Shockley, John Bardeen y Walter Brattain fueron acreedores al Premio Nobel

de Física en 1956

Iader Salgado

hasta sus ultimos avances

El transistor fue inventado en 1948 y por su descubrimiento, William

La historia su estudio y aplicación desde su aparición

El transistor

El transistor es el elemento más importante de los dispositivos semiconductores, pues es el

“ladrillo” con el que se construye el edificio de la tecnología electrónica moderna.

Hace más de 50 años, el 23 de diciembre de 1947, científicos de los Laboratorios Bell

demostraron que un dispositivo construido con base en materiales sólidos, podía

comportarse de forma prácticamente idéntica a las válvulas de vacío, pero sin sus

inconvenientes.

El transistor fue inventado en 1948 y por su descubrimiento, William Shockley, John

Bardeen y Walter Brattain fueron acreedores al Premio Nobel de Física en 1956.

Hoy día ha sido uno de los componentes más versátiles e importantes de la electrónica

moderna, 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 electrónicos de uso

diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de

cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, etc.

El transistor es usado básicamente en circuitos análogos y circuitos digitales, también existen

dos tipos de transistores los BIPOLARES que pertenecen a la familia de los transistores de

unión o BJT (del inglés Bipolar junction Transistor) y son dispositivos controlados por

corriente.

El otro tipo de transistores son los UNIPOLARES denominados como transistores de efecto

de campo, pertenecientes a las familias de los FET (Field Efect Transistor) y son dispositivos

controlados por voltaje.

Aunque dentro de cada una de las categorías de los transistores existen diversas variantes a

todos se les conoce como transistores, estos componentes son semiconductores lo que

significa que pueden actuar como conductores o como aislantes, por ello los fabricantes usan

dos tipos de materiales llamados N y P.

Es muy conocido el arsenal de componentes electrónicos de tipo semiconductor que está

acaparando el mercado, y también es obvio que muchas tecnólogas actualmente está a la

vanguardia con el uso cada vez más de dispositivos que en algún punto son desconocidos por

los técnicos electrónicos.

En esta entrega trataremos de actualizar nuestro conocimiento sobre algunos transistores

especiales, que si son o no son conocidos por usted sería bueno que le diera una ojeada a

este tema que no estaría demás ampliar u hondar en esta materia.

Transistores bipolares

Un transistor bipolar consta de tres electrodos llamados BASE, COLECTOR y EMISOR.

Generalmente existen en varios tamaños y encapsulados para baja, media y altas potencias,

lo que significa que algunos necesitaran de un disipador para disipar la potencia generada por

el cuerpo metálico del transistor.

por este electrodo.

TRANSISTOR NPN

Caso contrario está el PNP o sea que en este caso la flecha entra por el EMISOR indicando

que el potencial positivo si penetra por este electrodo.

TRANSISTOR PNP

Método de polarización de un transistor bipolar NPN

Los hay tipo NPN, donde la flecha sale del EMISOR o sea que el potencial positivo no penetra

En la siguiente imagen observamos la representacion esquematica y la practica del circuito

terminado, se trata de un probador de contuinidad a base de un transistor NPN y uno PNP.

Después de haber visto en su orden básico lo que es el transistor, también es bueno saber

que así como hay dos tipos de transistores también hay una variada familia del transistor

bipolar, y es en su orden lo que veremos a continuación.

La gran familia del transistor obedece a que cada día la tecnología nos ofrece un stándar de

aplicaciones que obligan al fabricante a crear diversos tipos de transistores cada día más

pequeños o más grandes orientados a las distintas aplicaciones.

El transistor de unión bipolar, o BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un

mono-cristal 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).

Transistor BJT

JUNTURAS DE UNION DEL TRANSISTOR

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.

Transistor Darlington

En electrónica, el transistor Darlington es un dispositivo semiconductor que combina dos

transistores bipolares en un tándem (a veces llamado par Darlington) en un único dispositivo.

La ganancia total del Darlington es el producto de la ganancia de los transistores individuales.

Un dispositivo típico tiene una ganancia en corriente de 1000 o superior.

También tiene un mayor desplazamiento de fase en altas frecuencias que un único transistor,

de ahí que pueda convertirse fácilmente en inestable. La tensión base-emisor también es

mayor, siendo la suma de ambas tensiones base-emisor, y para transistores de silicio es

transistores individuales. La intensidad del colector se halla multiplicando la intensidad de la

base por la beta total.

superior a 1.2V. La beta de un transistor o par Darlington se halla multiplicando los dos

Transistor IGBT

El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, del inglés Insulated Gate Bipolar

Transistor) es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor

controlado en circuitos de electrónica de potencia.

Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto

campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturación del transistor bipolar,

combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como

interruptor en un solo dispositivo. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET,

mientras que las características de conducción son como las del BJT.

Los transistores IGBT han permitido desarrollos que no habían sido viables hasta entonces,

en particular en los Variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en maquinas

eléctricas y convertidores de potencia que nos acompañan cada día y por todas partes, como

en: automóvil, tren, metro, autobús, avión, barco, ascensor, electrodoméstico, televisión,

domótica, Sistemas de Alimentación Ininterrumpida o SAI (en Inglés UPS), etc.

