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Transistor
El  transistor  es un  dispositivo
electrónico  semiconductor  utilizado para entregar Transistor
una  señal  de salida en respuesta a una señal de
entrada. Cumple funciones
de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.
El término «transistor» es la contracción
en  inglés  de  transfer resistor  («resistor  de
transferencia»). Actualmente se encuentra
prácticamente en todos los  aparatos electrónicos  de

uso diario tales

como  radios,  televisores,  reproductores de audio y
video,  relojes de cuarzo,  computadoras,  lámparas
fluorescentes,  tomógrafos,  teléfonos celulares,
aunque casi siempre dentro de los llamados circuitos El tamaño de un transistor guarda relación con la potencia
integrados. que es capaz de manejar.

Tipo Semiconductor
Índice Invención John Bardeen, Walter Houser
Historia Brattain y William Bradford Shockley
(1947)
Funcionamiento
Símbolo electrónico
Tipos de transistor
Transistor de contacto puntual
Transistor de unión bipolar
Transistor de efecto de campo
Fototransistor
Transistores y electrónica de potencia
Terminales Emisor, base y colector
Construcción
Material semiconductor
El transistor bipolar como amplificador
Emisor común
Diseño de una etapa en configuración emisor
común
Base común
Colector común
El transistor bipolar frente a la válvula
termoiónica
Véase también
Referencias
Bibliografía
Enlaces externos

https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor 1/11
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Historia
El físico austro-húngaro Julius Edgar Lilienfeld solicitó en
Canadá en el año 19251 ​ una patente para lo que él
denominó «un método y un aparato para controlar
corrientes eléctricas» y que se considera el antecesor de los
actuales  transistores de efecto campo, ya que estaba
destinado a ser un reemplazo de estado sólido  del  triodo.
Lilienfeld también solicitó patentes en los Estados Unidos
en los años 19262 ​ y 1928.3 4​ ​ Sin embargo, Lilienfeld no
publicó ningún artículo de investigación sobre sus
dispositivos, ni sus patentes citan algún ejemplo específico
de un prototipo de trabajo. Debido a que la producción de
materiales semiconductores de alta calidad no estaba
disponible por entonces, las ideas de Lilienfeld sobre
amplificadores de estado sólido no encontraron un uso Réplica del primer transistor en actividad, que
práctico en los años 1920 y 1930, aunque acabara de hoy pertenece a la empresa Lucent
Technologies.
construir un dispositivo de este tipo.5 ​

En 1934, el inventor alemán Oskar Heil patentó en

Alemania y Gran Bretaña6 ​ un dispositivo similar. Cuatro años después, los también alemanes Robert
Pohl y Rudolf Hilsch efectuaron experimentos en la Universidad de Göttingen, con cristales de
bromuro de potasio, usando tres electrodos, con los cuales lograron la amplificación de señales de
1 Hz, pero sus investigaciones no condujeron a usos prácticos.7 ​Mientras tanto, la experimentación en
los  Laboratorios Bell  con rectificadores a base de óxido de cobre y las explicaciones sobre
rectificadores a base de semiconductores por parte del alemán Walter Schottky y del inglés Nevill
Mott, llevaron a pensar en 1938 a  William Shockley  que era posible lograr la construcción de
amplificadores a base de semiconductores, en lugar de tubos de vacío.7 ​

Desde el 17 de noviembre de 1947 hasta el 23 de diciembre de 1947, los físicos estadounidenses John

