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• Jairo Gutarra Roca

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“Año de la diversificación productiva y el fortalecimiento de la producción”

TRANSISTORES Cátedra: Análisis de circuitos Eléctricos I Catedrático: Ing. Héctor M. Torres Maraví Alumno: GUTARRA ROCA, Jairo Atilio Semestre: Tercero

Huancayo - 2015

Dedicatoria Este trabajo va dedicado a Dios, a nuestros padres y al catedrático del curso, con mucho respeto y agradecimiento de corazón.

TRANSISTORES

1. 2. 3. 4. 5.

Introducción Historia Transistor Tipos de Transistor Conclusiones

1. Introducción El trabajo a realizarse pretende realizar un resumen acerca algunos de los tipos de transistores existentes, en cuanto a sus características, su principio de funcionamiento (principios básicos), sus modos de conexión más comunes y las aplicaciones como el caso de los transistores bipolares y Transistor de efecto campo (FET).9 2. Historia 23 DE DICIEMBRE DE 1947. Para muchos técnicos de electrónica de la época - mediados del siglo XX - la fecha mencionada no parecía ser diferente de muchas otras que habían tenido lugar antes y que podían tener lugar después. Y sin embargo ese era el día señalado para introducir un componente tan importante como lo fue el primer semiconductor capaz de aportar amplificación. Efectivamente, los doctores William Shockley (1910 - 1989), John Bardeen (1908 -1991) y Walter Brattain (1902 - 1987) habían inventado, en los laboratorios Bell de los Estados Unidos, el primer transistor. Cabe recordar también que el término TRANSISTOR le fue dado a este invento por otro integrante de los laboratorios Bell, el ingeniero J. R. Pierce, quien acostunbraba declarar que "la naturaleza aborrece los tubos al vacío", indicando así que desde un punto de vista práctico los semiconductores eran mucho más NATURALES que los dispositivos que requerían un vacío perfecto

para poder funcionar en un planeta como el nuestro, que posee una atmósfera de aire. Desde luego, esta apreciación debe ser tomada como una aseveración puramente académica, ya que los dispositivos al vacío existen y nos prestan buenos servicios, a pesar de que su fabricación requiera una serie de facetas que un dispositivo de estado sólido no necesita. En cuanto al nombre dado a este nevo dispositivo semiconductor, cabe señalar que está científicamente bien elegido,ya que se ubica en la misma línea que RESISTOR, CAPACITOR, INDUCTOR, CONDUCTOR y otros dispositivos pertenecientes a la gran familia de aquellos que básicamente funcionan sin vacío. Por el contrario, los dispositivos que requieren de vacío como parte integrante de su funcionamiento son aquellos que están basados en la emision de electrones, y usan por lo tanto el sufijo trón en su nomenclatura: MAGNETRON, PLIOTRON, KENOTRON, etcétera. Recordamos que en la época de la introducción del transistor en la Argentina,aduciendo supuestas razones técnicas y linguísticas, una revista técnica local organizó una encuesta para renominar el nuevo; pero finalmente los lectores opinaronque el nombre tenía su justificación y el tema perdió actualidad. LA PREHISTORIA: Las investigaciones que condujeron a la invención del transistor fueron en realidad la culminación de muchas otras que podemos reconocer como iniciadas en 1876 con el físico alemán Karl Ferdinand Braun (1850 - 1918, Premio Nobel en 1909), quien demostró características poco usuales de conductividad eléctrica en cristales. En la década de 1880 varios científicos, entre ellos el francés Edmond Becquerel (1878 - 1953), encontraron que las características conocidas más adelante como semiconductividad podían emplearse con utilidad en diversas aplicaciones eléctricas. A partir de 1833 estas investigaciones se sobrepusieron con otras muy importantes, relacionadas con el efecto Edison. En efecto, los descubrimientos del norteamericano Thomas Alva Edison (1847 - 1931) fueron la base para la invención del diodo al vacio, desarrollado en 1904 por John Fleming, y los sucesivos perfeccionamientos del triodo al vacío de Lee De Forest en 1906 y del amplificador valvular de Irving Lamuir alrededor de 1920. Estos desarrollos de la electrónica al vacío frenaron por muchos años casi cualquier avance de las técnicas del semiconductor. En 1939 los científicos Jack Scaff y Henry Theurer, de los laboratorios Bell, descubrieron áreas especiales en el silicio,que que fueron clasificadas como positivas (tipo p) y negativas (tipo n). Este desarrollo permitió reconocer en el silicio un material apto para crear semiconductores. En diciembre de ese mismo año el ya mencionado William Shockley anota en su libreta de informes de laboratorio que puede pensarse el concepto de un semiconductor como componente apto para fines de amplificación. La Segunda Guerra Mundial interrumpe todo desarrollo no conectado con fines bélicos y recién en 1945 se reanudan los esfuerzos de investigación dirigidos a objetivos civiles. Un grupo de científicos comienza entonces a seguir el estudio de

