Transistor

El transistor es un dispositivo electrnico semiconductorutilizado para entregar una seal de salida en res-puesta a una seal de entrada.[1]Cumple funciones deamplicador, oscilador, conmutador o recticador. El tr-mino transistor es la contraccin en ingls de transferresistor (resistor de transferencia). Actualmente se en-cuentran prcticamente en todos los aparatos electrnicosde uso diario: radios, televisores, reproductores de audioy video, relojes de cuarzo, computadoras, lmparas uo-rescentes, tomgrafos, telfonos celulares, entre otros.

1 HistoriaEl transistor bipolar fue inventado en los LaboratoriosBell de Estados Unidos en diciembre de 1947 por JohnBardeen, Walter Houser Brattain y William BradfordShockley, quienes fueron galardonados con el PremioNobel de Fsica en 1956. Fue el sustituto de la vlvulatermoinica de tres electrodos, o triodo.El transistor de efecto campo fue patentado antes que eltransistor BJT (en 1930), pero no se dispona de la tec-nologa necesaria para fabricarlos masivamente.Es por ello que al principio se usaron transistores bipo-lares y luego los denominados transistores de efecto decampo (FET). En los ltimos, la corriente entre el sur-tidor o fuente (source) y el drenaje (drain) se contro-la mediante el campo elctrico establecido en el canal.Por ltimo, apareci el MOSFET (transistor FET de tipoMetal-xido-Semiconductor). Los MOSFET permitie-ron un diseo extremadamente compacto, necesario paralos circuitos altamente integrados (CI).Hoy la mayora de los circuitos se construyen con tecnolo-ga CMOS. La tecnologa CMOS (Complementary MOS MOS Complementario) es un diseo con dos diferen-tes MOSFET (MOSFET de canal n y p), que se comple-mentan mutuamente y consumen muy poca corriente enun funcionamiento sin carga.El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio)y tres partes dopadas articialmente (contaminadas conmateriales especcos en cantidades especcas) queforman dos uniones bipolares, el emisor que emiteportadores, el colector que los recibe o recolecta y latercera, que est intercalada entre las dos primeras, mo-dula el paso de dichos portadores (base). A diferenciade las vlvulas, el transistor es un dispositivo contro-lado por corriente y del que se obtiene corriente am-plicada. En el diseo de circuitos a los transistores se

les considera un elemento activo, a diferencia de losresistores, condensadores e inductores que son elemen-tos pasivos. Su funcionamiento slo puede explicarse me-diante mecnica cuntica.De manera simplicada, la corriente que circula por elcolector es funcin amplicada de la que se inyecta en elemisor, pero el transistor slo grada la corriente que cir-cula a travs de s mismo, si desde una fuente de corrien-te continua se alimenta la base para que circule la cargapor el colector, segn el tipo de circuito que se utilice. Elfactor de amplicacin o ganancia logrado entre corrien-te de colector y corriente de base, se denomina Beta deltransistor. Otros parmetros a tener en cuenta y que sonparticulares de cada tipo de transistor son: Tensiones deruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de ColectorBase, Potencia Mxima, disipacin de calor, frecuenciade trabajo, y varias tablas donde se gracan los distintosparmetros tales como corriente de base, tensin Colec-tor Emisor, tensin Base Emisor, corriente de Emisor,etc. Los tres tipos de esquemas(conguraciones) bsicospara utilizacin analgica de los transistores son emisorcomn, colector comn y base comn.Modelos posteriores al transistor descrito, el transis-tor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET, CMOS,VMOS, etc.) no utilizan la corriente que se inyecta en elterminal de base para modular la corriente de emisor ocolector, sino la tensin presente en el terminal de puertao reja de control (graduador) y grada la conductancia delcanal entre los terminales de Fuente y Drenaje. Cuandola conductancia es nula y el canal se encuentra estrangu-lado, por efecto de la tensin aplicada entre Compuertay Fuente, es el campo elctrico presente en el canal elresponsable de impulsar los electrones desde la fuente aldrenaje. De este modo, la corriente de salida en la car-ga conectada al Drenaje (D) ser funcin amplicada dela Tensin presente entre la Compuerta (Gate) y Fuente(Source). Su funcionamiento es anlogo al del triodo, conla salvedad que en el triodo los equivalentes a Compuer-ta, Drenador y Fuente son Reja (o Grilla Control), Placay Ctodo.Los transistores de efecto de campo son los que han per-mitido la integracin a gran escala disponible hoy en da;para tener una idea aproximada pueden fabricarse varioscientos de miles de transistores interconectados, por cen-tmetro cuadrado y en varias capas superpuestas.

