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Entramado de transistores.

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Entramado de transistores representando 0xA o 10 en decimal.

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor-.- que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.

Fue el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos o triodo, el transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. en diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1956.

Al principio se usaron transistores bipolares y luego se inventaron los denominados transistores de efecto de campo (FET). En los últimos, la corriente entre la fuente y la pérdida (colector) se controla usando un campo eléctrico (salida y pérdida (colector) menores). Por último, apareció el semiconductor metal-óxido FET (MOSFET). Los MOSFET permitieron un diseño extremadamente compacto, necesario para los circuitos altamente integrados (IC). Hoy la mayoría de los circuitos se construyen con la denominada tecnología CMOS (semiconductor metal-óxido complementario). La tecnología CMOS es un diseño con dos diferentes MOSFET (MOSFET de canal n y p), que se complementan mutuamente y consumen muy poca corriente en un funcionamiento sin carga.

El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades específicas) que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento activo, a diferencia de los resistores, capacitores e inductores que son elementos pasivos. Su funcionamiento sólo puede explicarse mediante mecánica cuántica.

De manera simplificada, la corriente que circula por el "colector" es función amplificada de la que se inyecta en el "emisor", pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula a través de sí mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la "base" para que circule la carga por el "colector", según el tipo de circuito que se utilice. El factor de amplificación logrado entre corriente de base y corriente de colector, se denomina Beta del transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas básicos para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector común y base común.

Modelos posteriores al transistor descrito, el transistor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET, CMOS, VMOS, etc.) no utilizan 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 o reja de control y gradúa la conductancia del canal entre los terminales de Fuente y Drenador. De este modo, la corriente de salida en la carga conectada al Drenador (D) será función amplificada de la Tensión presente entre la Puerta (Gate) y Fuente (Source). Su funcionamiento es análogo al del triodo, con la salvedad que en el triodo los equivalentes a Puerta, Drenador y Fuente son Reja, Placa y Cátodo.

Los transistores de efecto de campo, son los que han permitido la integración a gran escala que disfrutamos hoy en día, para tener una idea aproximada pueden fabricarse varios miles de transistores interconectados por centímetro cuadrado y en varias capas superpuestas.

Tipos de transistor

Transistor de punta de contacto. Primer transistor que obtuvo ganancia, inventado en 1947 por J. Bardeen y W. Brattain. Consta de una base de germanio sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de emisor es capaz de modular la resistencia que se "ve" en el colector, de ahí el nombre de "transfer resistor". Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en su día. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivió con el transistor de unión (W. Shockley, 1948) debido a su mayor ancho de banda. En la actualidad ha desaparecido.
Transistor de unión bipolar, BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un monocristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de Galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP.

La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o "huecos" (cargas positivas). Normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P).

La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica 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 contaminación entre ellas (por lo general, el emisor esta mucho más contaminado que el colector).

El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitaxial, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.

Fototransistor, sensible a la radiación electromagnética, en frecuencias cercanas a la de la luz.
Transistor de unión unipolar.
Transistor de efecto de campo, FET, que controla la corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada.
- Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante una unión PN.
- Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico.
  - Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS significa Metal-Óxido-Semiconductor, en este caso la compuerta es metálica y está separada del canal semiconductor por una capa de óxido.

Transistores y electrónica de potencia

Con el desarrollo tecnológico y evolución de la electrónica, la capacidad de los dispositivos semiconductores para soportar cada vez mayores niveles de tensión y corriente ha permitido su uso en aplicaciones de potencia. Es así como actualmente los transistores son empleados en conversores estáticos de potencia, controles para motores y llaves de alta potencia (principalmente inversores), aunque su principal uso está basado en la amplificación de corriente dentro de un circuito cerrado.

El transistor frente a la válvula termoiónica

Antes de la aparición del transistor los ingenieros utilizaban elementos activos llamados válvulas termoiónicas. Las válvulas tienen características eléctricas similares a la de los transistores de efecto de campo (FET): la corriente que los atraviesa depende de la tensión en el borne de comando, llamado rejilla. Las razones por las que el transistor reemplazó a la válvula termoiónica son varias:

Las válvulas termoiónicas necesitan tensiones muy altas, del orden de las centenas de voltios, tensiones que son letales para el ser humano.
Las válvulas consumen mucha energía, lo que las vuelve particularmente poco útiles para el uso con baterías.
Probablemente, uno de los problemas más importantes es el peso. El chasis necesario para alojar las válvulas, los transformadores requeridos para suministrar la alta tensión, todo ello sumaba un peso importante, que iba desde algunos kilos a algunas decenas de kilos.
El tiempo medio entre fallas de las válvulas termoiónicas es muy corto comparado al del transistor, sobre todo a causa del calor generado.
Además las válvulas termoiónicas tardan mucho para poder ser utilizadas. Las vávulas necesitan estar calientes para funcionar.
Finalmente, el costo de los transistores no solamente era muy inferior, sino que contaba con la promesa de que continuaría bajando (como de hecho ocurrió) con suficiente investigación y desarrollo.

