los efectos de otros polos) en la respuesta en frecuencia a lazo abierto. Este polo puede ser tan bajo como 10 Hz en un amplificador 741 e introduce una atenuación de -3 dB a esa frecuencia. Esta compensación interna se usa para garantizar la estabilidad incondicional del amplificador en configuraciones con realimantación negativa, en aquellos casos en que el lazo de realimentación no es reactivo y la ganancia de lazo cerrado es igual o mayor a uno. De esta manera se simplifica el uso del amplificador operacional ya que no se requiere compensación externa para garantizar la estabilidad cuando la ganancia sea unitaria; los amplificadores sin red de compensación interna pueden necesitar compensación externa o ganancias de lazo significativamente mayores que uno.

tomado de http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional

Alumnos Maria Moreno y Valdemar Zúñiga

Técnica del Polo Dominante

El bloque delineado con magenta es la etapa de ganancia clase A. El espejo superior derecho Q12/Q13 carga esta etapa con una corriente constante, desde el colector de Q13, que es prácticamente independiente de la tensión de salida. La etapa consiste en dos transistores NPN en configuración Darlington y utiliza la salida del espejo de corriente como carga activa de alta impedancia para obtener una elevada ganancia de tensión. El condensador de 30 pF ofrece una realimentación negativa selectiva en frecuencia a la etapa clase A como una forma de compensación en frecuencia para estabilizar el amplificador en configuraciones con relimentación. Esta técnica se llama compensación Miller y funciona de manera similar a un circuito integrador con amplificador operacional. También se la conoce como "compensación por polo dominante" porque introduce un polo dominante (uno que enmascara los efectos de otros polos) en la respuesta en frecuencia a lazo abierto. Este polo puede ser tan bajo como 10 Hz en un amplificador 741 e introduce una atenuación de -3 dB a esa frecuencia. Esta compensación interna se usa para garantizar la estabilidad incondicional del amplificador en configuraciones con realimantación negativa, en aquellos casos en que el lazo de realimentación no es reactivo y la ganancia de lazo cerrado es igual o mayor a uno. De esta manera se simplifica el uso del amplificador operacional ya que no se requiere compensación externa para garantizar la estabilidad cuando la ganancia sea unitaria; los amplificadores sin red de compensación interna pueden necesitar compensación externa o ganancias de lazo significativamente mayores que uno.

nombre

Ah soy Valdemar Zúñiga!!!!

Acabo de entrar

Buenas tardes profesor, acabo de entrar a el blog, ahora cuelgo la asignación , saludos

jueves, 2 de diciembre de 2010

USOS DE LOS FILTROS CON OPERACIONALES

Como ya sabemos los amplificadores operacionales en conjunto con los filtros pasivos se convierten en filtros activos, pero cual es la utilidad de obtener este gama de filtros de diferentes frecuencias?... bueno encontramos una de las tantas apicaciones; Juan Malataxi y Alexi Cruz, Ecuador en el año 2007  realizaron una tesis llamada ¨ CONSTRUCCION DE UN CIRCUITO DE LUCES DE SEIS CANALES ACCIONADO POR SONIDO ( LUCES AUDIORITMICAS)

en este proyecto dan a detalles lo q son filtros de frecuencias y la gama q se utilizaran para realizar las luces ritmicas.. de seis canales definiendo las gamas de frecuencias de pasa banda:

filtro 1 de 100 a 300 Hz
filtro 2 de 360 a 510 Hz
filtro 3 de 1500 a 2000 Hz
filtro 4 de 3000 a 4500 Hz
filtro 5 de 6000 a 7000 Hz
filtro 6 pasa altos 7200 en adelante.

los filtros seleccionados fueron diseñados de tal manera tal que puedan reconocer señales de tal manera que las luces ritmicas puedan diferenciarse unas de otros

y las salidas de los filtros se conectan a una etapa de potencia mediante opto-acopladores, Triac


http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/1244/1/CD-059.pdf (direccion de la tesis)
´


en el siguiente enlace http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_paso_alto tambien se explica con detalle la configuracion de un filto pasa altos definiendolos de esta forma:

El filtro paso alto más simple es un circuito RC en serie en el cual la salida es la caída de tensión en la resistencia.

