Diferentes tipos de transistores y su funcionamiento.

Como nuestro cerebro está formado por 100 mil millones de células denominadas neuronas que se utilizan para pensar y memorizar cosas. Como una computadora, también tenemos miles de millones de diminutas células cerebrales llamadas Transistores. Está compuesto por un elemento químico de extracto de arena llamado Silicio. Los transistores cambian radicalmente la teoría de la electrónica, ya que John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley la diseñaron más de medio siglo antes.

Entonces, ¿te contamos cómo funcionan o qué son en realidad?

¿Qué son los transistores?

Estos dispositivos están hechos de material semiconductor que se usa comúnmente para fines de amplificación o conmutación, también se puede usar para controlar el flujo de voltaje y corriente. También se utiliza para amplificar las señales de entrada en la señal de salida de extensión. Un transistor suele ser un dispositivo electrónico de estado sólido que se compone de materiales semiconductores. La circulación de la corriente electrónica se puede alterar mediante la adición de electrones. Este proceso hace que las variaciones de voltaje afecten proporcionalmente muchas variaciones en la corriente de salida, dando lugar a la amplificación. No todos, pero la mayoría de los dispositivos electrónicos contienen uno o más tipos de transistores. Algunos de los transistores se colocan individualmente o en general en circuitos integrados que varían según sus aplicaciones de estado.

“El transistor es un componente tipo insecto de tres patas, que se coloca individualmente en algunos dispositivos, pero en las computadoras está empaquetado en millones de números en pequeños microchips”

¿De qué se compone un transistor?

El transistor consta de tres capas de semiconductor, que tienen la capacidad de mantener la corriente. El material conductor de electricidad, como el silicio y el germanio, tiene la capacidad de transportar electricidad entre los conductores y el aislante que estaba encerrado por cables de plástico. Los materiales semiconductores se tratan mediante un procedimiento químico llamado dopaje del semiconductor. Si el silicio está dopado con arsénico, fósforo y antimonio, obtendrá algunos portadores de carga extra, es decir, electrones, se conocen como semiconductores de tipo N o negativo, mientras que si el silicio está dopado con otras impurezas como boro, galio, aluminio, obtendrá menos portadores de carga, es decir, huecos, se conocen como semiconductores de tipo P o positivos.

¿Cómo funciona el transistor?

El concepto de trabajo es la parte principal para entender cómo usar un transistor o cómo funciona ?, hay tres terminales en el transistor:

• Base: Da base a los electrodos del transistor.

• Emisor: Portadores de carga emitidos por este.

• Recolector: Portadores de carga cobrados por este.

Si el transistor es de tipo NPN, necesitamos aplicar un voltaje de 0.7v para activarlo y, a medida que el voltaje se aplica al pin de la base, el transistor se enciende, que es la condición de polarización directa y la corriente comienza a fluir a través del colector al emisor (también llamado saturación región). Cuando el transistor está en condición de polarización inversa o el pin de la base está conectado a tierra o no tiene voltaje, el transistor permanece en condición de APAGADO y no permite que la corriente fluya del colector al emisor (también llamada región de corte).

Si el transistor es del tipo PNP, normalmente está en estado ON, pero no se puede decir perfectamente hasta que el pin de la base esté perfectamente conectado a tierra. Después de conectar a tierra el pin de la base, el transistor estará en condición de polarización inversa o se dice que está encendido. A medida que el suministro se proporciona al pin de la base, deja de conducir corriente desde el colector al emisor y se dice que el transistor está en estado APAGADO o en condición de polarización directa.

Para la protección del transistor conectamos una resistencia en serie con él, para encontrar el valor de esa resistencia usamos la siguiente fórmula:

R _B = V _BE / I _B

Diferentes tipos de transistores:

Básicamente, podemos dividir el transistor en dos categorías, transistor de unión bipolar (BJT) y transistor de efecto de campo (FET). Además, podemos dividirlo como se muestra a continuación:

Transistor de unión bipolar (BJT)

Un transistor de unión bipolar se compone de un semiconductor dopado con tres terminales, es decir, base, emisor y colector. En este procedimiento, tanto los huecos como los electrones están involucrados. Una gran cantidad de corriente que pasa del colector al emisor se activa modificando una pequeña corriente desde la base hasta los terminales del emisor. Estos también se denominan dispositivos controlados por corriente. NPN y PNP son dos partes principales de BJT como discutimos anteriormente. BJT se enciende dando entrada a la base porque tiene la impedancia más baja para todos los transistores. La amplificación también es máxima para todos los transistores.

Los tipos de BJT son los siguientes:

1. Transistor NPN:

En la región media del transistor NPN, es decir, la base es de tipo py las dos regiones externas, es decir, el emisor y el colector son de tipo n.

