TRANSISTOR

. TRANSISTORE es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. TIPOS DE TRANSISTORESTRANSISTOR 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 BIPOLAR.

El transistor de unión bipolar, o BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un mono cristal de Germanio, Silicio o Arsénico 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 delas 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 zonaP de aceptadores o "huecos" (cargas positivas). Normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes Nal Arsénico (As) o Fósforo(P).La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP oNPN, 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 designo 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.

  TRANSISTOR DE UNIÓN UNIPOLAR O DE EFECTO DE CAMPO

El 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 decampo 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 drenado. 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.El transistor de efecto de campo, o FET por sus siglas en inglés, que controla lacorriente 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.

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)

MOSFET.

Son las siglas de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Consiste en un transistor de efecto de campo basado en la estructura MOS. Es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica. La práctica totalidad de los circuitos integrados de uso comercial están basados en transistores MOSFET.Fue ideado teóricamente por el alemán Julius Von Edgar Lilienfeld en 1930, aunque debido a problemas de carácter tecnológico y el desconocimiento acerca de cómo se comportan los electrones sobre la superficie del semiconductor no se pudieron fabricar hasta décadas más tarde. Tambien se llama mosfet a los aislados por juntura de dos componentes.

FuncionamientoUn transistor MOSFET consiste en un sustrato de material semiconductor dopado en el que separadas por un área sobre la cual se hace crecer una capa de dieléctrico culminada por una capa de conductor.Tipos de MosfetLos transistores MOSFET se dividen en dos tipos fundamentales dependiendo de cómo se haya realizado el dopaje: Tipo nMOS: Sustrato de tipo p y difusiones de tipo n. Tipo pMOS: Sustrato de tipo n y difusiones de tipo p. Las áreas de difusión se denominan fuente y drenador, y el conductor entre ellos es la puerta.Estados de los MosfetEl transistor MOSFET tiene tres estados de funcionamiento:Estado de corteEstado de corte Cuando la tensión de la puerta es idéntica a la del sustrato.Estado de NO conducciónEl MOSFET está en estado de no conducción: ninguna corriente fluye entre fuente y drenador aunque se aplique una diferencia de potencial entre ambos.Conducción linealAl polarizarse la puerta con una tensión negativa (pMOS) o positiva (nMOS), se crea una región de deplexión en la región que separa la fuente y el drenador. Si esta tensión crece lo suficiente, aparecerán portadores minoritarios (electrones en nMOS, huecos en pMOS) en la región de deplexión que darán lugar a un canal de conducción.

• El JFET de canal n está constituido por una barra de silicio de material semiconductor de tipo n con dos regiones (islas) de material tipo p situadas a ambos lados. Es un elemento tri-terminal cuyos terminales se denominan drenador (drain), fuente (source) y puerta (gate).

• La polarización de un JFET exige que las uniones p-n estén inversamente polarizadas. En un JFET de canal n, o NJFET, la tensión de drenador debe ser mayor que la de la fuente para que exista un flujo de corriente a través de canal. Además, la puerta debe tener una tensión más negativa que la fuente para que la unión p-n se encuentre polarizado inversamente.

• Las curvas de características eléctricas de un JFET son muy similares a las curvas de los transistores bipolares. Sin embargo, los JFET son dispositivos controlados por tensión a diferencia de los bipolares que son dispositivos controlados por corriente.

• Por ello, en el JFET intervienen como parámetros: ID (intensidad drain o drenador a source o fuente), VGS (tensión gate o puerta a source o fuente) y VDS (tensión drain o drenador a source o fuente). Se definen cuatro regiones básicas de operación: corte, lineal, saturación y ruptura. A continuación se realiza una descripción breve de cada una de estas regiones para el caso de un NJFET.

TRANSISTOR

Ventajas

Ventajas del FET 1) Son dispositivos controlados por tensión con una impedancia de entrada muy elevada (107 a 1012 ohmios). 2) Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT. 3) Los FET son más estables con la temperatura que los BJT. 4) Los FET son más fáciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos y permiten integrar más dispositivos en un CI.5) Los FET se comportan como resistencias controlados por tensión para valores pequeños de tensión drenaje-fuente. 6) La alta impedancia de entrada de los FET les permite retener carga el tiempo suficiente para permitir su utilización como elementos de almacenamiento. 7) Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes.

Desventajas

Desventajas que limitan la utilización de los FET 1.Los FET presentan una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacidad de entrada .2. Los FET presentan una linealidad muy pobre, y en general son menos lineales que los BJT.3.Los FET se pueden dañar debido a la electricidad estática. En este apartado se estudiarán previamente las características de ambos dispositivos orientadas principalmente a sus aplicaciones analógicas.

TRANSISTOR JFET

• Encapsulado de un JFET de baja potencia, similar a un BJT

• El transistor JFET (Junction Field Efect Transistor, que se traduce como transistor de efecto de campo) es un dispositivo electrónico activo unipolar.

• Historia• Desde 1953 se propuso su fabricación por Van

Nostrand (5 años después de los BJT). Aunque su fabricación no fue posible hasta mediados de los años 80.

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Funcionamiento básico

• El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor o FET, en inglés) es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial.

• Tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente (source). La puerta es la terminal equivalente a la base del BJT. El transistor de efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente.

• Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET son también de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de si la aplicación de una tensión positiva en la puerta pone al transistor en estado de conducción o no conducción, respectivamente.

• El JFET es un transistor de efecto de campo, es decir, su funcionamiento se basa en las zonas de deplexión que rodean a cada zona P al ser polarizadas inversamente.

• Cuando aumentamos la tensión en el diodo compuerta-fuente, las zonas de deplexión se hacen más grandes, lo cual hace que la corriente que va de fuente a drenaje tenga más difucultades para atravesar el canal que se crea entre las zonas de deplexión, cuanto mayor es la tension inversa en el diodo compuerta-fuente, menor es la corriente entre fuente y drenaje.

• Por esto, el JFET es un dispositivo controlado por tensión y no por corriente. Casi todos los electrones que pasan a través del canal creado entre las zonas de deplexión van al drenaje, por lo que la corriente de drenaje es igual a la corriente de fuente  .

Funcionamiento básico

• El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor o FET, en inglés) es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial.

• Tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente (source). La puerta es la terminal equivalente a la base del BJT. El transistor de efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente.

• Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET son también de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de si la aplicación de una tensión positiva en la puerta pone al transistor en estado de conducción o no conducción, respectivamente.

• El JFET es un transistor de efecto de campo, es decir, su funcionamiento se basa en las zonas de deplexión que rodean a cada zona P al ser polarizadas inversamente.

• Cuando aumentamos la tensión en el diodo compuerta-fuente, las zonas de deplexión se hacen más grandes, lo cual hace que la corriente que va de fuente a drenaje tenga más difucultades para atravesar el canal que se crea entre las zonas de deplexión, cuanto mayor es la tension inversa en el diodo compuerta-fuente, menor es la corriente entre fuente y drenaje.

Por esto, el JFET es un dispositivo controlado por tensión y no por corriente. Casi todos los electrones que pasan a través del canal creado entre las zonas de deplexión van al drenaje, por lo que la corriente de drenaje es igual a la corriente de fuente  .

Polarización y curvas características

 Curvas características de un JFET canal N

• Este tipo de transistor se polariza de manera diferente al transistor bipolar. La terminal de drenaje se polariza positivamente con respecto al terminal de fuente (Vdd) y la compuerta se polariza negativamente con respecto a la fuente (-Vgg).

• A mayor voltaje -Vgg, más angosto es el canal y más difícil para la corriente pasar del terminal drenador (drain) al terminal fuente o source. La tensión -Vgg para la que el canal queda cerrado se llama punch-off y es diferente para cada JFET.

• El transistor de juntura bipolar es un dispositivo operado por corriente y requieren que halla cambios en la corriente de base para producir cambios en la corriente de colector. El JFET es controlado por tensión y los cambios en tensión de la compuerta a fuente modifican la región de rarefacción (deplexión) y causan que varíe el ancho del canal.

Transistor Canal N

Transistor de canal N • Todas las regiones• Además se cumple:  • Región de corte• Región de triodo• Entonces se puede despreciar dicho término en la

ecuación quedando:• Región de estrangulamiento• Generalmente el valor de   se puede despreciar,

quedando así la ecuación:

Transistor Canal P

• Todas las regiones• Además se cumple:  • Región de corte• Región de triodo• Entonces se puede despreciar dicho término en la

ecuación quedando:• Región de estrangulamiento• Generalmente el valor de   se puede despreciar,

quedando así la ecuación:

Modelo del transistor JFET a pequeña señal

• Se observa que éste funciona como una fuente dependiente de corriente controlada por el voltaje compuerta-fuente. La impedancia de entrada de este dispositivo es lo suficientemente alta como para no incluirla en el modelo, a diferencia de lo que ocurre con el transistor BJT.

• Para que el modelo de pequeña señal tenga validez, debe cumplirse la siguiente condición:

• Esta condición, en general es utilizada para el diseño y análisis de amplificadores, sobre todo para conocer el rango de valores en amplitud que puede soportar el amplificador en la entrada sin que haya distorsión en la señal de salida.

Modelo en SPICE• Modelo manejado por el programa SPICE• En la imagen se observa el modelo que maneja el programa SPICE al

momento de realizar simulaciones. Nótese que, a diferencia del modelo de pequeña señal, aquí se incluyen otros componentes que permiten determinar el comportamiento del JFET en un rango de frecuencias más amplio, así como amplitudes de señal no necesariamente pequeñas. Es de notarse que se agregan diodos al modelo.

• En el presente artículo no se pretende hacer un análisis profundo sobre dicho modelo, simplemente se menciona como referencia para estudios posteriores por parte del interesado. Para una mejor comprensión de los parámetros que se utilizan véase Modelo del JFET en SPICE.

• Es importante recordar que los modelos sólo simplifican el análisis realizado por el programa correspondiente durante la simulación de un circuito. Para el caso de los transistores JFET los modelos usados dan excelentes resultados, sin embargo existen otros dispositivos en los que no es posible obtener simulaciones precisas, principalmente por el tipo de curvas características que éstos exhiben (si sus curvas presentan discontinuidades pronunciadas, sensibilidad al ruido, sensibilidad a los cambios de temperatura, etc.).