LOS TRANSISTORES

Los transistores son elementos de estado sólido o SEMICONDUCTORES, que tienen tres terminales: Emisor, Base y Colector.

También conocidos como Elementos Activos de Estado Sólido que funcionan como interruptores o amplificadores de corriente.

HISTORIA
Hace más de 50 años, el elemento principal  en el funcionamiento de televisores y radios eran las válvulas electrónicas fabricadas de cristal (vidrio) y plástico, las que comúnmente se les conocía como “bulbos”, válvulas” o “tubos al vacío”.


Para que estos aparatos electrodomésticos empezaran a funcionar, primero había que activar la perilla de encendido y luego esperar cierto tiempo hasta que los filamentos de los tubos se calentaran. Los filamentos eran pequeños tiras de tungsteno que se calientan a altas temperaturas. El cátodo debe calentarse, y esto se logra pasando una corriente cercana a él. El voltaje típico que se requiere para lograr esto es de 250 V.
Todo aparato que utilizaba “tubos al vacío” consumían mucha corriente eléctrica y generaba una gran cantidad de calor, además que los filamentos de aquellos se fundían luego de cumplirse su ciclo de vida, limitado a 1000 horas.

Durante 1945 a 1949 el grupo de la compañía Bell desarrolló la teoría de los transistores, la verificó experimentalmente y construyó diodos y triodos. En el año de 1956 Bardeen, Shockley y Brattain recibieron el Premio Nobel de Física por el brillante trabajo que desembocó en la invención del transistor.

Cabe mencionar que Bardeen recibió en 1972 nuevamente el Premio Nobel de Física, ahora en compañía de J. R. Schrieffer y L. N. Cooper, por haber desarrollado la teoría de la superconductividad.

VENTAJAS DE LOS TRANSISTORES

Los transistores tienen varias ventajas sobre los tubos al vacío:
- No emplean un filamento interno de calentamiento (caldeo)
- Disipan una menor cantidad de energía en forma de calor
- El consumo de energía es sensiblemente bajo
- Tienen duración indefinida (muchas horas de servicio)
- Ocupan menos espacio (son más pequeños), con el se inició la miniaturización de los aparatos electrónicos.
- Estructura robusta, ya que pueden resistir excesivos vibraciones y choques.
-Pueden reproducir otros fenómenos, como la fotosensibilidad.

- Más económicos.

ESTRUCTURA INTERNA
El TRANSISTOR está constituido por dos materiales de tipo N separados por un material de tipo P (transistor NPN) o en dos materiales P separados por un material N (transistor PNP).

TIPO N


Las capas N  están formadas por cristales de un material semiconductor. Por ejemplo el Silicio, la capa N esta formada por cristales de silicio con impurezas. Estas impurezas pueden ser: Arsénico, Fósforo u Antimonio.
TIPO P
El material P esta formado por cristales de Silicio o cualquier otro material semi-conductor como el Germanio e impurezas como el Boro. El Boro al tener sólo tres electrones en su última capa provoca un hueco al unirse a un cristal de silicio.

APLICACIONES:
Tiene la propiedad de controlar la corriente eléctrica que circula a través de él, a partir de una corriente eléctrica muy pequeña. 

  • Funciona como un interruptor eléctrico, CONMUTAR.
  • Funciona como un amplificador de corriente, REGULAR.
Los transistores reemplazaron a los tubos al vacío, donde se podría mencionar algunas diferencias:

Tamaño
Rapidez de encendido
Potencia
Vida útil
Costos


TIPOS DE TRANSISTORES
SIMBOLOGÍA DE LOS TRANSISTORES



ENCAPSULADOS


CÓDIGO DE LOS TRANSISTORES

JEDEC

Estos toman la forma: dígito, letra, número de serie, [sufijo]

- El primer dígito es siempre una unidad menor que el número de pines, (2 para transistores), 4N y 5N que están reservados para opto-acopladores.

- La letra es siempre 'N'

- El número de serie se sitúa entre el 100 y el 9999 y no dice nada sobre el transistor, salvo su fecha aproximada de introducción.

El [sufijo] opcional indica la ganancia (hfe) genérica del dispositivo:

   A = ganancia baja
   B = ganancia media
   C = ganancia alta
   Sin sufijo = cualquier ganancia

Ejemplos: 2N3819, 2N2221A, 2N904. 
JIS

Toman la forma: dígito, dos letras, número de serie, [sufijo]

Nuevamente, el dígito es una unidad menor que el número de pines.

Las letras indican el área de aplicación y tipo de dispositivo según el siguiente código:

SA:     Transistor PNP HF                             SB:     Transistor PNP AF
SC:     Transistor NPN HF                            SD:     Transistor NPN AFSE: Diodos                  
SF:     Tiristores                                            SG:     Dispositivos de disparo
SH:     UJTSJ:     FET/MOSFET de canal-p  
SK:     N-channel FET/MOSFET                  SM: Triac                  
SQ:     LED                                                   SR:     Rectificadores         
SS:     Diodos de señal                                 ST:     Diodos avalancha       
SV:     Varicaps                                             SZ:     Diodos Zener

El número de serie varia entre 10 y 9999.

El [sufijo] opcional indica que dicho tipo está aprobado para el empleo por varias organizaciones japonesas.

