1. HISTORIA Y FUNDAMENTOS FISICOS DEL TRANSISTORUna vez que se acab la segunda Guerra Mundial se inici en los Bell Laboratories, en Estados Unidos, un programa de investigacin bsica sobre teora de slidos. Uno de los resultados de este esfuerzo fue el transistor. En esa poca la teora cuntica, es decir, la teora fsica que describe los fenmenos microscpicos ya estaba bien establecida.La teora cuntica haba abierto la posibilidad de entender las propiedades de los slidos a partir de su estructura atmica. La direccin de los laboratorios Bell esperaba que a travs de un proyecto de investigacin interdisciplinaria se adquirieran suficientes conocimientos acerca de los slidos para disear y fabricar materiales que se utilizaran en el desarrollo de nuevos y mejorados componentes y elementos para sistemas de comunicaciones.Se form el grupo para investigar los semiconductores, que estuvo integrado por los fsicos Walter H. Brattain, William Schockley, John Bardeen, Gerald Pearson y el fsico-qumico Robert Gibney. Tanto Shockley como Barden haban estudiado a fondo la teora cuntica mientras que Brattain haba llevado un curso de posgrado en la materia.En 1945 formaron otros grupos de estudio de semiconductores para estar al da en el campo. Se dieron cuenta de que durante la guerra se haban logrado notables avances en la utilizacin de los semiconductores silicio y germanio como detectores para el radar. Se haba tenido que recurrir a estos semiconductores porque en el radar se empleaban seales elctricas de muy alta frecuencia que los tubos al vaco, con todos los adelantos logrados, no podan manejar adecuadamente. En la primera parte del presente siglo ya se haban usado semiconductores (la galena, por ejemplo) como detectores de ondas electromagnticas antes del invento del tubo al vaco. Durante la guerra varios laboratorios haban logrado progresos en la comprensin del comportamiento de los semiconductores, as como en la preparacin de muestras de silicio y germanio.Las propiedades elctricas de las sustancias dependen del grado de libertad que tengan sus electrones. Para esto baste decir que los electrones de los tomos estn acomodados alrededor del ncleo en capas, y en cada una hay un nmero mximo de electrones: dos en la primera capa, ocho en la segunda, 18 en la tercera, etc. Los electrones de un tomo van ocupando sucesivamente las capas, a partir de la interior, hasta llegar a agotar los electrones. Entonces, si un tomo tiene, digamos, ocho electrones (que corresponde al elemento oxgeno), dos ocupan la primera capa y los seis restantes ocupan la segunda; por lo tanto, en el oxgeno la ltima capa no queda completa. Se muestra un diagrama esquemtico de la estructura de capas de los primeros once tomos de la tabla peridica. As, el litio (Li) tiene solamente un electrn en su capa externa; el boro (B) tiene tres; el carbn, cuatro; el nen, ocho, o sea que queda completa. Con base a estos hechos se construye la tabla peridica de los elementos. En el siglo pasado el ruso Dimitri Mendelev ide esta tabla en forma emprica, y que slo pudo ser explicada con fundamento una vez que se aplic la mecnica cuntica a la estructura atmica en el presente siglo.

Estructura de las capas electrnicas de algunos tomos.Los electrones que estn en capas completas quedan fuertemente atrapados al tomo, mientras que la atraccin es dbil para los electrones de la ltima capa, si sta no est completa; as, mientras menos electrones haya en la ltima capa, menor ser la fuerza con la que queden atrapados. Por lo tanto, en aquellos elementos con un solo electrn en su ltima capa, como ste est muy dbilmente unido al tomo podr separarse de l con mucha facilidad, y as este electrn quedar disponible para que el elemento conduzca muy bien electricidad. tomos con un solo electrn en su capa externa son el sodio, el cobre, la plata, el oro, etc., elementos que son buenos conductores de electricidad.Los tomos que tienen capas externas llenas de electrones ejercen una fuerte atraccin sobre ellos y por tanto no son buenos conductores de electricidad. Para que sirvieran a este propsito se requeriran fuerzas muy elevadas sobre los electrones externos, que implicara aplicar voltajes muy altos a la sustancia. Los elementos que tienen sus capas externas completas son el helio, el nen, el argn, etc., llamados gases nobles.Los tomos y molculas son entes que tienen niveles de energa bien definidos para cada uno de ellos. El estado que tiene el valor ms bajo de la energa se llama base, mientras que los estados con valores mayores de la energa se llaman excitados. A la secuencia de niveles mostrada en la figura se le llama el espectro de energa del tomo en cuestin. Distintos tomos tienen diferentes espectros de energa. En cualquier instante el tomo solamente puede tener una de las energas de sus niveles, es decir, el tomo no puede poseer una energa que tenga un valor que se encuentre entre dos valores de sus niveles. Se dice que la energa est cuantizada. Si el tomo experimenta determinado proceso es posible que cambie su energa, por ejemplo, a causa de una colisin con otro tomo, de una descarga elctrica, de calentamiento, etc. En este caso, el tomo puede pasar del nivel de energa en que se encuentra a otro nivel, por ejemplo pasar del estado base al primer estado excitado, o al segundo, etc., pero solamente puede empezar y terminar en l alguno de sus niveles permitidos. Esto significa que en las transiciones del tomo, los cambios de energa que puede experimentar son iguales a las separaciones (E)1, (E)2etc., que corresponden a las diferencias de las energas entre cualquier pareja de sus niveles. As, se dice que hay una transicin entre los niveles involucrados. Por otro tipo de motivos que no vienen al caso, puede ocurrir que alguna de estas transiciones est prohibida.

Espectro de energa de un tomo.Si la transicin es de un nivel bajo a otro superior, se dice que el tomo absorbe energa (igual a la diferencia entre los valores de las energas de dichos niveles); mientras que si pasa de un nivel alto a otro ms bajo, se dice que el tomo emite energa (igual a la diferencia entre los valores de las energas de dichos niveles). Lo anterior significa que un tomo solamente puede absorber o emitir energa en cantidades perfectamente determinadas, que son iguales a los valores de las diferencias de las energas entre las parejas de niveles cuyas transiciones sean permitidas.Hasta este momento hemos hablado solamente de tomos aislados, que no experimentan ninguna fuerza. Sin embargo, cuando los tomos forman un slido ocurren fenmenos colectivos entre ellos puesto que sus densidades son muy altas, lo que significa que estn muy juntos, por lo que las fuerzas que ejercen unos sobre otros son de gran consideracin; como consecuencia, los niveles de energa de los electrones se modifican considerablemente. Ahora, en lugar de tener un conjunto de valores bien precisos, se forman intervalos de energas permitidas separados por valores de energa que son prohibidos. En la siguiente figura se muestra un diagrama de la energa de un slido hipottico. En este caso, los electrones pueden tener energas entre los valoresE1yE2, entreE3yE4etc. Sin embargo, no pueden tener energas entreE2yE3. Al dominio de energas que s pueden ser adquiridas se les llama bandas permitidas y al dominio en que no pueden tenerlas se les llama bandas prohibidas. Se dice que los slidos tienen una estructura de bandas. Ahora bien, los electrones que tienen los tomos de un slido van ocupando las bandas permitidas de abajo hacia arriba consecutivamente, de manera anloga a como lo hacen en tomos aislados. Una vez que se ocupa una banda, los electrones restantes, si es que los hay, empiezan a ocupar la siguiente banda permitida.