Si se estudia este circuito (con componentes ideales) para frecuencias muy bajas, en continua por ejemplo, se tiene que el condensador se comporta como un circuito abierto, por lo que no dejará pasar la corriente a la resistencia, y su diferencia de tensión será cero. Para una frecuencia muy alta, idealmente infinita, el condensador se comportará como un cortocircuito, es decir, como si no estuviera, por lo que la caída de tensión de la resistencia será la misma tensión de entrada, lo que significa que dejaría pasar toda la señal. Por otra parte, el desfase entre la señal de entrada y la de salida si que varía, como puede verse en la imagen.



El producto de resistencia por condensador (R×C) es la constante de tiempo, cuyo recíproco es la frecuencia de corte, es decir, donde el módulo de la respuesta en frecuencia baja 3dB respecto a la zona pasante:



Una posible aplicación de este tipo de filtro sería la de hacer que las altas frecuencias de una señal de audio fuesen a un altavoz para sonidos agudos mientras que un filtro paso bajo haría lo propio con los graves.

Otra aplicación sería la de eliminar los ruidos que provienen de la red eléctrica (50 o 60Hz) en un circuito cuyas señales fueran más altas.


Otra utilidad de los filtros pasa bajo, pasa altos y pasa medios  lo podemos apreciar al final de amplificadores de audio como lo son los llamados Divisor de Frecuencias (crossover)
http://www.forosdeelectronica.com/f32/divisor-frecuencias-crossover-8691/index6.html
http://www.yoreparo.com/foros/audio_profesional/489672.html


Hay dos tipos de cossover, activos y pasivos.
En tu caso y por la aplicación que comentas debe ser del tipo pasivo (Bobinas y capacitores).
La función es la de "separar" las frecuencias de audio por lo regular en agudos, medios y graves.
Bueno, ahora te preguntarás porque hay que separar el sonido en diferentes frecuencias, bueno, la respuesta es sencilla, se separan para que puedan ser mejor reproducidas por las diferentes tipos de bocinas, fijate bien:
Los sonidos agudos se reproducen mejor con bocinas tipo twitter.
Los sonidos medios con bocinas de 4 a 8 pulgadas de diametro con suspención rígida o de espuma.
Los sonidos graves (bajos) con bocinas de 8 o más pulgadas de diametro y suspención de espuma.

Ahora sabes que un crossover separa el sonido en diferentes rangos de tonos a las bocinas adecuadas para reproducir el rango a la que fueron diseñadas y se obtenga un sonido (música) de gran calidad.

Alumnos : Jesus Bernal
              : Daniel Leon

8vo semestre seccion 001-d

UNEFA GUACARA.

RESPUESTA FRECUENCIAL EN AMPLIFICADORES REALIMENTADOS





LA RESPUESTA FRECUENCIAL DE AMPLIFICADORES REALIMENTADOS


Ancho de banda y estabilidad

El efecto que produce la realimentación depende de la función de
Transferencia A*β. Esta función de transferencia incluye, en general, la presencia de polos y Ceros.
En la práctica los ceros suelen encontrarse a frecuencias muy elevadas
Comparadas con las de los polos. Por lo tanto, y para simplificar, se realiza el estudio ignorando la existencia de los ceros.
Si se utiliza una red de realimentación independiente de la frecuencia,
Solamente hay que tener en cuenta los polos del amplificador básico.

Respuesta  frecuencial del amplificador realimentado.

En general el amplificador realimentado se diseña para que opere en determinada banda de paso (BW) presentando una respuesta de frecuencia plana (sin picos) o que el pico sea de una magnitud prefijada. Además se debe garantizar que el amplificador realimentado sea estable para lo cual normalmente hay que compensarlo.




Una de las características del amplificador realimentado es el aumento de ancho de banda, para demostrar esto, si un amplificador básico tiene una frecuencia de corte superior f entonces su ganancia se puede expresar:

                              








Siendo Ao , la ganancia a frecuencias medias y f la frecuencia de la señal de entrada, se obtiene  :


                             

Siendo Aof, la ganancia del amplificador realimentado y Fhf su frecuencia de corte superior, se obtiene:

                                   
                          



Se comprueba que la ganancia del  amplificador realimentado a frecuencias medias Aof es igual a la ganancia del amplificador básico a frecuencias medias dividida por 1 + βao.