1

2 2 TIPOS DE TRANSISTOR

Distintos encapsulados de transistores.

2 Tipos de transistor

2.1 Transistor de contacto puntual

Llamado tambin transistor de punta de contacto, fueel primer transistor capaz de obtener ganancia, inventadoen 1947 por John Bardeen y Walter Brattain. Consta deuna base de germanio, semiconductor para entonces me-jor conocido que la combinacin cobre-xido de cobre,sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metlicasque constituyen el emisor y el colector. La corriente debase es capaz de modular la resistencia que se ve en elcolector, de ah el nombre de transfer resistor. Se basa enefectos de supercie, poco conocidos en su da. Es dif-cil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frgil (ungolpe poda desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargoconvivi con el transistor de unin (W. Shockley, 1948)debido a su mayor ancho de banda. En la actualidad hadesaparecido.

2.2 Transistor de unin bipolar

Ic

IBB

C

EIE

Diagrama de Transistor NPN

El transistor de unin bipolar (o BJT, por sus siglas delingls bipolar junction transistor) se fabrica bsicamentesobre un monocristal de Germanio, Silicio o Arseniurode galio, que tienen cualidades de semiconductores, esta-do intermedio entre conductores como los metales y losaislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal,se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dosde las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedandoformadas dos uniones NP.La zona N con elementos donantes de electrones (cargasnegativas) y la zona P de aceptadores o huecos (car-gas positivas). Normalmente se utilizan como elementosaceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio (Ga)y donantes N al Arsnico (As) o Fsforo (P).La conguracin de uniones PN, dan como resultadotransistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siem-pre corresponde a la caracterstica de la base, y las otrasdos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipoy de signo contrario a la base, tienen diferente contami-nacin entre ellas (por lo general, el emisor est muchoms contaminado que el colector).El mecanismo que representa el comportamiento semi-conductor depender de dichas contaminaciones, de lageometra asociada y del tipo de tecnologa de contami-nacin (difusin gaseosa, epitaxial, etc.) y del comporta-miento cuntico de la unin.

2.3 Transistor de efecto de campoEl transistor de efecto de campo de unin (JFET), fue elprimer transistor de efecto de campo en la prctica. Loforma una barra de material semiconductor de silicio detipo N o P. En los terminales de la barra se establece uncontacto hmico, tenemos as un transistor de efecto decampo tipo N de la forma ms bsica. Si se difunden dosregiones P en una barra de material N y se conectan ex-ternamente entre s, se producir una puerta. A uno deestos contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador.Aplicando tensin positiva entre el drenador y el surtidory conectando la puerta al surtidor, estableceremos una co-rriente, a la que llamaremos corriente de drenador conpolarizacin cero. Con un potencial negativo de puerta alque llamamos tensin de estrangulamiento, cesa la con-duccin en el canal.El transistor de efecto de campo, o FET por sus siglas eningls, que controla la corriente en funcin de una tensin;tienen alta impedancia de entrada.

Transistor de efecto de campo de unin, JFET, cons-truido mediante una unin PN.

Transistor de efecto de campo de compuerta aisla-da, IGFET, en el que la compuerta se asla del canalmediante un dielctrico.

Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET,donde MOS signica Metal-xido-Semiconductor,

4.1 Emisor comn 3

en este caso la compuerta es metlica y est separa-da del canal semiconductor por una capa de xido.

2.4 Fototransistor

Los fototransistores son sensibles a la radiacin electro-magntica en frecuencias cercanas a la de la luz visible;debido a esto su ujo de corriente puede ser regulado pormedio de la luz incidente. Un fototransistor es, en esen-cia, lo mismo que un transistor normal, slo que puedetrabajar de 2 maneras diferentes:

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

Como fototransistor, cuando la luz que incide en esteelemento hace las veces de corriente de base. (IP)(modo de iluminacin).

3 Transistores y electrnica de po-tencia

Con el desarrollo tecnolgico y evolucin de laelectrnica, la capacidad de los dispositivos semiconduc-tores para soportar cada vez mayores niveles de tensin ycorriente ha permitido su uso en aplicaciones de poten-cia. Es as como actualmente los transistores son emplea-dos en conversores estticos de potencia, controles paramotores y llaves de alta potencia (principalmente inver-sores), aunque su principal uso est basado en la ampli-cacin de corriente dentro de un circuito cerrado.

