¿QUÉ ES UN TRANSISTOR?
Dispositivo electrónico en estado sólido, cuyo principio de funcionamiento se basa en la física de los semiconductores. Este cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término “transistor” es la contracción en inglés de transfer resistor (“resistencia de transferencia”).
Actualmente se los encuentra 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, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, teléfonos móviles, etc. Este dispositivo semiconductor permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña.
TIPOS DE TRANSISTORES
Existen distintos tipos de transistores, de los cuales la clasificación más aceptada consiste en dividirlos en transistores de bipolares o BJT (Bipolar Junction Transistor) y transistores de efecto de campo o FET (Field Effect Transistor). La familia de los transistores de efecto de campo es a su vez bastante amplia, englobando los JFET, MOSFET, MISFET, etc…
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 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 drenador. Aplicando tensión positiva entre el drenador y el surtidor y conectando a 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.
Transistor bipolar
Los transistores bipolares surgen de la unión de tres cristales de semiconductor con dopajes diferentes e intercambiados. Se puede tener por tanto transistores PNP o NPN.
Tecnológicamente se desarrollaron antes los transistores BJT que los FET. El transistor de unión bipolar, o BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un monocristal 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, epitaxial, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.
Ejemplos de transistores de Unión Bipolar
2N4401, 2n3906 y 2n4402: Transistores de unión bipolar de mediana potencia, destinados para propósito general en amplificación y conmutación, construidos con semiconductor de silicio en diferentes formatos. Pueden amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias y trabajar a frecuencias medianamente altas.
¿COMO FUNCIONA UN TRANSISTOR?
El funcionamiento del transistor es muy sencillo: Si no hay corriente de base Ib, no hay corriente entre el colector y el emisor (Ic-e). Cuando le llega una corriente muy pequeña por la base Ib, tenemos una corriente entre el colector y el emisor (Ic-e) que será mayor que la Ib.
Podemos considerar la Ib como una corriente de entrada y la Ic-e como una de salida, entonces, cuando le llega una corriente muy pequeña de entrada por la base, obtenemos una corriente mucho mayor de salida (entre colector y emisor).
Según este funcionamiento se puede utilizar para 2 cosas básicamente, es decir, tiene dos funciones:
– Función 1. 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. Por ejemplo, uniendo 2 transistores en serie, obtendremos una puerta lógica AND, y 2 en paralelo una puerta OR. Podemos configurar todas las puertas lógicas que se estudian en electrónica digital. De hecho un circuito integrado esta compuesto por transistores.
– Función 2. 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.
TIPOS DE TRANSISTORES
Los transistores están formados por la unión de tres cristales semiconductores, dos del tipo P uno del tipo N (transistores PNP), o bien dos del tipo N y uno del P (transistores NPN). Puedes saber más sobre estas uniones aquí: Unión PN.
Una regla fácil para acordarse cual es cada uno según el símbolo es:
NPN = NoPincha==> la flecha no pincha el transistor.
PNP = Pincha ==> la flecha pincha el transistor.
¡¡¡Importante!!! En los transistores NPN se debe conectar al polo positivo el colector y la base, y en los PNP el colector y la base al polo negativo