En un slido, el espectro de energa forma bandas tanto permitidas como prohibidas.Hay varias posibilidades, una de ellas es que los tomos de una sustancia vayan llenando las capas permitidas y que todava queden electrones que al empezar a ocupar la ltima banda permitida no la llenen completamente. Los electrones que estn en la ltima banda incompleta podrn desprenderse de los tomos con mucha facilidad, por tanto, podrn conducir muy bien electricidad y la sustancia es, en consecuencia, un buen conductor de electricidad.A las bandas que se ocupan completamente se les llama bandas de valencia y a las que se ocupan parcialmente se les llama de conduccin.Otra posibilidad es que los electrones de un slido llenen completamente las bandas permitidas y al completar la ltima ya no haya ms electrones disponibles. Por la tanto la siguiente banda permitida, que sera de conduccin, queda vaca. Pueden ahora darse dos casos.1)En el primero, la separacin deEentre la ltima banda de valencia (completa) y la de conduccin (vaca) es muy grande. En este caso, para que un electrn que est en la parte superior de la banda de valencia pueda pasar a la de conduccin tiene que adquirir por lo menos la energaE, que en general es muy difcil de dar externamente. Hay varias maneras de proporcionar esta energa: por medio de un voltaje, que en nuestro caso sera extremadamente alto, o bien, aumentando la temperatura del slido, que tambin tendra que ser un aumento desproporcionado. En consecuencia, los electrones quedan bien unidos a los tomos y no pueden dar lugar a una corriente elctrica. Este es el caso de un aislador.2)El segundo caso es cuando la separacin entre la ltima banda de valencia (completa) y la de conduccin (vaca) es muy pequea. Si la temperatura es relativamente baja no hay electrones en la banda de conduccin y por consiguiente la sustancia se comporta como un aislador. Sin embargo, con una energa muy pequea que se le proporcione, por ejemplo, con un pequeo voltaje o bien con un ligero aumento de temperatura, varios electrones pasarn a la banda de conduccin sin llenarla, y por tanto, la sustancia se comportar como un conductor. A este tipo de slidos se les llama semiconductores. En su fase slida el germanio y el silicio son ejemplos de semiconductores.Otra forma de explicar lo anterior es la siguiente: los semiconductores estn constituidos por tomos que tienen cuatro electrones en su ltima capa. Cuando forman un slido cada electrn es compartido por dos tomos vecinos. Se puede decir que el electrn de un tomo se mueve hacia el hueco que hay en la ltima capa (que no est llena) del tomo vecino. A este tipo de comportamiento se le llama ligadura covalente. Por tanto, en esta sustancia no hay electrones disponibles para conducir electricidad. En esta situacin la banda de conduccin del slido est vaca. Si se le aumenta un poco la temperatura al semiconductor, algunos de los electrones se escaparn y ya no formarn la ligadura covalente; estos electrones pasaron a la banda de conduccin y estn disponibles para conducir electricidad.

La ltima capa de un semiconductor (en este caso germanio, Ge) tiene cuatro electrones, que son compartidos con el tomo vecino. Esto es la covalencia. Los circulos negros denotran electrones.Supongamos ahora que en el semiconductor se sustituye tino de los tomos por otro que tenga cinco electrones de valencia, por ejemplo un tomo de fsforo, en este caso, cuatro de los electrones de su capa exterior se ocuparn de formar ligaduras covalentes con los tomos de germanio vecinos, mientras que el quinto electrn, por decirlo as, queda libre. Este puede servir para conducir electricidad. En consecuencia, se puede mejorar la capacidad de conducir electricidad de un semiconductor introducindole impurezas o, como se dice en la jerga de los especialistas, "dopndolo" (del inglsdope).A un semiconductor as dopado se le llamaN.

Una impureza de fsforo (P) permite que haya un electrn libre, que sirve para conducir la electricidad.Otra posibilidad sera reemplazar uno de los tomos del semiconductor por otro que tenga solamente tres electrones en su capa externa, como por ejemplo, el boro. En este caso, los tres electrones del boro sirven de ligaduras con tomos vecinos, quedando la cuarta de las ligaduras vaca.Ahora uno de los electrones de un tomo vecino forma la ligadura faltante, pero al hacerlo deja un hueco en el tomo que ocupaba originalmente. En seguida, un electrn de otro tomo pasa a ocupar el lugar faltante, dejando a su vez un hueco y as sucesivamente. Nos damos cuenta de que el hueco o agujero se ha ido propagando. Estos agujeros tienen la misma masa que el electrn, pero debido a que efectivamente es una ausencia de electrn, o sea de carga negativa, el agujero tiene carga efectiva positiva. Por tanto, este semiconductor con impurezas de boro da lugar a una corriente elctrica de agujeros positivos que tiene sentido opuesto a la de una corriente de electrones. Los agujeros se comportan como si fueran partculas. A este tipo de semiconductor se le llama P. Lo que ocurre es algo similar a cuando se tiene una hilera de monedas con una faltante. Cuando cada moneda se mueve para ocupar el espacio vaco, el agujero se mueve a lo largo de la hilera en sentido opuesto a las monedas.

Una impureza de boro (B) da lugar a un dficit de un electrn, que equivale a un agujero positivo.

Al moverse las monedas hacia la izquierda, el agujero se mueve a la derecha.En cualquiera de los dos casos, la conductividad elctrica del semiconductor se aumenta sustancialmente si se le aaden impurezas de cualquiera de los dos tipos en partes por milln. Una consecuencia importante es que en semiconductores con impurezas el nmero de electrones que conducen electricidad puede ser controlado.Juntemos dos bloques, uno de semiconductorPy otroN.La magnitud de la corriente elctrica que fluya depende del sentido del voltaje aplicado. Si el bloquePse conecta a la terminal positiva de una batera y elNa la terminal negativa, entonces ocurre lo siguiente: como en el bloquePhay agujeros positivos, stos son repelidos hacia el bloqueNy atrados hacia la terminal negativaB;por tanto, hay una corriente de agujeros deAaB,es decir, a travs del dispositivo y llegan a la batera. Por otro lado, en el bloqueNhay electrones negativos que son repelidos porBy atrados porA;en consecuencia, los electrones fluyen deBaAcruzando el dispositivo y llegando a la batera. En resumen, hay una doble corriente elctrica: de electrones negativos deBaAy de agujeros positivos deAaB.Estas corrientes son, en general, apreciables.

