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El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de
amplificador, oscilador, conmutador o rectificador
Richard Anccori Bustamante
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. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivió con el transistor de unión (W. Shockley, 1948) debido a su mayor ancho de banda. En la actualidad ha desaparecido.
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 deelectrones (cargas negativas) y la zona Pde aceptadores o «huecos» (cargaspositivas). Normalmente se utilizan comoelementos aceptadores P al Indio (In),Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N alArsénico (As) o Fósforo (P).
La configuración de uniones PN, dan comoresultado transistores PNP o NPN, dondela letra intermedia siempre corresponde ala característica de la base, y las otras dosal emisor y al colector que, si bien son delmismo tipo y de signo contrario a la base,tienen diferente contaminación entre ellas(por lo general, el emisor está mucho máscontaminado que el colector).
El transistor de efecto de campo deunión (JFET), fue el primer transistorde efecto de campo en la práctica. Loforma una barra de materialsemiconductor de silicio de tipo N o P.En los terminales de la barra seestablece un contacto óhmico,tenemos así un transistor de efectode campo tipo N de la forma másbásica. Si se difunden dos regiones Pen una barra de material N y seconectan externamente entre sí, seproducirá una puerta
Transistor de efecto de campo de unión, JFET,
construido mediante una unión PN.
Transistor de efecto de campo de compuerta
aislada, IGFET, en el que la compuerta se aísla del
canal mediante un dieléctrico.
Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET,
donde MOS significa Metal-Óxido-Semiconductor,
en este caso la compuerta es metálica y está
separada del canal semiconductor por una capa de
óxido
Físicamente, un JFET de los denominados "canal P" está formado por una pastilla de semiconductor tipo P en cuyos extremos se sitúan dos patillas de salida (drenador y fuente) flanqueada por dos regiones con dopaje de tipo N en las que se conectan dos terminales conectados entre sí (puerta). Al aplicar una tensión positiva VGS entre puerta y fuente, las zonas N crean a su alrededor sendas zonas en las que el paso de electrones (corriente ID) queda cortado, llamadas zonas de exclusión. Cuando esta VGS sobrepasa un valor determinado, las zonas de exclusión se extienden hasta tal punto que el paso de electrones ID entre fuente y drenadorqueda completamente cortado. A ese valor de VGS se le denomina Vp. Para un JFET "canal N" las zonas p y n se invierten, y las VGS y Vp son negativas, cortándose la corriente para tensiones menores que Vp.
En la zona activa, al permitirse elpaso de corriente, el transistordará una salida en el circuito queviene definida por la propia ID yla tensión entre el drenador y lafuente VDS. A la gráfica oecuación que relaciona estásdos variables se le denominaecuación de salida, y en ella esdonde se distinguen las doszonas de funcionamiento deactiva: óhmica y saturación.
Para |VGS| < |Vp| (zona activa), la curva de
valores límite de ID viene dada por la
expresión:
Siendo la IDSS la ID de saturación que
atraviesa el transistor para VGS = 0, la cual
viene dada por la expresión:
Ecuaciones del transistor JFET
El transistor de efecto de
campo metal-óxido-
semiconductor o MOSFET (en
inglés Metal-oxide-
semiconductor Field-effect
transistor) es un transistor
utilizado para amplificar o
conmutar señales electrónicas.
Es el transistor más
utilizado en la industria
microelectrónica, ya sea en
circuitos analógicos o
digitales, aunque el
transistor de unión bipolar
fue mucho más popular en
otro tiempo. Prácticamente
la totalidad de los
microprocesadores
comerciales están basados
en transistores MOSFET.
Los MOSFET de enriquecimiento se basan en la creación de un canal entre el drenador y el surtidor, al aplicar una tensión en la compuerta. La tensión de la compuerta atrae portadores minoritarios hacia el canal, de manera que se forma una región de inversión, es decir, una región con dopado opuesto al que tenía el sustrato originalmente. El canal puede formarse con un incremento en la concentración de electrones (en un nMOSFET o NMOS), o huecos (en un pMOSFET o PMOS). De este modo un transistor NMOS se construye con un sustrato tipo p y tiene un canal de tipo n, mientras que un transistor PMOS se construye con un sustrato tipo n y tiene un canal de tipo p.
TIPOS
El término enriquecimiento hace referencia al
incremento de la conductividad eléctrica debido
a un aumento de la cantidad de portadores de
carga en la región correspondiente al canal.
Los MOSFET de empobrecimiento tienen un canal conductor en su estado de reposo, que se debe hacer desaparecer mediante la aplicación de la tensión eléctrica en la compuerta, lo cual ocasiona una disminución de la cantidad de portadores de carga y una disminución respectiva de la conductividad.4
Los fototransistores son sensibles a la radiación electromagnética en frecuencias cercanas a la de la luz visible; debido a esto su flujo de corriente puede ser regulado por medio de la luz incidente. Un fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal, sólo que puede trabajar de 2 maneras diferentes:
Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo común);
Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. (IP) (modo de iluminación).
Un fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal, sólo que puede trabajar de 2 maneras diferentes:
- Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo común)
- Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. (IP) (modo de iluminación).
Se pueden utilizar las dos en forma simultánea, aunque el fototransistor se utiliza principalmente con la patita de la base sin conectar. (IB = 0)
La corriente de base total es igual a corriente de base (modo común) + corriente de base (por iluminación): IBT = IB + IP
Si se desea aumentar la sensibilidad del fototransistor, debido a la baja iluminación, se puede incrementar la corriente de base (IB), con ayuda de polarización externa
El transistor tiene tres partes, como el tríodo.
Una que emite electrones (emisor), otra que los
recibe o recolecta (colector) y otra con la que se
modula el paso de dichos electrones (base). El
funcionamiento es muy parecido al del tríodo.