Asimismo, la frecuencia de corte del amplificador realimentado ƒHf, es igual a la frecuencia de corte del amplificador básico (ƒH) multiplicado 1+βo. De la misma manera, un amplificador realimentado, cuyo amplificador básico tenga una frecuencia de corte inferior ƒL, tiene una frecuencia de corte inferior ƒLf definida por:


                                               












En el caso de verificar que ƒH>>ƒL, y por consiguiente ƒHf>>>>ƒLf, el producto ganancia ancho de banda no se ha modificado por la presencia de la realimentación es decir,
                        
                                                           
                                                 
    

Sin realimentación, el ancho de banda es ƒH-ƒL y con ella es ƒHf-ƒLf; se puede observar claramente que ƒHf-ƒLf > ƒH-ƒL, luego se aumenta el ancho de banda. Sin embargo, este aumento es proporcional a la disminución de la ganancia del amplificador realimentado (Aof).


                                        



                                                                                                   Grupo                                      
Leal, Régulo    7.077.519
Sánchez, Ali 19.843.749
        Bocourt, Jairo 19.772.310

UNEFA GUACARA
Ingeniería Electrónica Semestre VII
Sección G001D
                                    
                             Guacara, 02 de Diciembre de 2010
         

miércoles, 1 de diciembre de 2010

VELOCIDAD DE RESPUESTA DE UN AMPLIFICADOR


Slew rate
En electrónica el Slew Rate es un efecto no lineal en los amplificadores . Representa la incapacidad de un amplificador para seguir variaciones rápidas de la señal de entrada. También se le define como la velocidad de cambio del voltaje de salida con respecto a las variaciones en el voltaje de entrada.
El slew rate de un amplificador se define como el rango máximo de cambio de la tensión de salida para todas las señales de entrada posibles, por lo que limita la velocidad de funcionamiento, es decir la frecuencia máxima a la que puede funcionar el amplificador para un nivel dado de señal de salida.
SR = \left.\frac{dV_{o}}{dt}\right|_{max}
El Slew Rate se expresa típicamente en unidades de V/μs.
Para un amplificador operacional 741 la máxima velocidad de respuesta es 0,5 V/μs. , y para el OP-07 es de 0,3V/μs, lo que quiere decir que el voltaje de salida cambiará a una razón máxima de 0,5 V en 1µs y 0,3 V en 1µs respectivamente.
La razón de la limitación del SR es el condensador de 30 pF que se usa para compensarlo internamente en frecuencia, la corriente máxima que el Amp Op 741 le puede suministrar al condensador y la relación es la siguiente:
SR=Imax/C por lo que SR=15µA/30pf SR=0,5V/μs
















LIMITACION DE LA VELOCIDAD DE RESPUESTA (SLEW RATE)
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En un Amplificador Operacional real la velocidad de cambio de la salida (SR en V / MS) no podrá nunca exceder un máximo llamado "rapidez de respuesta"


Análisis:
En t=0, v+= Vin= 0.1 V
vout = 0 y v-= 0 V
Þ Salida del OPAMP tratará de saturarse positivamente a una velocidad máxima dada por la slew rate (0.5V/ms).
La salida crecerá hasta que el terminal inversor alcance el voltaje de la entrada no inversora

ELECTRONICA VIII G-001-D HORAS DE INTERVENCIONES: TRANSISTOR BJT COMO CONMUTADOR

ELECTRONICA VIII G-001-D HORAS DE INTERVENCIONES: TRANSISTOR BJT COMO CONMUTADOR: " v\:* {behavior:url(#default#VML);} o\:* {behavior:url(#default#VML);} w\:* {behavior:url(#default#VML);} .shape {behavior:ur..."

TRANSISTOR BJT COMO CONMUTADOR



TRANSISTOR BJT COMO CONMUTADOR
Aplicar los transistores no se limita únicamente a la amplificación de señales. A través de un diseño adecuado pueden utilizarse como un interruptor para computadora y para aplicaciones de control. Puede emplearse como un inversor en los circuitos lógicos de las computadoras.
Observe la figura 4.24 donde el voltaje de salida Vc es opuesto al que se aplicó sobre la base o a la terminal de entrada. También obsérvese la ausencia de una fuente de dc conectada al circuito de la base. La única fuente de dc está conectada al colector o lado de la salida, y para las aplicaciones de computadoras normalmente es igual a la magnitud del nivel "alto" de la señal aplicada, en este caso 5 V.