Un bloque N y otro P unidos permiten el paso de corriente elctrica si estn conectados a la batera como se muestra.Veamos ahora qu ocurre si se conectan los bloques de manera opuesta. En este caso, los agujeros dePson atrados haciaAy repelidos porB,con el resultado de que no cruzan el dispositivo. Por otro lado, los electrones deNson atrados porBy repelidos porA,lo que ocasiona que tampoco crucen el dispositivo. En consecuencia, no hay corriente a travs del dispositivo y el circuito est, de hecho, abierto.En resumen, en el dispositivo mostrado en la figura anterior solamente circula electricidad cuando la polaridad de la batera es la que se muestra en la figura, mientras que si se invierte la polaridad, no hay corriente. Se puede tambin pensar que este fenmeno ocurre debido a que la resistencia del dispositivo no es la misma cuando la corriente circula en un sentido que cuando circula en el opuesto. En un sentido la resistencia es muy pequea y por tanto es fcil que circule electricidad, mientras que en el sentido opuesto la resistencia crece enormemente impidiendo la corriente elctrica. De esta forma se consigue un dispositivo que funciona de manera similar al diodo construido con un tubo al vaco y recibe el nombre de diodo semiconductor; debido a sus propiedades descritas se utiliza como rectificador de corriente.Supngase ahora que construimos otro dispositivo que consiste en dos bloques semiconductores tipoNy uno extremadamente delgado de tipoP;el bloqueP,llamado base (denotado porB),queda entre los dosN.Si ahora se conecta uno de los bloquesN,llamado emisor (denotado porE),a la terminal negativa de una batera, y el otro bloqueN,llamado colector (denotado porC),a la positiva, entonces los electrones del emisor son repelidos porAy atrados porD,por lo que cruzan la base y llegan al colector, dando lugar a que haya una corriente en el circuito a travs de la batera (y si hubiera una carga como una resistencia, la corriente la atravesara). La magnitud de la corriente que llegue a circular depende de varios factores. uno de ellos es el voltaje de la batera; mientras mayor sea ste, mayor ser la corriente. Otro de los factores es la polaridad de la base. Si la base es positiva, los electrones que vienen del emisor sern atrados por la base y se acelerarn, por lo cual habr mayor corriente a travs del dispositivo. Si por otro lado la base es negativa, entonces cierto nmero de electrones que vienen del emisor sern rechazados y se regresarn, disminuyendo la corriente neta; en el caso extremo en que la polaridad de la base, siendo negativa, tenga una magnitud muy grande, rechaza todos los electrones y prcticamente no hay corriente. As, la polaridad de la base controla y modifica la corriente que circula a travs del dispositivo. Asimismo, la corriente puede intensificarse, dependiendo del voltaje de la batera. En consecuencia, este dispositivo amplifica la seal que muestre la base. Pero este comportamiento es precisamente el que tiene el triodo construido con un tubo al vaco.El ctodo equivale al emisor,El nodo equivale al colector,La rejilla equivale a la base.El dispositivo descrito se llama triodoNPN.

Esquema de un triodo semiconductor NPN.Tambin se puede construir un dispositivo en que un bloqueNmuy delgado queda entre dos bloquesP,llamado triodoNPN.Su funcionamiento es completamente similar al triodoNPN,solamente que las polaridades quedan invertidas.A los dispositivos que se construyen con combinaciones de bloques formados de semiconductoresNyPse les llama genricamente transistores.Durante 1945 a 1949 el grupo de la compaa Bell desarroll la teora de los transistores, la verific experimentalmente y construy diodos y triodos. En el ao de 1956 Bardeen, Shockley y Brattain recibieron el Premio Nobel de Fsica por el brillante trabajo que desemboc en la invencin del transistor. Hemos de mencionar que Bardeen recibi en 1972 nuevamente el Premio Nobel de Fsica, ahora en compaa de J. R. Schrieffer y L. N. Cooper, por haber desarrollado la teora de la superconductividad.VENTAJAS DEL TRANSISTORLos transistores tienen varias ventajas sobre los tubos al vaco. En primer lugar, para que funcione un tubo al vaco su ctodo debe calentarse, y esto se logra pasando una corriente cercana a l. El voltaje tpico que se requiere para lograr esto es de 250 V. Una vez conectado este voltaje se necesita esperar determinado tiempo hasta que se caliente el ctodo. Por tanto, cualquier aparato que use tubos al vaco no funciona inmediatamente despus de haberse conectado. El transistor no requiere este calentamiento, por lo que empieza a funcionar inmediatamente despus de su conexin. En consecuencia, el uso de un transistor en lugar de tubos al vaco ahorra mucha energa, y por tanto, resulta ms econmico.En segundo lugar, la respuesta del transistor a seales de frecuencias muy altas es muy efectiva, lo cual no ocurre con los tubos al vaco.Como el tamao de un transistor es mucho menor que el de los tubos al vaco, con l se inici la miniaturizacin de los aparatos electrnicos.El invento del transistor abri una nueva era en la civilizacin moderna, ya que se le pudo utilizar de manera muy general en una gran variedad de aparatos. En las dcadas de 1950 y 1960 se construyeron radios, computadoras electrnicas, aparatos de control industrial, etc., que gracias a los transistores fueron de tamaos relativamente pequeos, porttiles, con requerimientos de energa muy reducidos y de larga vida.En gran medida, en las dcadas mencionadas los transistores sustituyeron a los tubos al vaco. Sin embargo, para ciertas aplicaciones muy especficas los tubos han tenido ventajas sobre los transistores. As, se emplean para transmisores de radio de potencia alta y mediana, para amplificadores de microondas y osciladores, para tubos de rayos catdicos como los que se usan en las televisiones, monitores, pantallas de diversos aparatos, etctera.2. FUNCIONAMIENTO BASICO DEL TRANSISTOREn resumen, los transitores son dispositivos electrnicos de estado slido, cuando sobre un semiconductor se ponian dos puntas metalicas y a una se le aplicaba una cierta tension, la corriente en la otra venia influenciada por la de la primera; a la primera punta se la denomina emisor; al semiconductor , base y a la otra punta, colector. Posteriormente se encontro que igual fenomeno ocurria si se unian dos semiconductores polarizados en sentido inverso a otro de distinto tipo; asi se construyen los transistores de union, que son los mas empleados. Segun la estructura de sus uniones, los transitores pueden se p-n-p o n-p-n; sustituyen con ventajas a los triodos de vacio y valvulas termoionicas multielectrodicas, al menos en lo que a bajas potencias se refiere.El transistor cobra su importancia al ser un componente capaz de cambiar de estado, permitiendole cambiar o amplificar de acuerdo a las condiciones de trabajo y diseo, fluctuando entre un estado conductor y uno insulador.InsulacinLa grafica muesta al transitor en su efecto de cambio cuando el transistor esta hecho para alterar su estado de inicio de conductividad (prendido, la corriente al maximo) a su condicion final de insulacion (apagado y sin flujo de corriente). La corriente fluye desde el emisor (punto E) al colector (punto C). Cuando un voltaje negativo se le aplica a la base (punto B), electrones en la region base son empujados (como dos cargas que se repelan, en este caso dos negativas) creando la insulacion. La corriente que fluia desde el punto E al punto C se detiene.

