transistores hacen que funcione tu mundo. transistores símbolo transistor

TRANSISTORES

Hacen que funcione tu mundo

Transistores

Transistores Símbolo transistor

Transistores

El transistor es un elemento semiconductor que tiene la propiedad de poder gobernar a voluntad, la intensidad que circula entre dos de sus tres terminales, a través de la acción de una pequeña corriente, mucho más baja que la anterior aplicada al tercer terminal.

Transistores

Los dos primeros terminales se llaman emisor y colector y el tercero recibe el nombre se base.

Aplicaciones del transistor

El transistor es, actualmente, el componente fundamental e imprescindible en cualquier circuito electrónico que realice funciones de amplificación

Aplicaciones del transistor

Control de procesos

Aplicaciones del transistor

Control de procesos

Aplicaciones del transistor

Control de procesos

Aplicaciones del transistor

Proceso de datos

Aplicaciones del transistor

Proceso de datos

Aplicaciones del transistor

cálculo numérico

Aplicaciones del transistor

radio televisión

Aplicaciones del transistor

radio

Aplicaciones del transistor

televisión

Aplicaciones del transistor

estabilización de tensión o corriente

Aplicaciones del transistor

estabilización de tensión o corriente

Aplicaciones del transistor

Telefonía

Aplicaciones del transistor

Y otras muchas aplicaciones

Formas de aplicación del transistor

Individual o discreta integrado

Formas de aplicación del transistor

integrado

Formas de aplicación del transistor

integrado

La válvula de vacío, el transistor y el circuito integrado.

La invención del transistor

Durante el año 1947, Bardeen estaba trabajando con sus compañeros Shockley y Brattain en los ya mencionados laboratorios Bell, cuando descubrieron un invento que les cambiaría la vida: El transistor Su trabajo no era precisamente el de descubrir el transistor, sino un proyecto de telefonía que, por unas causas u otras, acabó desembocando en este invento

El primer transistor

La invención del transistor

Antecedentes del transistor: el triodoComenzamos a partir de este momento a desgranar, o por lo menos a repasar, el funcionamiento de la válvula termoiónica que abrió el camino para el desarrollo de esta ciencia llamada electrónica.

Antecedentes del transistor: el triodo

En el año 1906, el inventor estadounidense Lee De Forest añadió un tercer electrodo a la válvula diodo, al que se llamó rejilla de control o simplemente rejilla, situada entre la placa y el cátodo.

Antecedentes del transistor: el triodo

Normalmente, la rejilla adquiría la forma de un muelle o espiral de hilo metálico que rodeaba al cátodo.La rejilla, al igual que los demás componentes del triodo, se conectaba mediante un conductor a una de las patas de conexión de la ampolla de vidrio que encerraba todo el dispositivo.

Antecedentes del transistor: el tríodoEl símbolo electrónico que se usa para representar el tríodo es prácticamente el mismo que se usa para el diodo, (cuando se emplea como dido una válvula termoiónica) con la particularidad de que se le ha añadido entre placa y cátodo una línea de trazos discontinua.

Antecedentes del transistor: el tríodo

Hemos cogido un tríodo, dos voltímetros (V1 y V2), un potenciómetro (P), una resistencia (R) y tres baterías (V1, V2 y V3). La batería B2 alimenta el filamento de la válvula. La batería B3 polariza la placa del tríodo con una tensión positiva con respecto al cátodo, mediante la resistencia R. Y la batería B1 está conectada directamente al potenciómetro P, que a su vez aplica una parte o toda la tensión de aquella a la rejilla de la válvula, dependiendo de la posición del cursor, haciéndola negativa con respecto al cátodo

Antecedentes del transistor: el tríodoCuando la tensión de la rejilla alcance los 10 voltios negativos la válvula dejará de conducir, ya que todos los electrones que salen del cátodo serán repelidos de nuevo hacia él por el fuerte rechazo que les provoca la elevada tensión negativa de la rejilla. Entonces la válvula entra en estado de corte, la caída de tensión en la resistencia R será nula ya que no circulará corriente alguna a través de ella.

