El transistor es un elemento fundamental en el funcionamiento de diversos circuitos, lo podemos encontrar en una radio o camaras de video. Pero, ¿Qué es lo que hace tan importante a los transistores?. Antiguamente los circuitos electronicos se construian a base de valvulas de vacio, los famosos “vulvos”, en la actualidad estos han sido sustituidos por circuitos semi conductores que son mas eficientes y de menor tamaño, a continuación en la imagen, una comparación de tamaño entre las valvulas de vacio y los transistores:
Hasta ahora hemos mencionado un par de veces la palabra “semi conductor”, pero ¿Qué es un semi conductor?.
Podemos decir que en la naturaleza existen 2 tipos de materiales, los conductores y los no conductores, la diferencia fundamental entre ambos es la capacidad de conducir la corriente eléctrica. En los metales la resistencia que presentan es extremadamente baja, lo que permite grandes flujos de corriente, sin embargo en los no conductores su resistencia es muy alta y no permite el flujo de corriente. Sin embargo, los semi conductores pueden comportarse de ambas formas dependiendo de su conexión, por ejemplo si tomamos este simple diodo podemos verlo en las siguientes imágenes:
Si lo conectamos de cierta forma se comporta como un conductor
Sim embargo, el mismo dispositivo conectado de una manera distinta funciona como un aislante
Esto pasa porque el diodo está construido en base a materiales semi conductores; Un material se silicio tipo “P” y un material de silicio tipo “N” . Reciben estos nombres dado que el material tipo “P” tiene un exceso de carga positiva y el material tipo “N” tiene un exceso de carga negativa.
Entonces conectando terminales a ambos extremos tendremos la siguiente situación: Si lo alimentamos como se muestra en la imagen, con el positivo al material “N” y el negativo al material “P” , las cargas positivas se ven atraídas hacia el extremo negativo y las cargas negativas hacia el extremo positivo. Esto crea una zona en el medio en la que no hay presencia de cargas y por tanto se vuelve aislante y de esa manera la corriente a través del dispositivo es cero. Dicho concepto se ve en la siguiente imagen:
Si invertimos la polaridad, las cargas positivas del material “P” son atraídas hacia la terminal nega tiva y las negativas del material “N” son atraídas hacia la terminal positiva, estableciéndose una corriente en el dispositivo, lo que permite el flujo de carga y la presencia de una corriente.
De ahí entontes la propiedad de un semi conductor de comportarse como aislante y como conductor al mismo tiempo.
Estructura interna del transistor: Un transistor por dentro es la unión de materiales semi conductores, un material “P” rodeado por 2 materiales “N” o bien, un material “N” rodeado por 2 materiales “P”, con esto podemos deducir que existen básicamente 2 tipos de transistores: Un transistor NPN y un transistor PNP. Como se puede ver ambos símbolos son idénticos, solo se diferencian en la dirección de la flecha en uno de sus terminales, hacia afuera en el NPN y hacia adentro en el PNP
En lo que se refiere a su forma física los transistores pueden tener tamaños muy variados, dependiendo de la aplicación específica:
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Potencia pequeña Potencia media-
baja
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Potencia media-alta Potencia muy alta
Veamos ahora cómo funciona un transistor:
Recordemos que la estructura interna consta de 3 capas de semi conductores Estas 3 capas tienen cada una su terminal correspondiente y reciben un nombre, una es el colector, otra la base y ultima es el emisor.
Al momento en que el transistor es polarizado de la forma que se muestra; Un voltaje positivo en el colector, otro positivo en la base (menor que el del colector) y el voltaje negativo en el emisor, en ese momento se crea una pequeña corriente que circula desde el emisor hacia la base, sin embargo esta corriente crea un efecto de avalancha que hace que la corriente de la base se multiplique varias veces, estableciéndose una corriente muy fuerte entre el emisor y el colector, de forma que la corriente de colector será igual a “Beta” veces la corriente de la base, o bien la corriente de colector será igual a la corriente de base multiplicada por un factor Hfe.
Entonces en resumen, podemos decir que un transistor se comporta como un dispositivo que amplifica la corriente de su base por un factor B o H fe en su colector.
Gráficamente las ecuaciones anteriormente mencionadas serían así:
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Cuando la corriente de la base sea cero, la corriente del colector también será cero Si la corriente de base crece ligeramente, la corriente de colector crecerá pero en una magnitud superior, este comportamiento se mantiene durante un buen trayecto de la gráfica. Nótese como para incrementos pequeños de la corriente de base, hay incrementos grandes de la corriente del colector. A la zona en que se ve una curva se le conoce como zona de amplificación, pero si seguimos aumentando la corriente de base comenzara a aparecer una ligera discontinuidad en la cual para aumentos considerables d la corriente de base la corriente de colector ya no cambia con la misma proporción que antes hasta llegar a un punto tal que la corriente de base puede incrementar mucho y la corriente de colector seguirá siendo prácticamente del mismo valor. A dicha zona se le conoce como punto de saturación.
Entonces podemos localizar 2 zonas características en la curva de comportamiento de un transistor; La zona de amplificación y la zona de saturación, cada una se emplea para objetivos distintos.
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La zona de amplificación para manejar señales lineales La zona de saturación sirve para utilizar el transistor como interruptor
Supongamos el circuito que se muestra en el cual tenemos un transistor del tipo NPN, un interruptor que servirá para encender el circuito, un voltaje de alimentación de 9 volts obtenido por una batería, 2 resistencias una de 330 ohm y otra de 1 K Ohm y un diodo emisor de luz. Interpretando este circuito, tenemos que al momento que el interruptor de cierre pasara corriente a la base, el transistor pasara a su estado de saturación y el diodo emisor de luz encenderá.
¿Qué pasaría con un transistor PNP? ¿Funcionaría de igual forma?
Usamos excatamente el mismo circuito anterior, sin embargo ahora como se puede ver, se invirtió la batería, el emisor sigue en su lugar, las resistencias también y el diodo ha sufrido un cambio de polaridad. Al momento de cerrar el interruptor, la corriente debe circular a través de la resistencia y encender la LED, es decir, debiera funcionar de la misma manera.
¿Y si sacamos el interruptor? Tendríamos que el voltaje entre emisor y base de un transistor es casi fijo, podemos crear un regulador de voltaje y convertir un voltaje no regulado en un voltaje regulado con un circuito tan sencillo como el que se muestra a continuación:
Esto sucedería siempre y cuando el voltaje del diodo sea igual al voltaje de entrada menos 4 volts o menor
