¿QUE ES EL BETA DE UN TRANSISTOR?

El parámetro Beta de un transistor bipolar o BJT nos indica la eficiencia del transistor, relacionando la corriente de colector con la corriente de base, cuanto mayor es el numero de Beta mas eficiente es el transistor, es decir que con una corriente de base pequeña es capaz de entregar una corriente de colector grande (ganancia de corriente del transistor), en algunos libro se lo suele encontrar como hfe que también se refiere a la ganancia pero analizada desde los parámetros H de teoría de cuadripolos.

Existe otro parámetro conocido como el Alpha del transistor, y hace referencia a la relación entre la corriente de colector y la corriente de emisor, cuanto mas cercano a uno sea esta relación menor perdida entre los terminales tendrá el transistor, Las ecuaciones son las siguientes.

Tanto el Beta como el Alpha del transistor son datos que nos otorga el fabricante en la hoja de datos del componente, a la hora de comprar un transistor se supone que tenemos conocimientos de que características tiene que tener el transistor que necesitamos. En el caso que desconfiemos del fabricante y queramos medir nosotros mismos el Beta y el Alpha del transistor tenemos que responder la siguiente pregunta.

¿COMO MEDIR EL BETA DE UN TRANSISTOR?

Para responder esta pregunta simplemente tenemos que seguir los siguientes pasos.

A la hora de trabajar con transistores no podemos pasar por alto estos parámetros, según el proyecto que estemos trabajando vamos a necesitar uno con unas características y otros con otras, abajo dejo algunos enlaces donde se explica con un poco mas de detalles los conceptos básicos y demás.

ENLACES RELACIONADOS

Transistores bipolares
Transistor bipolar BJT - Análisis en continua
Conceptos básicos transistores bipolares BJT

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¿Cómo se comporta un transistor bipolar en ausencia de señal?

Para analizar el comportamiento de un transistor bipolar en corriente continua tenemos que pensar en un circuito equivalente que nos permita realizar el análisis, la mejor forma de entenderlo es mediante un ejemplo práctico.

Supongamos que tenemos el siguiente circuito:

Como podemos ver en la imagen, la señal de entrada (Ve) ingresa por la base y la señal de salida (Vs) se obtiene por Colector, por lo tanto el circuito esta configurado como emisor común. Un concepto básico que tenemos que tener en cuenta para este análisis es el comportamiento de los capacitores, a modo practico y simplificado podemos decir que en Corriente Continua los capacitores se comportan con un circuito abierto, y en corriente alterna (señal) se comportan como un cable, en la realidad esta consideración será dependiente de la reactancia capacitiva del capacitor. Otro concepto básico que tenemos que considerar es que al analizar el comportamiento en corriente continua, las fuentes de señal (Ve) funcionan como un circuito abierto y las fuentes de continua (Vcc) son un cero lógico (Masa).

Por lo tanto para corriente continua, el circuito equivalente es el siguiente

Al remplazar los capacitores por un cable, y las fuentes de señal por un cable, el circuito queda bastante mas simplificado, la resistencia Re no la tenemos en cuenta ya que esta cortocircuitada por C2 (cable para nuestro análisis).

Podemos simplificar mas el circuito realizamos el teorema de Thevennin en R1 y R2, el circuito queda de la siguiente manera.

Análisis matemático de un transistor bipolar

Tenemos que resolver las siguientes tres ecuación, donde calculamos la corriente IC y la tensión entre los terminales C y E (VCE) En nuestro ejemplo consideramos lo siguiente

• VCC = 10V
• RC = 100Ω
• RB = 100kΩ
• VBE = 0.7V (valor típico en los transistores comerciales de pequeña señal)
• VBB = 5V
• Β = 100

Analizando la malla de entrada y la de salida se obtienen las siguientes ecuaciones

Remplazando IB = IC/β en la ecuación 2 obtenemos el valor de IC

Lo que nos deja la expresión

Remplazando el valor de IC obtenido en la ecuación 1 obtenemos el valor de VCE

Graficamos los resultados

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¿QUE ES UN TRANSISTOR BIPOLAR BJT ?

Un transistor es un dispositivo electrónico que tiene la característica de permitir el paso de la corriente en un único sentido y de una forma controlada. A modo grafico para ilustrar el comportamiento lo podemos asociar a un interruptor con una entrada y salida de corriente y un botón que permite o no la circulación.

El comportamiento es el mismo, el interruptor es un pulso eléctrico que se envía a uno de sus terminales y permite la circulación de una corriente más grande por los otros dos terminales.
Posee tres terminales con los siguientes nombre (Colector/Base/Emisor).

DISTINTOS TIPOS DE TRANSISTOR BIPOLAR BJT

Existen dos tipos de transistores bipolares (NPN y PNP), la diferencia radicar en los materiales de construcción y en el sentido de la corriente de polarización (corriente que circula entre la Base y el Emisor)

Funcionalmente no existen diferencias entre estos dos transistores, solo la polaridad de sus electrodos.

FACTOR DE AMPLIFICACION DEL TRANSISTOR (Beta o HFE)

Se conoce como Beta o HFE y es la ganancia de corriente que se obtiene en el Colector al aplicar una corriente determinada en la base. Es decir que si tengo un Beta = 100 significa que en el terminar de colector voy a tener una corriente 100 veces mayor a la corriente de base, Beta = IC / IB

¿PARA QUE SIRVE UN TRANSISTOR BIPOLAR BJT?

