Transistores
Los grandes héroes del mundo electrónico.
Los transistores son la base del funcionamiento de la mayoría de los aparatos electrónicos.
Hoy Vicartechz te quiere mostrar brevemente el fascinante mundo de los transistores.
El Transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada.
Se diseñaron inicialmente para modular una señal eléctrica, actualmente se usa como amplificador, oscilador, conmutador o rectificador de estas señales.
Por ello son usados en casi todos los aparatos eléctricos que usas a diario. Fueron desarrollados para reemplazar a las válvulas de vacío o termiónicas que, además de ser voluminosas, producían mucho calor y consumían gran cantidad de energía.
El término Transistor es la contracción en inglés de transfer resistor («resistor de transferencia»).
La ausencia de partes móviles ha facilitado su uso ya que presentan un mejor tiempo de respuesta, mayor durabilidad y resistencia a vibraciones o golpes; además la tecnología ha permitido su miniaturización y fabricación a bajo costo.
En esta primera parte del blog la dedicaremos a los transistores de unión bipolar.
Construcción
Los transistores están fabricados con materiales semiconductores como el germanio (Ge), el silicio (Si) y el arseniuro de galio (GaAs).
Un transistor de unión bipolar (BJT por el inglés bipolar junction transistor), consta de tres partes de estos materiales a las que se les adiciona un “dopaje” de otros materiales (arsénico, fósforo, aluminio) para alterar el número de electrones de los enlaces covalentes empleados en la transmisión eléctrica; este proceso es conocido como polarización de un semiconductor, ya que genera zonas en las que hay una mayor cantidad de electrones libres o portadores de carga negativa (zonas N) o zonas en las que hay mayor cantidad de portadores de carga positiva (huecos por falta de electrones) llamadas zonas P.
Zona de empobrecimiento
En las zonas de contacto entre una zona P y una N se crea un “equilibro de portadores y huecos” por lo cual se les llama zona empobrecimiento ya que genera la necesidad de un voltaje (llamado voltaje de ruptura) para que la corriente fluya entre los semiconductores. Si el voltaje es menor no habrá corriente circulando y el transistor estará en su llamada “Región de corte.”
Terminales o pines
En los transistores de unión bipolar se suele instalar un terminal o pin en cada una de estas zonas: Emisor (emite portadores), Colector (colecta portadores) y Base (modula el paso de portadores).
De esta forma se tienen dos polarizaciones de uniones bipolares:
¿Cómo funcionan los transistores?
En los transistores la corriente que circula por el colector es amplificada de la que se “inyecta” en el emisor cuando una fuente de corriente continua alimenta a la base para que circule la carga por el colector, según el tipo de circuito que se utilice. El valor por el que se amplifica la corriente es llamado ganancia o beta del transistor y el las fichas técnicas usualmente se denota como hfe. Por lo cual es usado en electrónica análoga.
Si no se inyecta corriente en la base (o el voltaje entre base y emisor es menor al voltaje de corte), el transistor se comportará como un interruptor abierto, (región de corte) impidiendo el paso de corriente del emisor al colector, pero si se aplica una pequeña señal en la base (haciendo que el voltaje entre la base y el emisor sea superior al voltaje de ruptura) (región activa), el transistor permitirá el paso entre emisor y colector como un interruptor cerrado. Lo cual lo hace muy importante en la electrónica digital. Si se aumenta la señal en la base se llega a la región de saturación de transistor en la cual se llega a la máxima amplificación de la señal. Si se sobrepasa se quemará el transistor.
Transistor Darlington
Cuando se requiere aumentar la ganancia un transistor se puede conectar el colector a la base de otro transistor, esta configuración es llamada transistor Darlington (por su inventor el ingeniero Sidney Darlington) y comúnmente fabricada en la actualidad.
Ventajas y desventajas
Generalmente suele considerarse que la ganancia de un transistor Darlington es aproximadamente el producto de las ganancias de los transistores que lo componen. Lo cual a su vez permite controlar corrientes de magnitud importante con corrientes de base muy pequeñas. Las desventajas están en mayor valor de voltaje de corte e inestabilidad a altas frecuencias.
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