FISICA ELECTRONICA

TRANSISTORES

TUTOR: Roberto Cahuana Rodríguez CURSO: Física ElectrónicaALUMNO: Alejandro Tenorio Pinchez CICLO: IVCARRERA: Ingeniería de Sistemas

TRANSISTOR

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada. 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.

TRANSISTOREl transistor, inventado en 1951, es el componente electrónico estrella, pues inició una auténtica revolución en la electrónica que ha superado cualquier previsión inicial.Con el transistor vino la miniaturización de los componentes y se llegó al descubrimiento de los circuitos integrados. Estos circuitos constituyen el origen de los microprocesadores y, por lo tanto, de los ordenadores actuales.

CLASIFICACION DE TRANSISTORES

Tenemos clasificado los Siguientes transistores:

Transistor de contacto puntual

Transistor de unión bipolar

Transistor de efecto de campo

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». Es difícil de fabricar frágil y ruidoso. En la actualidad ha desaparecido.

Transistor bipolar

• Los transistores bipolares surgen de la unión de tres cristales de semiconductor con dopajes diferentes e intercambiados. Se puede tener por tanto transistores PNP o NPN.

• Tecnológicamente se desarrollaron antes los transistores BJT que los FET. El transistor de unión bipolar, o BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un monocristal 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).

• 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.

ESTRUCTURA DE UNION BIPOLAR

Un transistor bipolar está formado por dos uniones PN en contraposición. Físicamente, el transistor está constituido por tres regiones semiconductoras unidas a los pines o terminales denominados emisor (E), base (B) y colector (C).Existen 2 tipos de transistores bipolares:

Transistor PNP Transistor NPN

FUNCIONAMIENTO DE UNION BIPOLAR

Las condiciones normales de funcionamiento de un transistor NPN se dan cuando el diodo base -emisor se encuentra polarizado en directa y el diodo base -colector se encuentra polarizado en inversa. En esta situación gran parte de los electrones que fluyen del emisor a la base consiguen atravesar ésta, debido a su poco grosor y débil dopado, y llegar al colector.

FUNCIONAMIENTO DE UNION BIPOLAR

El transistor posee tres zonas de funcionamiento Zona de saturación: El diodo colector está polarizado directamente y es transistor se comporta como una pequeña resistencia. En esta zona un aumento adicionar de la corriente de base no provoca un aumento de la corriente de colector, ésta depende exclusivamente de la tensión entre emisor y colector. El transistor se asemeja en su circuito emisor - colector a un interruptor cerrado.

Zona activa: En este intervalo el transistor se comporta como una fuente de corriente, determinada por la corriente de base. A pequeños aumentos de la corriente de base corresponden grandes aumentos de la corriente de colector, de forma casi independiente de la tensión entre emisor y colector. Para trabajar en esta zona el diodo base - emisor ha de estar polarizado en directa, mientras que el diodo base - colector, ha de estar polarizado en inversa.Zona de corte: El hecho de hacer nula la corriente de base, es equivalente a mantener el circuito base emisor abierto, en estas circunstancias la corriente de colector es prácticamente nula y por ello se puede considerar el transistor en su circuito colector - emisor como un interruptor abierto.Los transistores se usan en su zona activa cuando se emplean como amplificador de señales. Las zonas de corte y saturación son útiles en circuitos digitales, vale decir, trabajan como interruptor

TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO

El transistor de efecto de campo (FET: Field Effect Transistor) es un semiconductor de tres terminales llamados Drenador (D), Surtidor o fuente (S) y Compuerta (G), que se emplea para una amplia variedad de aplicaciones que coinciden, en gran parte, con aquellas correspondientes al transistor BJT.Existen dos tipos de transistores de efecto de campo:El transistor de efecto de campo de unión (JFET).El transistor de efecto de campo de metal óxido semiconductor

(MOSFET).Los Símbolos son:

TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DE UNION (JFET)

Un JFET de canal N se fabrica difundiendo una región de tipo P en un canal de tipo N, tal y como se muestra en la Figura 1. A ambos lados del canal se conectan los terminales de fuente (S, Source) y drenaje (D, Drain). El tercer terminal se denomina puerta (G, Gate).

POLARIZACION DEL JFET

En un transistor bipolar, polarizamos directamente el diodo base-emisor, pero en un JFET, el diodo puerta-surtidor es polarizado inversamente. Debido a esto, la corriente de puerta es muy pequeña, aproximadamente 0.

Ig = 0

Debido a que la corriente de entrada es aproximadamente infinita, la resistencia de entrada va a ser aproximadamente infinita.Una de las aplicaciones más importante del JFET es de seguidor de fuente, circuito análogo al seguidor de emisor, pero con la diferencia de que la impedancia de entrada va a ser muy grande para frecuencias bajas

FUNCIONAMIENTO DEL JFET

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 puerta-surtidor, las zonas de deplexión se hacen más grandes, lo cual hace que la corriente que va de surtidor a drenador tenga más difucultades para atravesar el canal que se crea entre las zonas de deplexión, cuanto mayor es la tension inversa en el diodo puerte-surtidor, menor es la corriente entre surtidor y drenador.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 drenador, por lo que la corriente de drenador es igual a la corriente de surtidor

Id = Is

CURVAS DE DRENADOR DEL JFET

Para realizar las curvas de drenador tomaremos el siguiente circuito, apuntando los datos obtenidos en la tabla y realizando el gráfico.

EL TRANSISTOR MOSFETLos transistores MOSFET o también conocidos como Transistores de Efecto de Campo de Metal Oxido Semiconductor (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Efect Transistor), es un dispositivo similar al transistor BJT, en el hecho que se compone básicamente de 3 capas de semiconductor N y P, pero con ciertas modificaciones tal como se muestra a continuación:

EL TRANSISTOR MOSFET

Observe que se pueden tener dos tipos de MOSFET, de canal N y canal P. El nombre de sus terminales son respectivamente: S = Source (Fuente), D = Drain (Drenador) y G = Gate(Compuerta). Se puede apreciar también que se ha utilizado una epresentación con diodos, dicha representación teórica será útil más adelante para explicar el funcionamiento de este dispositivo. A ontinuación se muestra la distribución interna de cargas para un MOSFET N:

SÍMBOLOS DE CIRCUITO MOSFET

Existen distintos símbolos que se utilizan para representar el transistor MOSFET. El diseño básico consiste en una línea recta para dibujar el canal, con líneas que salen del canal en ángulo recto y luego hacia afuera del dibujo de forma paralela al canal, para dibujar el surtidor y el drenador. En algunos casos, se utiliza una línea segmentada en tres partes para el canal del MOSFET de enriquecimiento, y una línea sólida para el canal del MOSFET de empobrecimiento. Otra línea es dibujada en forma paralela al canal para destacar la compuerta.

ESTADOS DE MOSFET

El transistor MOSFET tiene tres estados de funcionamiento:Estado de corte, Cuando la tensión de la puerta es idéntica a la del sustrato.Estado de NO conducción, El MOSFET está en estado de no conducción: ninguna corriente fluye entre fuente y drenador aunque se aplique una diferencia de potencial entre ambos.Conducción lineal, al 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 transistor pasa entonces a estado de conducción, de modo que una diferencia de potencial entre fuente y drenador dará lugar a una corriente. El transistor se comporta como una resistencia controlada por la tensión de puerta.