4 El transistor bipolar como ampli-cador

El comportamiento del transistor se puede ver como dosdiodos (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 yemisor tendremos una tensin igual a la tensin directa deun diodo, es decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicioy unos 0,4 para el germanio.Lo interesante del dispositivo es que en el colector ten-dremos una corriente proporcional a la corriente de base:IC = IB, es decir, ganancia de corriente cuando >1.Para transistores normales de seal, vara entre 100 y300.Entonces, existen tres conguraciones para el amplica-dor:

E

CB

Vout

Vin

RC

V+

Emisor comn.

4.1 Emisor comn

La seal se aplica a la base del transistor y se extrae porel colector. El emisor se conecta a las masas tanto de laseal de entrada como a la de salida. En esta congura-cin se tiene ganancia tanto de tensin como de corriente.En caso de tener resistencia de emisor, RE > 50 , y pa-ra frecuencias bajas, la ganancia en tensin se aproximabastante bien por la siguiente expresin: GV = RCRE ; yla impedancia de salida, por RCComo la base est conectada al emisor por un diodo en di-recto, entre ellos podemos suponer una tensin constante,V. Tambin supondremos que es constante. Entoncestenemos que la tensin de emisor es: VE = VB VgY la corriente de emisor: IE = VERE =

VBVgRE

.La corriente de emisor es igual a la de colector ms lade base: IE = IC + IB = IB( + 1) = IC(1 + 1 ) .Despejando IC = IE1+ 1La tensin de salida, que es la de colector se calcula como:VC = V cc ICRC = V ccRC IE1+ 1Como >> 1, se puede aproximar: 1+ 1 = 1 y, entonces,VC = V ccRCIE = V ccRC VBVgREQue podemos escribir como VC = (V cc + RC VgRE ) RC

VBRE

Vemos que la parte (V cc+RC VgRE ) es constante (no de-

4 5 EL TRANSISTOR BIPOLAR FRENTE A LA VLVULA TERMOINICA

pende de la seal de entrada), y la parte VB RCRE nos dala seal de salida. El signo negativo indica que la seal desalida est desfasada 180 respecto a la de entrada.Finalmente, la ganancia queda: GV = VCVB = RCRELa corriente de entrada, IB = IE1+ , que aproximamospor IB = IE = VERE =

VBVgRE

.Suponiendo que VB>>V, podemos escribir: IB = VBREy la impedancia de entrada: Zin = VBIB =

VBVBRE

= RE

Para tener en cuenta la inuencia de frecuencia se debenutilizar modelos de transistor ms elaborados. Es muyfrecuente usar el modelo en pi.

4.2 Base comn

E

CB

RC

Vout

Vin

V+

Base comn.

La seal se aplica al emisor del transistor y se extrae por elcolector. La base se conecta a las masas tanto de la sealde entrada como a la de salida. En esta conguracin setiene ganancia slo de tensin. La impedancia de entradaes baja y la ganancia de corriente algo menor que uno,debido a que parte de la corriente de emisor sale por labase. Si aadimos una resistencia de emisor, que puedeser la propia impedancia de salida de la fuente de seal, unanlisis similar al realizado en el caso de emisor comn,nos da la ganancia aproximada siguiente: GV = RCRE .La base comn se suele utilizar para adaptar fuentes de

seal de baja impedancia de salida como, por ejemplo,micrfonos dinmicos.

4.3 Colector comn

Colector comn.

La seal se aplica a la base del transistor y se extrae por elemisor. El colector se conecta a las masas tanto de la se-al de entrada como a la de salida. En esta conguracinse tiene ganancia de corriente, pero no de tensin que esligeramente inferior a la unidad. La impedancia de entra-da es alta, aproximadamente +1 veces la impedancia decarga. Adems, la impedancia de salida es baja, aproxi-madamente veces menor que la de la fuente de seal.

5 El transistor bipolar frente a lavlvula termoinica

Antes de la aparicin del transistor los ingenieros utili-zaban elementos activos llamados vlvulas termoinicas.Las vlvulas tienen caractersticas elctricas similares ala de los transistores de efecto campo (FET): la corrien-te que los atraviesa depende de la tensin en el borne decomando, llamado rejilla. Las razones por las que el tran-sistor reemplaz a la vlvula termoinica son varias:

Las vlvulas necesitan tensiones muy altas, del ordende las centenas de voltios, que son peligrosas para elser humano.

Las vlvulas consumen mucha energa, lo que lasvuelve particularmente poco tiles para el uso conbateras.

Probablemente, uno de los problemas ms impor-tantes haya sido el peso. El chasis necesario para

5alojar las vlvulas y los transformadores requeridospara su funcionamiento sumaban un peso importan-te, que iba desde algunos kilos a decenas de kilos.