Se les llama transistores de conmutación o digitales porque su unión Emisor Colector trabaja

como switch, su encapsulado es de menor tamaño y los hay de tipo NPN con referencias

C144 y de tipo PNP con referencia A114, internamente trae incorporadas dos resistencias

Transistor de conmutación

una expuesta en la base y en serie con esta tiene otra entre la unión Base Emisor, estas

resistencias forman una resistencia total de aproximadamente 90KΩ.

Transistor de contacto puntual

Llamado también transistor de punta de contacto, fue el primer transistor capaz de obtener

ganancia, inventado en 1947 por John Bardeen y Walter 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.

Sistema de nomenclaturas

El sistema americano establecido por el JEDC, asigna para los transistores en número 2

seguido de la letra N y números del 100 al 9999 por ejemplo (2N2222A).

En algunos casos se le agrega una letra para indicar su ganancia A baja, B media, C alta

ganancia.

El sistema japonés establecido por JIS (Japan industrial stándard) se identifica con el

numero 2 seguido de una S y luego la letra (A, B, C, D) según el tipo de frecuencia, y por

ultimo varios números entre el 10 y 9999. Por ejemplo 2SA1887, 2SB646, 2SC733.

En algunos casos no se utilizan los dos primeros símbolos 2S sino que simplemente se le

coloca A1887, B646, C733.

El sistema europeo utiliza primero la letra A o B si el material es germanio o silicio seguido

de las letras C, D, F, L, y U según la potencia y la frecuencia luego combinadas con una letra

W, X, Y, y Z según el uso, y por ultimo varios números entre 100 y 9999. Ejemplos BC108,

BAW68, BF239, BFY51.

Algunos fabricantes como Motorola utilizan los sufijos MJ, MJE, MPS, MRF y varios números,

por ejemplo MJE1002.

Texas instruments tiene su propio sistema utilizando las letras TIP, TIPS.

Ejemplos TIP31, TIP 32.

Transistores unipolares

Los transistores unipolares tienen una impedancia extremadamente alta, y un bajo consumo

de potencia tal como el transistor bipolar son hoy día la columna vertebral de la tecnología

moderna.

Los transistores unipolares son dispositivos de tres terminales controlados por tensión, lo que

significa que en ellos una pequeña variación de voltaje aplicado al electrodo de control

llamado GATE (G) o compuerta produce una gran variación de la corriente a través de los

electrodos de salida SOURCE(S) o fuente y DRAIN (D) o drenador.

Al igual que el transistor bipolar existen dos tipos de FET, el de canal N señalado con la flecha

hacia dentro y el tipo P señalado con la flecha hacia afuera.

Transistor de efecto de campo

El transistor FET o 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 la 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.

El transistor de efecto de campo, o FET por sus siglas en inglés, que controla la corriente en

función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada.

Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante una unión PN.

Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la compuerta se

aísla del canal mediante un dieléctrico.

Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS significa Metal-Óxido-

Semiconductor, en este caso la compuerta es metálica y está separada del canal

semiconductor por una capa de óxido.

Transistor JFET

El JFET (Junction Field-Effect Transistor, en español transistor de efecto de campo de

juntura o unión) es un dispositivo electrónico, esto es, un circuito que, según unos valores

eléctricos de entrada, reacciona dando unos valores de salida.

En el caso de los JFET, al ser transistores de efecto de campo eléctrico, estos valores de

entrada son las tensiones eléctricas, en concreto la tensión entre los terminales S (fuente) y G

(puerta), VGS. Según este valor, la salida del transistor presentará una curva característica que

se simplifica definiendo en ella tres zonas con ecuaciones definidas: corte, óhmica y

saturación.

Transistor Mosfet

El uso habitual de Mosfet de canal N obedece a su alto rendimiento en el control de fuentes

conmutadas por su alta fidelidad de conmutación.

Este componente en vez de traer una juntura de B C E trae las iníciales G D S que

corresponde a Gate, o compuerta Drain o drenaje y Sourse o fuente.

El Fototransistor

Los fototransistores son sensibles a la radiación electromagnética en frecuencias cercanas a

la de la luz visible; debido a esto su flujo de corriente puede ser regulado por medio de la luz

incidente. Un fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal, sólo que puede

trabajar de 2 maneras diferentes:

Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo común);

Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de

corriente de base. (IP) (modo de iluminación).

Con el desarrollo tecnológico y evolución de la electrónica, la capacidad de los dispositivos

semiconductores para soportar cada vez mayores niveles de tensión y corriente ha permitido

su uso en aplicaciones de potencia. Es así como actualmente los transistores son empleados

en conversores estáticos de potencia, controles para motores y llaves de alta potencia

(principalmente inversores), aunque su principal uso está basado en la amplificación de

corriente dentro de un circuito cerrado.

El comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos (Modelo de Ebers-Moll), uno

entre base y emisor, polarizado en directo y otro diodo entre base y colector, polarizado en

inverso. Esto quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensión igual a la tensión

directa de un diodo, es decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicio y unos 0,4 para el

germanio.

Lo interesante del dispositivo es que en el colector tendremos una corriente proporcional a la

corriente de base: IC = β IB, es decir, ganancia de corriente cuando β>1. Para transistores

normales de señal, β varía entre 100 y 300.

http://laboratoriodeelectronika.es.tl

Manual elaborado por: Iader Salgado Especialista en software y hardware de equipos electrónicos

Material recopilado de diversas fuentes de internet, en su gran mayoria fue ligeramente adaptado pensando en las necesidades actuales.

Fuente: http://en.wikipedia.org