Un transistor es un dispositivo semiconductor, que fue inventado en el año 1947 en Bell Lab por William Shockley, John Bardeen y Walter Houser Brattain. Es un componente básico de cualquier componente digital. El primer transistor inventado fue un transistor de contacto puntual . La función principal de un transistor es amplificar las señales débiles y regularlas en consecuencia. Un transistor se compone de materiales semiconductores como silicio, germanio o arseniuro de galio. Se clasifican en dos tipos según su estructura, BJT- transistor de unión bipolar (transistores como transistor de unión, transistor NPN, transistor PNP) y transistor de efecto de campo FET (transistores como transistor de función de unión y transistor de óxido metálico, MOSFET de canal N , MOSFET de canal P), y su funcionalidad (como transistor de señal pequeña, transistor de conmutación pequeño, transistor de potencia, transistor de alta frecuencia, fototransistor, transistores de unión única). Consta de tres partes principales: Emisor (E), Base (B) y Colector (C), o una Fuente (S), un drenaje (D) y una compuerta (G).

¿Qué es un transistor de potencia?

El dispositivo de tres terminales que está diseñado específicamente para controlar alta corriente - voltaje nominal y manejar una gran cantidad de niveles de potencia en un dispositivo o circuito es un transistor de potencia. los clasificación de transistor de potencia Incluya lo siguiente.

Transistor de unión bipolar (BJT)
Transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET)
Transistor de inducción estática (SIT)
Transistor bipolar de puerta aislada (IGBT).

Transistor de unión bipolar

Un BJT es un transistor de unión bipolar, que es capaz de manejar dos polaridades (huecos y electrones), se puede utilizar como interruptor o como amplificador y también conocido como dispositivo de control de corriente. Las siguientes son las características de un Poder BJT , son

Tiene un tamaño más grande, por lo que la corriente máxima puede fluir a través de él.
El voltaje de ruptura es alto
Tiene una mayor capacidad de transporte de corriente y alta potencia.
Tiene una caída de voltaje en estado más alta
Aplicación de alta potencia.

Transistor-efecto-campo-semiconductor-óxido-metálico-MOS- (MOSFET) -FET

MOSFET es una subclasificación del transistor FET. Es un dispositivo de tres terminales que contiene terminales de fuente, base y drenaje. La funcionalidad MOSFET depende del ancho del canal. Es decir, si el ancho del canal es amplio, funciona de manera eficiente. Las siguientes son las características de un MOSFET,

También se conoce como controlador de voltaje.
No se necesita corriente de entrada
Una impedancia de entrada alta.

Transistor de inducción estático

Es un dispositivo que tiene tres terminales, con alta potencia y frecuencia que está orientado verticalmente. La principal ventaja del transistor de inducción estática es que tiene una ruptura de voltaje más alta en comparación con el transistor de efecto de campo FET. Las siguientes son las características del transistor de inducción estática,

transistor de inducción estática

La longitud del canal es corta
El ruido es menor
El encendido y apagado son unos segundos.
La resistencia terminal es baja.

Transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)

Como su nombre indica, un IGBT es una combinación de transistor FET y BJT cuya función se basa en su puerta, donde el transistor se puede encender o apagar dependiendo de la puerta. Se aplican comúnmente en dispositivos electrónicos de potencia como inversores, convertidores y fuentes de alimentación. Las siguientes son las características del transistor bipolar de puerta aislada (IGBT),

transistor-bipolar-de-puerta-aislada (IGBT)

A la entrada del circuito, las pérdidas son menores
mayor ganancia de potencia.

Estructura del transistor de potencia

El Power Transistor BJT es un dispositivo orientado verticalmente que tiene una gran área de sección transversal con capas alternas de tipo P y N conectadas entre sí. Puede diseñarse usando P-N-P o un N-P-N transistor.

transistor pnp y npn

La siguiente construcción muestra un tipo P-N-P, que consta de tres terminales: emisor, base y colector. Donde el terminal emisor está conectado a una capa de tipo n altamente dopada, debajo de la cual está presente una capa p moderadamente dopada de concentración de 1016 cm-3, y una capa n ligeramente dopada de concentración de 1014 cm-3, que también se denomina como región de deriva del colector, donde la región de deriva del colector decide el voltaje de ruptura del dispositivo y en la parte inferior, tiene una capa n + que es una capa de tipo n altamente dopada con una concentración de 1019 cm-3, donde el colector se graba para interfaz de usuario.

Construcción de transistor de potencia NPN

Operación del transistor de potencia

Power Transistor BJT funciona en cuatro regiones de operación que son

Región de corte
Región activa
Región de cuasi saturación
Región de saturación dura.

Se dice que un transistor de potencia está en modo de corte si el transistor de potencia n-p-n está conectado al revés inclinación dónde

caso (i): El terminal base del transistor está conectado al negativo y los terminales emisores del transistor están conectados al positivo, y

casos): El terminal del colector del transistor está conectado al negativo y el terminal de la base del transistor está conectado al positivo que es el emisor de base y el emisor del colector está en polarización inversa.

transistor-región-de-corte-de-potencia

Por lo tanto, no habrá flujo de corriente de salida a la base del transistor donde IBE = 0, y tampoco habrá corriente de salida que fluya a través del colector al emisor desde IC = IB = 0, lo que indica que el transistor está en estado apagado que es un región cortada. Pero una pequeña fracción de los flujos de corriente de fuga arroja el transistor del colector al emisor, es decir, ICEO.