Antecedentes del transistor: el tríodoPodemos usar el tríodo como amplificador de señales alternas, como por ejemplo amplificador de audio.

La invención del transistor

La creación del transistor es, probablemente, el mayor invento del siglo XX, y una enorme cantidad de la tecnología que usamos a día de hoy sería imposible sin los transistores. Algunos historiadores han llegado a decir que el transistor es para el siglo XX lo que la máquina de vapor fue para la Revolución Industrial

La invención del transistor

De hecho, dada la importancia del descubrimiento y para asegurarse la patente, los tres científicos mantuvieron en secreto su transistor unos cuantos meses hasta que terminaron de modificarlo por completo y crearon algo completamente funcional, para evitar así que alguien se les adelantara a la hora de patentarlo.

La invención del transistorY todo este esfuerzo dio sus frutos: El premio Nobel de física de 1956 fue para este trío de científicos "por sus investigaciones sobre los semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor".

La invención del transistor

La invención del transistor

Explicación de los transistores

Cuando pasa una pequeña corriente de la base al emisor, el transistor permite que pase una corriente grande entre el colector y el emisor.

Explicación de los transistores

Identificación de las patillas de un transistor

Zonas de funcionamiento de un transistor

El transistor tiene tres zonas de trabajo que vienen determinadas por la intensidad de base.

Zonas de funcionamiento de un transistor

Zonas de funcionamiento de un transistor

Corte. La intensidad de base es nula o de un valor muy pequeño, en este caso el transistor no conducirá y no se producirá circulación de intensidad entre el colector y el emisor del transistor.

Ib = 0

Ic = 0

Zonas de funcionamiento de un transistor

Zona activa. La intensidad de base provoca la conducción en el transistor y existe una proporcionalidad entre la corriente de la base y la corriente del colector, cuanto mayor sea la intensidad de la base mayor será la intensidad del colector.

Ic = K * Ib

Ib

Zonas de funcionamiento de un transistor

Saturación. Cuando la intensidad de base es grande el transistor conduce dejando parar por el colector la intensidad que requiera el circuito.

Ib

Ic = Toda la que necesite el circuito

Explicación de los transistores

Para explicar su funcionamiento recurriremos a la comparación con un circuito hidráulico.

Explicación de los transistores

Suponemos una tubería que dispone de una llave de paso B con un muelle de cierre que puede activarse por la presión que actúa sobre ella (en nuestro caso es la base). El agua intentará pasar del emisor E al colector C.

Explicación de los transistores

Si no hay presión en B (base) no puede abrir la válvula y no se produce paso del fluido de E a C (funcionamiento en corte).

Explicación de los transistores

Si llega algo de presión a B, se abrirá más o menos la válvula y dejará pasar más o menos fluido de E a C (funcionamiento en activa).

Explicación de los transistores

Si llega suficiente presión a B, de forma que abre totalmente la válvula, se comunica E con C y el fluido pasa sin dificultad (funcionamiento en saturación).

Explicación de los transistores

El transistor está constituido por tres capas de material semiconductor de los tipos n y p. Las tres capas se denominan emisor, base y colector.

Tipos de transistores

Los transistores se pueden conseguir en una gran variedad de formas y tamaños, pero sólo hay dos tipos básicos NPN y PNP.

Tipos de transistores

Tipos de transistores

Tipos de transistores

Según la potencia, el transistor tendrá que disipar más o menos calor. Cuando la potencia es pequeña el encapsulado del transistor es de plástico, cuando tiene que disipar una potencia elevada el encapsulado es metálico

Tipos de transistores

Tipos de transistores

En algunas ocasiones se les puede añadir un disipador, que no es más que un radiador para transmitir al aire el calor que se genera en el transistor y evitar que este se queme.

Tipos de transistores

Circuitos con transistor

El funcionamiento de un transistor es semejante al de un interruptor controlado por la corriente eléctrica. Si en la entrada no se aplica ninguna señal, el transistor no permite que circule corriente por su salida; pero si se aplica una señal, el transistor permite el paso de la corriente por la salida.

