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| Funcionamiento teorico |
Existen cuatro condiciones de polarización posibles. Dependiendo del sentido o del
signo de los voltajes de polarización en cada una de las uniones del transitor, éste se
puede encontrar en alguna de las cuatro regiones que se pueden observar en el gráfico de
la derecha. Estas regiones son; Región activa directa, Región de saturación, Región de
corte y Región activa inversa. A continuación podemos observar el comportamiento de cada
una de estas regiones.
La región activa directa corresponde a una polarización directa de
la unión emisor-base. Esta es la región de operación normal del transistor para
amplificación.
La corriente de colector es proporcional a la corriente de
base
Centrando la atención en la recombinación de los electrones en la base procedentes
del emisor podemos observar que allí donde había un hueco pasa a haber, tras la
recombinación, un ión negativo inmóvil. Si desaparecen los huecos de la base y se llena
de iones negativos, se carga negativamente, y se repelen los electrones procedentes del
emisor. En este caso se impediría la circulación de la corriente, es decir, es necesario
que la corriente de base reponga huecos para que haya corriente de colector.
Por tanto, por cada electrón recombiando hay que introducir un hueco nuevo que
neutralice la carga negativa. Si la reposición de huecos es lenta (corriente
IB pequeña) la capacidad de inyectar electrones será baja, debido a la
repulsión eléctrica. Este fenómeno tiene la propiedad de ser aproximadamente lineal, con
lo que se puede establecer que:
en donde es un coeficiente adimensional, denominada ganancia directa de
corriente, o bien ganacia estática de corriente.
Por lo tanto, los electrones inyectados desde el emisor a la base, atraídos por el
potencial positivo aplicado al colector, pueden atravesar la unión BC, y dar origen a la
corriente de colector IC
Mediante el emisor, se inunda la base de electrones, aumenta drásticamente el número
de portadores minoritarios del diodo base-colector, con lo que su corriente
inversa aumenta también
Región activa inversa
Corresponde a una polarización inversa de la unión emisor-base y a una polarización
directa de la unión colector-base. Esta región es usada raramente.
Región de corte
Corresponde a una polarización inversa de ambas uniones. La operación en ésta región
corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo aplicaciones de conmutación en el
modo apagado, pues el transistor actúa como un interruptor abierto (IC 0).
En este caso las dos uniones están polarizadas en inversa, por lo que existen zonas
de deplección en torno a las uniones BE y BC. En estas zonas no hay portadores de carga
móviles, por lo tanto, no puede establecerse ninguna corriente de mayoritarios. Los
portadores minoritarios sí pueden atravesar las uniones plarizadas en inversa, pero dan
lugar a corrientes muy débiles. Por lo tanto, un transistor en corte equivale a efectos
prácticos, a un circuito abierto.
Región de saturación
Corresponde a una polarización directa de ambas uniones. La operación den esta región
corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo encendido, pues el transistor actúa
como un interruptor cerrado (VCE 0).
Avalancha secundaria. Curvas SOA.
Si se sobrepasa la mácima tensión permitida entre colector y base con el emisor
abierto (VCBO), o la tensión máxima permitida entre colector y emisor con la
base abierta (VCEO), la unión colector - base polarizada en inverso entre en
un proceso de ruptura similar al de cualquier diodo, denominado avalancha primaria.
Sin embargo, puede darse un caso de avalancha cuando estemos trabajando con tensiones
por debajo de los límites anteriores debido a la aparición de puntos calientes
(focalización de la intensidad de base), que se produce cuando tenemos polarizada la
unión base - emisor en directo. En efecto, con dicha polarización se crea un campo
magnético transversal en la zona de base que reduce el paso de dicha polarización se
crea un campo magnético trransversal en la zona de base que reduce el paso de portadores
minoritarios a una pequeña zona del dispositivo (anillo circular). La densidad de
potencia que se concentra en dicha zona es proporcional al grado de polarización de la
base, a la corriente de colector y a la VCE, y alcanzando cierto valor, se
produce en los puntos calientes un fenómeno degenerativo con el consiguiente aumento de
las pérdidas y de la temperatura. A este fenómeno, con efectos catastróficos en la
mayor parte de los casos, se le conoce con el nombre de avalancha secundaria (o también
segunda ruptura).
El efecto que produce la avalancha secundaria sobre las curvas de salida del
transistor es producir unos codos bruscos que desvían la curva de la situación prevista
(ver gráfica inferior derecha).
El transistor puede funcionar por encima de la zona límite de la avalancha secundaria
durante cortos intervalos de tiempo sin que se destruya. Para ello el fabricante
suministra unas curvas límite en la zona activa con los tiempos límites de trabajo,
conocidas como curvas FBSOA.
Podemos ver como existe una curva para corriente continua y una serie de cruvas para
corriente pulsante, cada una de las cuales es para un ciclo concreto.
Todo lo descrito anteriormente se produce para el ton del dispositivo.
Durante el toff, con la polarización inversa de la unión base-emisor se produce
la focalización de la corriente en el centro de la pastilla de Si, en un área más
pequeña que en polarización directa, por lo que la avalancha puede producirse con
niveles más bajos de energía. Los límites de IC y VCE durante el
toff vienen reflejados en las curvas RBSOA dadas por el fabricante.