Se dice que un transistor está inactivo solo cuando la región base-emisor tiene polarización directa y polarización inversa de la región colector-base. Por lo tanto, habrá un flujo de corriente IB en la base del transistor y un flujo de corriente IC a través del colector al emisor del transistor. Cuando IB aumenta, IC también aumenta.

transistor-región-activa-de-potencia

Se dice que un transistor está en la etapa de cuasi saturación si la base-emisor y el colector-base están conectados en polarización de reenvío. Se dice que un transistor está en saturación fuerte si la base-emisor y el colector-base están conectados en polarización de reenvío.

región-de-saturación-del-transistor-de-potencia

Características de salida V-I de un transistor de potencia

Las características de salida se pueden calibrar gráficamente como se muestra a continuación, donde el eje x representa VCE y el eje y representa IC.

características de salida

El siguiente gráfico representa varias regiones como la región de corte, la región activa, la región de saturación dura, la región de cuasi saturación.
Para diferentes valores de VBE, existen diferentes valores de corriente IB0, IB1, IB2, IB3, IB4, IB5, IB6.
Siempre que no haya flujo de corriente, significa que el transistor está apagado. Pero pocos flujos de corriente que son ICEO.
Para un valor aumentado de IB = 0, 1,2, 3, 4, 5. Donde IB0 es el valor mínimo e IB6 es el valor máximo. Cuando VCE aumenta, ICE también aumenta ligeramente. Donde IC = ßIB, por lo tanto, el dispositivo se conoce como dispositivo de control de corriente. Lo que significa que el dispositivo está en una región activa, que existe durante un período en particular.
Una vez que el IC ha alcanzado el máximo, el transistor cambia a la región de saturación.
Donde tiene dos regiones de saturación, región de cuasi saturación y región de saturación dura.
Se dice que un transistor está en una región de cuasi saturación si y solo si la velocidad de conmutación de encendido a apagado o de apagado a encendido es rápida. Este tipo de saturación se observa en la aplicación de frecuencia media.
Mientras que en una región de saturación dura, el transistor requiere una cierta cantidad de tiempo para cambiar de encendido a apagado o de apagado a encendido. Este tipo de saturación se observa en las aplicaciones de baja frecuencia.

Ventajas

Las ventajas de power BJT son,

La ganancia de voltaje es alta
La densidad de la corriente es alta.
El voltaje directo es bajo
La ganancia de ancho de banda es grande.

Desventajas

Las desventajas del power BJT son,

La estabilidad térmica es baja
Es mas ruidoso
Controlar es un poco complejo.

Aplicaciones

Las aplicaciones de power BJT son,

Fuentes de alimentación conmutadas ( SMPS )
Relés
Amplificadores de potencia
Convertidores de CC a CA
Circuitos de control de potencia.

Preguntas frecuentes

1). ¿Diferencia entre transistor y transistor de potencia?

Un transistor es un dispositivo electrónico de tres o cuatro terminales, donde al aplicar una corriente de entrada a un par de terminales del transistor, se puede observar un cambio en la corriente en otro terminal de ese transistor. Un transistor actúa como un interruptor o un amplificador.

Mientras que un transistor de potencia actúa como un disipador de calor, lo que protege el circuito de daños. Es más grande que un transistor normal.

2). ¿Qué región del transistor hace que cambie más rápido de encendido a apagado o de apagado a encendido?

El transistor de potencia, cuando está en casi saturación, cambia más rápido de encendido a apagado o de apagado a encendido.

3). ¿Qué significa N en transistor NPN o PNP?

N en el transistor de tipo NPN y PNP representa el tipo de portadores de carga utilizados, que en un tipo N, la mayoría de los portadores de carga son electrones. Por lo tanto, en NPN, dos portadores de carga de tipo N están intercalados con un tipo P, y en PNP, un solo portador de carga de tipo N se intercala entre dos portadores de carga de tipo P.

4). ¿Cuál es la unidad del transistor?

Las unidades estándar de un transistor para la medición eléctrica son amperios (A), voltios (V) y ohmios (Ω) respectivamente.

5). ¿El transistor funciona en CA o CC?

Un transistor es una resistencia variable que puede funcionar tanto en CA como en CC, pero no se puede convertir de CA a CC o CC a CA.

El transistor un componente básico de un sistema digital , son de dos tipos según su estructura y según su funcionalidad. El transistor que se utiliza para controlar grandes tensiones y corrientes es un BJT de potencia (transistor bipolar) es un transistor de potencia. También se conoce como un dispositivo de control de voltaje-corriente que opera en 4 regiones de corte, activo, cuasi saturación y saturación dura en función de los suministros dados al transistor. La principal ventaja de un transistor de potencia es que actúa como un dispositivo de control de corriente.