Parámetros del transistor bipolar: su interrelación e influencia mutua.

Parámetros del transistor bipolar

1. Parámetros estáticos (corriente continua)

Parámetro	Denominación	Descripción	Ejemplo para BC547	Ejemplo para 2N3055
Ganancia de corriente en emisor común	hFE, β	Relación entre la corriente continua del colector y la corriente continua de la base en modo activo. Depende de la corriente y la temperatura.	100-400 (típ. 200)	20-70 (típ. 50)
Ganancia de corriente en base común	α	Relación entre la corriente del colector y la corriente del emisor: α = β/(β+1)	0.99-0.997	0.95-0.986
Tensión de saturación colector-emisor	Vce(sat)	Caída de tensión entre el colector y el emisor en modo de saturación	0.2 V con Ic=10 mA	0.5-1 V con Ic=3 A
Tensión de saturación base-emisor	Vbe(sat)	Caída de tensión en la unión B-E en modo de saturación	0.7-0.9 V	1.2-1.5 V
Tensión de codo	Vbe(on)	Tensión en la unión B-E para el inicio de la conducción	~0.6-0.7 V	~0.7 V
Corriente inversa de colector	Icbo	Corriente de fuga a través de la unión colector-base con el emisor abierto y la unión polarizada inversamente. Aumenta con la temperatura.	< 15 nA (a 25°C)	< 1 mA (a 25°C)
Corriente inversa de emisor	Iebo	Corriente de fuga a través de la unión emisor-base con el colector abierto. Normalmente muy pequeña.	< 100 nA	-

2. Parámetros dinámicos (señal pequeña)

Parámetro	Denominación	Descripción	Ejemplo para BC547
Ganancia de corriente (dinámica)	hfe, β	Relación entre pequeñas variaciones de la corriente de colector y la corriente de base	200-400
Impedancia de entrada	hie	Resistencia entre la base y el emisor para la señal alterna	5 kΩ con Ic=1 mA
Capacidad colector-base	Ccb, Cc, C_ob	Capacidad de barrera de la unión C-B polarizada inversamente	3-5 pF
Frecuencia de transición	f_T	Frecuencia a la que la ganancia de corriente cae a la unidad	300 MHz

3. Parámetros límite de funcionamiento

Parámetro	Denominación	Descripción	BC547	2N3055
Tensión máxima colector-emisor	Vceo	Tensión entre C y E con la base abierta	45 V	60 V
Corriente máxima de colector	Ic(max)	Corriente continua de colector máxima admisible	100 mA	15 A
Potencia máxima disipable	Pc(max), Pd	Potencia máxima que puede disipar el encapsulado (a T=25°C). ¡Disminuye al aumentar la temperatura!	500 mW	115 W (con disipador)
Temperatura máxima de la unión	Tj(max)	Temperatura absoluta máxima del chip	+150°C	+200°C

4. Parámetros térmicos

Parámetro	Denominación	Descripción	Ejemplo
Coeficiente térmico de Vbe	ΔVbe/ΔT	Variación de la tensión B-E con el calentamiento	−2 mV/°C
Resistencia térmica unión-ambiente	Rθja	Resistencia a la transferencia de calor del chip al ambiente	200 °C/W (TO-92)
Resistencia térmica unión-cápsula	Rθjc	Resistencia a la transferencia de calor del chip al encapsulado	83.3 °C/W (TO-220)