ConductividadLa grafica muestra el efecto del transistor cuando pasa de su estado de insulacin (apagado y sin flujo de corriente) a su estado final de conductividad (prendido, la corriente al maximo). El transistor trabaja al principio como un insulador. Para que pueda tener conductividad, voltaje positivo tiene que ser aplicado a la base (punto B). Como las cargas positivas se atraen (en este caso, positivo y negativo), los electrones se halados fuera de los limites y deja que siga el flujo de corriente como lo muestra la figura. El transistor se cambio de insulador a conductor.

El transistor se puede conmutar en corte y conduccin variando la polarizacin en el electrodo de base con respecto al potencial de emisor. Ajustando la polarizacin a un punto situado aproximadamente a mitad de camino entre el corte y la saturacin se situar el punto de trabajo del transistor en la regin activa de funcionamiento.Cuando funciona en esta regin el transistor es capaz de amplificar. Las caractersticas de un transistor polarizado en la regin activa se pueden expresar en trminos de tensiones de electrodo y de corrientes lo mismo que en los tubos de vaco.El comportamiento del transistor se puede analizar en trminos matemticos por medio de ecuaciones que expresan las relaciones entre sus corrientes, tensiones, resistencias y reactancias. Estas relaciones se denominan parmetros hbridos y definen los valores instantneos de tensin y de corriente que existen en el circuito sometido a examen. Los parmetros permiten predecir el comportamiento del circuito en particular sin construirlo realmente.A continuacin se enumeran algunos de los parmetros ms tiles en las aplicaciones del transistor:1. Ganancia de resistencia:Se expresa como razn de la resistencia de salida a la resistencia de entrada.La resistencia de entrada de un transistor tpico es baja, aproximadamente 500 ohmios, mientras la resistencia de salida es relativamente alta, ordinariamente ms de 20.000 ohmios.Para un transistor de unin la ganancia de resistencia suele ser mayor de 50.1. Ganancia de tensin:Es el producto de alfa y la ganancia de resistencia.Un transistor de unin que tiene un valor de alfa menor que la unidad, no obstante, una ganancia de resistencia del orden de 2.000 a causa de que su resistencia de salida es extremadamente alta, y la ganancia de tensin es aproximadamente 1.800.1. Ganancia de potencia:Es el producto de alfa elevado al cuadrado y la ganancia de resistencia, y es del orden de 400 o 500.Hay tres configuraciones bsicas: conexin de base a masa, conexin de emisor a masa y conexin de colector a masa. Las tres corresponden, aproximadamente, a los circuitos de rejilla a masa, ctodo a masa y placa a masa en la terminologa del tubo de vaco.El circuito de base a masa tiene baja impedancia de entrada y alta impedancia de salida, y desde el circuito de entrada hasta el de salida no se produce inversin de fase de la seal. El circuito de emisor a masa tiene una impedancia de entrada ms alta y una impedancia de salida ms baja que el circuito de base a masa, y se produce una inversin de fase entre la seal de entrada y la de salida. Esto proporciona ordinariamente la mxima ganancia de tensin en un transistor.El circuito de colector a masa tiene impedancia de entrada relativamente alta, impedancia de salida baja y no produce inversin de fase de la seal desde el circuito de entrada hasta el de salida. La ganancia de potencia y la ganancia de tensin son ambas bajas.3. NOMENCLATURA DE LOS TRANSISTORESLos transistores generalmente se dividen en grupos de produccin clasificados como " entretenimiento ", " industrial " y " militar ". Las dos ltimas clasificaciones suelen requerir varios ensayos e implica tolerancias ms estrechas y una documentacin de calidad, mientras que los transistores procedentes de la misma lnea de produccin que tienen una especificacin menos rigurosa se incluyen a menudo en la categora primera, ms econmica. Los tipos de semiconductores se numeran de acuerdo con varios sistemas. El estndard ms antiguo es el sistema JEDEC. El primer nmero de este identificador indica el nmero de uniones ( 1=diodo, 2= triodo, 3=tetrodo y 4=heptodo ). La letra N denota semiconductor, y va seguido de un nmero de orden por el cual se ha registrado el dispositivo.Los fabricantes europeos emplean una nomenclatura o identificacin consistente en nmero de tipo que se compone de dos o tres letras seguidas de dos o tres nmeros, indicando las letras el tipo del transistor y el uso, y los nmeros indican el nmero de orden en la clasificacin particular. Los transistores japoneses suelen estar indentificados por el cdigo 2S, seguido de una letra identificadora y un nmero de orden.Adems de estos cdigos generalmente reconocidos, se han adoptado muchos otros cdigos por fabricantes individuales, y tambin estn en uso.4. TRANSISTORES DE POTENCIA Y DISTINTOS TIPOS DE TRANSISTORES.Mientras los circuitos integrados se usan para aplicaciones de pequeas seales y baja potencia, la mayora de las aplicaciones de alta potencia todava requieren transistores de potencia discretos. Las mejoras en las tcnicas de produccin han proporcionado potencias ms altas en encapsulados de tamao pequeo; tambin han aumentado el voltaje de ruptura mximo de transistor y han proporcionado transistores de potencia con una velocidad de conmutacin mayor.La potencia mxima manejada por un dispositivo particular y la temperatura de las uniones del transistor estn relacionadas, debido a que la potencia disipada por el dispositivo causa un incremento de temperatura en la unin del dispositivo. Es obvio que un transistor de 100W proporcionar ms capacidad de potencia que un transistor de 10W.Se debe hacer notar que de los dos tipos de transistores bipolares (germanio y silicio), aquellos de silicio proporcionan temperaturas nominales mximas. Por lo general, la temperatura mxima de unin de estos tipos de transistores de potencia es:Silicio: 150-200CGermanio: 100-110CPara muchas aplicaciones, la potencia promedio disipada puede aproximarse mediante:PD = VCEICSin embargo, esta disipacin de potencia se permite solamente hasta una temperatura mxima.Por arriba de esta temperatura se debe reducir la capacidad de disipacin de potencia del dispositivo (o prdida de disipacin) para que a temperaturas superiores del encapsulado se reduzca la capacidad de manejo de potencia, llegando a 0W a la temperatura mxima del encapsulado del dispositivo.

Entre mayor sea la potencia manejada por el transistor, mayor ser la temperatura del encapsulado. En la actualidad, el factor limitante en el manejo de potencia por un transistor particular es la temperatura de la unin del colector del dispositivo. Los transistores de potencia estn montados en encapsulados metlicos grandes para ofrecer un rea grande a partir de la cual pueda radiar (transferirse) el calor generado por el dispositivo. Aun as, la operacin de un transistor directamente en el aire (montado en una tarjeta de plstico, por ejemplo) limita severamente la potencia nominal del dispositivo. Si en vez de ello (como es lo usual) se monta el dispositivo en algn tipo de disipador de calor, su capacidad de manejo de potencia puede acercarse ms al valor de su potencia nominal mxima.

