Transistor
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 móviles, etc.
Tipos de transitor
Hay dos tipos básicos de transistor:
a) Transistor bipolar o BJT (Bipolar Junction Transistor)
b) Transistor de efecto de campo, FET (Field Effect Transistor) o unipolar
Transistor bipolar
Consta de tres cristales semiconductores (usualmente de silicio) unidos entre sí.
Según como se coloquen los cristales hay dos tipos básicos de transistores bipolares.
- Transistor NPN: en este caso un cristal P está situado entre dos cristales N. Son los más comunes.
- Transistor PNP: en este caso un cristal N está situado entre dos cristales P.
La capa de en medio es mucho más estrecha que las otras dos.
En cada uno de estos cristales se realiza un contacto metálico, lo que da origen a tres terminales:
- Emisor (E): Se encarga de proporcionar portadores de carga.
- Colector (C): Se encarga de recoger portadores de carga.
- Base (B): Controla el paso de corriente a través del transistor. Es el cristal de en medio.
El conjunto se protege con una funda de plástico o metal.
Polarización del transistor
Se entiende por polarización del transistor las conexiones adecuadas que hay que realizar con corriente continua para que pueda funcionar correctamente.
Si se conectan dos baterías al transistor como se ve en la figura, es decir, con la unión PN de la base-emisor polarizada directamente y la unión PN de la base-colector polarizado inversamente.
Siempre que la tensión de la base emisor supere 0,7 V, diremos que el transistor está polarizado, es decir, que funciona correctamente.
Características funcionales del transistor bipolar
El transistor bipolar(conocido universalmente con la simple denominación de transistor ) es un elemento de circuito de tres terminales que puede cumplir funciones de amplificador (operación lineal )o llave(operación en la zona de corte y saturación).
Esta clasificación es válida tanto para los transistores de Germanio como para los transistores de silicio.
El comportamiento del transistor puede analizarse tomando en consideración sus características de entrada (terminales base emisor) y sus características de sal ida (control ejercido sobre los terminales colector -emisor por el circuito de entrada).
Características de entrada: terminales base-emisor
La diferencia entre el transistor NPN y PNP reside en el sentido de conducción, simbolizado por la flecha dibujada en el emisor.
Por razones puramente convencionales se ha adoptado el sentido de circulación de la corriente desde los puntos del circuito con polaridad positiva hacia los puntos de polaridad negativa.
Por lo expuesto, es evidente que los terminales de entrada del transistor conducirán solamente cuando la polaridad de los potenciales aplicados corresponda a la polaridad del diodo base emisor.
Características de salida: efecto de control base-colector
Midiendo la corriente que circula por los terminales colector -emisor, se observa que IC depende en forma di recta de la corriente IB:
a) si no circula corriente por el circuito base-emisor (fuente VBB desconectada) tampoco circula corriente por colector -ernisor. (Corriente IC prácticamente nula).
b) Todo aumento (o disminución) de la corriente IB se traduce como un aumento (o disminución) de la corriente IC.
Admitiendo una imprecisión no excesiva, se puede afirmar que existe una relación proporcional entre la corriente de base ( IB) y la corriente de colector ( IC)
Por otra par te, también se observa que valores pequeños de corriente en base ( IB) producen una circulación de corriente en colector ( IC) apreciablemente mayor.
Por ejemplo, en un transistor de baja potencia, una corriente de base de 0,1 mA produce una circulación en colector de 10 mA.
Esta característica de control entrada-sal ida se especi fica por medio de la relación entre el efecto ( IC) y la causa ( IB) (Componentes de corriente continua) , denominada Ganancia de corriente continua:
Ganancia de corriente continua hFE = Ic / Ib
El transistor bipolar frente a la válvula termoiónica y transistor bipolar, antes de la aparición del transistor los ingenieros utilizaban elementos activos llamados válvulas termoiónicas. Las válvulas tienen características eléctricas similares a la de los transistores de efecto campo (FET): la corriente que los atraviesa depende de la tensión en el borne de comando, llamado rejilla.
Las razones por las que el transistor reemplazó a la válvula termoiónica son varias:
- Las válvulas necesitan tensiones muy altas, del orden de las centenas de voltios, que son letales para el ser humano.
- Las válvulas consumen mucha energía, lo que las vuelve particularmente poco útiles para el uso con baterías.
Probablemente, uno de los problemas más importantes haya sido el peso. El chasis necesario para alojar las válvulas y los transformadores requeridos para su funcionamiento sumaban un peso importante, que iba desde algunos kilos a decenas de kilos.
El tiempo medio entre fallas de las válvulas termoiónicas es muy corto comparado con el de los transistores, sobre todo a causa del calor generado.
- Las válvulas presentan una cierta demora en comenzar a funcionar, ya que necesitan estar calientes para establecer la conducción.
- El transistor es intrínsecamente insensible al efecto microfónico, muy frecuente en las válvulas.
- Los transistores son más pequeños que las válvulas, incluso que los nuvistores.
Aunque existe unanimidad sobre este punto, conviene hacer una salvedad: en el caso de dispositivos de potencia, estos deben llevar un disipador, de modo que el tamaño que se ha de considerar es el del dispositivo (válvula o transistor) más el del disipador.
Como las válvulas pueden funcionar a temperaturas más elevadas, la eficiencia del disipador es mayor en ellas que en los transistores, con lo que basta un disipador mucho más pequeño.
Los transistores trabajan con impedancias bajas, o sea con tensiones reducidas y corrientes altas; mientras que las válvulas presentan impedancias elevadas y por lo tanto trabajan con altas tensiones pequeñas corrientes.
Finalmente, el costo de los transistores no solamente era muy inferior, sino que contaba con la promesa de que continuaría bajando (como de hecho ocurrió) con suficiente investigación y desarrollo.
Como ejemplo de todos estos inconvenientes se puede citar a la primera computadora digital, llamada ENIAC.
Era un equipo que pesaba más de treinta toneladas y consumía 200 kilovatios, suficientes para alimentar una pequeña ciudad. Tenía alrededor de 18.000 válvulas, de las cuales algunas se quemaban cada día, necesitando una logística y una organización importantes.
Cuando el transistor bipolar fue inventado en 1947, fue considerado una revolución.
Pequeño, rápido, fiable, poco costoso, sobrio en sus necesidades de energía, reemplazó progresivamente a la válvula termoiónica durante la década de 1950, pero no del todo.
En efecto, durante los años 1960, algunos fabricantes siguieron utilizando válvulas termoiónicas en equipos de radio de gama alta, como Collins y Drake; luego el transistor desplazó a la válvula de los transmisores pero no del todo de los amplificadores de radiofrecuencia.
Otros fabricantes, de equipo de audio esta vez, como Fender, siguieron utilizando válvulas en amplificadores de audio para guitarras.
Las razones de la supervivencia de las válvulas termoiónicas son varias:
El transistor no tiene las características de linealidad a alta potencia de la válvula termoiónica, por lo que no pudo reemplazarla en los amplificadores de transmisión de radio profesionales y de radioaficionados.
Los armónicos introducidos por la no-linealidad de las válvulas resultan agradables al oído humano, por lo que son preferidos por los audiófilos.
El transistor es muy sensible a los efectos electromagnéticos de las explosiones nucleares, por lo que se siguieron utilizando válvulas termoiónicas en algunos sistemas de control-comando de cazas de fabricación soviética.
Las válvulas son capaces de manejar potencias muy grandes, impensables en transistores.
Por ejemplo, en un gran concierto la amplificación de audio hacia los altavoces.
Fuentes: es.wikipedia.org / tecnologiafuentenueva.wikispaces.com / videosistemas.com