NOTA: Desde que el código de los transistores siempre comienza por 2S, este es siempre omitido (en la mayoría de los casos), por ejemplo: un 2SC733 puede estar marcado como C 733.
Ejemplos: 2SA1187, 2SB646, 2SC733.
Pro-electron

Toman la forma: dos letras, [letra], número de serie, [sufijo]

La primera letra indica el material:

A = Ge      B = Si      C = GaAs      R = mezcla de materiales.

La segunda letra indica la aplicación del dispositivo:

A: Diodo RF  
B: Variac
C: transistor, AF, pequeña señal  
D: transistor, AF, potencia
E: Diodo túnel  
F: transistor, HF, pequeña señal
K: Dispositivo de efecto Hall  
L: Transistor, HF, potencia
N: Optoacoplador  
P: Dispositivo sensible a la radiación
Q: Dispositivo productor de radiación
R: Tiristor, baja potencia  
T: Tiristor, potencia
U: Transistor, potencia, conmutación
Y: Rectificador  
Z: Zener, o diodo regulador de tensión
 
La tercera letra indica que el dispositivo está pensado para aplicaciones industriales o profesionales, más que para uso comercial. suele ser una W, X, Y, Z.
El número de serie varia entre 100 y 9999.
El sufijo indica la ganancia genérica en grupo, como en los JEDEC.

Ejemplos: BC108A, BAW68, BF239, BFY51. 


FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSISTORES

El transistor posee tres (3) zonas de funcionamiento:

ZONA DE SATURACIÓN: En esta zona un aumento adicional 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.

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 C-E como un interruptor abierto.

Mediante la variación de una corriente débil aplicada en la base del transistor se puede gobernar otra mucho más intensa entre colector y emisor.

Esto significa que pequeñas corrientes eléctricas pueden ser amplificadas, o lo que es lo mismo, que señales débiles pueden transformarse en otras suficientemente fuertes.

La intensidad que atraviesa el emisor es igual a la intensidad que pasa por el colector más la intensidad que pasa por la base. 
Una corriente pequeña que se inyecta por el terminal de la base controla el flujo de corriente por el colector.
NPN: Para que pueda circular una corriente de colector Ic, el voltaje aplicado al colector debe ser positivo con respecto al emisor.
PNP: Para que pueda circular una corriente de colector Ic, el voltaje aplicado al colector debe ser negativo con respecto al emisor.
EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR

EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR DE CORRIENTE
Una pequeña corriente de base puede controlar una corriente de colector mucho mayor

PRUEBA DE LOS TRANSISTORES

Antes de realizar las correspondientes pruebas a los transistores, es fundamental conocer el significado de sus terminales y la estructura interna de estos.

Los Transistores Bipolares (BJT) se clasifican en NPN y PNP.

Los terminales reciben el nombre de: Base (B), Emisor (E) y Colector (C).

Las dos funciones principales de los transistores es actuar como INTERRUPTOR o AMPLIFICADOR DE CORRIENTE.

Los transistores BJT están conformados por dos diodos rectificadores. Cuando se comprueba su funcionamiento debe medirse en la escala de diodos y tomar nota de los datos que se dan en el multímetro tanto en polaridad directa como inversa.

TRANSISTORES NPN


En los transistores NPN para que se active la base y actúe como un interruptor, entonces debe llegarle a esta base una corriente positiva.
 
TRANSISTORES PNP

En los transistores PNP para que se active la base y actúe como un interruptor, entonces debe llegarle a esta base una corriente negativa.

CUESTIONARIO SOBRE TRANSISTORES


Para un mejor desarrollo de los montajes de circuitos con transistores en el laboratorio se deben resolver las siguientes preguntas: 

CUESTIONARIO SOBRE TRANSISTORES 
  1.  Diferencia entre los transistores y los tubos al vacío
  2.  Estructura interna de un transistor bipolar
  3.  Tipos de transistores
  4.  Simbología de los transistores
  5.  Encapsulados de los transistores
  6.  Funciones de un transistor bipolar
  7.  Explicación del funcionamiento de los transistores bipolares
  8.  ¿Cómo se prueba un transistor bipolar?
  9.  Ejemplos de conexionado de transistores NPN y PNP
  10.  Qué es el factor Beta (B).
Se presenta el siguiente recurso:

Video: ¿QUÉ SON LOS TRANSISTORES? (You Tube)





COMPUERTAS LÓGICAS DISEÑADAS CON TRANSISTORES







Para el análisis del funcionamiento del anterior circuito es necesario comprender el funcionamiento de los Transistores BJT, que para este caso, se trata de un Transistor NPN, exigiendo que le llegue un pulso positivo a la base, para que está se cierre y active el transistor, permitiendo el paso de la corriente eléctrica.

Al colocar en estado ALTO una de las dos entradas (A o B), se activaría el transistor correspondiente, pero como uno de ellos no se ha activado, entonces estaría abierto y por ende no circularía corriente.  

Pero si las dos entradas (A y B) tienen un pulso ALTO (1), simultáneamente, se activarían las bases de los transistores, entonces éste se cierre el circuito, dejando pasar la corriente, y así se lograría activar la salida S.

Conclusión: La salida S se activa (1), cuando las dos entradas (A y B) estén en ALTO (1).







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