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 NLas 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 está formado por cristales de Silicio o cualquier otro material semiconductor 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, 2N2222A, 2N3904, 2N3906
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 varía entre 100 y 9999.
El
sufijo indica la ganancia genérica en grupo, como en los JEDEC.
Ejemplos: BC108A, BAW68, BF239, BFY51.
Para entender el
modo de funcionamiento del transistor bipolar se toma como ejemplo un proceso
hidráulico.
Por la tubería O
llega presión de agua y puede seguir dos caminos:
Por lo tanto, por
la tubería E no sale agua y podemos decir que el transistor está
bloqueado.
Si abrimos un
poco la llave L comienza a salir agua por el tubo B y ésta empuja
la palanca que unida al tapón permite el paso de agua por la tubería C.
Por la tubería E
ahora sale el agua que pasa por C más el agua que pasa por B.
La figura final
muestra como si abrimos más la llave de paso L por la tubería B
sale más agua y por lo tanto empuja más fuerte a la palanca y abre
completamente el paso por la tubería C.
FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSISTORES BIPOLAR
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.
Si colocamos una pequeña corriente en la terminal denominada
base, entonces es como si un interruptor se cierra y la corriente fluye
entre las otras dos terminales (emisor y colector).
Pero, si no hay corriente en la base, entonces el
interruptor se encontrará abierto, es decir, no fluirá corriente alguna entre
el emisor y el colector.
PNP:
Para que pueda circular una corriente de colector Ic,
el voltaje aplicado al colector debe ser negativo con respecto al emisor.
Nota: El emisor emite, el colector recoge y la base recombina.
El sentido de las corrientes es el contrario al de los electrones.
CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO
Las condiciones normales de funcionamiento de un
transistor NPN se dan cuando el diodo B-E se encuentra polarizado en directa y
el diodo B-C 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.
El transistor es un amplificador de corriente, esto
quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus
terminales (base), el entregará por otra (emisor), una cantidad mayor a ésta,
en un factor que se llama amplificación (o ganancia). Este factor se llama β
(beta) y es un dato propio de cada transistor. BETA es la cantidad de veces
que la Ic es más grande que Ib en un transistor. (Un valor típico es 100)
Ic (corriente que pasa por el
terminal colector) es igual a β (factor de amplificación) por Ib
(corriente que pasa por el terminal base).
Ic
= β * Ib
Ie (corriente que pasa por el terminal emisor) es del mismo valor que Ic,
sólo que, la corriente en un caso entra al transistor y en el otro caso sale de
él, o viceversa.
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
- Diferencia entre los transistores y los tubos al vacío
- Estructura interna de un transistor bipolar
- Tipos de transistores
- Simbología de los transistores
- Encapsulados de los transistores
- Funciones de un transistor bipolar
- Explicación del funcionamiento de los transistores bipolares
- ¿Cómo se prueba un transistor bipolar?
- Ejemplos de conexionado de transistores NPN y PNP
- Qué es el factor Beta (B).
Se presenta el siguiente recurso: Video:
¿QUÉ SON LOS TRANSISTORES? (You Tube)
COMPUERTAS LÓGICAS DISEÑADAS CON TRANSISTORES
COMPUERTA NOT
Si se cierra el interruptor A, le llega un pulso positivo a la base del transistor NPN y éste se active dejando pasar la corriente a través de él. Como la corriente busca el camino más fácil para circular, al led le corresponde una pequeña corriente que no logra encenderlo. Y si a la base del NPN no le llega un pulso positivo, el transistor no se activa y por éste no circula corriente, en cambio si lo hará a través de la resistencia y el led, logrando encenderlo.
Conclusión: La salida S se activa (1), cuando la entrada A esté en BAJO (0) y la salida será 0, si la entrada A este en ALTO (1).COMPUERTA AND
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).
CLASIFICACIÓN DE LOS TRANSISTOR
-SEGÚN SU USO-
TRANSISTORES
DE PROPÓSITO GENERAL: Son los de tipo NPN o PNP, diseñados para operar con
señales pequeñas de corriente directa en rangos de baja frecuencia; se emplean
como osciladores e interruptores electrónicos.
TRANSISTORES
DE BAJO RUIDO: Son dispositivos diseñados para obtener una característica de
respuesta lineal en su parámetro hFE y bajo ruido (señales parásitas que aparecen
en la salida del transistor) cuando opera como amplificador.
TRANSISTORES
DARLINGTON: Par de transistores conectados en cascada que se utilizan en
aplicaciones donde se requiera muy alta ganancia y un valor de resistencia de
entrada elevada (impedancia).
TRANSISTORES
DE ALTA CORRIENTE: Son dispositivos capaces de manejar valores elevados de
corriente como señales de bajo voltaje, aplicados en circuitos de control de la
electrónica industrial.
TRANSISTORES
DE ALTO VOLTAJE: Diseñados para controlar flujos de baja corriente, pero con
voltajes elevados como en interruptor de displays de gas, control de línea de
alimentación eléctrica comercial
TRANSISTORES
DE RADIO FRECUENCIA (RF): Tienen la capacidad de operar con señales de muy alta
frecuencia, frecuentemente en el rango de las ondas de radio, VHF y UHF.
TRANSISTORES
DE CONMUTACIÓN: Tienen la capacidad de operar en modo corte-saturación, es
decir, en un momento puede actuar como interruptor abierto (no conduce) y en
otro como un interruptor cerrado (conduce).
TRANSISTOR DARLINGTON
Consiste en dos transistores conectados en cascada, donde
la corriente de base del segundo transistor viene del emisor del primer
transistor. Este efecto hace que la ganancia de corriente total del par sea
igual al producto de las ganancias de los transistores de manera individual, es
decir la ganancia es alta.
FOTOTRANSISTOR
Es un transistor fabricado especialmente para que la
corriente Emisor-Colector esté controlada por la cantidad de luz (infrarroja)
que llegue a la base.
Para ello, la base está expuesta a la luz y generalmente
tiene un lente para hacerla más sensible. La mayoría de los fototransistores
son del tipo NPN y no tienen terminal para la base.
Los fototransistores se utilizan como detectores de señales
luminosas de gran sensibilidad, en aparatos de control remoto, comunicaciones
inalámbricas, etc.
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