¿Cómo fluye la corriente desde el emisor, a través de la base y al colector en un transistor NPN?

Como se explica en la respuesta de Wandering Logic, los electrones se inyectan desde el emisor a la base cuando esa unión está polarizada hacia adelante. Cada uno de esos electrones sufrirá uno de dos destinos: o se recombina con un hueco en la región base (en un tiempo de recombinación$\tau_r$, más o menos), contribuyendo a la corriente base$I_b$, o es arrastrado hacia el colector por el campo eléctrico en la unión colector-base con polarización inversa (en un tiempo de deriva$\tau_d$), contribuyendo a la corriente del colector$I_c$.

De hecho, la ganancia de corriente de un transistor es sólo$I_c/I_b = \beta = \tau_r/\tau_d$, ya que muchos electrones son barridos hacia el colector por cada uno que se recombina en la base. El truco para hacer un buen transistor es maximizar esa relación; de ahí la delgadez de la región base.

Muy aproximadamente, hay dos procesos diferentes en el trabajo: difusión y deriva. La deriva es el movimiento de las partículas cargadas inducidas por un campo (ya sea el voltaje aplicado o el campo en la región de agotamiento). La difusión es una función del ancho de la región de agotamiento. La deriva no lo es. La deriva es una función del número de portadores de carga minoritarios cerca de los bordes de la región de agotamiento. Incluso sin un voltaje aplicado, hay un campo en la región de agotamiento.

Aquí hay una imagen de la Sección 5.2 de un muy buen conjunto de notas de Bart Van Zeghbroeck en la Universidad de Colorado :

_{(fuente: bart en ecee.colorado.edu )}

Cuando polariza hacia adelante la unión base-emisor, obtiene una gran corriente de difusión que fluye de la base al emisor. (Flecha roja etiquetada$I_{E,n}$y flecha azul etiquetada$I_{E,p}$). Está polarizando inversamente la unión base-colector, lo que cierra casi por completo la corriente de difusión de la base al colector, pero la corriente de deriva del colector a la base es proporcional a la cantidad de electrones cerca del borde de la región de agotamiento en el lado de la base.

El emisor está inyectando electrones en la base a través de la difusión. Si la base es lo suficientemente estrecha, los electrones no tendrán tiempo de recombinarse con los huecos de la base. (La recombinación está etiquetada$I_{r,B}$en la imagen). Así que habrá un exceso de electrones en el borde de la región de empobrecimiento entre la base y el colector. La corriente de deriva arrastra esos electrones hacia el colector. Entonces obtienes una gran corriente de deriva desde el colector hasta la base.

La unión base-emisor es "solo un diodo", por lo que la corriente de difusión a través de la unión base-emisor está relacionada exponencialmente con el voltaje entre el emisor y la base mediante la ecuación del diodo:$I \approx I_s (e^{V_{BE}/V_T}-1)$, dónde$I_s$es una constante basada en los materiales y el dopaje y$V_T$es el voltaje térmico (alrededor de 26 mV a temperatura ambiente). La cantidad de esos electrones que llegan a la región de empobrecimiento del colector base es una función del ancho de la base y la velocidad a la que se recombinan los huecos y los electrones en la base. La corriente de deriva es, (creo) linealmente proporcional a la cantidad de electrones que logran alcanzar el borde de la región de agotamiento. Entonces, una primera aproximación razonable es que la corriente del emisor al colector es exponencialmente proporcional al voltaje entre el emisor y la base.

Los transistores bipolares prácticos son en realidad transistores N+/P/N, por lo que la corriente de difusión de la base al emisor es casi completamente de electrones del emisor a la base en lugar de agujeros de la base al emisor.

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