En el modo activo directo, el transistor NPN está polarizado. Mediante la fuente de CC Vbb, la unión de la base al emisor estará polarizada hacia adelante. Por lo tanto, en esta unión se reducirá la región de agotamiento. El colector a la unión de la base tiene polarización inversa, el colector a la región de agotamiento de la unión de la base aumentará. La mayoría de los portadores de carga son electrones para emisores de tipo n. La unión del emisor de la base está polarizada hacia adelante, por lo que los electrones se mueven hacia la región de la base. Por tanto, esto provoca la corriente del emisor Ie. La región de la base es delgada y ligeramente dopada por agujeros, se forma una combinación de agujeros de electrones y algunos electrones permanecen en la región de la base. Esto causa una corriente de base muy pequeña Ib. La unión del colector de la base está polarizada inversamente a los agujeros en la región de la base y los electrones en la región del colector, pero está polarizada hacia adelante a los electrones en la región de la base. Los electrones restantes de la región base atraídos por el terminal del colector provocan la corriente Ic del colector. Consulte más sobre el transistor NPN aquí.

2. Transistor PNP:

En la región media del transistor PNP, es decir, la base es de tipo ny las dos regiones externas, es decir, el colector y el emisor son de tipo p.

Como comentamos anteriormente en el transistor NPN, también está funcionando en modo activo. La mayoría de los portadores de carga son huecos para emisores de tipo p. Para estos orificios, la unión del emisor de la base estará polarizada hacia adelante y se moverá hacia la región de la base. Esto provoca la corriente del emisor Ie. La región de la base es delgada y ligeramente dopada por electrones, se forma una combinación de electrones y huecos y algunos huecos permanecen en la región de la base. Esto provoca una corriente de base Ib muy pequeña. La unión del colector de la base está polarizada hacia atrás a los agujeros en la región de la base y los agujeros en la región del colector pero está polarizada hacia adelante a los agujeros en la región de la base. Los orificios restantes de la región de la base atraídos por el terminal del colector provocan la corriente Ic del colector. Consulte más sobre el transistor PNP aquí.

¿Qué son las configuraciones de transistores?

Generalmente, existen tres tipos de configuraciones y sus descripciones con respecto a la ganancia son las siguientes:

Configuración de base común (CB): no tiene ganancia de corriente pero sí de voltaje.

Configuración de colector común (CC): tiene ganancia de corriente pero no ganancia de voltaje.

Configuración de emisor común (CE): Tiene ganancia de corriente y ganancia de voltaje tanto.

Configuración de la base común del transistor (CB):

En este circuito, la base se coloca en común tanto para la entrada como para la salida. Tiene una impedancia de entrada baja (50-500 ohmios). Tiene alta impedancia de salida (1-10 mega ohmios). Voltajes medidos con respecto a los terminales de la base. Entonces, el voltaje y la corriente de entrada serán Vbe & Ie y el voltaje y la corriente de salida serán Vcb & Ic.

La ganancia actual será menor que la unidad, es decir, alfa (dc) = Ic / Ie
La ganancia de voltaje será alta.
La ganancia de potencia será media.

Configuración del emisor común del transistor (CE):

En este circuito, el emisor se coloca en común tanto a la entrada como a la salida. La señal de entrada se aplica entre la base y el emisor y la señal de salida se aplica entre el colector y el emisor. Vbb y Vcc son los voltajes. Tiene una alta impedancia de entrada, es decir, (500-5000 ohmios). Tiene una impedancia de salida baja, es decir, (50-500 kilo ohmios).

La ganancia actual será alta (98), es decir, beta (dc) = Ic / Ie
La ganancia de potencia es de hasta 37 dB.
La salida estará desfasada 180 grados.

Configuración del colector común del transistor:

En este circuito, el colector se coloca en común tanto para la entrada como para la salida. Esto también se conoce como seguidor de emisor. Tiene alta impedancia de entrada (150-600 kilo ohmios) Tiene baja impedancia de salida (100-1000 ohmios).

La ganancia de corriente será alta (99).
La ganancia de voltaje será menor que la unidad.
La ganancia de potencia será media.

Transistor de efecto de campo (FET):

El transistor de efecto de campo contiene las tres regiones, como una fuente, una puerta y un drenaje. Se denominan dispositivos controlados por voltaje ya que controlan el nivel de voltaje. Para controlar el comportamiento eléctrico, se puede elegir el campo eléctrico aplicado externamente, por eso se denominan transistores de efecto de campo. En esto, la corriente fluye debido a la mayoría de los portadores de carga, es decir, los electrones, por lo que también se conoce como transistor unipolar. Tiene principalmente alta impedancia de entrada en mega ohmios con conductividad de baja frecuencia entre el drenaje y la fuente controlada por campo eléctrico. Los FET son altamente eficientes, vigorosos y de menor costo.

