El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, ordenadores, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, teléfonos celulares, etc.
TIPOS
Transistor de contacto puntual
Llamado también transistor de punta de contacto, fue el primer transistor capaz de obtener ganancia, inventado en 1947 por J. Bardeen y W. 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 (W. Shockley, 1948) 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 en inglés, se fabrica básicamente sobre un mono cristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP.
La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o "huecos" (cargas positivas). Normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P).
La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica 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).
El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitaxia, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.
Transistor de unión unipolar o de efecto de campo
El transistor de unión unipolar, también llamado 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 drenado. Aplicando tensión positiva entre el drenado y el surtidor y conectando a puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de drenado 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, sólo 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).
Transistores de 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.
Emisor Común
Se puede decir que un transistor NPN es básicamente un circuito hecho con dos diodos conectados en oposición y con una toma intermedia, de la forma que vemos en la figura.
Su polarización correcta de funcionamiento es la siguiente: V emisor-base = directa, es decir, el diodo formado por emisor y base debe estar polarizado directamente. V base-colector = inversa. De esta forma podemos decir que un transistor está polarizado correctamente cuando lo hagamos como en el dibujo que sigue.
El transistor está en condiciones de funcionar. Es preciso aclarar que estas tensiones de polarización son más fuertes entre base y colector que entre base y emisor.
En el circuito amplificador, la polarización del transistor se consigue mediante el dividir la tensión formada por la resistencia R1 y R2 (R1=10K W , R2=3k3). Con el circuito en reposo (sin V e), podemos saber si el circuito funciona midiendo las tensiones de polarización y las intensidades de base, de emisor y de colector (Hay que recordar que I e=I b+I c).
Veamos ahora como se produce la amplificación en este circuito. Al amplificar una señal alterna en la entrada, estamos modificando la tensión de base-emisor del circuito, por consiguiente, la I b, depende de la conducción de transistor.
Supongamos que en la entrada aparece el semiciclo positivo de una señal alterna. A través del condensador de acople C1, se elevará la tensión de base, y por tanto, la de base-emisor. Esto hace que aumente I b y se reduzca la barrera entre base y colector. El resultado es que el transistor conduzca más, (aumenta la I c), aumenta la VR c y decrece entre colector y emisor ( por tanto también decrece entre colector y masa). La tensión de colector que antes era constante, ha disminuido y el condensador de desacoplo C 2 transmitiendo a la salida el descenso de V e como el semiciclo negativo, igual que en el de entrada pero amplificado y desfasado 150º. Pasemos ahora al semiciclo negativo en la entrada. A través de C 1 la tensión de base disminuirá, por tanto, la tensión V b-e , con lo que también lo hará la I b. De esta forma crece la barrera entre base y colector y el transistor conducirá menos (baja la I c). Así, aumenta la V e y al haber menos corriente, baja la tensión en R L. El efecto es que la tensión de colector sube u el condensador C2 transmite esta variación a la salida con el desfase de 180º indefinidamente.
El condensador de emisión se utiliza para estabilizar la tensión de emisor V e. Con las variaciones de corriente de colector se producen variaciones de tensión en R e, en colector emisor y en R e (Resistencia de emisor). Esta última no interesa mantenerla estable para que esta polarización continúe como si estuviera en estado de reposo, en el que la polarización del transistor es estable. El condensador C e mantiene la polarización de emisor constante y evita la distorsión producida por la misma tensión alterna de entrada
Base común
La señal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector. la base se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia sólo de tensión. La impedancia de entrada es baja y la ganancia de corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de emisor sale por la base. Si añadimos una resistencia de emisor, que puede ser la propia impedancia de salida de la fuente de señal, un análisis similar al realizado en el caso de emisor común, nos da la ganancia aproximada.
La base común se suele utilizar para adaptar fuentes de señal de baja impedancia de salida como, por ejemplo, micrófonos dinámicos.
Colector común
La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el emisor. El colector se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia de corriente, pero no de tensión que es ligeramente inferior a la unidad. La impedancia de entrada es alta, aproximadamente β+1 veces la impedancia de carga. Además, la impedancia de salida es baja, aproximadamente β veces menor que la de la fuente de señal.
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