Bardeen y Walter Houser Brattain de los Laboratorios Bell8 ​ llevaron a cabo diversos experimentos y
observaron que cuando dos contactos puntuales de oro eran aplicados a un cristal de  germanio, se
produjo una señal con una potencia de salida mayor que la de entrada.9 ​ El líder del Grupo de Física
del Estado Sólido William Shockley vio el potencial de este hecho y, en los siguientes meses, trabajó
para ampliar en gran medida el conocimiento de los semiconductores. El término «transistor» fue
sugerido por el ingeniero estadounidense John R. Pierce, basándose en dispositivos semiconductores
ya conocidos entonces, como el  termistor  y el  varistor  y basándose en la propiedad
de transrresistencia que mostraba el dispositivo.10 ​ Según una biografía de John Bardeen, Shockley
había propuesto que la primera patente para un transistor de los Laboratorios Bell debía estar basado
en el efecto de campo y que él fuera nombrado como el inventor. Habiendo redescubierto las patentes
de Lilienfeld que quedaron en el olvido años atrás, los abogados de los Laboratorios Bell
desaconsejaron la propuesta de Shockley porque la idea de un transistor de efecto de campo no era
nueva. En su lugar, lo que Bardeen, Brattain y Shockley inventaron en 1947 fue el primer transistor de
contacto de punto, cuya primera patente solicitaron los dos primeros nombrados, el 17 de junio de
1948,11 ​ a la cual siguieron otras patentes acerca de aplicaciones de este dispositivo.12 13​ 14
​ ​ En
reconocimiento a este logro, Shockley, Bardeen y Brattain fueron galardonados conjuntamente con el
Premio Nobel de Física de 1956 «por sus investigaciones sobre semiconductores y su descubrimiento
del efecto transistor».15 ​

https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor 2/11
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En 1948, el transistor de contacto fue inventado independientemente por los físicos alemanes Herbert
Mataré y Heinrich Welker, mientras trabajaban en la Compagnie des Freins et Signaux, una
subsidiaria francesa de la estadounidense  Westinghouse. Mataré tenía experiencia previa en el
desarrollo de  rectificadores de cristal  de silicio y de germanio mientras trabajaba con Welker en el
desarrollo de un radar alemán durante la  Segunda Guerra Mundial. Usando este conocimiento, él
comenzó a investigar el fenómeno de la «interferencia» que había observado en los rectificadores de
germanio durante la guerra. En junio de 1948, Mataré produjo resultados consistentes y reproducibles
utilizando muestras de germanio producidas por Welker, similares a lo que Bardeen y Brattain habían
logrado anteriormente en diciembre de 1947. Al darse cuenta de que los científicos de Laboratorios
Bell ya habían inventado el transistor antes que ellos, la empresa se apresuró a poner en producción su
dispositivo llamado «transistron» para su uso en la red telefónica de Francia.16 ​ El 26 de junio de
1948, Wiliam Shockley solicitó la patente del transistor bipolar de unión17 ​ y el 24 de agosto de 1951
solicitó la primera patente de un transistor de efecto de campo,18 ​ tal como se declaró en ese
documento, en el que se mencionó la estructura que ahora posee. Al año siguiente, George Clement
Dacey e Ian Ross, de los Laboratorios Bell, tuvieron éxito al fabricar este dispositivo,19 ​ cuya nueva
patente fue solicitada el 31 de octubre de 1952.20 ​ Meses antes, el 9 de mayo de ese año, el ingeniero
Sidney Darlington solicitó la patente del arreglo de dos transistores conocido actualmente
como transistor Darlington.21 ​

El primer transistor de alta frecuencia fue el transistor de barrera de superficie de germanio

desarrollado por los estadounidenses John Tiley y Richard Williams de Philco Corporation en 1953,22 ​
capaz de operar con señales de hasta 60 MHz.23 ​ Para fabricarlo, se usó un procedimiento creado por
los ya mencionados inventores mediante el cual eran grabadas depresiones en una base de germanio
tipo N de ambos lados con chorros de sulfato de  indio  hasta que tuviera unas diez milésimas de
pulgada de espesor. El Indio electroplateado en las depresiones formó el colector y el emisor.24 ​ El
primer receptor de radio para automóviles que fue producido en 1955 por Chrysler y Philco; usó estos
transistores en sus circuitos y también fueron los primeros adecuados para las computadoras de alta
velocidad de esa época.25 26
​ ​

