República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación

UniversitariaInstituto Universitario de Tecnología “Antonio José de

Sucre”Independencia, Edo. Yaracuy

Integrante:Carlos Jiménez

Que es un Transistor

El transistor es un dispositivo de tres terminales. Este consiste en un material tipo p y uno tipo n; el transistor consiste en dos materiales de tipo n separados por un material de tipo p, lo que se conoce como “transistor npn” o en dos materiales tipo p separados un material tipo n llamado “transistor pnp”. Las tres capas o secciones diferentes se identifican como emisor, base y colector. El emisor, capa de tamaño medio diseñada para emitir o inyectar electrones esta bastante contaminado. La base, con una contaminación media, es una capa delgada diseñada para pasar electrones. El colector, capa grande diseñada para colectar electrones, esta poco contaminado. El transistor se puede concebir como dos uniones pn colocadas “espalda contra espalda”, estos se denominan transistores bipolares de unión (BJT, bipolar junction transistor).

Es un componente electrónico semiconductor que permite el paso de una corriente eléctrica entre sus terminales colector y emisor, siempre que en el terminal llamado base este presente una corriente eléctrica. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. 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, entre otros.

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. 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.

Transistor de unión bipolar

El transistor de unión bipolar (o BJT, por sus siglas del inglés bipolar junction transistor) se fabrica sobre un mono cristal de material semiconductor como el germanio, el silicio o el arseniuro de galio, cuyas cualidades son intermedias entre las de un conductor eléctrico y las de un aislante. Sobre el sustrato de cristal se contaminan en forma muy controlada tres zonas sucesivas, N-P-N o P-N-P, dando lugar a dos uniones PN. Las zonas N (en las que abundan portadores de carga Negativa) se obtienen contaminando el sustrato con átomos de elementos donantes de electrones, como el arsénico o el fósforo; mientras que las zonas P (donde se generan portadores de carga Positiva o «huecos») se logran contaminando con átomos aceptadores de electrones, como el indio, el aluminio o el galio. La tres zonas contaminadas, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la región 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.

Transistor de efecto de campo

El transistor de efecto de campo de unión (JFET), fue el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica. Si se difunden dos regiones P en una barra de material N y se conectan externamente entre sí, se producirá una puerta. A uno de estos contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador. Aplicando tensión positiva entre el drenador y el surtidor y conectando la puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de drenador con polarización cero. Con un potencial negativo de puerta al que llamamos tensión de estrangulamiento, cesa la conducción en el canal. El transistor de efecto de campo, o

FET por sus siglas en inglés, que controla la corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada.

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.

Fototransistor

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).

Transistor BJT y cuáles son sus parámetros

El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio. Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor. El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor.

El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor), una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación. Este factor se llama b (beta) y es un dato propio de cada transistor. Entonces:

Parámetro α: El parámetro α de un transistor indica la relación de semejanza que se produce en la corriente de colector y las variaciones de las corrientes del emisor.

Así por ejemplo, en el caso de que en un transistor se haya medido una variación de la corriente de colector de 7.92 mA, entre dos puntos de funcionamiento, y una variación de 8 mA en la corriente de emisor, tendremos que:

Dado que la corriente de base, suele ser muy pequeña, en la mayor parte de los transistores el valor del parámetro α se acerca a la unidad.

Ganancia de corriente o parámetro β de un transistor: La circunstancia de que una pequeña corriente de base controle las corrientes de emisor y colector mucho más elevadas, indica la capacidad que posee un transistor para conseguir una ganancia de corriente. Así, la ganancia de corriente de un transistor es la relación que existe entre la variación o incremento de la corriente de colector y la variación de la corriente base.