V1 9

T1 !NPN

R1 1k

Light1

SW

1

Circuitos con transistor

Para comprender la función de un transistor en un circuito podemos fijarnos en el funcionamiento del transistor de la figura. En el esquema de la figura el interruptor IN1 (SW1) está abierto y en estas condiciones la corriente no circulará en ninguna parte del circuito

V1 9

T1 !NPN

R1 1k

Light1

SW

1

Circuitos con transistor

Sin embargo, cuando IN! Está cerrado, una corriente muy pequeña circula por la base del transistor atravesando la resistencia R. Cuando esto ocurre, el transistor “se activa” permitiendo que una corriente más grande circule por su colector, saliendo por el emisor hacia la bombilla

V1 9

T1 !NPN

R1 1k

Light1

SW

1

Circuitos con transistor

Sin embargo, cuando IN! Está cerrado, una corriente muy pequeña circula por la base del transistor atravesando la resistencia R. Cuando esto ocurre, el transistor “se activa” permitiendo que una corriente más grande circule por su colector, saliendo por el emisor hacia la bombilla

V1 9

T1 !NPN

R1 1k

Light1

SW

1

Alarma del nivel de agua o detector de humedad

En algunas ocasiones necesitamos detectar la presencia de agua o el nivel de agua como por ejemplo podríamos construir un dispositivo que alerta a los ciegos sobre el nivel del agua de la bañera, podríamos detectar una fuga de agua en un lugar determinado o controlar el nivel de un depósito de agua y en función del mismo parar o poner una bomba de agua. Todas estas funciones las podemos realizar mediante un circuito electrónico con un transistor que detecte la presencia de agua.

Alarma del nivel de agua o detector de humedad

¿Por qué complicarnos la vida con transistores? ¿Por qué no ponemos en serie con una bombilla o con un zumbador, unas sondas que al ser mojadas por el agua (el agua es conductora de la electricidad) permitan el paso de la corriente eléctrica y nos lo active?

Alarma del nivel de agua o detector de humedad

El agua a pesar de ser conductora, presenta una resistencia muy grande, por lo que al estar las sondas en serie con el receptor que queremos activar, se produce una caída de tensión grande, y la intensidad que circula será pequeña, por lo que receptor no funcionará o funcionará muy mal.

Alarma del nivel de agua o detector de humedad

Para resolver el problema utilizaremos un circuito electrónico con un transistor en el que conectaremos las sondas en el circuito de la base del transistor y el zumbador o bombilla en el circuito del colector del transistor.

V1 9

T1 !NPN

R1 2,2k

Light1

Alarma del nivel de agua o detector de humedadLa corriente minúscula que pasa por el agua (entre las sondas) suministra la corriente de la base para “activar” el transistor. Entonces la corriente más grande del colector del transistor acciona el zumbador o bombilla. La resistencia R está incluida en este circuito para proteger al transistor. Si la corriente de la base se hiciera demasiado grande, el transistor se estropearía.

V1 9

T1 !NPN

R1 2,2k

Light1

V1 9

T1 !NPN

R1 1k

Light1

SW

1

Ganancia del transistor

Donde:•β = Ganancia•Ic = Intensidad del colector•Ib= Intensidad de base

En la zona activa una pequeña corriente que circule por la base de un transistor producirá el paso por el colector de una corriente mayor. Esto se conoce como amplificación de corriente. La medida de esta amplificación se denomina ganancia de corriente del transistor y viene dada por la expresión.

β = Ic / Ib

Ganancia del transistor

En el circuito de la figura la ganancia será:β = Ic / Ib =0,05/0,00025 = 200

Transistores en montaje Darlington

En algunas ocasiones la amplificación de un transistor único no suele ser suficiente en un circuito. Sin embargo si se alimenta la base de un segundo transistor con la corriente amplificada de otro transistor, se puede aumentar la amplificación muchas veces.

Transistores en montaje DarlingtonSi la guanacia de cada transistor del dibujo es de 100, por ejemplo, entonces la guanacia total combinada de los dos es 10.000Este método de conectar transistores se conoce con el nombre de par de Darlington.