El funcionamiento y utilizacin de los transistores de potencia es idntico al de los transistores normales, teniendo como caractersticas especiales las altas tensiones e intensidades que tienen que soportar y, por tanto, las altas potencias a disipar.4.1. TIPOS DE TRANSISTORESExisten tres tipos de transistores de potencia:- Bipolar.- Unipolar o FET (Transistor de Efecto de Campo).- IGBT o Transistores Bipolares de compuerta aislada.4.1. 1. Transistores Bipolares:Los transistores Bipolares son dispositivos controlados por corriente, estos se forman por una capa de material tipo P emparedada entre dos capas de material tipo N, o una de tipo N emparedada entre dos de tipo P. En el primer caso se tiene un transistor NPN y en el segundo un transistor PNP.La region central se denomina base (B) y los dos extremos emisor (E) y colector (C), la base es sumamente estrecha y poco dopada en relacin con el emisor y colector, por lo que tiene muy baja concentracin de portadores.El emisor esta fuertemente dopado, y la concentracion de portadores mayoritarios disponibles supera ampliamente los de la base, mientras que el colector es bastante amplio y dotado con una alta concentracin de portadores minoritarios en relacin a la base y pocos mayoritarios respecto al emisor. En el caso de un NPN, la base no posee la suficiente cantidad de huecos para combinarse con todos los electrones que puede suministrar el emisor, por lo que la mayoria de electrones atraviezan la base en direccion al colector.A continuacin se muestra en la grafica las representaciones tipicas de transistores bipolares tipo NPN y PNP (izquierda), La estructura de capas de una configuracin NPN (medio), Como se distribuyen las terminales en un transistor bipolar (derecha), el circuito equivalente resultante (abajo izquierda) y la curva caracteristica de estos transistores de Corriente del colector contra voltaje

Debido a como se alternan las capas P y N, existen 2 uniones PN (emisor-base EB y colector-base CB) y estas deben polarizarse de modo que se polarize la union EB directamente y CB inversamente, en este caso, la polarizacin de la unin EB la provee el voltaje Vbb y la de la union CB el voltaje Vcc. Por esto, en un transistor NPN la base debe ser positiva con respecto al emisor ynegativa con el colector. Analogamente, en un transistor PNP la base debe ser negativa respecto al emisor y positiva para el colector.

Como resultado de la polarizacin se producen 3 corrientes: la de base (Ib), la del emisor (Ie) y la del colector (Ic). Debido a que la unin BE esta polarizada directamente, los portadores mayoritarios de ambas regiones son obligados por el voltaje Vbb a cruzar la unin y combinarse mutuamente. En el caso de un transistor NPN, una parte de los electrones suministrados por el emisor (del 1% al 5%) se combinan con los pocos huecos disponibles en la base, esto origina una corriente de base (Ib) relativamente pequea.Los electrones restantes (95% al 99%) son atraidos hacia el colector por la fuerte tensin inversa de polarizacin Vcc de la unin CB, pasan a rtaves de la extensa regin del colector y se dirigen hacia el polo positivo de la bateria Vcc, creando una corriente Ic muy intensa. Las corrientes de colector Ic y de base Ib estan relacionadas con la corriente del emisor de acuerdo a:Ie = Ib + IcLa capacidad de amplificacin de un transistor se mide observando el efecto de la corriente de base Ib sobre la corriente de colector Ic para un determinado valor de Vce. La relacin incremental entre ambas cantidades se denomina ganancia de corriente Beta y se representa mediante el simbolo o hfe y corresponde a:Hfe = ic / IbEncapsulado:Los transistores se fabrican en serie, formando simultaneamente varios cientos o millares de unidades sobre una oblea semiconductora de 38 a 50 mm de diametro y luego cortandolos uno por uno. Las tcnicas de fabricacin mas utilizadas son la aleacin, difusin, el proceso planar y el crecimiento epitaxial. Una vez construidos los transistores se hospedan en capsulas plasticas o metalicas. La capsula protege el transistor de la humedad y los contaminantes, sirve como disipador de calor, proporciona los pines de acceso, y facilita su manipulacion e identificacion.4.1.2. Transistores de efecto de campo (FET)Son dispositivos de tres terminales controlados por voltaje, se encuentran constituidos por un material de base tipo N o P llamado sustrato, dentro del cual se forma una region de tipo opuesto en forma de U llamada canal, ligeramente dopada. El sustrato actua como compuerta o gate (G), uno de los extremos del canal como fuente o source (S) y el otro como drenador o drain (D). Entre la compuerta y el canal se forma una unin PN, este tipo de FET se denominan FETs de unin o JFETs.

En la mayoria de los casos, el diseo del canal es simetrico, por lo que cualquiera de los extremos se puede utilizar como drenador o como fuente, sin embargo existen casos especiales en los cuales el canal es asimetrico y por consiguiente no se pueden intercambiar estos terminales. Los JFETs pueden ser de canal N o canal P, dependiendo del dopado del canal.

Polarizacin:Los JFETs necesitan ser polarizados mediante dos tensiones externas. La tensin Vdd dirige el paso de los portadores de corriente por el canal y la tension Vgs regula su cantidad. Esta ultima polariza inversamente la union NP entre el canal y el sustrato. En un JFET de canal N, la fuente debe ser positiva con respecto a la compuerta y negativa con respecto al drenador.

El efecto neto de la polarizacin es la creacin entre el drenador y fuente de una corriente de drenaje Id, la cual circula a lo largo del canal, y depende del voltaje Vgs. Por tanto, el canal actua como una resistencia variable. En el caso de un JFET de canal N, la tension Vgs crea en sus proximidades de la unin sustrato-canal una zona de agotamiento, libre de electrones. Esta se forma por completo dentro del canal debido a la fuerte concentracin de huecos en el sustrato y una baja concentracin de electrones en el canal.El espesor de la zona de agotamiento determina el area util o efectiva del canal, y su capacidad de dejar pasar mas o menos electrones. La regin de agotamiento se extiene a lo largo de las paredes del canal, siendo mas amplia en el lado del drenador que en el de la fuente, esto debido a que desde el punto de vista de la compuerta el drenador esta sometido a una tensin inversa de polarizacin mas alta (Vdd + Vgs) que la fuene (Vgs)Si el material de la puerta est ms dopado que el del canal, la mayor parte de la capa estar formada por el canal. Si al tensin de la puerta es cero, y Vds = 0, las capas desiertas profundizan poco en el canal y son uniformes a todo lo largo de la unin.Si Vds se hace positiva ( y Vgs sigue siendo cero) por el canal circular una corriente entre sumidero y fuente, que har que la polarizacin inversa de la unin no sea uniforme en toda su longitud y, en consecuencia, en la parte ms prxima al sumidero, que es la ms polarizada, la capa desierta penetrar ms hacia el interior del canal.Para valores pequeos de Vds, la corriente de sumidero es una funcin casi lineal de la tensin, ya que la penetracin de la capa desierta hacia el interior del canal no vara substancialmente de su valor inicial. Sin embargo, a medida que aumenta la tensin aumenta tambin la polarizacin inversa, la capa desierta profundiza en el canal y la conductancia de ste disminuye. El ritmo de incremento de corriente resulta, en consecuencia, menor y llega un momento en que el canal se ha hecho tan estrecho en las proximidades del sumidero que un incremento de Vds apenas tiene efecto sobre la corriente de sumidero. Entonces se dice que el transistor est trabajando en la zona de estriccin (pinch-off), nombre cuyo origen se evidencia en la figura anterior, llamndose tensin de estriccin Vp a la del punto de transicin entre el comportamiento casi lineal y el casi saturado.