COMO INTERRUPTOR

Como mencionamos antes, podemos utilizar el transistor bipolar como una llave electrónica, para permitir o no el flujo de corriente de un terminal a otro.

Es muy útil para casos donde estoy trabajando con niveles de corriente pequeños y necesito alimentar dispositivos que consumen grandes cantidades de corriente.

Supongamos que mediante un pin de salida de un micro controlador (Arduino por ejemplo), quiero encender una lamparita de 5W, si lo conecto en forma directa la lamparita no se encendería por que la corriente que suministra el micro controlador es muy baja, 40mA para ser exacto.

Una lamparita de esa potencia conectado a una batería de 12V consume una corriente de 400mA, claramente inalcanzable si conecto la lámpara directa al micro controlador.

Por lo tanto la solución seria conectar la salida del micro controlador a la Base del transistor el colector del transistor a la fuente de 12 en serie con la lámpara, de esta manera al inyectar un pulso a la base “enciendo” el transistor y permito la circulación de corriente por el colector, y la lámpara se enciende.

Como se ve en la imagen, la corriente de 40mA que circula por la base, es la que saldría del controlador.

TRANSISTOR BIPOLAR BJT COMO AMPLIFICADOR

Como dijimos antes, el transistor tiene la característica de permitirnos controlar el nivel de corriente a la salida mediante una pequeña corriente de entrada.
Corriente de salida (IC) = HFE*Corriente de entrada (IB)

Veamos el siguiente ejemplo

Supongamos que tenemos un Transistor de HFE = 10 (los comerciales son de valor superior a 150) al que le ingresa a la base una corriente alterna de forma senoidal de 4mA (IB) de pico (variando entre -4mA y 4mA), dado que HFE = 10 nos indica que la corriente de salida de colector (IC) variara entre -40mA y 40mA

La corriente que circula por el colector del transistor bipolar (la de color azul), es entregada por la pila de 9V pero controlada por la corriente de entrada (la roja), respetando la misma forma pero modificando su amplitud. Si la señal roja fuese una señal de audio, la señal azul es la misma señal de audio pero más audible (amplificador)

REGIONES DE FUNCIONAMIENTO

REGION DE CORTE

Decimos que un transistor se encuentra en Corte cuando la Corriente de Colector (IC) es aproximadamente cero, por lo que hace que toda la tensión caiga en el transistor y que las resistencias de colector y emisor casi no disipen potencia, esto se da cuando la corriente de base (IB) es muy cercana a 0 y hace que la corriente de colector (IC) también lo sea, con lo cual se comporta como un circuito abierto.

REGION DE SATURACION

Decimos que un transistor se encuentra Saturado cuando la Corriente de Colector (IC) es la Corriente de Colector Máxima o esta muy cercano a ella.
Se presenta cuando la Diferencia de Potencial entre Colector y Emisor (ver ley de Ohm) cae por debajo de la tensión umbral VCEsat.
En esta región la relación IC=Beta*IB deja de cumplirse.
Podemos decir que el transistor en esta zona se comporta como un cable, por que la diferencia de potencial entre sus terminales es cero.

REGION ACTIVA

Es la zona entre la región de Saturación y Corte, es donde la relación IB = HFE*IC se cumple.
En esta región la corriente depende de la corriente de base y de la ganancia del transistor (beta o HFE), este ultimo dato lo entrega el fabricante. Si queremos utilizar el transistor como Amplificador de señal debemos utilizarlo en este región.
Se dice que en esta zona el comportamiento del transistor es “predecible” ya que el comportamiento del mismo se puede asemejar a un sistema lineal, en la realidad existe un pequeño error en realizar esta aproximación ya que la curva que lo caracteriza no es una recta si no que tiene una leve curvatura, a efectos prácticos es muy útil pensar que el transistor se comporta en forma lineal en esta zona dado que el error que comentemos en pensarlo de esa manera es muy pequeño, casi imperceptible.

CONFIGURACIONES BÁSICAS DE UN TRANSISTOR

Existen tres tipos de configuración para un transistor, cada una de ellas tiene ventajas y desventajas según la aplicación que necesitamos realizar.

TRANSISTOR BIPOLAR CONFIGURADO COMO COLECTOR COMUN (SEGUIDO DE EMISOR)

Decimos que el transistor bipolar esta configurado en Colector Común cuando la señal de entrada se aplica a la base y la señal de salida se obtiene del emisor, esta configuración tiene una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, por lo tanto es útil para realizar acoplamientos con otras etapas del circuito.

La ganancia de tensión, Voltaje de salida/Voltaje de entrada (VO/VS) nunca será mayor a uno, en la practica la tensión de salida es aproximadamente el 50% de la tensión de entrada. Claramente esta configuración no será una buena elección si queremos usarlo como amplificador.

EMISOR COMÚN

Decimos que el transistor esta configurado en Emisor Común cuando la señal de entrada se aplica a la base y la señal de salida se obtiene del Colector, la señal a la salida es igual a la de entrada pero invertida y amplificada en un factor aproximado –RC/RE, si tenemos una RE pequeña en comparación con RC tendremos una gran ganancia, con lo cual es una configuración muy utilizada para amplificar señales.

BASE COMÚN

En esta configuración, la señal de entrada ingresa por el Emisor y la señal de salida Sale por el Colector, tiene como característica principal de tener una muy buena amplificación de tensión.
Posee una impedancia de entrada muy baja, como se puede ver la base esta conectada a tierra por eso es el terminal común.

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