Así, por ejemplo, en el caso de que en un transistor se obtenga una variación de corriente de colector de 8 mA y de 0.08 mA en la corriente de base, la ganancia será:

La ganancia de corriente de los transistores comerciales varía bastante de unos a otros. Así, nos podemos encontrar transistores de potencia que poseen una β de tan sólo 20. Por otro lado, los transistores de pequeña señal pueden llegar a tener una β de 400. Por todo ello, se pueden considerar qe los valores normales de este parámetro se encuentran entre 50 y 300. En las tablas de especificaciones técnicas, que facilitan los fabricantes de transistores, en vez de utilizarse la β para identificar la ganancia de corriente, se suele utilizar hFE. Así por ejemplo, para el transistor de referencia BC108 se lee en sus hojas de características, una hFE entre 150 y 290; lo que nos indica que la ganancia de corriente de este transistor, puede encontrarse entre estos valores.

Para poder cuantificar este fenómeno, los fabricantes de transistores proporcionan, en las hojas de especificaciones técnicas, curvas de ganancia de corriente, donde se relacionan las variaciones que sufre β con respecto a la corriente de colector y a la temperatura ambiente. En estas

curvas, se puede apreciar cómo la ganancia de corriente aumenta hasta un valor máximo mientras la corriente de colector aumenta; sobrepasado ese límite, para mayores valores de dicha corriente, la ganancia decrece. También, se hace observar la existencia de tres curvas distintas, que indican diferentes condiciones de trabajo para diferentes temperaturas ambiente. Cuando se diseña un circuito con transistores hay que tener en cuenta estas variaciones de la ganancia de corriente, de lo contrario se podrían cometer errores sustanciales, que invalidarían las condiciones de trabajo requeridas por el diseño inicial.

Relación entre los parámetros α y β: Combinando las expresiones de los parámetros anteriores: α = IC/IE y β = IC/IB y teniendo en cuenta la relación existente entre las diferentes corrientes que se dan en el transistor IE = IC+IB, se pueden encontrar las expresiones matemáticas que relacionen ambos parámetros, tal como se indica a continuación.

Así, por ejemplo, para determinar el parámetro α de un transistor que tuviese una ganancia de corriente de 150, operaríamos así:

Tensiones de ruptura: Al igual que ocurría con los diodos, cuando se polariza inversamente cualquiera de las uniones de un transistor aparecen pequeñas corrientes inversas, que no provocarán la ruptura de dichas uniones si la tensión que se aplica no supera los valores máximos fijados en las hojas de especificaciones técnicas.

A. Tensión inversa colector-base (VCBO) con el emisor abierto

En este caso, la unión formada por la base y el colector están polarizadas inversamente con la tensión VCB. Como ocurría con los diodos, esto provoca la circulación de una pequeña corriente de fuga (ICBO) que no será peligrosa hasta que no se alcance la tensión de ruptura de la unión. Normalmente esta tensión suele ser elevada (del orden de 20 a 300 V). Nunca deberá trabajarse, por supuesto, con una tensión superior a la indicada por el fabricante en sus hojas técnicas. Este dato suele aparecer indicado con las siglas VCBO.

B. Tensión inversa colector-emisor con la base abierta

En este otro caso, se ha abierto la base, por tanto, se aplica una tensión entre el colector y el emisor que es igual a la suma de las tensiones de las fuentes de emisor a colector. Esta fuerte diferencia de potencial provoca un pequeño flujo de electrones que emite el emisor y que se sienten fuertemente atraídos por el potencial positivo de la fuente. El resultado es una pequeña corriente de fuga de emisor a colector ICEO. Al igual que ocurría anteriormente, el valor de esta corriente está determinado por la tensión colector-base (VCEO) aplicada. En las hojas técnicas también aparece la tensión máxima de funcionamiento (VCEO) que en ningún caso debe ser superada, para evitar el peligro de destrucción del semiconductor. Así, por ejemplo, para el transistor BC 108, en las hojas de especificaciones técnicas aparecen los siguientes valores para las tensiones de ruptura: VCBO = 30V y VCEO = 20V, lo que significa que este transistor nunca deberá operar con tensiones superiores a estos valores especificados.

