> ## Documentation Index > Fetch the complete documentation index at: https://apuntes.simulab.es/llms.txt > Use this file to discover all available pages before exploring further. # Transistor bipolar BJT: regiones de funcionamiento, polarización y punto Q > El transistor bipolar de unión (BJT) explicado: estructura NPN y PNP, corrientes de base, colector y emisor, ganancia β, regiones de corte, activa y saturación, curvas características, recta de carga, punto Q, polarización por divisor de tensión, el transistor como interruptor y el amplificador en emisor común, con ejemplos resueltos. El transistor es el componente que cambió el siglo XX: permite que una corriente **pequeña** controle una corriente **grande**. Con él se amplifican señales (de un micrófono a un altavoz) y se construyen interruptores electrónicos sin piezas móviles. El **transistor bipolar de unión** (BJT) fue el primero en fabricarse en masa y sigue siendo muy usado en amplificadores, fuentes de alimentación y circuitos de control. ## Lo que vas a aprender * La estructura de un BJT NPN y PNP y sus tres terminales. * La relación entre las corrientes y la ganancia β. * Las regiones de corte, activa y saturación, y cómo saber en cuál está. * La recta de carga y el punto de trabajo (punto Q). * La polarización por divisor de tensión, estable frente a cambios de β. * El transistor como interruptor y como amplificador. ## Fundamentos teóricos ### Estructura y símbolos Tres capas semiconductoras: N-P-N o P-N-P. Los terminales son **emisor** (E), **base** (B) y **colector** (C). Tiene dos uniones PN, como dos [diodos](https://apuntes.simulab.es/electronica/componentes/diodo.md) espalda con espalda: la **base-emisor** y la **base-colector**. En el símbolo, la flecha está en el emisor y apunta en el sentido de la corriente convencional: hacia fuera en el NPN, hacia dentro en el PNP. ### Corrientes y ganancia $$ I_E = I_B + I_C \qquad I_C = \beta\,I_B $$ $\beta$ (o $h_{FE}$) es la **ganancia de corriente**, típicamente entre 50 y 300. Varía mucho de un transistor a otro del mismo modelo y con la temperatura: un buen diseño no debe depender de su valor exacto. En la unión base-emisor conduciendo, $V_{BE} \approx 0{,}7$ V (silicio). ### Regiones de funcionamiento (NPN) | Región | Unión BE | Unión BC | Comportamiento | Uso | | - | - | - | - | - | | **Corte** | Sin conducir ($V_{BE} < 0{,}5$ V) | Inversa | $I_C \approx 0$: interruptor abierto | Conmutación | | **Activa** | Directa | Inversa | $I_C = \beta I_B$ | Amplificación | | **Saturación** | Directa | Directa | $V_{CE} \approx 0{,}2$ V: interruptor cerrado | Conmutación | **Cómo comprobarlo:** se supone región activa, se calcula $I_C = \beta I_B$ y luego $V_{CE}$. Si sale $V_{CE} > 0{,}2$ V, la suposición era correcta. Si sale menor (o negativa), el transistor está saturado y $I_C$ es menor que $\beta I_B$. ### Curvas características y recta de carga En la región activa, las curvas $I_C(V_{CE})$ son casi horizontales, una por cada $I_B$. En un circuito con $R_C$ en el colector y $R_E$ en el emisor, la malla de salida da la **recta de carga**: $$ V_{CC} = I_C\,(R_C + R_E) + V_{CE} $$ (tomando $I_E \approx I_C$). Corta los ejes en $V_{CE} = V_{CC}$ (corte) e $I_C = \frac{V_{CC}}{R_C + R_E}$ (saturación). El **punto Q** es su intersección con la curva de la $I_B$ que se tenga. Para amplificar, conviene en el centro de la recta, para que la señal pueda subir y bajar sin recortarse. ### Polarización por divisor de tensión Es el circuito más usado porque **no depende de β**. Un divisor $R_1$-$R_2$ fija la tensión de base y una resistencia $R_E$ en el emisor estabiliza la corriente: $$ V_B \approx V_{CC}\,\frac{R_2}{R_1 + R_2} \qquad V_E = V_B - 0{,}7 \qquad I_C \approx I_E = \frac{V_E}{R_E} $$ La aproximación vale si la corriente del divisor es mucho mayor que $I_B$; en la práctica, si $\beta R_E > 10\,R_2$. Si no, se calcula el [equivalente Thevenin](https://apuntes.simulab.es/electronica/analisis-circuitos/thevenin-norton.md) de la base. ### El transistor como interruptor Para que un NPN actúe como interruptor cerrado, hay que **saturarlo** con margen: $$ I_B > \frac{I_{C,\text{sat}}}{\beta_{\min}} \qquad (\text{se suele dar un factor 2 a 10 de margen}) $$ Así se encienden relés, LED de potencia o motores desde la salida de un microcontrolador. Con cargas inductivas (relés, motores) hay que poner un **diodo de libre circulación** en paralelo con la carga. ### Amplificador en emisor común Con el transistor polarizado en activa, una pequeña señal en la base produce una señal grande e **invertida** en el colector. Con el condensador de desacoplo de $R_E$, la ganancia de tensión es $$ A_v \approx -\frac{R_C}{r_e} \qquad r_e = \frac{V_T}{I_E} \approx \frac{25\text{ mV}}{I_E} $$ Sin el condensador, $A_v \approx -\frac{R_C}{R_E}$: menos ganancia, pero mucho más estable. | Configuración | Ganancia de tensión | Ganancia de corriente | Uso | | - | - | - | - | | Emisor común | Alta, invertida | Alta | Amplificador general | | Colector común (seguidor) | ≈ 1 | Alta | Adaptador de impedancias | | Base común | Alta | ≈ 1 | Altas frecuencias | ## Ejemplos resueltos > [accordion] Ejemplo 1 · Región activa o saturación > > NPN con $\beta = 100$, $V_{CC} = 12$ V, $R_C = 2$ kΩ, base alimentada con 5 V a través de $R_B = 100$ kΩ. > > $I_B = \frac{5 - 0{,}7}{100\text{ k}} = 43$ µA. Si está en activa, $I_C = 4{,}3$ mA y $V_{CE} = 12 - 4{,}3\cdot2 = 3{,}4$ V $> 0{,}2$ V: **activa**, correcto. > > Con $R_B = 10$ kΩ: $I_B = 430$ µA, $I_C$ "sería" 43 mA y $V_{CE} = 12 - 86 < 0$. Imposible: está **saturado**. $I_C = \frac{12 - 0{,}2}{2\text{ k}} = 5{,}9$ mA. > [accordion] Ejemplo 2 · Polarización por divisor > > $V_{CC} = 12$ V, $R_1 = 47$ kΩ, $R_2 = 10$ kΩ, $R_C = 3{,}3$ kΩ, $R_E = 1$ kΩ, $\beta = 150$. > > $V_B = 12\cdot\frac{10}{57} = 2{,}11$ V. $V_E = 1{,}41$ V. $I_C \approx 1{,}41$ mA. > > $V_{CE} = 12 - 1{,}41\cdot(3{,}3 + 1) = 5{,}94$ V. Punto Q: (5,94 V; 1,41 mA), cerca del centro de la recta. > > Comprobación: $\beta R_E = 150$ kΩ $> 10 R_2 = 100$ kΩ. Si $\beta$ fuera 300, $I_C$ apenas cambiaría. > [accordion] Ejemplo 3 · Encender un relé desde un microcontrolador > > Un relé de 12 V y 60 mA con un transistor de $\beta_{\min} = 100$, desde una salida de 3,3 V. > > $I_{B,\min} = 60/100 = 0{,}6$ mA. Con un margen de 5: $I_B = 3$ mA. $R_B = \frac{3{,}3 - 0{,}7}{3\text{ mA}} = 867$ Ω, se elige 820 Ω. > > No hay que olvidar el diodo en antiparalelo con la bobina del relé. > [accordion] Ejemplo 4 · Ganancia del emisor común > > Con el circuito del ejemplo 2 y $R_E$ desacoplada: $r_e = 25/1{,}41 = 17{,}7$ Ω. $A_v = -\frac{3300}{17{,}7} = -186$. > > Sin desacoplar: $A_v \approx -\frac{3{,}3}{1} = -3{,}3$. Mucha menos ganancia, pero no depende de la temperatura ni del transistor. ## Errores frecuentes * **Aplicar $I_C = \beta I_B$ en saturación.** Solo vale en la región activa; compruébalo siempre con $V_{CE}$. * **Diseñar contando con un β concreto.** Varía más de un 100 % entre unidades; usa polarización por divisor con $R_E$. * **Olvidar los 0,7 V de la unión base-emisor.** * **Conectar una carga inductiva sin diodo.** Al cortar, la bobina genera un pico de tensión que destruye el transistor. ## Preguntas frecuentes > [accordion] ¿BJT o MOSFET? > > Para conmutar potencia y en circuitos digitales se usa casi siempre el [MOSFET](https://apuntes.simulab.es/electronica/analogica/mosfet.md): no consume corriente de puerta y tiene menos pérdidas. El BJT sigue siendo habitual en amplificadores de audio, referencias de tensión, circuitos analógicos de precisión y como interruptor barato de pequeña señal. > [accordion] ¿Qué es el par Darlington? > > Dos transistores en cascada, con el emisor del primero en la base del segundo. La ganancia total es $\beta_1\beta_2$ (miles), pero $V_{BE}$ es 1,4 V y la saturación no baja de 0,7-1 V. ## Temas relacionados > [card] [El diodo](https://apuntes.simulab.es/electronica/componentes/diodo.md) > > La unión PN y su recta de carga. > [card] [Transistor MOSFET](https://apuntes.simulab.es/electronica/analogica/mosfet.md) > > El transistor de efecto de campo. > [card] [Thevenin y Norton](https://apuntes.simulab.es/electronica/analisis-circuitos/thevenin-norton.md) > > Simplificar el circuito de base. This documentation is built and hosted on [Mintlify](https://mintlify.com), a developer documentation platform.