El tiempo medio entre fallas de las vlvulas termo-inicas es muy corto comparado con el de los tran-sistores, sobre todo a causa del calor generado.

Las vlvulas presentan una cierta demora en comen-zar a funcionar, ya que necesitan estar calientes paraestablecer la conduccin.

El transistor es intrnsecamente insensible al efectomicrofnico, muy frecuente en las vlvulas.

Los transistores son ms pequeos que las vlvulas,incluso que los nuvistores. Aunque existe unanimi-dad sobre este punto, conviene hacer una salvedad:en el caso de dispositivos de potencia, estos debenllevar un disipador, demodo que el tamao que se hade considerar es el del dispositivo (vlvula o transis-tor) ms el del disipador. Como las vlvulas puedenfuncionar a temperaturas ms elevadas, la ecien-cia del disipador es mayor en ellas que en los tran-sistores, con lo que basta un disipador mucho mspequeo.

Los transistores trabajan con impedancias bajas, osea con tensiones reducidas y corrientes altas; mien-tras que las vlvulas presentan impedancias elevadasy por lo tanto trabajan con altas tensiones y peque-as corrientes.

Finalmente, el costo de los transistores no solamenteera muy inferior, sino que contaba con la promesade que continuara bajando (como de hecho ocurri)con suciente investigacin y desarrollo.

Como ejemplo de todos estos inconvenientes se puede ci-tar a la primera computadora digital, llamada ENIAC.Era un equipo que pesaba ms de treinta toneladas y con-suma 200 kilovatios, sucientes para alimentar una pe-quea ciudad. Tena alrededor de 18 000 vlvulas, de lascuales algunas se quemaban cada da, necesitando una lo-gstica y una organizacin importantes.Cuando el transistor bipolar fue inventado en 1947, fueconsiderado una revolucin. Pequeo, rpido, able, po-co costoso, sobrio en sus necesidades de energa, reem-plaz progresivamente a la vlvula termoinica durantela dcada de 1950, pero no del todo. En efecto, duran-te los aos 1960, algunos fabricantes siguieron utilizandovlvulas termoinicas en equipos de radio de gama alta,como Collins y Drake; luego el transistor desplaz a lavlvula de los transmisores pero no del todo de los ampli-cadores de radiofrecuencia. Otros fabricantes, de equi-po de audio esta vez, como Fender, siguieron utilizandovlvulas en amplicadores de audio para guitarras. Lasrazones de la supervivencia de las vlvulas termoinicasson varias:

El transistor no tiene las caractersticas de lineali-dad a alta potencia de la vlvula termoinica, por loque no pudo reemplazarla en los amplicadores detransmisin de radio profesionales y de radioacio-nados sino hasta varios aos despus.[cita requerida]

Los armnicos introducidos por la no linealidadde las vlvulas resultan agradables al odo humano(vase psicoacstica), por lo que son preferidos porlos audilos.

El transistor es muy sensible a los efectos electro-magnticos de las explosiones nucleares, por lo quese siguieron utilizando vlvulas termoinicas en al-gunos sistemas de control-comando de aviones cazade fabricacin sovitica.[cita requerida]

Las vlvulas son capaces de manejar potencias muygrandes, impensables para los transistores en sus co-mienzos; sin embargo a travs de los aos se desarro-llaron etapas de potencia con mltiples transistoresen paralelo capaces de conseguirlo.

6 Vase tambin Semiconductor Transistor de aleacin Transistor de unin bipolar Transistor IGBT Thin-lm transistor Transistor uniunin

7 Referencias[1] Transistor en Google Libros.

8 Enlaces externos

Wikimedia Commons alberga contenido multi-media sobre Transistor. Commons

Wikcionario tiene deniciones y otra informa-cin sobre transistor.Wikcionario

Transistores Vs. Vlvulas para aplicaciones en au-dio de alta delidad, Oscar Bonello, fundador de lacompaa Solidyne y miembro de Audio Enginee-ring Society (AES), propone una interpretacin po-sible sobre la rivalidad entre entusiastas de una uotra tecnologa.