Si a la puerta se le aplica una polarizacin negativa estacionaria, la capa desierta penetra ms en el interior que con la polarizacin nula; por tanto, para pasar a la zona de estriccin se necesita menos tensin de sumidero. El aumentar la polarizacin negativa permite tener la transicin a la zona de estriccin a corrientes de sumidero an inferiores.El funcionamiento del FET se basa en la capacidad de control de la conductancia del canal por parte de la tensin de puerta y, como la unin puerta-canal se encuentra siempre polarizada inversamente, el FET es por esencia un elemento de alta impedancia de entrada.Parametros de funcionamiento:

La corriente de sumidero Id es funcin tanto de la tensin de sumidero Vds como de la puerta Vgs. Como la unin est polarizada inversamente, suponemos que la corriente de puerta es nula, con lo que podemos escribir:

Ig = 0 e Id = (Vds, Vgs)

En la zona de estriccin (saturacin) en que las caractersticas son casi rectas (en el grfico, son horizontales, pero en realidad tienen una pendiente positiva) podemos escribir la respuesta del transistor para pequeos incrementos de Vds y Vgs en esta forma

El parmetro rd se llama resistencia diferencial del sumidero del FET, y es la inversa de la pendiente de la curva. Que como en el grfico, dicha pendiente es cero (en la realidad, como he dicho antes existe algo de pendiente), entonces la rd es infinita (muy grande).El parmetro gm se le denomina conductancia mutua o transconductancia, y es igual a la separacin vertical entre las caractersticas que corresponden a diferencias de valor de Vgs de 1 voltio. TiristoresUn tiristor es uno de los tipos ms importantes de los dispositivos semiconductores de potencia. Los tiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electrnicos de potencia. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor.Para muchas aplicaciones se puede suponer que los Tiristores son interruptores o conmutadores ideales, aunque los tiristores prcticos exhiben ciertas caractersticas y limitaciones.

Un Tiristor es dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura pnpn con tres uniones pn tiene tres terminales: nodo ctodo y compuerta. La fig. 1 muestra el smbolo del tiristor y una seccin recta de tres uniones pn. Los tiristores se fabrican por difusin.

Cuando el voltaje del nodo se hace positivo con respecto al ctodo, las uniones J1 y J3 tienen polarizacin directa o positiva. La unin J2 tiene polarizacin inversa, y solo fluir una pequea corriente de fuga del nodo al ctodo. Se dice entonces que el tiristor est en condicin de bloqueo directo o en estado desactivado llamndose a la corriente fuga corriente de estado inactivo ID. Si el voltaje nodo a ctodo VAK se incrementa a un valor lo suficientemente grande la unin J2 polarizada inversamente entrar en ruptura. Esto se conoce como ruptura por avalancha y el voltaje correspondiente se llama voltaje de ruptura directa VBO. Dado que las uniones J1 y J3 ya tienen polarizacin directa, habr un movimiento libre de portadores a travs de las tres uniones que provocar una gran corriente directa del nodo. Se dice entonces que el dispositivo est en estado de conduccin o activado.

La cada de voltaje se deber a la cada ohmica de las cuatro capas y ser pequea, por lo comn 1V. En el estado activo, la corriente del nodo est limitada por una impedancia o una resistencia externa, RL, tal y como se muestra en la fig. 2.

La corriente del nodo debe ser mayor que un valor conocido como corriente de enganche IL, a fin de mantener la cantidad requerida de flujo de portadores a travs de la unin; de lo contrario, al reducirse el voltaje del nodo al ctodo, el dispositivo regresar a la condicin de bloqueo. La corriente de enganche, IL, es la corriente del nodo mnima requerida para mantener el tiristor en estado de conduccin inmediatamente despus de que ha sido activado y se ha retirado la seal de la compuerta.

Una vez que el tiristor es activado , se comporta como un diodo en conduccin y ya no hay control sobre el dispositivo. El tiristor seguir conduciendo, porque en la unin J2 no existe una capa de agotamiento de vida a movimientos libres de portadores. Sin embargo si se reduce la corriente directa del nodo por debajo de un nivel conocido como corriente de mantenimiento IH , se genera una regin de agotamiento alrededor de la unin J2 debida al nmero reducido de portadores; el tiristor estar entonces en estado de Esto significa que ILbloqueo. La corriente de mantenimiento es del orden de los miliamperios y es menor que la corriente de enganche, IL. >IH . La corriente de mantenimiento IH es la corriente del nodo mnima para mantener el tiristor en estado de rgimen permanente. La corriente de mantenimiento es menor que la corriente de enganche.

Cuando el voltaje del ctodo es positivo con respecto al del nodo, la unin J2 tiene polarizacin directa, pero las uniones J1 y J3 tienen polarizacin inversa. Esto es similar a dos diodos conectados en serie con un voltaje inverso a travs de ellos. El tiristor estar en estado de bloqueo inverso y una corriente de fuga inversa, conocida como corriente de fuga inversa IR, fluir a travs del dispositivo.