El primer transistor de silicio operativo fue desarrollado en los Laboratorios Bell en enero de 1954 por
el químico Morris Tanenbaum.27 ​ El 20 de junio de 1955, Tanenbaum y Calvin Fuller, solicitaron una
patente para un procedimiento inventado por ambos para producir dispositivos semiconductores.28 ​
El primer transistor de silicio comercial fue producido por  Texas Instruments  en 1954 gracias al
trabajo del experto Gordon Teal quien había trabajado previamente en los Laboratorios Bell en el
crecimiento de cristales de alta pureza.29 ​El primer transistor MOSFET fue construido por el coreano-
estadounidense Dawon Kahng y el egipcio Martin Atalla, ambos ingenieros de los Laboratorios Bell, en
1960.30 31
​ ​

Funcionamiento
El transistor consta de tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos
en cantidades específicas) que forman dos uniones bipolares: el emisor que emite  portadores, el
colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el
paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo
controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los
transistores se les considera un elemento activo,32 ​ a diferencia de
los resistores, condensadores e inductores que son elementos pasivos. ​ 33

https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor 3/11
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De manera simplificada, la corriente que circula por el  colector  es función amplificada de la que se
inyecta en el  emisor, pero el transistor solo gradúa la corriente que circula a través de sí mismo, si
desde una fuente de corriente continua se alimenta la base para que circule la carga por el  colector,
según el tipo de circuito que se utilice. El factor de amplificación o ganancia logrado entre corriente de
colector y corriente de base, se denomina Beta del transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que
son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base
Emisor, de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas
donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector Emisor,
tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas(configuraciones) básicos
para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector común y base común.

Modelos posteriores al transistor descrito, el transistor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET,
CMOS, VMOS, etc.) no utiliza la corriente que se inyecta en el terminal de  base  para modular la
corriente de emisor o colector, sino la tensión presente en el terminal de puerta y gradúa la
conductancia del canal entre los terminales de Fuente y Drenaje. Cuando la conductancia es nula y el
canal se encuentra estrangulado, por efecto de la tensión aplicada entre Compuerta y Fuente, es el
campo eléctrico presente en el canal el responsable de impulsar los electrones desde la fuente al
drenaje. De este modo, la corriente de salida en la carga conectada al Drenaje (D) será función
amplificada de la tensión presente entre la compuerta y la fuente, de manera análoga al
funcionamiento del triodo.

Los transistores de efecto de campo son los que han permitido la integración a gran escala disponible
hoy en día; para tener una idea aproximada pueden fabricarse varios cientos de miles de transistores
interconectados, por centímetro cuadrado y en varias capas superpuestas.

Tipos de transistor

Transistor de contacto puntual

Llamado también «transistor de punta de contacto», fue el

primer transistor capaz de obtener ganancia, inventado en
1947 por John Bardeen y Walter Brattain. Consta de una base
de germanio, semiconductor para entonces mejor conocido
que la combinación  cobre-óxido de cobre, sobre la que se
apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el
emisor y el colector. La corriente de base es capaz de modular Distintos encapsulados de transistores.
la resistencia que se «ve» en el colector, de ahí el nombre
de  transfer resistor. Se basa en efectos de superficie, poco
conocidos en su día. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía
desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivió con el transistor de unión debido a su mayor
ancho de banda. En la actualidad ha desaparecido.

Transistor de unión bipolar

El transistor de unión bipolar (o BJT, por sus siglas del inglés bipolar junction transistor) se fabrica
sobre un monocristal de material semiconductor como el germanio, el silicio o el arseniuro de galio,
cuyas cualidades son intermedias entre las de un  conductor eléctrico  y las de un aislante. Sobre el
sustrato de cristal se contaminan en forma muy controlada tres zonas sucesivas, N-P-N o P-N-P,
dando lugar a dos uniones PN.
https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor 4/11
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Las zonas N (en las que abundan portadores de carga Negativa) se

obtienen contaminando el sustrato con átomos de
elementos  donantes  de  electrones, como el  arsénico  o el  fósforo;
mientras que las zonas P (donde se generan portadores de
carga  Positiva o «huecos») se logran contaminando con
átomos  aceptadores  de electrones, como el  indio, el  aluminio  o
el galio.