Los transistores de efecto de campo son de dos tipos, es decir, transistores de efecto de campo de unión (JFET) y transistores de efecto de campo de óxido metálico (MOSFET). La corriente pasa entre los dos canales nombrados como n-canal y de canal p.

Transistor de efecto de campo de unión (JFET)

El transistor de efecto de campo de unión no tiene unión PN pero en lugar de materiales semiconductores de alta resistividad, forman canales de silicio tipo n & p para el flujo de portadores de carga mayoritarios con dos terminales de drenaje o de fuente. En el canal n, el flujo de corriente es negativo, mientras que en el canal p el flujo de corriente es positivo.

Funcionamiento de JFET:

Hay dos tipos de canales en JFET denominados: JFET de canal n y JFET de canal p

JFET de canal N:

Aquí tenemos que discutir sobre el funcionamiento principal de JFET de canal n para dos condiciones de la siguiente manera:

Primero, cuando Vgs = 0, Aplique un pequeño voltaje positivo al terminal de drenaje donde Vds es positivo. Debido a este voltaje aplicado Vds, los electrones fluyen desde la fuente al drenaje causan la corriente de drenaje Id. El canal entre el drenaje y la fuente actúa como resistencia. Sea el canal n uniforme. Diferentes niveles de voltaje configurados por la corriente de drenaje Id y se mueve de la fuente al drenaje. Los voltajes son más altos en el terminal de drenaje y más bajos en el terminal de origen. El drenaje tiene polarización inversa, por lo que la capa de agotamiento es más ancha aquí.

Vds aumenta, Vgs = 0 V

La capa de agotamiento aumenta, el ancho del canal se reduce. Vds aumenta en el nivel en el que se tocan dos regiones de agotamiento, esta condición se conoce como proceso de pellizco y provoca el voltaje de pellizco Vp.

Aquí, Id pellizcado -off cae a 0 MA y Id alcanza el nivel de saturación. Id con Vgs = 0 conocido como corriente de saturación de la fuente de drenaje (Idss). Vds aumentó en Vp donde la Id actual permanece igual y JFET actúa como una fuente de corriente constante.

Segundo, cuando Vgs no es igual a 0, Aplicar Vgs negativos y Vds varía. El ancho de la región de agotamiento aumenta, el canal se vuelve estrecho y aumenta la resistencia. La corriente de drenaje menor fluye y alcanza el nivel de saturación. Debido a Vgs negativos, el nivel de saturación disminuye, Id disminuye. El voltaje de pinch-off cae continuamente. Por eso se le llama dispositivo controlado por voltaje.

Características de JFET:

Las características muestran diferentes regiones que son las siguientes:

Región óhmica: Vgs = 0, capa de agotamiento pequeña.

Región de corte: también conocida como región de pellizco, ya que la resistencia del canal es máxima.

Saturación o región activa: controlada por el voltaje de la fuente de puerta donde el voltaje de la fuente de drenaje es menor.

Región de ruptura: el voltaje entre el drenaje y la fuente es alto y causa ruptura en el canal resistivo.

JFET de canal P:

El JFET de canal p funciona igual que el JFET de canal n, pero se produjeron algunas excepciones, es decir, debido a los agujeros, la corriente del canal es positiva y la polaridad del voltaje de polarización debe invertirse.

Drene la corriente en la región activa:

Id = IDs

Resistencia del canal de la fuente de drenaje: Rds = delta Vds / delta Id

Transistor de efecto de campo de óxido metálico (MOSFET):

El transistor de efecto de campo de óxido metálico también se conoce como transistor de efecto de campo controlado por voltaje. Aquí, los electrones de la puerta de óxido de metal están aislados eléctricamente del canal n y del canal p por una capa delgada de dióxido de silicio denominado vidrio.

La corriente entre el drenaje y la fuente es directamente proporcional al voltaje de entrada.

Es un dispositivo de tres terminales, es decir, puerta, drenaje y fuente. Hay dos tipos de MOSFET por funcionamiento de canales, es decir, MOSFET de canal p y MOSFET de canal n.

Hay dos formas de transistor de efecto de campo de óxido metálico, es decir, tipo de agotamiento y tipo de mejora.

Tipo de agotamiento: Requiere Vgs, es decir, voltaje de fuente de puerta para apagar y el modo de agotamiento es igual al interruptor normalmente cerrado.

Vgs = 0, si Vgs es positivo, los electrones son más y si Vgs es negativo, los electrones son menos.

Tipo de mejora: Requiere Vgs, es decir, voltaje de la fuente de la puerta para encender y el modo de mejora es igual al interruptor normalmente abierto.

Aquí, el terminal adicional es un sustrato que se utiliza en la conexión a tierra.

