Transistores BJT y Aplicaciones

Introducción

El transistor es un nuevo componente utilizado en las prácticas de electrónica. Este es un dispositivo semiconductor de tres terminales y que se utiliza para una variedad de funciones de control en los circuitos electrónicos.

Entre alguna de las funciones podemos incluir la amplificación, oscilación, conmutación y la conversión de frecuencias. En el reporte siguiente podremos ver los elementos de un transistor, las ventajas de la utilización de los transistores electrónicos, los tipos de transistores, como realizar un test en un transistor, aplicaciones de los transistores y sus encapsulados o materiales que están compuestos.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Conocer como se componen los transistores teniendo como ayuda manuales y documentación de estos para su análisis de medición.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Identificar los terminales de un transistor bipolar.

• Con la utilización de instrumentos de medición electrónica, determinar las terminales para transistores NPN o PNP.

• Conocer sus aplicaciones en componentes para electrónica así como conocer su documentación.

Qué son los Transistores

Definición 

Dispositivo semiconductor activo que tiene tres o más electrodos. Los tres electrodos principales son emisor, colector y base. La conducción entre estos electrodos se realiza por medio de electrones y huecos. El germanio y el sicilio son los materiales más frecuentemente utilizados para la fabricación de los elementos semiconductores. Los transistores pueden efectuar prácticamente todas las funciones de los antiguos tubos electrónicos, incluyendo la ampliación y la rectificación, con muchísimas ventajas. 

Elementos de un transistor o transistores:

El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas que consiste de dos capas de material tipo n y una capa tipo p, o bien, de dos capas de material tipo p y una tipo n. al primero se le llama transistor NPN, en tanto que al segundo transistor PNP.

•  EMISOR, que emite los portadores de corriente,(huecos o electrones). Su labor es la equivalente al CATODO en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas.

• BASE, que controla el flujo de los portadores de corriente. Su labor es la equivalente a la REJILLA cátodo en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas.

• COLECTOR, que capta los portadores de corriente emitidos por el emisor. Su labor es la equivalente a la PLACA en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas.

Ventajas de los  transistores electrónicos

•  El consumo de energía es sensiblemente bajo.

•  El tamaño y peso de los transistores es bastante menor que los tubos de vacío.

•  Una vida larga útil (muchas horas de servicio).

•  Puede permanecer mucho tiempo en deposito (almacenamiento).

•  No necesita tiempo de calentamiento.

•  Resistencia mecánica elevada.

•  Los transistores pueden reproducir otros fenómenos, como la fotosensibilidad.

Tipos de  Transistores

• Transistores Bipolares de unión, BJT. ( PNP o NPN )

– BJT, de transistor bipolar de unión (del ingles, Bipolar Junction Transistor). 

El término bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participan en el proceso de inyección hacia el material polarizado de forma opuesta.

• Transistores de efecto de campo. ( JFET, MESFET, MOSFET )

• JFET, De efecto de campo de unión (JFET): También llamado transistor unipolar, fué el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica.

– MESFET, transistores de efecto de campo metal semiconductor.

– MOSFET, transistores de efecto de campo de metal-oxido semiconductor. En estos componentes, cada transistor es formado por dos islas de silicio, una dopada para ser positiva, y la otra para ser negativa, y en el medio, actuando como una puerta, un electrodo de metal.

• Transistores HBT y HEMT.                                         

Las siglas HBT y HEMT pertenecen a las palabras Heterojuction Bipolar Transistor (Bipolar de Hetereoestructura) y Hight Electrón Mobility Transistor (De Alta Movilidad). Son dispositivos de 3 terminales formados por la combinación de diferentes componentes, con distinto salto de banda prohibida. 

Cómo probar un transistor

Para probar transistores hay que analizar un circuito equivalente de este, en el que se puede utilizar lo aprendido al probar diodos. Ver la siguiente figura.

Se puede ver que los circuitos equivalentes de los transistores bipolares NPN y PNP están compuestos por diodos y se puede seguir la misma técnica que se sigue al probar diodos comunes. La prueba se realiza entre el terminal de la base (B) y el terminal E y C. Los métodos a seguir en el transistor  NPN y PNP son opuestos. Al igual que con el diodo si uno de estos "diodos del equivalentes del transistor" no funcionan cono se espera hay que cambiar el transistor.

El Transistor Bipolar o BJT

El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio.

Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor.

El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor.

El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor), una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación. Este factor se llama b (beta) y es un dato propio de cada transistor.

Entonces:

Según la fórmula anterior las corrientes no dependen del voltaje que alimenta el circuito (Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ib cambia ligeramente cuando se cambia Vcc. Ver figura.

En el segundo gráfico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder entender que a más corriente la curva es más alta.

