TRANSISTORES

Zósimo Ramos Tapia

Compañías que venden dispositivos electrónicos

• B y M Power - Equipos electrónicos y de Telecomunicaciones

• Altecsa - Alternativa Electrotécnica Sac.• EPLI S.A.C • Centralion• Newark del Perú - Componentes Electrónicos

TRANSISTOR

• Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control.

• Vienen a sustituir a las antiguas válvulas termoiónicas de hace unas décadas. Gracias a ellos fue posible la construcción de receptores de radio portátiles llamados comúnmente "transistores", televisores que se encendían en un par de segundos, televisores en color... Antes de aparecer los transistores, los aparatos a válvulas tenían que trabajar con tensiones bastante altas, tardaban más de 30 segundos en empezar a funcionar, y en ningún caso podían funcionar a pilas, debido al gran consumo que tenían.

Transistor de Efecto de Campo, de Unión (JFET)• JFET, ya no se trata de una combinación tan sencilla entre los semiconductores

como en el caso de los transistores N-P-N, P-N-P. Ahora la forma de obtenerlos es algo más rebuscada. Sin embargo, sus propiedades hacen que merezca la pena su fabricación, ya que son utilizados en gran medida por los fabricantes de circuitos electrónicos.

• A su vez existen dos tipos de transistores JFET. La razón es sencilla: si tomamos uno de ellos y cambiamos los tipos de semiconductores, es decir, donde hay semiconductores de tipo P ponemos semiconductores de tipo N y viceversa, obtenemos otro transistor JFET pero de características distintas. Así pues, para distinguirlos, llamaremos FET de canal p al primero y FET de canal n al segundo.

Veremos cómo las propiedades de ambos no sólo son distintas sino que son más bien opuestas. Para explicar su funcionamiento hay que tener en cuenta que tenemos dos tipos distintos de voltajes. Esto es debido a que el FET consta de tres semiconductores unidos y por tanto existen dos zonas de unión entre ellos. Así pues, vamos a considerar la diferencia de potencial entre drenaje y fuente a la que llamaremos VDS, y la diferencia de potencial entre puerta y fuente la cual estará representada por VGS.

Estudiar las características de un transistor consiste en jugar con las dos tensiones de que disponemos, aumentándolas, disminuyéndolas y observando qué pasa con la corriente que lo atraviesa. Para estudiar su comportamiento, vamos a dejar fija la tensión entre la puerta y la fuente, VGS, y vamos a suponer que variamos la tensión entre el drenador y la fuente, VDS. La respuesta del transistor a este tipo de variaciones las podemos ver en la gráfica.

Se pueden distinguir tres zonas según vamos aumentando el potencial VDS, estas son: zona óhmica, zona de saturación y zona de ruptura.

Transistor de contacto puntual

Llamado también transistor de punta de contacto. 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.Algunas características de los transistores de contacto puntual difieren del transistor de unión después:La base de la ganancia de corriente de un transistor de contacto común es de alrededor de 2 a 3, mientras que la de un de un transistor de unión bipolar es típicamente entre 0,98 y 0,998. Resistencia negativa diferencial. Cuando se utiliza en el modo saturado en la lógica digital, se enganchan en el on-estado, por lo que es necesario eliminar el poder por un breve periodo de tiempo en cada ciclo de la máquina que se les devuelva el estado de desconexión.

Transistor Bipolar de Unión (BJT)Un transistor bipolar está formado por dos uniones pn en contraposición. Físicamente, el transistor está consitutído por tres regiones semiconductoras denominadas emisor, ba• A partir de este punto nos centramos en el estudio de los transistores bipolares

NPN, siendo el comportamiento de los transistores PNP totalmente análgolo.• El emisor en un transistor NPN es la zona semiconductora más fuertemente dopada

con donadores de electrones, siendo su ancho intermedio entre el de la base y el colector. Su función es la de emitir electrones a la base. La base es la zona más estrecha y se encuentra débilmente dopada con aceptores de electrones. El colector es la zona más ancha, y se encuentra dopado con donadores de electrones en cantidad intermedia entre el emisor y la base.

• 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 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 tension entre emisor y colector. Para trabajar en esta zona el diodo B-E ha de estar polarizado en directa, mientra que el diodo B-C, 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 C-E como un interruptor abierto.

• Existen 2 tipos de transistores bipolares, los denominados NPN y PNP:

Transistores Bipolares npn y pnp.

Fototransistor • El fototransistor no es muy diferente a un transistor normal, es decir, está

compuesto por el mismo material semiconductor, tienen dos junturas y las mismas tres conexiones externas: colector, base y emisor. Por supuesto, siendo un elemento sensible a la luz, la primera diferencia evidente es en su cápsula, que posee una ventana o es totalmente transparente, para dejar que la luz ingrese hasta las junturas de la pastilla semiconductora y produzca el efecto fotoeléctrico.

• Teniendo las mismas características de un transistor normal, es posible regular su corriente de colector por medio de la corriente de base. Y también, dentro de sus características de elemento optoelectrónico, el fototransistor conduce más o menos corriente de colector cuando incide más o menos luz sobre sus junturas.

TRANSISTORES MOSFET

• Por último, vamos a hablar del transistor más utilizado en la actualidad, el MOSFET, mas conocido como MOS. La estructura de este transistor es la más complicada de entre todos los vistos hasta ahora. Consta de los ya conocidos semiconductores P-N, colocados ahora de una nueva forma, y de un original material aislante, como es el dióxido de silicio; esta pequeña adición de la capa del óxido va a cambiar considerablemente las propiedades del transistor respecto a las que tenía el JFET.

• Existen dos tipos de MOSFET: cuando tengamos una zona de tipo P y dos de tipo N lo llamaremos MOSFET de canal n (o NMOS) y, por el contrario, si hay una sola zona de tipo N y otras dos de tipo P se llamará MOSFET de canal P (PMOS). Inicialmente, fueron los transistores PMOS más utilizados que los NMOS debido a su mayor fiabilidad, mejor rendimiento y mayor sencillez en la fabricación. Sin embargo, las mejoras en la tecnología de producción de estos transistores han hecho que los PMOS queden relegados a un segundo plano. La razón de esto se debe a que los PMOS están basados en la movilidad de los huecos, y los NMOS funcionan gracias al movimiento de los electrones, y estos son aproximadamente tres veces más rápidos que los huecos.

• A pesar de parecer más complicada, a simple vista, su estructura, son más fáciles de fabricar que los transistores de unión bipolar BJT y otra de sus ventajas es que ocupan menos espacio. Esta es una de las razones por las que los sistemas integrados, es decir, aquellos que poseen un gran número de componentes en muy pequeño espacio, usan principalmente este tipo de transistores en lugar de los BJT. Otra razón es que los MOSFET se pueden conectar de tal forma que actúen como condensadores o como resistencias. Por tanto, podemos conseguir resistencias o condensadores del tamaño de un MOSFET, el cual es muchísimo más pequeño que las resistencias o condensadores que podemos observar al abrir cualquier aparato electrónico. Así pues, existen circuitos completos que están exclusivamente compuestos de MOSFET.

• Resumiendo, acabamos de conocer varios dispositivos electrónicos para incorporar a nuestros circuitos; estos son: los transistores de unión bipolar (BJT), los transistores de efecto de campo (FET) y los FET con una capa de óxido metálico (MOSFET).