El voltaje de la fuente de puerta (Vgs) es mayor que el voltaje de umbral (Vth)

Modos de polarización para transistores:

La polarización se puede realizar mediante los dos métodos, es decir, polarización directa y polarización inversa, mientras que, según la polarización, hay cuatro circuitos diferentes de polarización de la siguiente manera:

Sesgo de base fijo y Sesgo de resistencia fijo:

En la figura, la resistencia de base Rb conectada entre la base y el Vcc. La unión del emisor base está polarizada hacia adelante debido a la caída de voltaje Rb que conduce al flujo Ib a través de ella. Aquí Ib se obtiene de:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Esto da como resultado un factor de estabilidad (beta +1) que conduce a una baja estabilidad térmica. Aquí las expresiones de voltajes y corrientes, es decir, Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

Sesgo de retroalimentación del recopilador:

En esta figura, la resistencia de base Rb está conectada a través del colector y el terminal de la base del transistor. Por lo tanto, el voltaje de base Vb y el voltaje de colector Vc son similares entre sí por esto

Vb = Vc-IbRb Donde, Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc

Según estas ecuaciones, Ic disminuye Vc, lo que reduce Ib, reduciendo automáticamente Ic.

Aquí, el factor (beta +1) será menor que uno y el Ib conduce a reducir la ganancia del amplificador.

Entonces, los voltajes y las corrientes se pueden dar como:

Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie es casi igual a Ib

Sesgo de retroalimentación dual:

En esta figura, es la forma modificada sobre el circuito de base de retroalimentación del colector. Como tiene circuito adicional R1 lo que aumenta la estabilidad. Por lo tanto, el aumento de la resistencia de base conduce a variaciones en beta, es decir, ganancia.

Ahora, I1 = 0.1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie es casi igual a Ic

Sesgo fijo con resistencia de emisor:

En esta figura, es igual que el circuito de polarización fija, pero tiene una resistencia de emisor adicional Re conectada. Ic aumenta debido a la temperatura, Ie también aumenta, lo que nuevamente aumenta la caída de voltaje en Re. Esto da como resultado una reducción de Vc, reduce Ib, lo que devuelve iC a su valor normal. La ganancia de voltaje se reduce por la presencia de Re.

Ahora, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie es casi igual a Ic

Sesgo del emisor:

En esta figura, hay dos voltajes de suministro Vcc y Vee son iguales pero de polaridad opuesta. Aquí, Vee está polarizado hacia adelante a la unión del emisor base por Re & Vcc está polarizado inversamente a la unión base del colector.

Ahora, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie es casi igual a Ib Donde, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

Lo que da un punto de funcionamiento estable.

Sesgo de retroalimentación del emisor:

En esta figura, utiliza tanto el colector como retroalimentación como la retroalimentación del emisor para una mayor estabilidad. Debido al flujo de la corriente del emisor Ie, la caída de voltaje ocurre a través de la resistencia del emisor Re, por lo tanto, la unión de la base del emisor tendrá polarización directa. Aquí, la temperatura aumenta, Ic aumenta, Ie también aumenta. Esto conduce a una caída de voltaje en Re, el voltaje del colector Vc disminuye e Ib también disminuye. Esto da como resultado que se reducirá la ganancia de salida. Las expresiones se pueden dar como:

Irb = 0.1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0.1Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = beta Ib Ie es casi igual a yo c

Sesgo del divisor de voltaje:

En esta figura, utiliza la forma de divisor de voltaje de la resistencia R1 y R2 para polarizar el transistor. Las formas de voltaje en R2 serán voltaje base ya que polariza hacia adelante la unión base-emisor. Aquí, I2 = 10Ib.

Esto se hace para descuidar la corriente del divisor de voltaje y se producen cambios en el valor de beta.

Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve

Ic resiste los cambios tanto en beta como en Vbe, lo que da como resultado un factor de estabilidad de 1. En esto, Ic aumenta con el aumento de temperatura, Ie aumenta con el aumento de voltaje del emisor Ve, lo que reduce el voltaje de base Vbe. Esto da como resultado una disminución de la corriente base ib e ic a sus valores reales.

Aplicaciones de transistores

Los transistores para la mayoría de las piezas se utilizan en aplicaciones electrónicas como amplificadores de potencia y voltaje.
Se utilizan como interruptores en muchos circuitos.
Se utiliza para hacer circuitos lógicos digitales, es decir, Y, NO, etc.
Los transistores se insertan en todo, es decir, en los fogones de las computadoras.
Se utilizan en el microprocesador como chips en los que se integran miles de millones de transistores en su interior.
En los primeros días, se utilizan en radios, equipos telefónicos, audífonos, etc.
Además, se utilizan antes en tubos de vacío de grandes tamaños.
También se utilizan en micrófonos para convertir señales de sonido en señales eléctricas.