Detector de luz

Este dispositivo nos va a accionar un receptor (bombilla, zumbador, motor, etc.) cuando detecte luz. Cuando incide luz sobre la LDR su resistencia será muy baja y nos hará entrar en conducción el transistor, produciendo el encendido de la bombilla.

V1 9

T1 !NPN

R1 1,8k

Light1

R2 2,2k

FR

1 N

OR

PS

-11

V1 9

T1 !NPN

R1 1k

Light1

SW

1

Detector de luz

Cuando se conecta la pila, la bombilla se enciende. La fotorresistencia (LDR) recibe luz, por lo que presenta una débil resistencia. El potencial de la base del transistor es suficiente para que se desbloquee. La resistencia R2 limita la corriente de base y protege el transistor. La resistencia R1 limita la corriente de la fotorresistencia. En efecto con una luz muy fuerte, podría cortocircuitar la pila.

V1 9

T1 !NPN

R1 1,8k

Light1

R2 2,2k

FR

1 N

OR

PS

-11

Detector de luz

Se puede utilizar este montaje como sistema de alarma de un cajón o el armario. Si alguien abre el cajón o el armario, la luz penetrar y pondrá en marcha la alarma sonora, si has sustituido la alarma por el zumbador.

Detector de oscuridad

El uso más conocido de este tipo de circuito es seguramente, la barrera luminosa de los grandes almacenes, que regula la apertura de las puertas.

Detector de oscuridad

El circuito puede servir también para el encendido automático de un alumbrado público.

Detector de oscuridad

para el encendido automático de las luces de posición de un coche.

Detector de oscuridad

También se pude realizar una barrera luminosa con este montaje, es suficiente dirigir el haz luminoso de la linterna hacia la LDR. Si el haz se interrumpe por alguien que pasa el transistor conmuta.

Detector de oscuridadCuando no incide la luz sobre la LDR, su resistencia aumenta, por lo que a la corriente le resulta más favorable el camino de la base del transistor que al que seguía cruzando la LDR.

V1 9

T1 !NPN

Light1

R1

1,8

k

R2 2,2k

FR1 NORPS-11

V1 9

T1 !NPN

R1 1k

Light1

SW

1

Detector de oscuridadCuando no incide la luz sobre la LDR, su resistencia aumenta, por lo que a la corriente le resulta más favorable el camino de la base del transistor que al que seguía cruzando la LDR.

V1 9

T1 !NPN

Light1

R1

1,8

k

R2 2,2k

FR1 NORPS-11

Detector de oscuridadCuando no incide la luz sobre la LDR, su resistencia aumenta, por lo que a la corriente le resulta más favorable el camino de la base del transistor que al que seguía cruzando la LDR.

V1 9

T1 !NPN

Light1

R1

1,8

k

R2 2,2k

FR1 NORPS-11

V1 9

T1 !NPN

R1 1k

Light1

SW

1

Detector de calor

El sensor de este circuito es un termistor. Los termistores se utilizan cuando se quiere poner en marcha determinados aparatos a determinadas temperaturas. Por ejemplo para preservar ciertos aparatos de un sobrecalentamiento, el termistor puede arrancar un ventilador.

Detector de calorEn una lavadora el termistor corta el calentamiento de agua cuando llega a la temperatura deseada, fijada previamente con un potenciómetro.

Detector de calor

También se puede utilizar para el control de temperatura en un sistema de calefacción central

Detector de calor

y como termostato para poner en marcha un ventilador cuando haga demasiado calor en una habitación.

Detector de calor

En el circuito empleamos un termistor NTC (Negative Temperature Coeficient Resistor) Cuando se conecta la pila la bombilla seno enciende. El termistor NTC, tiene una débil resistencia cuando hace calor y una resistencia elevada cuando hace frio. El calor de la mano es suficiente para calentar el termistor y volverlo conductor. No acercar nunca una llama al termistor, se podría destruir.

V1 9

T1 !NPN

Light1

R1

10

k

R2 1,8k

NTC

NT

C1

!D

efa

ult

Detector de calor

Cuando se calienta el termistor, este se vuelve conductor y la corriente circula a través del potenciómetro, hacia la base del transistor, éste se desbloquea y la bombilla se enciende. La resistencia R2 impide el cortocircuito de la pila y el potenciómetro, permite regular la sensibilidad del montaje.