6 8 ENLACES EXTERNOS

Como funcionan realmente los transistores Versinoriginal en Ingls

Smbolos de transistores

79 Text and image sources, contributors, and licenses9.1 Text

Transistor Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor?oldid=81453066 Colaboradores: Youssefsan, PACO, Moriel, Frutoseco, Ga-llegos, JorgeGG, Donner, ManuelGR, Rumpelstiltskin, Sanbec, Aparejador, Dionisio, 1297, Dodo, Triku, Ascnder, Sms, Cookie, Jondel,Antonio Pramo, Tano4595, Murphy era un optimista, Felipealvarez, El Moska, Robotito, Dianai, Carlosmonzon, Cinabrium, Villamota,Renabot, Maose, Sonett72, Yurik, Petronas, RobotJcb, Xuankar, Airunp, Edub, Taichi, Rembiapo pohyiete (bot), Magister Mathematicae,AgD, Orgullobot, Carcam, RobotQuistnix, Platonides, Alhen, Superzerocool, Chobot, Palica, Pabloab, Caiserbot, Yrbot, Seanver, Oscar .,Maleiva, Vitamine, YurikBot, Landertxu, Icvav, GermanX, Beto29, Armin76, KnightRider, Gothmog, Baneld, Ernesto Graf, Milestones,Maldoror, KErosEnE, Rodriguillo, Matiasasb, Axxgreazz, Jorgechp, BOTpolicia, Qwertyytrewqqwerty, CEM-bot, Jorgelrm, Alejandrosil-vestri, Pepepex, Daguero, Marianov, Retama, Antur, Jorge, Gafotas, Montgomery, Ggenellina, Esoya, Alvaro qc, Jmcalderon, Mahadeva,Escarbot, RoyFocker, Csoliverez, IrwinSantos, Will vm, Botones, Isha, Bernard, Endermuabdib, Linesor, Gusgus, Mpeinadopa, JAnDbot,Nopalbeat, Kved, DerHexer, Muro de Aguas, Klystrode, Gaius iulius caesar, Xavigivax, CommonsDelinker, TXiKiBoT, Kotxe, Gustro-nico, Humberto, Netito777, I8eg5, Rei-bot, Fixertool, Phirosiberia, Chabbot, Idioma-bot, Plux, BL, Galaxy4, Biasoli, Abho, Cinevoro,VolkovBot, Urdangaray, Snakeyes, Technopat, Galandil, Queninosta, Matdrodes, Fernando Estel, Synthebot, Shooke, Lucien leGrey, Alle-borgoBot, Muro Bot, Jcprietoc, YonaBot, SieBot, Ctrl Z, PaintBot, Loveless, Pompilio Zigrino, Switcher6746, BOTarate, Albertofallas100,Derlis py, Guimaran, Greek, Ivanics, Enen, JaviMad, Jarisleif, Javierito92, Socram8888, HUB, Antn Francho, SPQRes, Nicop, PixelBot,Eduardosalg, Veon, Leonpolanco, Ener6, Gelpgim22, TrebleChaser, Camilo, UA31, Thingg, AVBOT, David0811, Jredmond, Fbristot,MastiBot, Angel GN, MarcoAurelio, Diegusjaimes, MelancholieBot, CarsracBot, Andreasmperu, Luckas-bot, Roinpa, Ptbotgourou, Serara, Max adam, Ruy Pugliesi, SuperBraulio13, Ortisa, Manuelt15, Xqbot, Jkbw, Ferbrunnen, Ricardogpn, Botarel, AstaBOTh15, Daconta,Googolplanck, Hprmedina, Jromgarcia, TobeBot, Halfdrag, Leugim1972, El mago de la Wiki, PatruBOT, CVBOT, Humanoc, AldanaN,Dinamik-bot, Foundling, Jorceus, GrouchoBot, EmausBot, Savh, AVIADOR, ZroBot, Allforrous, Sergio Andres Segovia, Africanus, Mas-television, ChuispastonBot, MadriCR,WakaWaka, Diamondland, Antonorsi, MerlIwBot, Vagobot, MetroBot, Lfgg2608, Gusama Romero,Ostentator, Ileana n, Rodri.yque-, Mane2517, CarlitosRosarino, Creosota, Asqueladd, Helmy oved, Bvgfjidhg, Lobo azul, 2rombos, MaKi-NeoH, Antoine46, Camilo marica, Addbot, Balles2601, Gomasaur, Rsniaza, JacobRodrigues, Timohap, Jusian, Jarould, Fernando15creo,Seldiez, Elrony19, Chriz.Ronald, AlvaruzSauveur, Tomasromerotolentino, Hijihi y Annimos: 575

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Historia Tipos de transistor Transistor de contacto puntual Transistor de unin bipolar Transistor de efecto de campo Fototransistor

Transistores y electrnica de potencia El transistor bipolar como amplificador Emisor comn Base comn Colector comn

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