Figura 4.24. Transistor inversor.
El diseño ideal para el proceso de inversión requiere que el punto de operación conmute de corte a la saturación, pero a lo largo de la recta de carga. Para estos propósitos se asumirá que Ic = Iceo = 0 mA cuando IB = 0 µA (una excelente aproximación de acuerdo con las mejoras de las técnicas de fabricación).
Cuando Vi = 5 V, el transistor se encontrará "encendido" y el diseño debe asegurar que la red está saturada totalmente por un nivel de IB mayor asociado con la curva IB, que aparece cerca del nivel de saturación. El nivel de saturación para la corriente del colector y para el circuito está definido por: ICsat = Vcc/ Rc


Comportamiento del bipolar en conmutación

A continuación, estudiaremos brevemente el comportamiento en conmutación del transistor bipolar. Nuestro objetivo principal es relacionar el comportamiento en conmutación del inversor RTL con la física interna del bipolar. Idealmente, nos gustaría que el bipolar conmutara instantáneamente de saturación a corte y viceversa. Sin embargo, las capacidades de transición de las uniones y el almacenamiento de portadores minoritarios en la base, ralentizan las transiciones.

Consideremos el inversor RTL de la Figura 4.46. El transistor es un 2N2222, un viejo favorito de los diseñadores de circuitos electrónicos. Muchas de las versiones educacionales de SPICE incluyen el modelo completo del 2N2222. Este modelo contiene parámetros que tienen en cuenta las capacidades parásitas del dispositivo y los efectos del almacenamiento de carga. No nos extenderemos en esto; simplemente queremos mostrar los efectos de la conmutación en un circuito típico.




Parte de la corriente de base fluye a través de la capacidad de la unión del colector, y sale del terminal del colector (lo contrario del sentido normal de la corriente de colector para un transistor npn en la región activa). Esta corriente hace que aumente la tensión de salida. Así, la tensión de salida es, de hecho, ligeramente mayor que la tensión de alimentación de 3 V. Poco después del comienzo del pulso de entrada, la tensión de la base se hace lo suficientemente alta como para polarizar en directa la unión del emisor. Entonces, los  electrones cruzan desde el emisor hacia a la base. Estos electrones se difunden hacia la unión del colector. Así, empieza a fluir corriente hacia el colector y la tensión del colector comienza a caer.

Aproximadamente en t%190 ns, el transistor entra en la región de saturación. Entonces, la tensión de colector se hace (aproximadamente) constante, con un valor de unas pocas décimas de voltio.

La tensión de entrada vin vuelve a cero en t%300 ns. Sin embargo, la tensión de salida permanece baja hasta aproximadamente t%520 ns, debido al exceso de portadores minoritarios (electrones) almacenados en la región de la base  vin vo4

Cuando el transistor es llevado a saturación, ambas uniones están polarizadas en directa por lo que se va acumulando una alta concentración de electrones en la base. Hasta que estos electrones no han sido quitados de la base, sigue fluyendo corriente directa a través de las uniones. Observe que la corriente de base cambia de dirección al final del pulso de entrada. Esto se debe a la carga almacenada que sale del terminal de la base.

Aproximadamente en t%520 ns, la mayor parte del exceso de carga contenido en la base ha sido extraído y la corriente de colector comienza a caer, haciendo que crezca la tensión de salida. Sin embargo, la tensión de salida crece paulatinamente a causa de las capacidades parásitas de la unión. Al final, el transistor vuelve al estado de corte.

Como era de esperar, el circuito actúa como inversor lógico. Cuando la entrada es baja, la salida, con el tiempo, se hace alta. De igual manera, cuando la entrada es alta, la salida, al final, se hace baja. A causa de los efectos del almacenamiento de cargas, los cambios en la salida no tienen lugar inmediatamente al cambiar la entrada. Desde luego, en muchas aplicaciones se desea que los retardos de la conmutación sean lo más breves que sea posible.