Interrelación de los parámetros del transistor bipolar

Influencia de los parámetros entre sí

Parámetro que influye	Afecta a	Carácter y consecuencias de la influencia
Ganancia de corriente (hFE, β)	Tensión de saturación Vce(sat) Impedancia de entrada hie Estabilidad térmica Dispersión de la ganancia	Un β bajo aumenta Vce(sat), requiere mayor corriente de base. Un β alto eleva hie. Un β alto acentúa la dependencia térmica. Una gran dispersión tecnológica de β (por ejemplo, de 100 a 400) complica la producción en serie de circuitos, requiere cálculos para el peor caso o la aplicación de realimentación negativa.
Corriente de colector (Ic)	Impedancia de entrada hie Frecuencia de transición fT	hie disminuye al aumentar Ic. La dependencia no es lineal. Normalmente fT crece con el aumento de Ic hasta un cierto óptimo, tras el cual comienza a disminuir.
Tensión colector-emisor (Vce)	Impedancia de salida roe Capacidad Ccb Potencia disipada Pc	roe aumenta con el crecimiento de Vce (efecto Early). Ccb disminuye al aumentar la tensión inversa. Pc = Ic × Vce, principal factor de calentamiento.
Temperatura de la unión (Tj)	Tensión Vbe Coeficiente β Corrientes inversas Icbo	Vbe disminuye ~2 mV/°C (riesgo de fuga térmica). β aumenta aproximadamente un 0.5% / °C. Icbo crece exponencialmente con la temperatura.
Temperatura máxima de operación	Deriva de parámetros en el tiempo Cambio en tensiones umbral Fiabilidad de las conexiones	La operación prolongada a temperatura elevada causa cambios irreversibles en las características. El calentamiento altera el ancho de la banda prohibida, afectando a Vbe y las corrientes de fuga. La termociclación conduce a fatiga de materiales y contactos.
Frecuencia de transición (fT)	Ganancia en altas frecuencias Tiempo de conmutación	Determina la frecuencia máxima de ganancia: fmax ≈ fT/√2. Una fT alta se correlaciona con un tiempo de conmutación pequeño.
Capacidad colector-base (Ccb)	Respuesta en frecuencia Tiempo de conmutación	Es una capacidad de realimentación interna. Proporciona realimentación negativa de la salida a la entrada, lo que reduce la ganancia en altas frecuencias y puede causar autooscilación en el amplificador. Una Ccb grande aumenta el tiempo de disipación de carga en la base al apagarse (t_off), ralentizando el transistor como conmutador.
Tensión de saturación Vce(sat)	Potencia disipada en modo conmutación Disipación de calor	Pérdidas en estado encendido: P_loss = Ic × Vce(sat). Un Vce(sat) alto requiere un disipador más grande.
Resistencia térmica (Rθja)	Potencia máxima real Fiabilidad y vida útil	Determina el sobrecalentamiento: ΔT = Pc × Rθja. Una mala disipación del calor → Tj alta → degradación acelerada y reducción de la vida útil del transistor.
Factor de ruido (NF)	Rango dinámico Sensibilidad de la etapa de entrada Estabilidad del punto de operación	Un factor de ruido alto limita la señal mínima detectable en amplificadores de bajo ruido. Depende de la corriente de colector y la frecuencia, tiene un valor óptimo para un cierto Ic. En circuitos de RF, el factor de ruido se ve afectado por las capacidades e inductancias parásitas de los terminales.
Capacidad emisor-base (C_eb)	Impedancia de entrada en altas frecuencias Velocidad de conmutación Estabilidad del amplificador	Junto con la resistencia de base forma un filtro paso bajo que limita el ancho de banda. En modo conmutación afecta al tiempo de retardo de encendido (t_d). Una C_eb grande puede causar autooscilación a través de la realimentación interna.
Inductancia de los terminales	Características en altas frecuencias Interferencias en pulsos Estabilidad a altas frecuencias	Junto con las capacidades parásitas forma circuitos resonantes en altas frecuencias. Causa picos de tensión en conmutaciones rápidas de corrientes grandes. Limita la frecuencia máxima efectiva de operación del conmutador.
Resistencia de base (r_b')	Características de ruido Calentamiento con señales de alta frecuencia Desuniformidad en la activación	Causa ruido térmico, proporcional a √r_b'. Potencia disipada en la región de la base, P = I_b² × r_b'. En transistores de potencia conduce a una distribución no uniforme de la corriente en el chip.
Tiempo de disipación (ts)	Frecuencia máxima de conmutación Pérdidas dinámicas de potencia Forma de los flancos de los pulsos	Determina la duración mínima del pulso de control para un apagado garantizado. Durante ts el transistor permanece parcialmente abierto, aumentando las pérdidas. Afecta a la forma de la señal de salida en circuitos de pulsos.
Ganancia de potencia	Eficiencia de la etapa Régimen térmico Estabilidad de la ganancia	Determina el número de etapas necesario para alcanzar una potencia de salida dada. Una ganancia baja requiere mayor corriente de polarización o etapas adicionales. Depende de la adaptación de impedancias de entrada y salida.
Tensión de ruptura con base abierta	Margen de tensión en modo conmutación Protección contra picos de CEM Fiabilidad en circuitos inductivos	Determina la necesidad de circuitos snubber (dispositivo que actúa como filtro paso bajo, dirigiendo la corriente transitoria hacia sí mismo) al conmutar cargas inductivas. Influye en la selección de la tensión de alimentación para garantizar fiabilidad. Una tensión de ruptura baja requiere elementos de protección adicionales.

Consecuencias prácticas de las interrelaciones

Diseño de amplificadores

El punto de operación (Ic, Vce) determina hie y la ganancia. Es necesario controlar el producto Ic × Vce para cumplir el régimen térmico.

Modo conmutación

Se requiere un compromiso entre parámetros:

Alto β y gran Ib para un Vce(sat) bajo
Alta fT y pequeña Ccb para una conmutación rápida
Bajo Vce(sat) para minimizar pérdidas

Estabilidad térmica

El aumento de temperatura provoca una reacción en cadena:

Aumento de β e Icbo
Caída de Vbe
Crecimiento en avalancha de Ic (fuga térmica)

Solución: estabilización por emisor y realimentación negativa en corriente continua.

Aplicaciones en altas frecuencias

Las capacidades de las uniones (Ccb, Cbe) se vuelven dominantes, desviando la entrada y creando realimentación. Son importantes una fT alta y una topología de encapsulado especial.

Conclusiones clave

Los parámetros del transistor están estrechamente interrelacionados y requieren compromisos en el diseño. Comprender estas interrelaciones permite seleccionar correctamente los transistores y desarrollar circuitos estables y eficientes.

Siempre consulte la hoja de datos oficial del modelo específico de transistor, ya que los parámetros pueden variar significativamente.

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