Perfecto. Aquí tienes una ampliación detallada del diseño de un **transistor bipolar de unión (BJT) tipo NPN**, cubriendo tanto su estructura física como su comportamiento eléctrico y proceso de fabricación.
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## **1. Estructura Física del Transistor NPN**
Un BJT NPN consta de tres regiones:
### **a. Emisor (N+)**
* Muy fuertemente dopado con donantes (p.ej., fósforo).
* Su función es **inyectar electrones** hacia la base.
* Su dopaje típico está en el orden de **10¹⁹ cm⁻³**.
### **b. Base (P)**
* Muy delgada (\~0.1 a 1 µm).
* Ligeramente dopada con aceptores (p.ej., boro).
* Su función es **permitir el paso de electrones** del emisor al colector con mínima recombinación.
* Dopaje típico: **10¹⁶ – 10¹⁷ cm⁻³**.
### **c. Colector (N)**
* Moderadamente dopado con donantes.
* Más grande físicamente para disipar calor.
* Recoge los electrones que atraviesan la base.
* Dopaje típico: **10¹⁵ – 10¹⁶ cm⁻³**.
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## **2. Principio de Funcionamiento**
### **Polarización directa entre Emisor y Base**
* Se aplica un voltaje positivo en el emisor respecto a la base (\~0.7 V).
* Esto **inyecta electrones** del emisor a la base.
### **Polarización inversa entre Base y Colector**
* Se aplica un voltaje positivo al colector respecto a la base.
* Los electrones cruzan la base (que es muy delgada) y son atraídos hacia el colector.
### **Ganancia de corriente (Beta o hFE)**
* Relación entre corriente de colector y corriente de base:
$$
\beta = \frac{I_C}{I_B}
$$
* Típicamente entre **50 y 300** en transistores pequeños.
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## **3. Proceso de Fabricación (Resumen simplificado)**
1. **Preparación de la oblea** de silicio tipo N.
2. **Difusión de la base** (dopaje tipo P) en la superficie.
3. **Difusión del emisor** tipo N+ en la región de base.
4. **Metalización** para formar terminales de colector, base y emisor.
5. **Pasivación y encapsulado**.
Esto se hace en capas, usando máscaras y litografía fotográfica.
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## **4. Parámetros Eléctricos Importantes**
| Parámetro | Símbolo | Típico |
| ------------------------- | ------- | -------------- |
| Tensión umbral EB | V\_BE | \~0.6 – 0.7 V |
| Tensión de ruptura CE | V\_CEO | 20 – 100 V |
| Corriente de colector máx | I\_C | mA – decenas A |
| Ganancia de corriente | β | 50 – 300 |
| Frecuencia de corte | f\_T | 1 – 300 MHz |
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## **5. Modelo para simulación (SPICE)**
Un modelo muy básico de un transistor NPN en SPICE:
```
Q1 C B E NPN
.model NPN NPN(IS=1E-16 BF=100 VAF=100)
```
* **IS**: corriente de saturación inversa
* **BF**: ganancia de corriente en continua
* **VAF**: tensión de Early
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## **6. Aplicaciones**
* **Amplificadores** (señales pequeñas y grandes)
* **Conmutadores digitales**
* **Osciladores**
* **Etapas de salida de potencia**
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¿Te gustaría ver un diagrama físico de las capas o un esquema eléctrico de conexión en un circuito real? También puedo mostrarte cómo se implementa este diseño en un software de simulación.
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