Definiciones del intervalo de conmutación

A menudo, las hojas de datos de los transistores ofrecen especificaciones de los intervalos de tiempo de conmutación para circuitos de prueba similares al inversor RTL.

Definimos el inicio de una transición lógica como el punto en el que ya ha ocurrido el 10% del cambio de tensión. Por ejemplo, el inicio del flanco de subida del impulso de entrada de 3 voltios, es el punto en el que el impulso de entrada alcanza los 0,3 V. De igual manera, el inicio del flanco de bajada del impulso de salida es el punto en el que vo cae a 2,7 V. Estos puntos de inicio se indican en la Figura 4.50.


De igual forma, definimos el final de una transición lógica como el punto en el que ya ha tenido lugar el 90% del cambio de tensión. Las hojas de datos de los transistores utilizados en aplicaciones de conmutación, especifican a menudo los siguientes intervalos de conmutación:

td es el tiempo de retardo, medido desde el comienzo del flanco de subida de la entrada hasta el comienzo del flanco de bajada de la salida. Véase la Figura 4.50.

tr es el tiempo de subida, medido desde el punto de inicio hasta el punto final del flanco de subida del impulso de salida. Por ejemplo, en la Figura 4.50, tr es el intervalo entre el punto de 2,7 V y el punto de 0,3 V del flanco de subida del impulso de salida.

ts es el tiempo de almacenamiento, medido desde el punto de inicio del flanco de bajada del impulso de entrada hasta el punto inicial del flanco posterior del impulso de salida.

tf es el tiempo de caída, medido entre los puntos inicial y final del flanco de bajada del impulso de salida.
Si examinamos la hoja de datos del fabricante para el 2N2222 o el 2N2222A, que es muy similar, encontraremos que se ofrecen valores típicos de td, tr, ts y tf para determinadas condiciones de prueba. Los circuitos con los que se han hecho pruebas se suelen facilitar en las hojas de datos.

República Bolivariana De Venezuela
Ministerio de Defensa
UNEFA
Guácara Edo Carabobo



Transistores BJT y FET






Grupo #07
Rivas Victoria 18645430
Gutiérrez Miguel 11810608

Transistor de unión bipolar
Transistor de unión bipolar.
Transistor de unión bipolar
El transistor de unión bipolar, o BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un monocristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP.
La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o "huecos" (cargas positivas). Normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P).
La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminación entre ellas (por lo general, el emisor está mucho más contaminado que el colector).
El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitaxial, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.


Estructura

Un transistor de unión bipolar consiste en tres regiones semiconductoras dopadas: la región del emisor, la región de la base y la región del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor NPN. Cada región del semiconductor está conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B) o colector (C), según corresponda.