La tres zonas contaminadas dan como resultado transistores PNP

o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la región
de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del
mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente
contaminación entre ellas (por lo general, el emisor está mucho
más contaminado que el colector). Diagrama de transistor NPN.

El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor

dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de
contaminación (difusión gaseosa, epitaxial, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.

Transistor de efecto de campo

El transistor de efecto de campo de unión (JFET), fue el primer

transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de
material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales
de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un
transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica. Si se
difunden dos regiones P en una barra de material N y se conectan
externamente entre sí, se producirá una puerta. A uno de estos
contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador. -Símbolo del transistor JFET, en el
Aplicando  tensión  positiva entre el drenador y el surtidor y que se indican: drenador, surtidor y
conectando la puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la compuerta.
que llamaremos corriente de drenador con polarización cero. Con
un potencial negativo de puerta al que llamamos tensión de
estrangulamiento, cesa la conducción en el canal.

El transistor de efecto de campo, o FET por sus siglas en inglés, que controla la corriente en función de
una tensión; tienen alta impedancia de entrada.

Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante una unión PN.

Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la compuerta se aísla del
canal mediante un dieléctrico.
Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS significa Metal-Óxido-Semiconductor,
en este caso la compuerta es metálica y está separada del canal semiconductor por una capa
de óxido.

Fototransistor

https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor 5/11
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Los fototransistores son sensibles a la  radiación electromagnética  en frecuencias

cercanas a la de la luz visible; debido a esto su flujo de corriente puede ser regulado
por medio de la luz incidente. Un fototransistor es, en esencia, lo mismo que un
transistor normal, solo que puede trabajar de 2 maneras diferentes:

Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo común);

Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces Diagrama de
de corriente de base. (IP) (modo de iluminación). fototransistor.

Transistores y electrónica de potencia

Con el desarrollo tecnológico y evolución de la  electrónica, la capacidad de los dispositivos
semiconductores para soportar cada vez mayores niveles de tensión y corriente ha permitido su uso en
aplicaciones de potencia. Es así como actualmente los transistores son empleados
en conversores estáticos de potencia, controles para motores y llaves de alta potencia (principalmente
inversores), aunque su principal uso está basado en la amplificación de corriente dentro de un circuito
cerrado.

Construcción

Material semiconductor

Características del material semiconductor

Tensión directa Máxima
Material Movilidad de electrones Movilidad de huecos
de la unión temperatura de unión
semiconductor m²/(V·s) @ 25 °C m²/(V·s) @ 25 °C
V @ 25 °C °C
Ge 0.27 0.39 0.19 70 a 100
Si 0.71 0.14 0.05 150 a 200
GaAs 1.03 0.85 0.05 150 a 200
Al-Si 0.3 — — 150 a 200

Los primeros transistores bipolares de unión se fabricaron con germanio (Ge). Los transistores de
Silicio (Si) actualmente predominan, pero ciertas versiones avanzadas de microondas y de alto
rendimiento ahora emplean el compuesto semiconductor de  arseniuro de galio  (GaAs) y la aleación
semiconductora de silicio-germanio (SiGe). El material semiconductor a base de un elemento (Ge y Si)
se describe como elemental.

Los parámetros en bruto de los materiales semiconductores más comunes utilizados para fabricar
transistores se dan en la tabla adjunta; estos parámetros variarán con el aumento de la temperatura, el
campo eléctrico, nivel de impurezas, la tensión, y otros factores diversos.