los materiales semiconductores y su aplicación en dispositivos electrónicos de toda índole. El 23 de diciembre de 1947 los investigadores citados al comienzo de esta nota comunican su invención: el transistor de contactos por puntos. Shockley, Bardeen y Brattain hacen demostración de un amplificador provisto con este transistor primitivo que permite reproducir música a través de un altoparlante. El Invento no causa ninguna sensación especial en el mundo. Recién el 1 de julio de 1948 un diario, el New York Times, publica algo al respecto en su sección de radio. Aún nadie se había dado cuenta del impacto que sólo unos pocos años después iba producir toda noticia relacionada con los semiconductores. Los investigadores de la Bell trabajaron luego con otros materiales como el germanio, y en 1951 se desarrolla el transistor por juntura, más confiable y fácil de producir que el transistor de puntos. En 1952 tiene lugar un simposio al cual asisten firmas como General Electric, Texas Instruments y una pequeña empresa que años más tarde se transformará en Sony Electronics, difundiéndose allí los pocos secretos que por aquel entonces había en la industria del semiconductor. En 1953 se desarrollan las primeras obleas de cristales de silicio lo cual será la base para la fabricación de chips para circuitos integrados. Ese mismo año Texas Instruments vende sus primeros transistores de silicio, y poco después se descubren nuevas técnicas para la introducción de impurezas en forma controlada en el material de base. En 1956 los tres inventores del transistor, Shockley, Bardeen y Brittain, reciben el Premio Nobel en Física por sus trabajos en tal sentido. LA HISTORIA ACTUAL: Desde los primeros momentos de la existencia del transistor, llamó la atención tanto de legos como de expertos su importante diferencia de tamaño con respecto a las válbulas. Esta diferencia, que desde un comienzo permitió reducir las dimensiones de los equipos electrónicos que hicieron uso de esta nueva tecnología, fue creciendo con la evolución de los circuitos integrados, cuya reducción de tamaño sería simplemente apabullante. En la actualidad, los semiconductores de todo tipo, tanto transistores como circuitos integrados y otros, ocupan un lugar importantísimo en todo el rubro de la electrónica. Uno de los expertos de la materia expresó este pensamiento de la siguiente manera: "Si la industria del automóvil hubiera progresado en forma parecida a la de los semiconductores, hoy en día un Cadillac tendría un costo de 50 dólares, recorrería 1.000 kilometros con 5 litros de combustible y sería más barato abandonarlo que estacionarlo". Palabras fuertes, por cierto, sobre todo porque parecen ser ciertas. Epígrafe ""Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad.""

3. Transistor El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" ("resistencia de transferencia"). Actualmente se les encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavadoras, reproductores mp3, celulares, etc. El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades específicos) 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). El transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada.

4. Tipos de Transistor Transistor de contacto puntual Primer transistor, consta de una base de germanio semiconductor, sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de base es capaz de modular la resistencia que se "ve" en el colector. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso, en la actualidad ha desaparecido.

Transistor de unión bipolar El transistor de unión, se fabrica básicamente sobre un monocristal de Germanio o Silicio, 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 donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores (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 (impurezas adicionadas intencionalmente) entre ellas (por lo general, el emisor está mucho más contaminado que el colector).

Transistor de efecto de campo El transistor de efecto campo es una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial. La mayoría de los FET están hechos usando las técnicas de procesado de semiconductores habituales, empleando la oblea monocristalina semiconductora como la región activa o canal. Los transistores de efecto de campo más conocidos son los JFET, MOSFET y MISFET. Fototransistor Sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor. Un fototransistor es igual a un transistor común, con la diferencia que el primero puede trabajar de 2 formas: 1.- Como transistor normal con la corriente de base Ib (modo común).

2.- Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. Ip (modo de iluminación). Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc. Para comunicaciones con fibra óptica se prefiere usar detectores con fotodiodos p-i-n. También se pueden utilizar en la detección de objetos cercanos cuando forman parte de un sensor de proximidad. Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED, formando interruptores ópticos (opto-switch), que detectan la interrupción del haz de luz por un objeto. Existen en dos versiones: de transmisión y de reflexión.

Disipadores de calor Un disipador es un componente metálico generalmente de aluminio que se utilizan para evitar que los transistores bipolares se calienten y se dañen. Por ello una manera de aumentar la potencia de un transistor es deshacerse del calor interno del encapsulado.

Transistor de potencia Son similares a los transistores comunes, con la diferencia que soportan altas tensiones e intensidades que soportan, pero debido a ello también tienen que disipar altas potencias y su recalentamiento es prolongado; para evitar el sobrerecalentamiento se usa los disipadores. Tipos de transistores de potencia: - Bipolar. - Unipolar o Transistor de Efecto de Campo. - IGBT (Transistor bipolar de puerta aislada).

5. Conclusiones En cuanto lo expuesto vemos que los transistores se encuentran en la gran mayoría de productos electrónicos como: Smartphone, Celulares, Laptop, Tablets, etc. Por ende su uso es indispensable en todo tipo de aparatos electrónicos, debido a su variedad en tipo como lo son los transistores bipolares. Por lo dicho, llegamos a la conclusión de que los transistores en su uso actual son indispensables para la elaboración de aparatos de tecnología que requieren algún tipo de transferencia, la cual lo ofrece un transistor.

""Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad.""