Corte transversal simplificado de un transistor de unión bipolar NPN. Donde se puede apreciar como la unión base-colector es mucho más amplia que la base-emisor.
La base está físicamente localizada entre el emisor y el colector y está compuesta de material semiconductor ligeramente dopado y de alta resistividad. El colector rodea la región del emisor, haciendo casi imposible para los electrones inyectados en la región de la base escapar de ser colectados, lo que hace que el valor resultante de α se acerque mucho hacia la unidad, y por eso, otorgarle al transistor un gran β.
El transistor de unión bipolar, a diferencia de otros transistores, no es usualmente un dispositivo simétrico. Esto significa que intercambiando el colector y el emisor hacen que el transistor deje de funcionar en modo activo y comience a funcionar en modo inverso. Debido a que la estructura interna del transistor está usualmente optimizada para funcionar en modo activo, intercambiar el colector con el emisor hacen que los valores de α y β en modo inverso sean mucho más pequeños que los que se podrían obtener en modo activo; muchas veces el valor de α en modo inverso es menor a 0.5. La falta de simetría es principalmente debido a las tasas de dopaje entre el emisor y el colector. El emisor está altamente dopado, mientras que el colector está ligeramente dopado, permitiendo que pueda ser aplicada una gran tensión de reversa en la unión colector-base antes de que esta colapse. La unión colector-base está polarizada en inversa durante la operación normal. La razón por la cual el emisor está altamente dopado es para aumentar la eficiencia de inyección de portadores del emisor: la tasa de portadores inyectados por el emisor en relación con aquellos inyectados por la base. Para una gran ganancia de corriente, la mayoría de los portadores inyectados en la unión base-emisor deben provenir del emisor.
El bajo desempeño de los transistores bipolares laterales muchas veces utilizados en procesos CMOS es debido a que son diseñados simétricamente, lo que significa que no hay diferencia alguna entre la operación en modo activo y modo inverso.
Pequeños cambios en la tensión aplicada entre los terminales base-emisor genera que la corriente que circula entre el emisor y el colector cambie significativamente. Este efecto puede ser utilizado para amplificar la tensión o corriente de entrada. Los BJT pueden ser pensados como fuentes de corriente controladas por tensión, pero son caracterizados más simplemente como fuentes de corriente controladas por corriente, o por amplificadores de corriente, debido a la baja impedancia de la base.
Los primeros transistores fueron fabricados de germanio, pero la mayoría de los BJT modernos están compuestos de silicio. Actualmente, una pequeña parte de éstos (los transistores bipolares de heterojuntura) están hechos de arseniuro de galio, especialmente utilizados en aplicaciones de alta velocidad.
Funcionamiento
Característica idealizada de un transistor bipolar.
En una configuración normal, la unión emisor-base se polariza en directa y la unión base-colector en inversa. Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre la base y el colector.
Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del ánodo compartida. En una operación típica, la unión base-emisor está polarizada en directa y la unión base-colector está polarizada en inversa. En un transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la unión base-emisor, el equilibrio entre los portadores generados térmicamente y el campo eléctrico repelente de la región agotada se desbalancea, permitiendo a los electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base. Estos electrones "vagan" a través de la base, desde la región de alta concentración cercana al emisor hasta la región de baja concentración cercana al colector. Estos electrones en la base son llamados portadores minoritarios debido a que la base está dopada con material P, los cuales generan "huecos" como portadores mayoritarios en la base.
La región de la base en un transistor debe ser constructivamente delgada, para que los portadores puedan difundirse a través de esta en mucho menos tiempo que la vida útil del portador minoritario del semiconductor, para minimizar el porcentaje de portadores que se recombinan antes de alcanzar la unión base-colector. El espesor de la base debe ser menor al ancho de difusión de los electrones.
Control de tensión, carga y corriente
La corriente colector-emisor puede ser vista como controlada por la corriente base-emisor (control de corriente), o por la tensión base-emisor (control de voltaje). Esto es debido a la relación tensión-corriente de la unión base-emisor, la cual es la curva tensión-corriente exponencial usual de una unión PN (es decir, un diodo).
En el diseño de circuitos analógicos, el control de corriente es utilizado debido a que es aproximadamente lineal. Esto significa que la corriente de colector es aproximadamente β veces la corriente de la base. Algunos circuitos pueden ser diseñados asumiendo que la tensión base-emisor es aproximadamente constante, y que la corriente de colector es β veces la corriente de la base. No obstante, para diseñar circuitos utilizando BJT con precisión y confiabilidad, se requiere el uso de modelos matemáticos del transistor como el modelo Ebers-Moll.
 El Alfa y Beta del transistor
Una forma de medir la eficiencia del BJT es a través de la proporción de electrones capaces de cruzar la base y alcanzar el colector. El alto dopaje de la región del emisor y el bajo dopaje de la región de la base pueden causar que muchos más electrones sean inyectados desde el emisor hacia la base que huecos desde la base hacia el emisor. La ganancia de corriente emisor común está representada por βF o por hfe. Esto es aproximadamente la tasa de corriente continua de colector a la corriente continua de la base en la región activa directa y es típicamente mayor a 100. Otro parámetro importante es la ganancia de corriente base común, αF. La ganancia de corriente base común es aproximadamente la ganancia de corriente desde emisor a colector en la región activa directa. Esta tasa usualmente tiene un valor cercano a la unidad; que oscila entre 0.98 y 0.998. El Alfa y Beta están más precisamente determinados por las siguientes relaciones (para un transistor NPN):

