Transistores: conceptos básicos, tipos y modos de combinación

Introducción al transistor:

Anteriormente, el componente crítico e importante de un dispositivo electrónico era un tubo de vacío, es un tubo de electrones utilizado para controlar la corriente eléctrica . Los tubos de vacío funcionaron pero son voluminosos, requieren voltajes de operación más altos, alto consumo de energía, rendimiento más bajo y los materiales cátodos emisores de electrones se consumen en funcionamiento. Entonces, eso terminó en calor que acortó la vida útil del tubo. Para superar estos problemas, John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley inventaron un transistor en Bell Labs en el año de 1947. Este nuevo dispositivo fue una solución mucho más elegante para superar muchas de las limitaciones fundamentales de los tubos de vacío.

El transistor es un dispositivo semiconductor que puede conducir y aislar. Un transistor puede actuar como interruptor y amplificador. Convierte ondas de audio en ondas electrónicas y resistencias, controlando la corriente electrónica. Los transistores tienen una vida útil muy larga, un tamaño más pequeño, pueden operar con suministros de voltaje más bajo para mayor seguridad y no requieren corriente de filamento. El primer transistor se fabricó con germanio. Un transistor realiza la misma función que un triodo de tubo de vacío, pero utiliza uniones semiconductoras en lugar de electrodos calentados en una cámara de vacío. Es el bloque de construcción fundamental de los dispositivos electrónicos modernos y se encuentra en todas partes en los sistemas electrónicos modernos.

Conceptos básicos de transistores:

Un transistor es un dispositivo de tres terminales. A saber,

• Base: Es la encargada de activar el transistor.
• Coleccionista: esta es la pista positiva.
• Emisor: este es el cable negativo.

La idea básica detrás de un transistor es que le permite controlar el flujo de corriente a través de un canal al variar la intensidad de una corriente mucho más pequeña que fluye a través de un segundo canal.

Tipos de transistores:

Hay dos tipos de transistores presentes: transistores de unión bipolar (BJT), transistores de efecto de campo (FET). Una pequeña corriente fluye entre la base y el emisor, el terminal de la base puede controlar un flujo de corriente mayor entre el colector y los terminales del emisor. Para un transistor de efecto de campo, también tiene los tres terminales, son puerta, fuente y drenaje, y un voltaje en la puerta puede controlar una corriente entre la fuente y el drenaje. Los diagramas simples de BJT y FET se muestran en la siguiente figura:

Transistor de unión bipolar (BJT)

Transistores de efecto de campo (FET)

Como puede ver, los transistores vienen en una variedad de tamaños y formas diferentes. Una cosa que todos estos transistores tienen en común es que cada uno tiene tres cables.

• Transistor de unión bipolar:

Un transistor de unión bipolar (BJT) tiene tres terminales conectados a tres regiones de semiconductores dopados. Viene con dos tipos, P-N-P y N-P-N.

Transistor P-N-P, que consta de una capa de semiconductor dopado con N entre dos capas de material dopado con P. La corriente de base que ingresa al colector se amplifica en su salida.

Eso es cuando el transistor PNP está ENCENDIDO cuando su base se baja en relación con el emisor. Las flechas del transistor PNP simbolizan la dirección del flujo de corriente cuando el dispositivo está en modo activo de reenvío.

Transistor N-P-N que consiste en una capa de semiconductor dopado con P entre dos capas de material dopado con N. Al amplificar la corriente de la base obtenemos la alta corriente de colector y emisor.

Eso es cuando el transistor NPN está ENCENDIDO cuando su base se baja en relación con el emisor. Cuando el transistor está en estado ON, el flujo de corriente está entre el colector y el emisor del transistor. Basado en portadores minoritarios en la región de tipo P, los electrones se mueven del emisor al colector. Permite una mayor corriente y un funcionamiento más rápido por esta razón, la mayoría de los transistores bipolares que se utilizan hoy en día son NPN.

• Transistor de efecto de campo (FET):

El transistor de efecto de campo es un transistor unipolar, FET de canal N o FET de canal P se utilizan para la conducción. Los tres terminales de FET son la fuente, la puerta y el drenaje. Los FET básicos de canal n y canal p se muestran arriba. Para un FET de canal n, el dispositivo está construido con material de tipo n. Entre la fuente y el drenaje, el material de ese tipo actúa como una resistencia.

Este transistor controla los portadores positivos y negativos relacionados con huecos o electrones. El canal FET está formado por el movimiento de portadores de carga positiva y negativa. El canal de FET que está hecho de silicio.

Hay muchos tipos de FET, MOSFET, JFET, etc. Las aplicaciones de los FET se encuentran en un amplificador de bajo ruido, un amplificador de búfer y un interruptor analógico.