La tensión directa de unión es la tensión aplicada a la unión emisor-base de un transistor bipolar de

unión con el fin de hacer que la base conduzca a una corriente específica. La corriente aumenta de
manera exponencial a medida que aumenta la tensión en directa de la unión. Los valores indicados en
la tabla son las típicos para una corriente de 1  mA (los mismos valores se aplican a los diodos
semiconductores). Cuanto más bajo es la tensión de la unión en directa, mejor, ya que esto significa
que se requiere menos energía para colocar en conducción al transistor. La tensión de unión en directa

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para una corriente dada disminuye con el aumento de la temperatura. Para una unión de silicio típica,
el cambio es de –2.1  mV/°C.34 ​ En algunos circuitos deben usarse elementos compensadores
especiales (sensistores) para compensar tales cambios.

La densidad de los portadores móviles en el canal de un MOSFET es una función del campo eléctrico
que forma el canal y de varios otros fenómenos tales como el nivel de impurezas en el canal. Algunas
impurezas, llamadas dopantes, se introducen deliberadamente en la fabricación de un MOSFET, para
controlar su comportamiento eléctrico.

Las columnas de movilidad de electrones y movilidad de huecos de la tabla muestran la velocidad

media con que los electrones y los huecos se difunden a través del material semiconductor con un
campo eléctrico de 1 voltio por metro, aplicado a través del material. En general, mientras más alta sea
la movilidad electrónica, el transistor puede funcionar más rápido. La tabla indica que el germanio es
un material mejor que el silicio a este respecto. Sin embargo, el germanio tiene cuatro grandes
deficiencias en comparación con el silicio y arseniuro de galio:

1. Su temperatura máxima es limitada.

2. Tiene una corriente de fuga relativamente alta.
3. No puede soportar altas tensiones.
4. Es menos adecuado para la fabricación de circuitos integrados.

Debido a que la movilidad de los electrones es más alta que la movilidad de los huecos para todos los
materiales semiconductores, un transistor bipolar n-p-n dado tiende a ser más rápido que un
transistor equivalente p-n-p. El arseniuro de galio tiene el valor más alto de movilidad de electrones de
los tres semiconductores. Es por esta razón que se utiliza en aplicaciones de alta frecuencia. Un
transistor FET de desarrollo relativamente reciente, el transistor de alta movilidad de electrones
(HEMT), tiene una heteroestructura (unión entre diferentes materiales semiconductores) de arseniuro
de galio-aluminio (AlGaAs)-arseniuro de galio (GaAs), que tiene el doble de la movilidad de los
electrones que una unión de barrera GaAs-metal. Debido a su alta velocidad y bajo nivel de ruido, los
HEMT se utilizan en los receptores de satélite que trabajan a frecuencias en torno a los 12 GHz. Los
HEMT basados en nitruro de galio y nitruro de galio aluminio (AlGaN/GaN HEMT) proporcionan una
movilidad de los electrones aún mayor y se están desarrollando para diversas aplicaciones.

Los valores de la columna de Máximo valor de temperatura de la unión han sido tomados a partir de
las hojas de datos de varios fabricantes. Esta temperatura no debe ser excedida o el transistor puede
dañarse.

Los datos de la fila Al-Si de la tabla se refieren a los diodos de barrera de metal-semiconductor de alta
velocidad (de aluminio-silicio), conocidos comúnmente como diodos Schottky. Esto está incluido en la
tabla, ya que algunos transistor IGFET de potencia de silicio tienen un diodo Schottky inverso
«parásito» formado entre la fuente y el drenaje como parte del proceso de fabricación. Este diodo
puede ser una molestia, pero a veces se utiliza en el circuito del cual forma parte.