 Tipos de Transistor de Unión Bipolar
NPN
El símbolo de un transistor NPN.
NPN es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación.
Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector.
La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.
 PNP
El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.
El símbolo de un transistor PNP.
Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector.
La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo
Transistor Bipolar de Heterounión
El transistor bipolar de heterounión (TBH) es una mejora del BJT que puede manejar señales de muy altas frecuencias, de hasta varios cientos de GHz. Es un dispositivo muy común hoy en día en circuitos ultrarrápidos, generalmente en sistemas de radiofrecuencia.
Los transistores de heterojuntura tienen diferentes semiconductores para los elementos del transistor. Usualmente el emisor está compuesto por una banda de material más larga que la base. Esto ayuda a reducir la inyección de portadores minoritarios desde la base cuando la unión emisor-base está polarizada en directa y esto aumenta la eficiencia de la inyección del emisor. La inyección de portadores mejorada en la base permite que esta pueda tener un mayor nivel de dopaje, lo que resulta en una menor resistencia. Con un transistor de unión convencional, también conocido como transistor bipolar de homojuntura, la eficiencia de la inyección de portadores desde el emisor hacia la base está principalmente determinada por el nivel de dopaje entre el emisor y la base. Debido a que la base debe estar ligeramente dopada para permitir una alta eficiencia de inyección de portadores, su resistencia es relativamente alta.
Transistor de unión unipolar o de efecto de campo
El transistor de unión unipolar, también llamado de efecto de campo de unión (JFET), fue el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica. Si se difunden dos regiones P en una barra de material N y se conectan externamente entre sí, se producirá una puerta. A uno de estos contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador. Aplicando tensión positiva entre el drenador y el surtidor y conectando a puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de drenador con polarización cero. Con un potencial negativo de puerta al que llamamos tensión de estrangulamiento, cesa la conducción en el canal.
El transistor de efecto de campo, o FET por sus siglas en inglés, que controla la corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada.
  • Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante una unión PN.
  • Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico.
  • Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS significa Metal-Óxido-Semiconductor, en este caso la compuerta es metálica y está separada del canal semiconductor por una capa de óxido.
 El transistor bipolar como amplificador
El comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos (Modelo de Ebers-Moll), uno entre base y emisor, polarizado en directo y otro diodo entre base y colector, polarizado en inverso. Esto quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensión igual a la tensión directa de un diodo, es decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicio y unos 0,4 para el germanio.
Pero la gracia del dispositivo es que en el colector tendremos una corriente proporcional a la corriente de base: IC = β IB, es decir, ganancia de corriente cuando β>1. Para transistores normales de señal, β varía entre 100 y 300.
Entonces, existen tres configuraciones para el amplificador:


Emisor común
Emisor común.
La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el colector. El emisor se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia tanto de tensión como de corriente y alta impedancia de entrada. En caso de tener resistencia de emisor, RE > 50 Ω, y para frecuencias bajas, la ganancia en tensión se aproxima bastante bien por la siguiente expresión:  ; y la impedancia de salida, por RC
Como la base está conectada al emisor por un diodo en directo, entre ellos podemos suponer una tensión constante, Vg. También supondremos que β es constante. Entonces tenemos que la tensión de emisor es: VE = VBVg
Y la corriente de emisor: .
La corriente de emisor es igual a la de colector más la de base: . Despejando
La tensión de salida, que es la de colector se calcula como:
Como β >> 1, se puede aproximar: y, entonces,
Que podemos escribir como
Vemos que la parte es constante (no depende de la señal de entrada), y la parte nos da la señal de salida. El signo negativo indica que la señal de salida está desfasada 180º respecto a la de entrada.
Finalmente, la ganancia queda:
La corriente de entrada, , que aproximamos por .
Suponiendo que VB>>Vg, podemos escribir:
y la impedancia de entrada:
Para tener en cuenta la influencia de frecuencia se deben utilizar modelos de transistor más elaborados. Es muy frecuente usar el modelo en pi
Base común
Base común.
La señal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector. la base se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia sólo de tensión. La impedancia de entrada es baja y la ganancia de corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de emisor sale por la base. Si añadimos una resistencia de emisor, que puede ser la propia impedancia de salida de la fuente de señal, un análisis similar al realizado en el caso de emisor común, nos da la ganancia aproximada siguiente: .
La base común se suele utilizar para adaptar fuentes de señal de baja impedancia de salida como, por ejemplo, micrófonos dinámicos.
Colector común
Colector común.
La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el emisor. El colector se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia de corriente, pero no de tensión que es ligeramente inferior a la unidad. Esta configuración multiplica la impedancia de salida por β.
El transistor bipolar frente a la válvula termoiónica
Antes de la aparición del transistor los ingenieros utilizaban elementos activos llamados válvulas termoiónicas. Las válvulas tienen características eléctricas similares a la de los transistores de efecto de campo (FET): la corriente que los atraviesa depende de la tensión en el borne de comando, llamado rejilla. Las razones por las que el transistor reemplazó a la válvula termoiónica son varias:
  • Las válvulas necesitan tensiones muy altas, del orden de las centenas de voltios, que son letales para el ser humano.
  • Las válvulas consumen mucha energía, lo que las vuelve particularmente poco útiles para el uso con baterías.
  • Probablemente, uno de los problemas más importantes haya sido el peso. El chasis necesario para alojar las válvulas y los transformadores requeridos para su funcionamiento sumaban un peso importante, que iba desde algunos kilos a decenas de kilos.
  • El tiempo medio entre fallas de las válvulas termoiónicas es muy corto comparado con el de los transistores, sobre todo a causa del calor generado.
  • Las válvulas presentan una cierta demora en comenzar a funcionar, ya que necesitan estar calientes para establecer la conducción.
  • El transistor es intrínsecamente insensible al efecto microfónico, muy frecuente en las válvulas.
  • Los transistores son más pequeños que las válvulas, incluso que los nuvistores. Aunque existe unanimidad sobre este punto, conviene hacer una salvedad: en el caso de dispositivos de potencia, estos deben llevar un disipador, de modo que el tamaño que se ha de considerar es el del dispositivo (válvula o transistor) más el del disipador. Como las válvulas pueden funcionar a temperaturas más elevadas, la eficiencia del disipador es mayor en ellas que en los transistores, con lo que basta un disipador mucho más pequeño.
  • Los transistores trabajan con impedancias bajas, o sea con tensiones reducidas y corrientes altas; mientras que las válvulas presentan impedancias elevadas y por lo tanto trabajan con altas tensiones pequeñas corrientes.
  • Finalmente, el costo de los transistores no solamente era muy inferior, sino que contaba con la promesa de que continuaría bajando (como de hecho ocurrió) con suficiente investigación y desarrollo.
Como ejemplo de todos estos inconvenientes se puede citar a la primera computadora digital, llamada ENIAC. Era un equipo que pesaba más de treinta toneladas y consumía 200 kilovatios, suficientes para alimentar una pequeña ciudad. Tenía alrededor de 18.000 válvulas, de las cuales algunas se quemaban cada día, necesitando una logística y una organización importantes.
Cuando el transistor bipolar fue inventado en 1947, fue considerado una revolución. Pequeño, rápido, fiable, poco costoso, sobrio en sus necesidades de energía, reemplazó progresivamente a la válvula termoiónica durante la década de 1950, pero no del todo. En efecto, durante los años 1960, algunos fabricantes siguieron utilizando válvulas termoiónicas en equipos de radio de gama alta, como Collins y Drake; luego el transistor desplazó a la válvula de los transmisores pero no del todo de los amplificadores de radiofrecuencia. Otros fabricantes, de equipo de audio esta vez, como Fender, siguieron utilizando válvulas en amplificadores de audio para guitarras. Las razones de la supervivencia de las válvulas termoiónicas son varias:
  • El transistor no tiene las características de linealidad a alta potencia de la válvula termoiónica, por lo que no pudo reemplazarla en los amplificadores de transmisión de radio profesionales y de radioaficionados.[cita requerida]
  • Los armónicos introducidos por la no-linealidad de las válvulas resultan agradables al oído humano (véase psicoacústica), por lo que son preferidos por los audiófilos
  • El transistor es muy sensible a los efectos electromagnéticos de las explosiones nucleares, por lo que se siguieron utilizando válvulas termoiónicas en algunos sistemas de control-comando de cazas de fabricación soviética.
  • Las válvulas son capaces de manejar muy grandes potencias, impensables en transistores. Por ejemplo, en un gran concierto la amplificación de audio hacia los altavoces.