¿Cómo funciona un transistor?

El transistor fue inventado por William Shockley en 1947. Un transistor es un dispositivo semiconductor de tres terminales que puede usarse para aplicaciones de conmutación, amplificación de señales débiles y en cantidades de miles y millones de transistores que están interconectados e integrados en un pequeño circuito / chip integrado, lo que hace que la memoria de la computadora.

Tipos de transistores bipolares

¿Qué es Transistor?
El transistor es un dispositivo semiconductor que puede funcionar como un amplificador de señal o como un interruptor de estado sólido. El transistor se puede considerar como dos uniones pn que se colocan espalda con espalda.

La estructura tiene dos uniones PN con una región base muy pequeña entre las dos áreas periféricas para el colector y el emisor. Hay tres clasificaciones principales de transistores, cada uno con sus propios símbolos, características, parámetros de diseño y aplicaciones.


Transistor de unión bipolar
Los BJT se consideran dispositivos accionados por corriente y tienen una impedancia de entrada relativamente baja. Están disponibles como tipos NPN o PNP. La designación describe la polaridad del material semiconductor utilizado para fabricar el transistor.

La dirección de la flecha que se muestra en el símbolo del transistor indica la dirección de la corriente a través de él. Por lo tanto, en el tipo NPN, la corriente sale del terminal del emisor. Mientras que en PNP, la corriente entra en el emisor.


Transistores de efecto de campo
Los FET se denominan dispositivos accionados por voltaje que tienen una alta impedancia de entrada. Los transistores de efecto de campo se subdividen en dos grupos, transistores de efecto de campo de unión (JFET) y transistores de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET).

Transistores de efecto de campo

FET semiconductor de óxido de metal (MOSFET)
Similar al JFET anterior, excepto que el voltaje de entrada es capacitivo acoplado al transistor. El dispositivo tiene un drenaje de baja potencia pero se daña fácilmente por descarga estática.

MOSFET (nMOS y pMOS)

Transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)
IGBT es el desarrollo de transistor más reciente. Este es un dispositivo híbrido que combina características del BJT con el acoplado capacitivo y el dispositivo NMOS / PMOS con entrada de alta impedancia.

Transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)

Cómo funciona el transistor - Transistor de unión bipolar?
En este artículo, analizaremos el funcionamiento del transistor bipolar. El BJT es un dispositivo de tres conductores con un emisor, un colector y un cable de base. Básicamente, el BJT es un dispositivo impulsado por corriente. Existen dos uniones PN dentro de un BJT.

Existe una unión PN entre el emisor y la región base, existe un segundo entre el colector y la región base. Una pequeña cantidad de flujo de corriente de emisor a base (corriente de base medida en micro amperios) puede controlar un flujo de corriente razonablemente grande a través del dispositivo desde el emisor al colector (corriente del colector medida en miliamperios).

Los transistores bipolares están disponibles en naturaleza complementaria con respecto a sus polaridades. El NPN tiene un emisor y colector de material semiconductor tipo N y el material base es el material semiconductor tipo P. En PNP estas polaridades simplemente se invierten aquí, el emisor y el colector son material semiconductor tipo P y la base es materiales de tipo N.

Las funciones de los transistores NPN y PNP son esencialmente las mismas, pero las polaridades de la fuente de alimentación se invierten para cada tipo. La única diferencia importante entre estos dos tipos es que el transistor NPN tiene una respuesta de frecuencia más alta que el transistor PNP (porque el flujo de electrones es más rápido que el flujo del agujero). Por lo tanto, en aplicaciones de alta frecuencia, se utilizan transistores NPN.

En la operación BJT habitual, la unión base-emisor está polarizada hacia adelante y la unión base-colector está polarizada inversamente. Cuando una corriente fluye a través de la unión base-emisor, también fluye una corriente en el circuito colector. Esto es más grande y proporcional al que está en el circuito base.

Para explicar la forma en que esto sucede, se toma el ejemplo de un transistor NPN. Se usan los mismos principios para el transistor pnp, excepto que el portador de corriente es agujeros en lugar de electrones y los voltajes están invertidos.

Operación de un BJT
El emisor del dispositivo NPN está hecho de un material de tipo n, por lo tanto, la mayoría de los portadores son electrones. Cuando la unión base-emisor está polarizada hacia delante, los electrones se mueven desde la región de tipo n hacia la región de tipo p y los orificios se mueven hacia la región de tipo n.

Cuando se alcanzan, se combinan permitiendo que una corriente fluya a través del cruce. Cuando la unión está sesgada en sentido inverso, los orificios y los electrones se alejan de la unión, ahora se forma una región de agotamiento entre las dos áreas y no fluye corriente.

Cuando una corriente fluye entre la base y el emisor, los electrones salen del emisor y fluyen hacia la base, la ilustración que se muestra en el diagrama anterior. En general, los electrones se combinarían cuando alcancen la región de agotamiento.

Circuito de polarización del transistor BJT NPN

Sin embargo, el nivel de dopaje en esta región es muy bajo y la base también es muy delgada. Esto significa que la mayoría de los electrones pueden viajar a través de esta región sin recombinarse con los agujeros. Como resultado, los electrones se desplazan hacia el colector (debido al potencial positivo del colector).

De esta manera, pueden fluir a través de lo que es efectivamente una unión con polarización inversa, y la corriente fluye en el circuito colector.

Se encuentra que la corriente del colector es significativamente más alta que la corriente de base y debido a que la proporción de electrones que se combinan con los orificios permanece igual, la corriente del colector siempre es proporcional a la corriente de base.

La relación entre la base y la corriente del colector recibe el símbolo griego β. Típicamente, la relación β puede estar entre 50 y 500 para un transistor de señal pequeño.

Esto significa que la corriente del colector estará entre 50 y 500 veces más que la corriente de la región base. Para transistores de alta potencia, el valor de β es probable que sea más pequeño, con cifras de 20 no es inusual.


Aplicaciones de transistores

1. Las aplicaciones más comunes de transistores comprenden interruptores analógicos y digitales, reguladores de potencia, vibradores múltiples, diferentes generadores de señal, amplificadores de señal y controladores de equipo.

2. Los transistores son los componentes básicos de los circuitos integrados y la electrónica más actualizada.

3. Una aplicación importante del transistor es que los microprocesadores una y otra vez comprenden más de mil millones de transistores en cada chip.

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