Regiones operativas del transistor

Región de corte: Un transistor esta en corte cuando:

Corriente de colector  = corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0)

En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de alimentación del circuito. (Como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)

Región de saturación: Un transistor está saturado cuando:

Corriente de colector = corriente de emisor = corriente máxima, (Ic = Ie = I máxima)

En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos, ver ley de Ohm.

Configuraciones: Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con transistores, cada una de ellas con  características especiales que las hacen mejor para cierto tipo de aplicación. y se dice que el transistor no está conduciendo. Normalmente este caso se presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0)

 - Emisor común

 - Colector común

 - Base común

Nota: Corriente de colector y corriente de emisor no son exactamente iguales, pero se toman como tal, debido a la pequeña diferencia que existe entre ellas, y que no afectan en casi nada a los circuitos hechos con transistores.

Aplicaciones de los Transistores

Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran:

• Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación)

• Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de radiofrecuencia)

• Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM)

• Detección de radiación luminosa (fototransistores)

Los transistores de unión (uno de los tipos más básicos) tienen 3 terminales llamados Base, Colector y Emisor, que dependiendo del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas.

DIAGRAMAS DE ENCAPSULADOS DE TRANSISTORES

Encapsulado de Transistores

Ahora vamos a ver los transistores por fuera. Están encapsulados de diferentes formas y tamaños, dependiendo de la función que vayan a desempeñar. Hay varios encapsulados estándares y cada encapsulado tiene una asignación de terminales que puede consultarse en un catálogo general de transistores.

Independientemente de la cápsula que tengan, todos los transistores tienen impreso sobre su cuerpo sus datos, es decir, la referencia que indica el modelo de transistor. Por ejemplo, en los transistores mostrados a la derecha se observa la referencia "MC 140".

Cápsula TO-3. Se utiliza para transistores de gran potencia, que siempre suelen llevar un radiador de aluminio que ayuda a disipar la potencia que se genera en él.Arriba a la izquierda vemos su distribución de terminales, observando que el colector es el chasis del transistor. Nótese que los otros terminales no están a la misma distancia de los dos agujeros.

A la derecha vemos la forma de colocarlo sobre un radiador, con sus tornillos y la mica aislante. La función de la mica es la de aislante eléctrico y a la vez conductor térmico.

Cápsula TO-220. Se utiliza para transistores de menos potencia, para reguladores de tensión en fuentes de alimentación y para tiristores y triacs de baja potencia.Generalmente necesitan un radiador de aluminio, aunque a veces no es necesario, si la potencia que van a disipar es reducida.

Abajo vemos la forma de colocarle el radiador y el tornillo de sujeción. Se suele colocar una mica aislante entre el transistor y el radiador, así como un separador de plástico para el tornillo, ya que la parte metálica está conectada al terminal central y a veces no interesa que entre en contacto eléctrico con el radiador.

Cápsula TO-126. Se utiliza en transistores de potencia reducida, a los que no resulta generalmente necesario colocarles radiador. Arriba a la izquierda vemos la asignación de terminales de un transistor BJT y de un Tiristor. Abajo vemos dos transistores que tienen esta cápsula colocados sobre pequeños radiadores de aluminio y fijados con su tornillo correspondiente.

Cápsula TO-92. Es muy utilizada en transistores de pequeña señal.En el centro vemos la asignación de terminales en algunos modelos de transistores, vistos desde abajo. Abajo vemos dos transistores de este tipo montados sobre una placa de circuito impreso. Nótese la indicación "TR5" de la serigrafía, que indica que en ese lugar va montado el transistor número 5 del circuito, de acuerdo al esquema electrónico.

Cápsula TO-18. Se utiliza en transistores de pequeña señal. Su cuerpo está formado por una carcasa metálica que tiene un saliente que indica el terminal del Emisor.

Cápsula miniatura. Se utiliza en transistores de pequeña señal. Al igual que el anterior, tienen un tamaño bastante pequeño.

Conclusión

Como ya hemos podido ver en el reporte hemos conocido la variedad de aplicaciones de los transistores y su utilización en la composición de sistemas electrónicos.

También hemos realizado la forma de utilizar, medir y conocer las aplicaciones de los transistores así como sus materiales de composición y los instrumentos para tomas lecturas.

* Las pruebas que hemos llevado a cabo sobre los transistores nos dan referencias fidedignas de tres parámetros que podemos identificar como son:

1) La polaridad del transistor NPN (o PNP en su caso).

2) De lo que se deduce y podemos afirmar a qué electrodo corresponde cada patilla, bien sea: BASE, COLECTOR o EMISOR.

3) Y por último y no menos significativo, nos da una idea bastante aproximada de la ganancia del transistor en términos relativos.

Bibliografía

www.solomantenimiento.com/m_transistores.htm

www.unicrom.com/tutoriales.asp

www.ugr.es/~amroldan/asignaturas/curso03-04/cce/practicas/encapsulados/encapsulados.htm

Autor:

Pablo Turmero