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