Usando el transistor como interruptor, ¿por qué la carga siempre está en el colector?

No es necesario utilizar un emisor puesto a tierra, pero considere la alternativa

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Un transistor utilizado como interruptor (en saturación) tendrá típicamente un voltaje colector-emisor de alrededor de 0,2 voltios. Dado que el voltaje base-emisor será de aproximadamente 0,7 voltios, Vs debe estar al menos 0,5 voltios por encima de Vcc, más cualquier voltaje que se requiera en R2 para que la corriente base alcance el nivel requerido. Y esa base actual será significativa. Independientemente de la ganancia "ordinaria", un transistor NPN en saturación mostrará una ganancia mucho más baja, siendo la regla general típica una ganancia de 10 para garantizar una Vce baja. Por lo tanto, el circuito que se muestra no se puede usar sin una segunda fuente de alimentación más alta, que no es lo que llamaría conveniente.

Esto, a su vez, responde a su tercera pregunta. Dado que el transistor estará (según los estándares lineales normales) muy sobrecargado, las variaciones de ganancia entre los transistores normalmente no tendrán un efecto evidente. En el circuito que se muestra, un aumento de voltaje del 50 % hará que el voltaje del transistor aumente de 0,2 voltios a 0,3 voltios, lo que reducirá el voltaje de carga de 4,8 a 4,7 voltios, y para las pantallas y los LED, esto será imperceptible.

En cuanto a la pregunta 2, la respuesta es definitivamente sí. En muchos aspectos, los FET y MOSFET son más fáciles de manejar, ya que requieren muy poca corriente de puerta (excepto durante las transiciones). Y, de hecho, CMOS es la tecnología dominante para microprocesadores y chips gráficos, con potencialmente millones de transistores por chip. Bueno, en realidad, las CPU de gama alta y los circuitos integrados de gráficos en la actualidad funcionan entre 1 y 2 mil millones de transistores. Intentar hacer esto con BJT sería simplemente imposible debido a los requisitos actuales.

Una razón simple para tener la carga en el colector es que mantiene la corriente de base independiente de la carga. Eso hace que sea mucho más fácil mantener el transistor saturado de manera confiable.

Si la carga está en el emisor, entonces la corriente base depende de la carga. Si la carga es un LED, entonces el voltaje que debe aplicar a la base del transistor para alcanzar la corriente necesaria aumenta con el voltaje directo del LED.

Si la carga es un motor y está conectado al emisor, entonces la corriente de base depende del motor y variará en todas partes a medida que el motor gira.

Hay muchos casos en los que la carga se coloca mejor en el emisor. Por ejemplo:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Aquí, un conjunto multiplexado de LED es impulsado por seguidores emisores para los controladores del lado alto. (con una pantalla de 8 dígitos y 7 segmentos + DP, tendría 8 resistencias en el lado alto, 8 en el lado bajo y 8 resistencias en serie con esta última) No se necesitan resistencias de base, lo que ahorra espacio y piezas.

O aquí:

^{simular este circuito}

Aquí, una puerta lógica impulsa directamente una bobina de relé de 4,5 V CC sin necesidad de componentes adicionales.

No obtiene una ganancia de voltaje con un seguidor de emisor, pero sí una ganancia de corriente, sin inversión y, a veces, eso es exactamente lo que se requiere.

Los seguidores de emisor generalmente no permiten que el transistor se sature (es posible al impulsar la base con un voltaje más alto que el colector y agregar una resistencia de base, pero no puede suceder si la base es impulsada desde el mismo voltaje o menos que el coleccionista.

Esto significa una caída de al menos 0,6 V en el transistor, lo que no siempre es tan malo, y debido a que el transistor no se satura, cambia más rápido. Los circuitos de interruptores de emisores comunes pueden llevar al transistor a una saturación profunda, con quizás 1/10 de Vce, lo que minimiza el calentamiento.

1. No siempre. Hay circuitos llamados "seguidor de emisor". No amplifican el voltaje, pero amplifican la corriente de entrada.

2. Sí, para fines de conmutación también se utilizan FET, canal n para conmutación de lado bajo y canal p para conmutación de lado alto.

3. Si convierte un BJT en modo de saturación, las diferentes ganancias de corriente no importan siempre que suministre suficiente corriente de base para mantener el transistor en saturación para la ganancia más baja especificada por el fabricante.

Si maneja una pantalla LED de 7 segmentos, no controla la corriente controlando el transistor. Usted controla la corriente/el brillo mediante el uso de una resistencia limitadora de corriente calculada y la modulación de ancho de pulso de los interruptores saturados. Este enfoque elimina la variabilidad del transistor.