Transistores

Los Transistores

Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control.

Vienen a sustituir a las antiguas válvulas termoiónicas de hace unas décadas. Gracias a ellos fue posible la construcción de receptores de radio portátiles llamados comúnmente "transistores", televisores que se encendían en un par de segundos, televisores en color... Antes de aparecer los transistores, los aparatos a válvulas tenían que trabajar con tensiones bastante altas, tardaban más de 30 segundos en empezar a funcionar, y en ningún caso podían funcionar a pilas, debido al gran consumo que tenían.

Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran:

Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación)

Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de radiofrecuencia)

Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM)

Detección de radiación luminosa (fototransistores)

Los transistores de unión (uno de los tipos más básicos) tienen 3 terminales llamados Base, Colector y Emisor, que dependiendo del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas.

Funcionamiento y Composición de un Transistor

Los transistores son, dentro del mundo de la electrónica industrial, uno de los dispositivos más empleados y que, desde hace unas cuantas décadas sustituyen a las antiguas válvulas de vacío. Desde una visión muy generalista, podrían ser definidos como interruptores. Sin embargo, y al contrario que los interruptores a los que estamos habituados, éstos son controlados eléctricamente. De este modo, un transistor es un elemento de tres terminales: dos de fuerza y uno de control, siendo este último el que permitirá la conducción o no a través de los dos primeros.

Desde el punto de vista de su composición física, puede analizarse el transistor como tres capas de semiconductor dopadas. Esto significa que a un material semiconductor (como el Germanio o el Silicio) de elevada pureza se le agrega cierta cantidad de impurezas de forma que el nuevo material formado posea electrones libres o huecos (falta de electrones) que permitirán la conducción. Si la impureza insertada es un elemento del grupo III (Aluminio, Indio, Galio,…), se formará un material extrínseco de tipo P, con exceso de huecos. Si el material añadido es del grupo V (Arsénico, Fósforo,…), el material resultante será un semiconductor extrínseco de tipo N, con exceso de cargas libres.

Elementos de un Transistor:

• Emisor:

Que emite los portadores de corriente, (huecos o electrones). Su labor es la equivalente al cátodo en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas.

• Base:

Que controla el flujo de los portadores de corriente. Su labor es la equivalente a la rejilla cátodo en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas.

• Colector:

Que capta los portadores de corriente emitidos por el emisor. Su labor es la equivalente a la placa en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas.

Tipos de Transistores

Existen varios tipos que dependen de su proceso de construcción y de las aplicaciones a las que se destinan. Aquí abajo mostramos una tabla con los tipos de uso más frecuente y su simbología:

Transistor Bipolar de Unión (BJT)

Transistor de Efecto de Campo, de Unión (JFET)

Transistor de Efecto de Campo, de Metal-Óxido-Sem

• Transistor de Unión Bipolar (BJT):

El transistor de unión bipolar, a diferencia de otros transistores, no es usualmente un dispositivo simétrico. Esto significa que intercambiando el colector y el emisor hacen que el transistor deje de funcionar en modo activo y comience a funcionar en modo inverso. Debido a que la estructura interna del transistor está usualmente optimizada para funcionar en modo activo, intercambiar el colector con el emisor hacen que los valores de α y β en modo inverso sean mucho más pequeños que los que se podrían obtener en modo activo; muchas veces el valor de α en modo inverso es menor a 0.5. La falta de simetría es principalmente debido a las tasas de dopaje entre el emisor y el colector. El emisor está altamente dopado, mientras que el colector está ligeramente dopado, permitiendo que pueda ser aplicada una gran tensión de reversa en la unión colector-base antes de que esta colapse. La unión colector-base está polarizada en inversa durante la operación normal. La razón por la cual el emisor está altamente dopado es para aumentar la eficiencia de inyección de portadores del emisor: la tasa de portadores inyectados por el emisor en relación con aquellos inyectados por la base. Para una gran ganancia de corriente, la mayoría de los portadores inyectados en la unión base-emisor deben provenir del emisor.

El transistor es un dispositivo de tres zonas o capas. Podemos tener una zona de material tipo n en medio de dos zonas de material tipo p, en este caso se denomina transistor pnp, o bien tener una zona tipo p con dos zonas tipo n a cada lado, en cuyo caso estaríamos hablando de un transistor npn.

Estructura del transistor BJT.

La zona central se denomina base, y las laterales emisor y colector. Cada una de las zonas consta de un terminal por donde extraer las corrientes. Estos terminales se representan por la inicial del nombre de la zona respectiva: E, B y C. La zona de emisor es la más fuertemente dopada de las 3, es la zona encargada de “emitir” o inyectar portadores mayoritarios hacia la base. Huecos en el caso de un transistor pnp o electrones en el caso del transistor pnp. La base tiene un nivel de dopado netamente inferior al de la zona de emisor. Se trata de una zona con un espesor muy inferior al de las capas exteriores. Su misión es la de dejar pasar la mayor parte posible de portadores inyectados por el emisor hacia el colector. La zona de colector, como su propio nombre indica es la encargada de recoger o “colectar” los portadores que inyectados por el emisor han sido capaces de atravesar la base. Es la zona con un nivel de dopado inferior de las tres.

• Transistor FET:

El JFET es un dispositivo unipolar, ya que en su funcionamiento sólo intervienen los portadores

...