El transistor

El transistor, es un componente electrónico inventado en 1947 por los físicos estadounidenses William Shockley, Walter Houser Brattain y John Bardeen que desarrollaron en los laboratorios Bell en Jersey, Estados Unidos.

Iniciaron una auténtica revolución en la electrónica ya que con ellos vino la miniaturización de los dispositivos (sustituyendo los tubos de vacío) y dieron lugar a los circuitos integrados, en los que se colocan, en pocos milímetros cuadrados, miles de transistores. Estos circuitos constituyen el origen de los microprocesadores y, por lo tanto, de los ordenadores actuales.

• Principios de funcionamiento del componente, partes, materiales, tipos y funcionamiento

Los principios de funcionamiento de un un transistor son dos: la corriente de entrada es menor que la salida y cuando no le llega nada de corriente a la base, no hay paso de corriente entre por los otros dos pines metálicos.

El componente tiene tres terminales (cuyo conjunto se protege con una funda de plástico o metal):

        -Emisor (E) Se encarga de proporcionar la de carga.

        -Colector (C) Se encarga de recoger la carga.

        -Base (B) Controla el paso de corriente a través del transistor y es el del medio.

Según la corriente que le llegue a la base, da lugar a tres estados: corte, saturación y activo. Cuando está en corte no circula corriente entre colector y emisor, en activa cuando circula parte de la corriente y saturación cuandocircula toda la corriente.

El transistor consta de tres cristales semiconductores unidos entre sí que según como se coloquen dan lugar a dos tipos básicos de transistores (dan lugar a dos tipos de transistor en cada uno de los tipos de transistor):

        -NPN El cristal P está situado entre dos cristales N. La corriente entra por el colector y sale por el emisor. La base sirve de entrada.

        -PNP en este caso un cristal N está situado entre dos cristales P. La corriente de salida entra por el emisor y sale por el colector. La base sirve de salida.

Para clasificar los tipos vamos a dividirlos en dos grandes grupos. Uno el de los dos básicos y otro de los subtipos importantes. Comenzamos por los básicos:

        -Transistor bipolar El más común con dos tipos de unión de cristales.

      -Transistor de efecto de campo Tienen una impedancia alta , no amplifican tanto la corriente como el bipolar, son más baratos y más fáciles de fabricar.

El transistor se puede usar de dos maneras:  como amplificador de señales eléctricas en un circuito o como interruptor para permitir o no el paso de la corriente dentro de un circuito. Estas funciones diferencian los subtipos importantes, además de por sus características:

        -Transistor de pequeña señal Se caracteriza por elevar pequeños voltajes e intensidades a altas, por lo que se usa de amplificador aunque también se podría usar de interruptor. Únicamente sirven para pequeños voltajes, para altos se utilizan transistores de potencia.

        -Transistor de potencia Se utiliza como amplificador cuando se utilizan corrientes altas y disipa muy bien el calor con altas potencias.

        -Transistor de alta frecuencia Se utiliza como interruptor de pequeñas señales que funcionan a altas frecuencias para aplicaciones de conmutación de alta velocidad

        -Fototransistor La base del transistor es la luz, por lo que sirve de interruptor y amplificador ante este estimulo.

        -Transistor uniunión Se utilizan únicamente como interruptores eléctricos (ya que está diseñado solo para eso, no amplifica bien la corriente) en pequeños circuitos, como los de los ordenadores.

• Simbología.

La diferencia entre el bipolar y efecto campo es que el bipolar tiene colector, base y emisor y el de efecto campo tiene drenaje, puerta y fuente. Además el bipolar forma dos ángulos obtusos con el colector y salida, a diferencia del efecto de campo forma dos ángulos rectos

• Magnitudes, fórmulas y cálculos básicos.

Para llevar a cabo cálculos en un circuito con un transistor tendremos que dividirlo en dos partes, el circuito de la base (cb) y el circuito del colector (cc). En cada uno de esos circuitos vamos a tener magnitudes de voltaje, intensidad y resistencia, además de un par de constantes, B (B es ganancia, relación colector-base en zona activa) y Vce - Vbe (constante que determina un voltaje dada por el problema).

Teniendo en cuenta estas variables, daremos uso a las siguientes formulas:

• Aplicaciones características.

Como mencionamos anteriormente puede ser utilizado como amplificador de señales (también se le puede dar el uso de potenciómetro) o interruptor.

"Imagine un día cualquiera de su vida diaria: se levanta tras despertarlo su reloj-alarma, desayuna, se desplaza al trabajo, probablemente en su propio vehículo o en transporte público, si trabaja en una oficina es casi seguro que en su puesto de trabajo habrá un ordenador que utiliza a diario, vuelve a su casa, realiza tareas domésticas, como rellenar la nevera o poner una lavadora, cocina; con algo de fortuna, dedica algo de su tiempo al ocio viendo televisión, escuchando la radio o viendo alguna película en DVD; a lo largo de la jornada habrá hablado por teléfono varias veces…" cuenta un periodista de El Diario, mostrando que el transistor es indispensable en nuestras vidas. Cualquier elemento electrónico posee transistores, unos en menor cantidad y otros millones, pero sin él no existirían.

• Circuitos básicos con algún programa de simulación.

Para los circuitos básicos hemos utilizado el programa crocodile:

 - En el primero hemos hecho un circuito en el que al presionar el interruptor el transistor esta en saturación y enciende una bombilla. Si se vuelve a presionar no llega corriente a la base por lo que el transistor se encuentra en corte y no se enciende la bombilla. Aquí tendría la función de INTERRUPTOR.

 - En el segundo hemos hecho un circuito en el que al presionar el interruptor el transistor esta en saturación y enciende un diodo. Si se vuelve a presionar no llega corriente a la base por lo que el transistor se encuentra en corte y no se enciende el diodo. Además sirve de amplificador de intensidad para que el diodo se ilumine. Aquí tendría la función de INTERRUPTOR y AMPLIFICADOR.

• Posibles practicas en el taller.

En cuanto al taller vamos a proponer unos experimentos y proyectos a desarrollar:

 - Probar la resistencia de un transistor a la tensión, el aumento de calor al sufrirla y compararlo con los transistores de potencia.

 - Probar a hacer los circuitos básicos del transistor para comprender mejor su función.

 - Crear un timbre de final de carrera.

 - Probar a hacer un limitador de voltaje.

- Hacer un circuito con transistores en el que se encienda una bombilla según el nivel de luz que haya.