Resistencia de entrada

Se podría decir que la resistencia de entrada de un transistor es la que presenta éste, visto desde los bornes de entrada. Al observar la característica de transferencia del transistor, representada en la figura de abajo, se puede ver que la intensidad de base aumenta con la tensión base-emisor.

Pues bien, a la relación existente entre las variaciones de tensión base-emisor y las de la corriente de base, que se corresponden con la tensión y la corriente de entrada, se la denomina resistencia de entrada, es decir:

Para realizar el cálculo de la resistencia de entrada nos valdremos de la curva característica de transferencia.

Cuál es la Región de Operación de un BJT

La región activa directa

Corresponde a una polarización directa de la unión emisor-base. Esta es la región de operación normal del transistor para amplificación. La corriente de colector es proporcional a la corriente de base

Centrando la atención en la recombinación de los electrones en la base procedentes del emisor podemos observar que allí donde había un hueco pasa a haber, tras la recombinación, un ión negativo inmóvil. Si desaparecen los huecos de la base y se llena de iones

negativos, se carga negativamente, y se repelen los electrones procedentes del emisor. En este caso se impediría la circulación de la corriente, es decir, es necesario que la corriente de base reponga huecos para que haya corriente de colector.

Por tanto, por cada electrón recambiado hay que introducir un hueco nuevo que neutralice la carga negativa. Si la reposición de huecos es lenta (corriente IB pequeña) la capacidad de inyectar electrones será baja, debido a la repulsión

eléctrica. Este fenómeno tiene la propiedad de ser aproximadamente lineal, con lo que se puede establecer que:

En donde es un coeficiente adimensional, denominada ganancia directa de corriente, o bien ganancia estática de corriente. Por lo tanto, los electrones inyectados desde el emisor a la base, atraídos por el potencial positivo aplicado al colector, pueden atravesar la unión BC, y dar origen a la corriente de colector IC. Mediante el emisor, se inunda la base de electrones, aumenta drásticamente el número de portadores minoritarios del diodo base-colector, con lo que su corriente inversa aumenta también

Región activa inversa

Corresponde a una polarización inversa de la unión emisor-base y a una polarización directa de la unión colector-base. Esta región es usada raramente.

Región de corte

Corresponde a una polarización inversa de ambas uniones. La operación en ésta región corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo aplicaciones de conmutación en el modo apagado, pues el transistor actúa como un interruptor abierto (IC 0).

En este caso las dos uniones están polarizadas en inversa, por lo que existen zonas de depleción en torno a las uniones BE y BC. En estas zonas no hay portadores de carga móviles, por lo tanto, no puede establecerse ninguna corriente de mayoritarios. Los portadores minoritarios sí pueden atravesar las uniones polarizadas en

inversa, pero dan lugar a corrientes muy débiles. Por lo tanto, un transistor en corte equivale a efectos prácticos, a un circuito abierto.

Región de saturación

Corresponde a una polarización directa de ambas uniones. La operación den esta región corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo encendido, pues el transistor actúa como un interruptor cerrado (VCE 0).

Cuáles son las configuraciones para un BJT

Emisor común

El amplificador emisor común, se llama así porque las corrientes de base y de colector se combinan en el emisor.

Colector común

Su salida se toma de emisor a tierra en vez de tomarla de colector a tierra, como en el caso del EC. Este tipo de configuración para el amplificador se utiliza para obtener ganancia de corriente y ganancia de potencia. La señal de salida esta en fase con la señal de entrada. El amplificador tiene una ganancia de tensión ligeramente menor que uno. Por otro lado, la ganancia de corriente es significativamente mayor que uno.

Base comun

La señal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector. La base se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia sólo de tensión. La impedancia de entrada es baja y la ganancia de corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de emisor sale por la base. Si añadimos una resistencia de emisor, que puede ser la propia impedancia de salida de la fuente de señal, un análisis similar al realizado en el caso de emisor común, nos da la ganancia aproximada

siguiente:  .