V1 9

T1 !NPN

Light1

R1

10

k

R2 1,8k

NTC

NT

C1

!D

efa

ult

V1 9

T1 !NPN

R1 1k

Light1

SW

1

Detector de contacto

Este tipo de interruptor, en el que para accionarlo es suficiente con apoyar un dedo (no hace falta hacer presión, solo tocar), existe en numerosos aparatos eléctricos. En una televisión, por ejemplo, donde es suficiente tocar ligeramente un botón, para cambiar el programa u otra función y lo mismo en los mandos a distancia. Estos interruptores son también muy interesantes para los aparatos que utilizan los disminuidos físicos ya que les facilita su accionamiento. En definitiva el interruptor sensitivo es útil para todo tipo de mandos de aparatos eléctricos en las que se desee el máximo confort.

Detector de contactoEn este montaje, es suficiente tocar simultáneamente los contactos 1 y 2 con un dedo para que la bombilla se encienda.La resistencia del dedo seco es tan grande que solo deja pasar una corriente muy débil. Para amplificar esta corriente hemos de emplear un circuito que nos proporcione una amplificación mayor de la que podemos obtener con un solo transistor. Este circuito se realiza con dos transistores. La forma de conectar los dos transistores se llama montaje Darlington.

V1 9

T1 !NPN

Light1

T2 !NPN

R1

1,8

k

R2

6,8

k

1

2

Detector de contactoEn el montaje Darlington, la corriente del emisor del primer transistor sirve de corriente de base del segundo transistor. Supongamos que cada transistor solo proporciona una ganancia de 80 β1 = β 2 = 80

En el montaje Darlington, estas amplificaciones se multiplican la una por la otra, siendo la ganancia total del circuito:

βT = β1 * β2 = 80 * 80 = 6400

Que es muy superior a la de un solo transistor.

Detector de contactoCuando conectamos la pila al montaje, es suficiente tocar con uno de los dedos los dos contactos (1 y 2) para que la bombilla de ilumine.En efecto, una débil corriente circula a través de la resistencia R1 y por el dedo hacia la base del transistor T1, este se desbloquea y su corriente de emisor sirve de corriente de base del transistor T2. El transistor T2 se desbloquea y la bombilla se ilumina. Ello es debido a que la amplificación del circuito es tan grande que se puede encender una bombilla con una corriente tan débil como la que circula por el dedo.

V1 9

T1 !NPN

Light1

T2 !NPN

R1

1,8

k

R2

6,8

k

1

2V1 9

T1 !NPN

R1 1k

Light1

SW

1

Interruptor temporizado

Los mecanismos temporizadores se utilizan cuando se precisan duraciones regulares. Por ejemplo para fijar el ritmo de una lámpara intermitente, permanece encendida una bombilla durante cierto tiempo (luz de escalera), programar una lavadora, poner límite a la duración de juegos electrónicos, etc.

Interruptor temporizadoCuando se conecta la pila, la bombilla esta apagada. Cuando se cierra el interruptor, una corriente circula en la base del transistor la bombilla se enciende. Al mismo tiempo el condensador electrolítico se carga.

V1 9

T1 !NPN

Light1

R1 1,8k

C1 1m

SW

1

V1 9

T1 !NPN

R1 1k

Light1

SW

1

+ -

Interruptor temporizadoCuando abrimos el interruptor la bombilla continúa encendida. El condensador cargado se descarga ahora a través de la resistencia de la base del transistor. La corriente de descarga se debilita progresivamente, la bombilla brilla cada vez más débilmente hasta que el transistor se bloquea y la bombilla se apaga

V1 9

T1 !NPN

Light1

R1 1,8k

C1 1m

SW

1

V1 9

T1 !NPN

R1 1k

Light1

SW

1

+ -

Interruptor temporizadoLa duración de la descarga del condensador electrolítico depende de su capacidad y del valor de la resistencia. Una capacidad mayor del condensador electrolítico permite alargar la duración de la iluminación, mientras que una resistencia más pequeña la disminuye, ya que el condensador se puede descargar más rápidamente.

