EL TRANSISTOR

Concepto:

El concepto de un transistor, comprende al dispositivo semiconductor electrónico que tiene la capacidad de actuar sobre las señales eléctricas, teniendo la función de interruptor de corte o saturación , amplificador. El transistor esta hecho para actuar sobre las señales eléctricas, los transistores de unión bipolar BJT son de 2 tipos polares :

1) NPN = Negativo Positivo Negativo

2) PNP = Positivo Negativo Positivo

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar 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 integrados.

Historia :

Durante los años 1928 y 1947 surgieron muchos inventores, científicos y físicos que trataron la idea de el principio del dispositivo semiconductor que podría generar controles a las señales electricas.

1928.- El fisico Julius Lilienfield busco patentar la idea de un método y aparato para controla las señales eléctricas,por lo cual este vendría a ser el reemplazo del estado solido del triodo.

1934.- El Alemán Oskar Heil patenta en alemania y gran bretaña un dispositivo similar para controlar señales electricas.

1943.- Bardeen, Brattain y Schokley inventaron el primer transistor de contacto de punto

Estos transistores sustituyen válvulas termoiónicas antiguas, con los transistores fue posible la invención de receptores de radio portátiles en forma de señales, y televisores de esta forma se facilitaron los diseños de circuitos electrónicos y la reducción del tiempo de encendido de aparatos que trabajan con señales eléctricas como el televisor.

Composición:

El transistor esta compuesto por tres partes:

BASE , COLECTOR Y EMISOR

Emisor :: que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.

Base = la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.

Colector = de extensión mucho mayor.

La técnica de fabricación más común es la deposición epitaxial. En su funcionamiento normal, la unión base-emisor está polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, porque es muy angosta, hay poca recombinación de portadores, y la mayoría pasa al colector. El transistor posee tres estados de operación: estado de corte, estado de saturación y estado de actividad.

Funcionamiento

En una configuración normal, la unión base-emisor se polariza en directa y la unión base-colector en inversa.​ Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre la base y el colector.

Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del ánodo compartida. En una operación típica, la unión base-emisor está polarizada en directa y la unión base-colector está polarizada en inversa. En un transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la unión base-emisor, el equilibrio entre los portadores generados térmicamente y el campo eléctrico repelente de la región agotada se desbalancea, permitiendo a los electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base. Estos electrones «vagan» a través de la base, desde la región de alta concentración cercana al emisor hasta la región de baja concentración cercana al colector. Estos electrones en la base son llamados portadores minoritarios debido a que la base está dopada con material P, los cuales generan «huecos» como portadores mayoritarios en la base.

2 Funciones:

1.- Función de corte o saturación

Deja pasar o corta señales eléctricas a partir de una pequeña señal de mando. Es decir, funciona Como Interruptor. Si no le llega corriente a la base Ib = 0A; es como si hubiera un interruptor abierto entre el colector y el emisor, no pasa corriente entre ellos (fíjate en la imagen de más abajo). Si le llega corriente a la base, entonces es como si hubiera un interruptor cerrado entre el colector y el emisor, ya que circula corriente entre ellos. De esta forma se utiliza como un componente para electrónica digital. Por ejemplo, Si la señal de entrada es 1 (corriente por la base) la señal de salida es 1 (corriente entre el colector y el emisor). Si la Ib es 0 la de salida también será 0.

2.- Funcion de Amplificador

Funciona como un elemento Amplificador de señales. Le llega una señal pequeña, intensidad de base (Ib) que se convierte en una más grande entre el colector y el emisor (Ic-e), que podríamos llamar de salida. Esta función es con la que trabajará como un componente de electrónica analógica, varios valores distintos puede tomar de entrada y salida.

En esta funcion el valor de la amplificacion del colector de la señal electrica se amplificara de acuerdo al valor de beta-veces de la base.

Mediciones en Funciones del Transistor

Una forma de medir la eficiencia del BJT es a través de la proporción de electrones capaces de cruzar la base y alcanzar el colector. El alto dopaje de la región del emisor y el bajo dopaje de la región de la base pueden causar que muchos más electrones sean inyectados desde el emisor hacia la base que huecos desde la base hacia el emisor. La ganancia de corriente emisor común está representada por beta-veces.

– Transistor en corte:  cuando no le llega nada de corriente a la base, no hay paso de corriente entre el colector y el emisor (en corte). En esta situación, entre el colector y emisor es como si hubiera un interruptor abierto. Ib = 0A, Ic-e = 0A. OJO el transistor seguirá en corte hasta llegar a la mínima Ib a la que se activa, un poco por encima normalmente de 0A. Podemos llamarla Ib mínima. Por ejemplo, podemos tener un transistor que hasta que no llega a una Ib de 0,3 miliamperios no se activa, por lo que con 0,2A seguirá en corte.

– Transistor en activa: Entre esa mínima Ib y la Ib máxima a partir de la cual ya no pasa más corriente entre el colector y el emisor, el transistor trabaja en activa. En esta franja de intensidades de base, la corriente de salida Ic-e depende de la corriente de entrada o de Ibase. Para calcular cuanto aumenta en esta zona de trabajo la Ic-e con respecto a la Ib de entrada tenemos la siguiente fórmula:

 Ic-e = β x Ib; donde β es lo que se llama la «Ganancia del Transistor». Imagina un transistor que tiene una ganancia de 10; quiere decir que la Ic será 10 veces mayor que la Ic. Si β fuera de 100, la Ic será 100 veces mayor que la Ib.

– Transistor en Saturación: A partir de cierta corriente de base máxima, aunque aumentemos la Ibase ya no aumenta la Ic-e. Es la Ib máxima para que pueda aumentar la corriente de salida entre colector y emisor Ic-e. Ic-e = Imáxima.

 Cada transistor tiene su propia Ib máxima y Ib mínima y por supuesto su propia Ic-e máxima. Intensidades que deberemos comprobar para el transistor que estemos utilizando y nunca sobrepasarlas, ya que nos cargaríamos el transistor.

Transistores NPN

NPN es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras «N» y «P» se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los «huecos» en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación.

Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la «base») entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector.

La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.

Transistores PNP

El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras «P» y «N» refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.

Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector.

La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.

Tipos de Transistores

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 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 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. Aplicando tensión positiva entre el drenador y el surtidor y conectando la puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la 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

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 de corriente de base. (IP) (modo de iluminación).