Como ejemplo de todos estos inconvenientes se puede citar a la primera computadora digital, llamada ENIAC. Era un equipo que pesaba más de treinta toneladas y consumía 200 kilovatios, suficientes para alimentar una pequeña ciudad. Tenía alrededor de 18.000 válvulas, de las cuales algunas se quemaban cada día, necesitando una logística y una organización importantes.

Cuando el transistor bipolar fue inventado en 1947, fue considerado una revolución. Pequeño, rápido, fiable, poco costoso, sobrio en sus necesidades de energía, reemplazó progresivamente a la válvula termoiónica durante la década de 1950, pero no del todo. En efecto, durante los años 60, algunos fabricantes siguieron utilizando válvulas termoiónicas en equipos de radio de gama alta, como Collins y Drake; luego el transistor desplazó a la válvula de los transmisores pero no del todo de los amplificadores de radiofrecuencia. Otros fabricantes, de equipo de audio esta vez, como Fender, siguieron utilizando válvulas termoiónicas en amplificadores de audio para guitarras. Las razones de la supervivencia de las válvulas termoiónicas son varias:

El transistor no tiene las características de linealidad a alta potencia de la válvula termoiónica, por lo que no pudo reemplazarla en los amplificadores de transmisión de radio profesionales y de radioaficionados.
Los armónicos introducidos por la no-linealidad de las válvulas resultan agradables al oído humano (véase psicoacústica), por lo que son preferidos por los audiófilos
El transistor es muy sensible a los efectos electromagnéticos de las explosiones nucleares, por lo que se siguieron utilizando válvulas termoiónicas en algunos sistemas de control-comando de cazas de fabricación soviética.

Véase también

Transistor de punta de contacto
Transistor de base permeable
Transistor balístico
Transistor cuántico
Transistor de silicio amorfo
Fototransistor
Transistor Uniunión (UJT)
IGBT (Transistor bipolar de puerta aislada)
Transistor de aleación
Transistor mesa
Transistor planar (Transistor plano)
Transistor lateral
Transistor vertical
Historia del transistor

Enlaces externos

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Transistor.
Como funcionan realmente los transistores Versión original en Inglés