V1 9

T1 !NPN

Light1

R1 1,8k

C1 1m

SW

1

Ecuaciones del transistor

Ic = Ib * β

Ie = Ib + Ic

Ecuaciones del transistor

En el circuito de la base.La suma de las caídas de tensión en cada elemento será igual a la tensión de alimentación de ese circuitoVbb = Rb*Ib + Vbe + Re * Ie

Vbb 5

Vcc 5

T1 !NPN

Rb 1k

Rc

1k

Re

1k

Ecuaciones del transistor

En el circuito de la base.

Vbb 5

Vcc 5

T1 !NPN

Rb 1k

Rc

1k

Re

1k

Rb * IbVbe

Re * Ie

Vbb = Rb * Ib + Vbe +Re * Ie

Ecuaciones del transistor

En el circuito de la base.Se suele considerar el valor Vbe constante e igual a 0,6 V. si no hay resistencia en el emisor el termino de la ecuación Re* Ie, lógicamente valdrá 0.Vbb = Rb*Ib + Vbe + Re * Ie

Vbb 5

Vcc 5

T1 !NPN

Rb 1k

Rc

1k

Re

1k

Ecuaciones del transistor

En el circuito del colector.La suma de las caídas de tensión en cada elemento será igual a la tensión de alimentación de ese circuitoVcc = Rc*Ic + Vce + Re * Ie

Vbb 5

Vcc 5

T1 !NPN

Rb 1k

Rc

1k

Re

1k

Ecuaciones del transistor

En el circuito del colector.

Vbb 5

Vcc 5

T1 !NPN

Rb 1k

Rc

1k

Re

1k

Rc * Ic

Vce

Re * Ie

Vcc = Rc * Ic + Vce +Re * Ie

Calcular el punto de trabajo del transistor Q (Ib, Ic, Vce). La ganancia del transistor es 100.

Vbb = Vcc = Rb * Ib + Vbe12 = 125000 * Ib + 0,6Ib = 12 – 0,6 / 125000 = 0,0000912 A = 91,2 µAIc = ib*β = 0,0000912 *100 = 0,00912 A = 9,12 mAVcc = Rc * Ic + Vce12 = 100 * 0,00912 + VceVce = 12 – 0,912 = 11,08 V

Vcc 12

Rc

10

0

Rb

12

5k

T1 !NPN

Calcular el punto de trabajo del transistor Q (Ib, Ic, Vce). La ganancia del transistor es 100.

Vbb = Vcc = Rb * Ib + Vbe + Re * IeIe≈ IcIc = Ib * β ; Ie ≈ Ib * βVbb = Vcc = Rb * Ib + Vbe + Re * Ib * β12 = 125000 * Ib + 0,6 + 27 * Ib * 10012 = 0,6 + Ib (125000 + 27 * 100)Ib = 12 – 0,6 / (125000 + 27 * 100)= 0,00008927A = 89,27 µA

Vcc 12

Rc

10

0

Rb

12

5k

T1 !NPN

Re

27

Ic = Ib*β = 0,00008927*100 = 0,008927A = 8,927 mAVcc = Rc * Ic + Vce + Re * Ic12 = 100 * 0,008927+ Vce + 27 * 0,008927Vce = 12 – 0,8927 – 0,241 = 10,8 V

Vcc 12

Rc

10

0

Rb

12

5k

T1 !NPN

Re

27

Calcular el punto de trabajo del transistor Q (Ib, Ic, Vce). La ganancia del transistor es 100.

Vbb = Rb * Ib + Vbe12 = 8500, * Ib + 0,6Ib = 1,7 – 0,6 / 8500= 0,000129 A = 128 µAIc = ib*β = 0,000129 *100 = 0,0129 A = 12,9 mAVcc = Rc * Ic + Vce12 = 100 * 0,0129 + VceVce = 12 – 1,29 = 10,71V

Vcc 12T1 !NPN

Rc

10

0

Rb 8,5k

V1 1,7