Descubre todo lo relacionado con el transistor NPN. Los transistores son componentes electrónicos diseñados para funcionar como amplificadores o interruptores. El transistor NPN tiene tres terminales: base, colector y emisor, y es el tipo de transistor bipolar más usado en proyectos de electrónica y con Arduino.
Respuesta rápida: un transistor NPN conduce corriente del colector al emisor cuando se aplica una pequeña corriente a la base (con la base unos 0,7 V más positiva que el emisor). Así, una señal débil, como la salida de un microcontrolador, puede controlar una carga mucho mayor, como un motor, un relé o una tira de LED. Modelos muy comunes son el 2N2222, el BC547 y el 2N3904.
¿Qué es?
Es un transistor de unión bipolar que se forma debido a la conexión establecida entre dos tipos n y un tipo p en el centro del mismo. Es decir, un transistor NPN es una pieza de semiconductor en la que una delgada región tipo P (con exceso de «huecos») se encuentra entre dos regiones tipo N (con exceso de electrones), lo que nos da un dispositivo con tres regiones distintas y dos uniones PN.
Partes
Para entenderlo se suele representar como dos diodos unidos por sus ánodos (la base), aunque en la práctica dos diodos sueltos no funcionan como un transistor. Tiene tres terminales, base, colector y emisor, y dos uniones: la unión base-emisor y la unión base-colector.
- Emisor
- Base
- Colector
La unión emisor-base está involucrada en el lado de entrada mientras que la base del colector está involucrada en el lado de salida. La base, de tipo P, es muy delgada y está ligeramente dopada, lo que permite que la mayoría de los electrones que salen del emisor la atraviesen y lleguen al colector. El emisor está fuertemente dopado, porque debe aportar muchos electrones, y el colector tiene un dopado moderado y es la región más grande, porque debe disipar el calor.
En el símbolo, la flecha está en el emisor y apunta hacia afuera («No Pincha»: NPN), indicando el sentido convencional de la corriente.
Circuito
El emisor y la unión de la base están conectados en el modo de polarización hacia adelante mientras que el colector y la unión de la base están conectados en el modo de polarización hacia atrás. El colector de este transistor debe estar conectado al suministro positivo proporcionado y el emisor está conectado al suministro negativo. La base es responsable de controlar los estados de conmutación del transistor.
Para usar el transistor NPN como interruptor (switch) se usa la configuración de emisor común: el emisor va a tierra (GND), la carga (LED, relé o motor) se conecta entre el positivo de la alimentación y el colector, y la señal de control llega a la base a través de una resistencia. Cuando la base recibe un voltaje positivo (por ejemplo 5 V desde un Arduino), el transistor se satura y la carga se enciende; cuando la base está a 0 V, el transistor se corta y la carga se apaga.
Ejemplo de cálculo de la resistencia de base
Supongamos que queremos activar un relé que consume 70 mA con la salida de 5 V de un Arduino y un transistor con una ganancia (hFE o β) mínima de 100:
- Corriente de base necesaria: IB = IC / β = 70 mA / 100 = 0,7 mA.
- Para asegurar la saturación se usa entre 3 y 5 veces más, unos 3 mA.
- Resistencia de base: RB = (5 V − 0,7 V) / 3 mA ≈ 1,4 kΩ, así que se usa un valor comercial de 1 kΩ.
Si la carga es una bobina (relé o motor), hay que colocar un diodo en paralelo con la carga (por ejemplo, un 1N4007) para proteger el transistor de los picos de voltaje al apagarla.
Aplicaciones
Switch: una aplicación común de los transistores NPN es usarlos como interruptores en los circuitos. En dispositivos de alta potencia como motores y solenoides, el transistor NPN puede hacerse funcionar en dos modos, ON y OFF. Al hacerlo, el transistor se hace funcionar normalmente en modo de saturación cuando está encendido y en modo de corte cuando está apagado.
Amplificador: otra aplicación común de los transistores NPN es su uso como amplificador: una pequeña corriente en la base controla una corriente de colector mucho mayor, según la relación IC = β × IB, donde β (o hFE) suele estar entre 100 y 300 en transistores de señal. Los transistores NPN se utilizan con este fin en muchos circuitos de audio y radio en los que se requiere la amplificación o la reproducción del sonido.
Otras aplicaciones del transistor NPN:
- Los transistores de Darlington incluyen transistores NPN durante las aplicaciones de las señales débiles
- Los circuitos de amplificación push-pull
- Los sensores de medición de temperatura
- Los convertidores de valores de registro
- Aplicaciones de alta frecuencia
Diferencia entre NPN Y PNP
La diferencia está en la polaridad. En el NPN, la corriente entra por la base y el transistor conduce cuando la base es unos 0,7 V más positiva que el emisor; la corriente principal va del colector al emisor. En el PNP, la corriente sale por la base: conduce cuando la base es unos 0,7 V más negativa que el emisor, y la corriente principal va del emisor al colector. Por eso el NPN se usa normalmente para conmutar el lado negativo (a tierra) de una carga y el PNP, el lado positivo.
| NPN | PNP | |
|---|---|---|
| Se activa con | Base positiva respecto al emisor | Base negativa respecto al emisor |
| Flecha del símbolo | Hacia afuera | Hacia adentro |
| Portadores principales | Electrones | Huecos |
| Ejemplos | 2N2222, BC547, 2N3904 | 2N2907, BC557, 2N3906 |
Cómo identificar las patas de un transistor NPN
El orden de los terminales cambia según el modelo, así que siempre consulta la hoja de datos (datasheet). Por ejemplo, en el encapsulado TO-92, mirando la cara plana con las patas hacia abajo, el 2N2222A tiene el orden Emisor-Base-Colector, mientras que el BC547 tiene Colector-Base-Emisor. Con un multímetro en modo diodo también puedes identificarlos: la base es la pata que marca conducción (unos 0,6-0,7 V) hacia las otras dos cuando pones la punta roja en ella.
Recursos interesantes
- https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar
- https://unicrom.com/diferencia-entre-transistores-npn-y-pnp/
- https://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/EL%20TRANSISTOR.htm
Preguntas frecuentes
¿Qué significa NPN?
Indica el orden de las capas de semiconductor: tipo N, tipo P y tipo N.
¿Cuándo conduce un transistor NPN?
Cuando la base recibe corriente y está unos 0,7 V por encima del emisor.
¿Qué transistor NPN usar con Arduino?
Para cargas pequeñas (hasta unos cientos de mA), el 2N2222 o el BC547; para cargas mayores, un Darlington como el TIP120 o un MOSFET de nivel lógico.
¿El transistor NPN se puede reemplazar por un PNP?
No directamente: tienen polaridades opuestas y el circuito debe modificarse.