Activacin del tiristor:Un tiristor se activa incrementndola corriente del nodo. Esto se puede llevar a cabo mediante una de las siguientes formas.1. TERMICA: Si la temperatura de un tiristor es alta habr un aumento en el nmero de pares electrn-hueco, lo que aumentar las corrientes de fuga. Este aumento en las corrientes har que1 y2 aumenten. Debido a la accin regenerativa (1+2) puede tender a la unidad y el tiristor pudiera activarse. Este tipo de activacin puede causar una fuga trmica que por lo general se evita.1. LUZ: Si se permite que la luz llegue a las uniones de un tiristor, aumentaran los pares electrn-hueco pudindose activar el tiristor. La activacin de tiristores por luz se logra permitiendo que esta llegue a los discos de silicio.1. ALTO VOLTAJE: Si el voltaje directo nodo a ctodo es mayor que el voltaje de ruptura directo VBO, fluir una corriente de fuga suficiente para iniciar una activacin regenerativa. Este tipo de activacin puede resultar destructiva por lo que se debe evitar.Si la velocidad de elevacin del voltaje nodo-ctodo es alta, la corriente de carga de las uniones capacitivas puede ser suficiente para activar el tiristor. Un valor alto de corriente de carga puede daar el tiristor por lo que el dispositivo debe protegerse contra dv/dt alto. Los fabricantes especifican el dv/dt mximo permisible de los tiristores.1. CORRIENTE DE COMPUERTA: Si un tiristor est polarizado en directa, la inyeccin de una corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo de compuerta entre la compuerta y las terminales del ctodo activar al tiristor. Conforme aumenta la corriente de compuerta, se reduce el voltaje de bloqueo directo.Tipos de tiristoresLos tiristores se fabrican casi exclusivamente por difusin. La corriente del nodo requiere de un tiempo finito para propagarse por toda el rea de la unin, desde el punto cercano a la compuerta cuando inicia la seal de la compuerta para activar el tiristor. Para controlar el di/dt, el tiempo de activacin y el tiempo de desactivacin, los fabricantes utilizan varias estructuras de compuerta.Dependiendo de la construccin fsica y del comportamiento de activacin y desactivacin, en general los tiristores pueden clasificarse en nueve categoras:1. Tiristores de control de fase (SCR).2. Tiristores de conmutacin rpida (SCR).3. Tiristores de desactivacin por compuerta (GTO).4. Tiristores de triodo bidireccional (TRIAC).5. Tiristores de conduccin inversa (RTC).6. Tiristores de induccin esttica (SITH).7. Rectificadores controlados por silicio activados por luz (LASCR)8. Tiristores controlados por FET (FET-CTH)9. Tiristores controlados por MOS (MCT) Condiciones ideales de un transistor.- Pequeas fugas.- Alta potencia.- Bajos tiempos de respuesta (ton , toff), para conseguir una alta frecuencia de funcionamiento.- Alta concentracin de intensidad por unidad de superficie del semiconductor.- Que el efecto avalancha se produzca a un valor elevado ( VCE mxima elevada).- Que no se produzcan puntos calientes (grandes di/dt ).Una limitacin importante de todos los dispositivos de potencia y concretamente de los transistores bipolares, es que el paso de bloqueo a conduccin y viceversa no se hace instantneamente, sino que siempre hay un retardo (ton , toff). Las causas fundamentales de estos retardos son las capacidades asociadas a las uniones colector - base y base - emisor y los tiempos de difusin y recombinacin de los portadores.4.3. Funcionamiento y comparacin de tipos transistores:La diferencia entre un transistor bipolar y un transistor unipolar o FET es el modo de actuacin sobre el terminal de control. En el transistor bipolar hay que inyectar una corriente de base para regular la corriente de colector, mientras que en el FET el control se hace mediante la aplicacin de una tensin entre puerta y fuente. Esta diferencia vienen determinada por la estructura interna de ambos dispositivos, que son substancialmente distintas.Es una caracterstica comn, sin embargo, el hecho de que la potencia que consume el terminal de control (base o puerta) es siempre ms pequea que la potencia manejada en los otros dos terminales.En resumen, destacamos tres cosas fundamentales:- En un transistor bipolar IB controla la magnitud de IC.- En un FET, la tensin VGS controla la corriente ID.- En ambos casos, con una potencia pequea puede controlarse otra bastante mayor.Tiempos de conmutacin

Cuando el transistor est en saturacin o en corte las prdidas son despreciables. Pero si tenemos en cuenta los efectos de retardo de conmutacin, al cambiar de un estado a otro se produce un pico de potencia disipada, ya que en esos instantes el producto IC x VCE va a tener un valor apreciable, por lo que la potencia media de prdidas en el transistor va a ser mayor. Estas prdidas aumentan con la frecuencia de trabajo, debido a que al aumentar sta, tambin lo hace el nmero de veces que se produce el paso de un estado a otro.Podremos distinguir entre tiempo de excitacin o encendido (ton) y tiempo de apagado (toff). A su vez, cada uno de estos tiempos se puede dividir en otros dos.

Tiempo de retardo (Delay Time, td): Es el tiempo que transcurre desde el instante en que se aplica la seal de entrada en el dispositivo conmutador, hasta que la seal de salida alcanza el 10% de su valor final.Tiempo de subida (Rise time, tr): Tiempo que emplea la seal de salida en evolucionar entre el 10% y el 90% de su valor final.Tiempo de almacenamiento (Storage time, ts): Tiempo que transcurre desde que se quita la excitacin de entrada y el instante en que la seal de salida baja al 90% de su valor final.Tiempo de cada (Fall time, tf): Tiempo que emplea la seal de salida en evolucionar entre el 90% y el 10% de su valor final.Por tanto, se pueden definir las siguientes relaciones :

Es de hacer notar el hecho de que el tiempo de apagado (toff) ser siempre mayor que el tiempo de encendido (ton).Los tiempos de encendido (ton) y apagado (toff) limitan la frecuencia mxima a la cual puede conmutar el transistor:

Corriente media: es el valor medio de la corriente que puede circular por un terminal (ej. ICAV, corriente media por el colector).Corriente mxima: es la mxima corriente admisible de colector (ICM) o de drenador (IDM). Con este valor se determina la mxima disipacin de potencia del dispositivo.VCBO: tensin entre los terminales colector y base cuando el emisor est en circuito abierto.

VEBO: tensin entre los terminales emisor y base con el colector en circuito abierto.Tensin mxima: es la mxima tensin aplicable entre dos terminales del dispositivo (colector y emisor con la base abierta en los bipolares, drenador y fuente en los FET).Estado de saturacin: queda determinado por una cada de tensin prcticamente constante. VCEsat entre colector y emisor en el bipolar y resistencia de conduccin RDSon en el FET. Este valor, junto con el de corriente mxima, determina la potencia mxima de disipacin en saturacin.Relacin corriente de salida - control de entrada: hFE para el transistor bipolar (ganancia esttica de corriente) y gds para el FET (transconductancia en directa).Modos de trabajoExisten cuatro condiciones de polarizacin posibles. Dependiendo del sentido o signo de los voltajes de polarizacin en cada una de las uniones del transistor pueden ser :

Regin activa directa: Corresponde a una polarizacin directa de la unin emisor - base y a una polarizacin inversa de la unin colector - base. Esta es la regin de operacin normal del transistor para amplificacin.Regin activa inversa: Corresponde a una polarizacin inversa de la unin emisor - base y a una polarizacin directa de la unin colector - base. Esta regin es usada raramente.Regin de corte: Corresponde a una polarizacin inversa de ambas uniones. La operacin en sta regin corresponde a aplicaciones de conmutacin en el modo apagado, pues el transistor acta como un interruptor abierto (IC 0).Regin de saturacin: Corresponde a una polarizacin directa de ambas uniones. La operacin en esta regin corresponde a aplicaciones de conmutacin en el modo encendido, pues el transistor acta como un interruptor cerrado (VCE 0).Avalancha secundaria. Curvas SOA.