Polarización del transistor de unión bipolar

Los transistores son los dispositivos activos semiconductores más importantes, esenciales para casi todos los circuitos. Se utilizan como interruptores electrónicos, amplificadores, etc. en circuitos. Los transistores pueden ser NPN, PNP, FET, JFET, etc. que tienen diferentes funciones en los circuitos electrónicos. Para el correcto funcionamiento del circuito, es necesario polarizar el transistor utilizando redes de resistencias. El punto de operación es el punto en las características de salida que muestra el voltaje Colector-Emisor y la corriente Colector sin señal de entrada. El punto de funcionamiento también se conoce como punto de polarización o punto Q (punto de reposo).

El sesgo se refiere a proporcionar resistencias, condensadores o voltaje de suministro, etc. para proporcionar las características de funcionamiento adecuadas de los transistores. La polarización de CC se utiliza para obtener la corriente del colector de CC a un voltaje de colector particular. El valor de este voltaje y corriente se expresan en términos del Q-Point. En una configuración de amplificador de transistor, el IC (máx.) Es la corriente máxima que puede fluir a través del transistor y VCE (máx.) Es el voltaje máximo aplicado a través del dispositivo. Para que el transistor funcione como amplificador, se debe conectar una resistencia de carga RC al colector. La polarización establece la tensión y la corriente de funcionamiento de CC en el nivel correcto para que el transistor pueda amplificar correctamente la señal de entrada de CA. El punto de polarización correcto se encuentra en algún lugar entre los estados completamente ENCENDIDO o completamente APAGADO del transistor. Este punto central es el Q-Point y si el transistor está polarizado correctamente, el Q-point será el punto de operación central del transistor. Esto ayuda a que la corriente de salida aumente y disminuya a medida que la señal de entrada oscila a lo largo del ciclo completo.

Para establecer el punto Q correcto del transistor, se utiliza una resistencia de colector para establecer la corriente del colector en un valor constante y estable sin ninguna señal en su base. Este punto de funcionamiento de CC estable se establece mediante el valor de la tensión de alimentación y el valor de la resistencia de polarización de la base. Las resistencias de polarización de base se utilizan en las tres configuraciones de transistores, como las configuraciones de base común, colector común y emisor común.

Modos de sesgo:

Los siguientes son los diferentes modos de polarización de la base del transistor:

1. Sesgo actual:

Como se muestra en la figura 1, se utilizan dos resistencias RC y RB para establecer la polarización de la base. Estas resistencias establecen la región operativa inicial del transistor con polarización de corriente fija.

El transistor polariza hacia adelante con un voltaje de polarización de base positivo a través de RB. La caída de voltaje del emisor de la base delantera es de 0,7 voltios. Por lo tanto, la corriente a través de RB es I_B= (V_cc- V_SER) / I_B

2. Sesgo de retroalimentación:

La figura 2 muestra la polarización del transistor mediante el uso de una resistencia de retroalimentación. La polarización de la base se obtiene del voltaje del colector. La retroalimentación del colector asegura que el transistor siempre esté polarizado en la región activa. Cuando la corriente del colector aumenta, el voltaje en el colector cae. Esto reduce la unidad base que a su vez reduce la corriente del colector. Esta configuración de retroalimentación es ideal para diseños de amplificadores de transistores.

3. Doble sesgo de retroalimentación:

La figura 3 muestra cómo se logra la polarización utilizando resistencias de retroalimentación doble.

Al usar dos resistencias, RB1 y RB2, aumente la estabilidad con respecto a las variaciones en Beta al aumentar el flujo de corriente a través de las resistencias de polarización de la base. En esta configuración, la corriente en RB1 es igual al 10% de la corriente del colector.

4. Sesgo de división de voltaje:

La figura 4 muestra la polarización del divisor de voltaje en la que dos resistencias RB1 y RB2 están conectadas a la base del transistor formando una red de divisores de voltaje. El transistor se polariza por la caída de voltaje en RB2. Este tipo de configuración de polarización se utiliza ampliamente en circuitos amplificadores.

5. Doble sesgo de base:

La figura 5 muestra una doble retroalimentación para la estabilización. Utiliza la retroalimentación de la base del emisor y del colector para mejorar la estabilización controlando la corriente del colector. Los valores de resistencia deben seleccionarse para establecer la caída de voltaje a través de la resistencia del emisor al 10% del voltaje de suministro y la corriente a través de RB1, al 10% de la corriente del colector.

Ventajas del transistor:

1. Menor sensibilidad mecánica.
2. Menor costo y menor tamaño, especialmente en circuitos de pequeña señal.
3. Voltajes de funcionamiento bajos para mayor seguridad, menores costos y espacios más reducidos.
4. Vida extremadamente larga.
5. Sin consumo de energía por un calentador de cátodo.
6. Cambio rápido.

Puede soportar el diseño de circuitos de simetría complementaria, algo que no es posible con los tubos de vacío. Si tiene alguna duda sobre este tema o sobre el proyectos electronicos deje los comentarios a continuación.