Título del enlace

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 * Los armónicos introducidos por la no-linealidad de las válvulas resultan agradables al oído humano (véase [[psicoacústica]]), por lo que son preferidos por los audiófilos
 * El transistor es muy sensible a los efectos electromagnéticos de las explosiones nucleares, por lo que se siguieron utilizando válvulas termoiónicas en algunos sistemas de control-comando de cazas de fabricación soviética.
-TIPOS Y ESPECIFICACIONES DE TRANSISTORES
-.	Transistores de union bipolar :
-Los mas comunmente utilizados en la fabricacion de aparatos estos estan compuestos de tres capas de material (generalmente germanio o silicio) Estos solo funcinan cuando estan en polarizacion directa (se dice que estan en saturacion) y en polarizacion inversa no funcionan (se dice que estan en corte)A base de estos se construyen los circuitos integrados y otros tipos de transistores.
-.	Transistores de efecto de campo :
-Son mas modernos que los BJT, el conjunto de los FET comprende a los JFET y a lso MOSFET. Para empezar hablaremos un poco hacerca de los transistores JFET.
-Caracteristicas.	BJT.	JFET.
--Control:	Controlado por corriente.	Controlado por voltaje.
-Ganancia de Voltaje:	Alta	Baja
-Impedancia de entrada:	Normalmente baja.-	Normalmente infinita.
-.
-Correspondencias de un BJT con respecto a un JFET:
-BJT.	JFET
--E (emisor)	-S (fuente)
--B (base)	-G (puerta)
--C (colector)	-D (drenador)
-.
-La diferencia de un BJT con un JFET es que en un transistor BJT siempre polarizamos el diodo base- emisor en directa, y en el JFET el diodo correspondiente es decir el diodo compuerta fuente se polariza en inversa. Como resultado solo una corriente inversa muy pequeña puede existir en la terminal de la puerta. IG = 0
-.	Foto transistores :
-Es mucho mas sencible que el fotodiodo, tiene una pequeña ventana sobre la union P-N. Cuando no hay luz incidiendo en la union P-N actua como un circuito abierto y cuando hay luz actua como un circuito cerrado donde la corriente de colector-emisor se denomina circuito cerrado (ICEO)
-IR = ICEO      Donde:
-IR : es la corriente de protandores minoritarios los cuales hacen que la corriente sea un poco mas intensa. El diodo de colector es sensible a la luz entonces la ICEO aumenta de forma proporcional al aumento de IR.
-.	Transistor Darlington :
-Consiste en dos transistores en cascada. Sus ventajas son la alta impedancia de entrada que se persibe en la base del primer transistor, este dispositivo de tres terminales conocido como transistor darlington actua como un transistor de un factor de amplificacion muy alto y que ahora hay dos transistores o sea dos caidas de voltaje de union base-colector.
-Donde IB = IC1 = IE1 Este dispositivo de 3 terminales conocido como trasistor Darlington actua como un solo trasistor con una  ( factor de amplificacion muy alta )
-Se puede utilizar el transistor Darlington en los amplificadores donde se necesite una ganancia de tension muy alta tal como en los amplificadores de sonido por ejemplo. El analizis de un amplificador en el que se emplea un transistor Darlington(llamado amplificador Darlington) es similar a losque llevan un solo transistor, ecepto que ahora hay dos transistores.
-Ventajas:
-Alta impedancia de entrada que se percibe hacia la base del primer transistor.
-Impedancia: Z =  * RE .
-La ganancia de correinte es mucho mas grande, esto debido a T = 1 * 2.
-Funcionamiento en clase B:Conlleva a que la IC circule solo 180 del ciclo de la senal; implica que el punto Q se aproxima al punto de corte de ambas rectas de carga ( la continua y la de señal ) Este desarrolla primero un semiciclo y despues el otro semiciclo.
-En este caso amplifica primero el semiciclo negativo ( PNP ) despues el positivo ( NPN ) Como los transistores Darlington clase B generan grandes cantidades de calor el dispositivo debetener un tamano optimo para su fucion o estar acompanado de un cooler.
-Ventajas : Menos consumo de corriente y mayor rendimiento.
-.	Transistores de efecto de campo de metal oxido semiconductor (MOSFET) :
-Son transistores mas modernos que los JFET, existen dos tipos de MOSFET el de empobresimiento y el de enriquecimiento.
-El MOSFET de empobrecimiento se compone de un material N con un material P a la derecha y una puerta aislada a izquierda. Los electrones pueden circular desde la fuente hasta drenador atravez del material N, el material P se denomina sustrato ( o cuerpo).
-¿Como funciona el MOSFET de empobrecimiento?
-Como sucede con el JFET la tension de la puerta controla el ancho del canal N el cual permite el paso de la corriente. Cuanto mas negativa sea menor sera la corriente del drenador. En consecuencia el funcionamiento de un MOSFET es similar al de un JFET cuando VGS(Voltaje de compuerta- fuente) es negativo.
-El MOSFET de enriquecimiento (tambien llamado MOSFET de acumulacion) tiene un sustrato que se extiende a lo ancho de hasta el dioxido de siclicio, ya no existe un canal N entre la fuente y el drenador.
-¿Como funciona el MOSFET de enriquecimiento?
-Cuando la tension de la puerta es nula, la alimentacion VDDtrata de hacer circular alos electrones libres desde la fuente hacia el drenador, pero el substrato p solo tiene unos cuantos electrones libres producidos termicamente. La corriente desde la fuente al drenador es nula. Por esta razon el MOSFET enriquecedor por lo general siempre esta en corte.
-Cuando la puerta es lo suficientemente negativa hay una pequeña corriente desde la fuente al drenador y se pruduce una pequeña seccion de placa N.
-La VGS minima que crea la capa de inversion se llama "tension umbral" (VGS(th) por sus siglas en ingles "thresshold") cuando VGS es menor que VGS(th) entonces la corriente del drenador es nula. cuando ocurre que VGS(th) es menor que VGS la corriente del drenador es distinta de cero.
-.	Transistor Uniunion:
-Son transisotes los cuales solo tienen un tipo de union, este posee dos emisores y una base, se polariza al igual que el BJT, con una fuente de tension.
-.	Transistor CMOS:
-Este transistor es similar al BJT pero solo posee una sola capa, puede ser una capa P(P-MOS) o una capa N(C-MOS).
-El transistor P-MOS se pone en estado de corte cuando a la puerta G(Gate) se le aplica un voltaje positivo (0.7V p. ej.), y se pone en corte cuando se le aplica un voltaje aproximadamente igual a cero.
-El transistor N-MOS funciona de manera inversa al aplicarsele un voltaje aproximado a cero se pone en estado de saturacion y al aplicarsele un voltaje positivo se pone en estado de corte.
-Los transistores como los BTJ, los FET, los FET, los C-MOS,y los MOS-FET son la base de las compuertas logicas las cuales se utilizan mucho en la electronica digital, a su vez el transistor BJT es uno de los principales componentes de los amplificadores operacionales (Op-Amp's)muy utilizados en el sistema digital.
-     BIBLIOGRAFIA
-GUSTAVO ADOLFO CASTRO MARIN      CURSO 10
-BOGOTA,COLOMBIA
 == Véase también ==