Transistor
El transistor es un dispositivo electrónico utilizado para amplificar o cambiar señales y potencias eléctricas.
[1] Está compuesto de material semiconductor, generalmente con al menos tres terminales que se conectan a un circuito electrónico.
Debido a que la potencia controlada (salida) puede ser mayor que la potencia de control (entrada), un transistor puede amplificar una señal, configurado como amplificador, también se puede configurar como conmutador, oscilador o rectificador.
Debido a que los transistores son los componentes activos clave en prácticamente toda la electrónica moderna, muchas personas los consideran una de las mayores invenciones del siglo XX.
[7] En 1934, el inventor alemán Oskar Heil patentó en Alemania y Gran Bretaña[8] un dispositivo similar.
[14][15][16] En reconocimiento a este logro, Shockley, Bardeen y Brattain fueron galardonados conjuntamente con el Premio Nobel de Física de 1956 «por sus investigaciones sobre semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor».
[17] En 1948, el transistor de contacto fue inventado independientemente por los físicos alemanes Herbert Mataré y Heinrich Welker, mientras trabajaban en la Compagnie des Freins et Signaux, una subsidiaria francesa de la estadounidense Westinghouse.
En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento activo,[34] a diferencia de los resistores, condensadores e inductores que son elementos pasivos.
Modelos posteriores al transistor descrito, el transistor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET, CMOS, VMOS, etc.) no utiliza la corriente que se inyecta en el terminal de base para modular la corriente de emisor o colector, sino la tensión presente en el terminal de puerta y gradúa la conductancia del canal entre los terminales de Fuente y Drenaje.
Sobre el sustrato de cristal se dopan en forma muy controlada tres zonas sucesivas, N-P-N o P-N-P, dando lugar a dos uniones PN.
Las tres zonas dopadas dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la región de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente dopados entre ellas (por lo general, el emisor está mucho más dopado que el colector).
A uno de estos contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador.
Aplicando tensión positiva entre el drenador y el surtidor y conectando la puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de drenador con polarización cero.
Los primeros transistores bipolares de unión se fabricaron con germanio (Ge).
El material semiconductor a base de un elemento (Ge y Si) se describe como elemental.
Algunas impurezas, llamadas dopantes, se introducen deliberadamente en la fabricación de un MOSFET, para controlar su comportamiento eléctrico.
Sin embargo, el germanio tiene cuatro grandes deficiencias en comparación con el silicio y arseniuro de galio: Debido a que la movilidad de los electrones es más alta que la movilidad de los huecos para todos los materiales semiconductores, un transistor bipolar n-p-n dado tiende a ser más rápido que un transistor equivalente p-n-p.
Esta temperatura no debe ser excedida o el transistor puede dañarse.
Este diodo puede ser una molestia, pero a veces se utiliza en el circuito del cual forma parte.
Esto quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensión igual a la tensión directa de un diodo, es decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicio y unos 0,4 para el germanio.
Si el emisor está conectado directamente a masa, la ganancia queda expresada de la siguiente forma:
Como la base está conectada al emisor por un diodo polarizado en directo, entre ellos se puede suponer que existe una tensión constante, denominada
Del gráfico adjunto, se deduce que la tensión de emisor es:
Al dividir la tensión y corriente en la base, la impedancia o resistencia de entrada queda como:
El punto Q, se mantiene estático mientras la base del transistor no reciba una señal.
, debe ser mucho mayor que la corriente de base; como mínimo en una relación 10:1
, se calcula tomando el valor del voltaje térmico en la misma, y está dado por:
La impedancia de entrada en la base del transistor para el ejemplo, está dada por
Las razones por las que el transistor reemplazó a la válvula termoiónica son varias: Como ejemplo de todos estos inconvenientes se puede citar a la primera computadora digital, llamada ENIAC, la cual pesaba más de treinta toneladas y consumía 200 kW, suficientes para alimentar una pequeña ciudad, a causa de sus aproximadamente 18 000 válvulas, de las cuales algunas se quemaban cada día, necesitando una logística y una organización importantes para mantener este equipo en funcionamiento.
El transistor bipolar reemplazó progresivamente a la válvula termoiónica durante la década de 1950, pero no del todo.