El transistor bipolar como amplificador

El comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos (Modelo de Ebers-Moll), uno entre
base y emisor, polarizado en directo y otro diodo entre base y colector, polarizado en inverso. Esto
quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensión igual a la tensión directa de un diodo, es
decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicio y unos 0,4 para el germanio.

https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor 7/11
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Lo interesante del dispositivo es que en el colector tendremos una corriente proporcional a la corriente
de base: IC = β IB, es decir, ganancia de corriente cuando β>1. Para transistores normales de señal, β
varía entre 100 y 300. Existen tres configuraciones para el amplificador transistorizado: emisor
común, base común y colector común.

Emisor común

La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el

colector. El emisor se conecta al punto de tierra (masa) que
será común, tanto de la señal de entrada como para la de
salida. En esta configuración, existe ganancia tanto de tensión
como de corriente. Para lograr la estabilización de la etapa
ante las variaciones de la señal, se dispone de una resistencia
de emisor, (RE)  y para frecuencias bajas, la impedancia de
salida se aproxima a RC. La ganancia de tensión se expresa:

El signo negativo, indica que la señal de salida está invertida

con respecto a la señal de entrada.

Si el emisor está conectado directamente a masa, la ganancia

queda expresada de la siguiente forma:

Emisor común.

Como la base está conectada al emisor por un diodo polarizado en directo, entre ellos se puede
suponer que existe una tensión constante, denominada    y que el valor de la ganancia (β) es
constante. Del gráfico adjunto, se deduce que la tensión de emisor es:

Y la corriente de emisor:

La corriente de emisor es igual a la de colector más la de base:

Despejando la corriente de colector:

https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor 8/11
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La tensión de salida, que es la de colector se calcula así:

Como β >> 1, se puede aproximar:

y, entonces es posible calcular la tensión de colector como:

La parte entre paréntesis es constante (no depende de la señal de entrada), y la restante expresa la
señal de salida. El signo negativo indica que la señal de salida está desfasada 180° respecto a la de
entrada.

Finalmente, la ganancia es expresada como:

La corriente de entrada,  , si   puede expresarse como sigue:

Suponiendo que  , podemos escribir:

https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor 9/11
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Al dividir la tensión y corriente en la base, la impedancia o resistencia de entrada queda como:

Para tener en cuenta la influencia de frecuencia se deben utilizar modelos de transistor más
elaborados. Es muy frecuente usar el modelo en pi.

Diseño de una etapa en configuración emisor común

Recta de carga

Esta recta se traza sobre las curvas características de un

transistor que proporciona el fabricante. Los puntos para el
trazado de la misma son:    y la tensión de la
fuente de alimentación 

En los extremos de la misma, se observan las zonas de corte y

de saturación, que tienen utilidad cuando el transistor actúa
como interruptor. Conmutará entre ambos estados de acuerdo
Recta de carga de un transistor en
a la polarización de la base.
configuración de emisor común.
La elección del punto  Q, es fundamental para una correcta
polarización. Un criterio extendido es el de adoptar 
, si el circuito no posee  . De contar con 
 como es el caso del circuito a considerar, el valor de    se
medirá desde el colector a masa.

El punto Q, se mantiene estático mientras la base del

transistor no reciba una señal.

Ejercicio

Procederemos a determinar los valores de 

Amplificador de emisor común.

Datos: 

https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor 10/11
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Esta aproximación se admite porque 

Para que el circuito opere en una zona de eficacia, la corriente a través del divisor de voltaje   y  ,
debe ser mucho mayor que la corriente de base; como mínimo en una relación 10:1

 utilizando el valor de   obtenido anteriormente

   

La resistencia dinámica del diodo en la juntura del emisor  , se calcula tomando el valor del voltaje
térmico en la misma, y está dado por: 

Con este valor, se procede a calcular la ganancia de voltaje de la etapa; 

No se toma en cuenta   ya que el emisor se encuentra a nivel de masa para la señal por medio de 
, que en el esquema se muestra como  ; entonces, la impedancia de salida  , toma el valor de   si
el transistor no tiene carga. Si se considera la carga  ,   se determin

https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor 11/11