Si se sobrepasa la mxima tensin permitida entre colector y base con el emisor abierto (VCBO), o la tensin mxima permitida entre colector y emisor con la base abierta (VCEO), la unin colector - base polarizada en inverso entra en un proceso de ruptura similar al de cualquier diodo, denominado avalancha primaria.Sin embargo, puede darse un caso de avalancha cuando estemos trabajando con tensiones por debajo de los lmites anteriores debido a la aparicin de puntos calientes (focalizacin de la intensidad de base), que se produce cuando tenemos polarizada la unin base - emisor en directo. En efecto, con dicha polarizacin se crea un campo magntico transversal en la zona de base que reduce el paso de portadores minoritarios a una pequea zona del dispositivo (anillo circular).La densidad de potencia que se concentra en dicha zona es proporcional al grado de polarizacin de la base, a la corriente de colector y a la VCE, y alcanzando cierto valor, se produce en los puntos calientes un fenmeno degenerativo con el consiguiente aumento de las prdidas y de la temperatura. A este fenmeno, con efectos catastrficos en la mayor parte de los casos, se le conoce con el nombre de avalancha secundaria (o tambin segunda ruptura).El efecto que produce la avalancha secundaria sobre las curvas de salida del transistor es producir unos codos bruscos que desvan la curva de la situacin prevista (ver grfica anterior).El transistor puede funcionar por encima de la zona lmite de la avalancha secundaria durante cortos intervalos de tiempo sin que se destruya. Para ello el fabricante suministra unas curvas lmites en la zona activa con los tiempos lmites de trabajo, conocidas como curvas FBSOA.

Podemos ver como existe una curva para corriente continua y una serie de curvas para corriente pulsante, cada una de las cuales es para un ciclo concreto.Todo lo descrito anteriormente se produce para el ton del dispositivo. Durante el toff, con polarizacin inversa de la unin base - emisor se produce la focalizacin de la corriente en el centro de la pastilla de Si, en un rea ms pequea que en polarizacin directa, por lo que la avalancha puede producirse con niveles ms bajos de energa. Los lmites de IC y VCE durante el toff vienen reflejado en las curvas RBSOA dadas por el fabricante.Efecto producido por carga inductiva. Protecciones.Las cargas inductivas someten a los transistores a las condiciones de trabajo ms desfavorables dentro de la zona activa.

En el diagrama superior se han representado los diferentes puntos idealizados de funcionamiento del transistor en corte y saturacin. Para una carga resistiva, el transistor pasar de corte a saturacin. Para una carga resistiva, el transistor pasar de corte a saturacin por la recta que va desde A hasta C, y de saturacin a corte desde C a A. Sin embargo, con una carga inductiva como en el circuito anterior el transistor pasa a saturacin recorriendo la curva ABC, mientras que el paso a corte lo hace por el tramo CDA. Puede verse que este ltimo paso lo hace despus de una profunda incursin en la zona activa que podra fcilmente sobrepasar el lmite de avalancha secundaria, con valor VCE muy superior al valor de la fuente (Vcc). APLICACIONES TRANSISTORES transistor en conmutacin.

Tenemos un interruptor en posicin 1, abierto:IB = 0IC = 0 CORTE (el transistor no conduce)Recta de carga:

Esto era lo ideal, lo exacto sera:

Pero para electrnica digital no tiene mucha importancia ese pequeo margen, por lo tanto se desprecia.Interruptor en posicin 2:

Finalmente tenemos una grfica de la siguiente forma:

Aplicacin: Si tenemos en la entrada una onda cuadrada.

Me invierte la Vsal, invierte la onda de entrada en la salida. Ese circuito se utiliza en electrnica digital.

A ese circuito le llambamos "Circuito de polarizacin de base", que era bueno para corte y saturacin, para conmutacin. Pero este que hemos hecho no es exacto, lo exacto es:

Entonces se cogen los mrgenes, pero como estn muy separados se desprecia y no se le da importancia a ese pequeo error. Transistores en circuitos con polarizacion de emisorSi se quiere amplificar, se necesitan circuitos cuyos puntos Q sean inmunes a los cambios en la ganancia de corriente, esto es, interesa que el punto Q sea lo ms estable posible.Para este propsito ahora se analizar el "Circuito de polarizacin de Emisor", que es el siguiente:

El propsito es amplificar, por esa razn el transistor tiene que trabajar en la zona ACTIVA.Como estamos en activa VBE = 0.7 V. Por lo tanto y viendo la malla de entrada la tensin VC ser de 4.3 V. Entonces la intensidad IE por la resistencia RE ser de:

Grficamente:

Si bcc = 150 solo vara IB.

Vara la IB pero lo dems se mantiene y Q no vara, el transistor se autorregula y hace que vare IB sin que nada ms vare, por lo tanto:"El punto Q es muy estable".Pero esto no es del todo exacto, porque algo vara, esto se ver si no se usa la aproximacin de IC = IE. Sin esta aproximacin tenemos:

Y ahora si influye el bcc.

Y tendramos: VCE = 8,77 VCon bcc = 150:

Con bcc = 50:

Vara algo, pero es bastante estable, es bueno para trabajar en activa.TABLA DE CONTENIDO TRANSISTORES Historia y Fundamentos fsicos del transistor. Funcionamiento Bsico del transistor Nomenclatura del transistor. Transistores de Potencia y distintos tipos de transistores. Tipos de Transistores. Transistores Bipolares Transistores de efecto de campo (FET) Tiristores. Condiciones ideales de un transistor. Funcionamiento y comparacin de distintos tipos de transistores. Aplicaciones de los transistores. Transistor en conmutacin. Transistor en circuitos con polarizacin de emisor. Conclusiones.CONCLUSIONESEl transistor es un gran aporte al campo del desarrollo cientifico y tecnologico, dado su amplia versatilidad y su gran aplicabilidad en la investigacin y desarrollo. Sus fundamentos fsicos son fundamentados en las bases de la mecanica cuantica, aprovechando sus concepciones y formulaciones teoricas es posible llevar a la practica elementos practicos e innovadores como el transistor. La incursion de los transistores sustituyo los tubos al vacio y permitio la reduccin de sistemas y diseos electronicos, siendo estos mas estables y de mayor rendimiento.El estudio del efecto de transicin de niveles de energia y el espectro atomico fueron decisivos en la formulacin teorica del transistor, ademas del estudio del atomo de la mecanica cuantica y la fisica atomica, permitiendo aprovechar las propiedades intrinsecas de los atomos de Germanio, fosforo entre otros, para el diseo de sistemas basados en las reacciones atomicas entre ellos por sus electrones, perfeccionando este proceso hasta llevarlo a lo que actualmente conocemos como transistores.Curva de prdida de disipacin de potencia tpica para os transistores de silicio.