Contenido
Tubos de vacío
Antes de la invención de los transistores, los tubos de vacío desempeñaban un papel principal en la electrónica. Los tubos de vacío también se denominan tubos electrónicos o válvulas. El tubo de vacío consiste en un ánodo y el cátodo. Estos ánodo y cátodo se colocan en un tubo de vidrio bien cerrado en el que se llena el vacío. El cátodo es calentado por un filamento que ayuda al cátodo a emitir los electrones.
En los primeros casos, directamente el cátodo actúa como filamento, por lo tanto, cuando este cátodo se calienta, los electrones emitirán desde su superficie. Posteriormente se introduce el filamento externo que calienta el cátodo indirectamente. Los electrones producidos fluirán hacia el ánodo. Esto crea la diferencia de potencial entre un ánodo y el cátodo, por lo que se desarrolla una corriente eléctrica en el circuito. El filamento debe cargarse continuamente con potencia constante para calentar el cátodo. Para dirigir estos electrones fluyen uniformemente hacia el ánodo electrodos externos que se denominan comúnmente como cuadrículas. Esta construcción hace que el circuito sea voluminoso y aumente el costo.
En los primeros días, estos tubos de vacío se utilizan en la fabricación de computadoras, radios y televisores de primera generación. Más tarde, estos se utilizan para aplicaciones militares y amplificadores de audio basados en tubos. Pero más tarde estos tubos de vacío son reemplazados por transistores y diodos. Debido a que los tubos de vacío son de gran tamaño, son un poco caros y consumen más energía en comparación con los transistores. Por lo tanto, estas restricciones de los tubos de vacío son superadas por los transistores. Los transistores no requieren corriente de filamento.
Historial de los transistores
Harto del gran consumo de energía y la baja confiabilidad de los tubos de vacío, Kelly, en los laboratorios Bell designó a William Shockley para investigar a los semiconductores y al Transistor por lo que vienen a reemplazar estos tubos. John Bardeen, Walter Brattain condujo los experimentos bajo la guía de Shockley. William Shockley experimentó con el amplificador de efecto de campo pero falló. Pero más tarde John Bardeen y Walter Brattain investigaron y descubrieron que los electrones forman una barrera en la superficie que se desconocia hasta entonces. Este avance lleva al descubrimiento del primer transistor.
En diciembre de 1947, su experimento con dos contactos de oro aplicados al cristal de germanio produjo una potencia de señal de salida mayor que la señal de entrada. Así, la primera tecnología de transistores desarrollada se conocía como dispositivo de contacto puntual y esta tecnología estaba regulada por tipos de mayor rendimiento. Esto se informó por primera vez en junio de 1948.
Más tarde, las limitaciones del dispositivo de contacto puntual hicieron que Shockley fuera el único inventor del transistor de unión que dominaba el dispositivo de contacto puntual y era tambien fácil de fabricar.
El comercio de transistores comenzó en la década de 1950 y el primer transistor comercial se utilizó en equipos telefónicos y computadoras militares en 1952. En 1953, el transistor es utilizado para ayuda de sordos, en un dispositivo médico. Este aumento efectivo de la tecnología de transistores se debe principalmente a la donación y el aliento de muchas compañías como Bell Labs, Motorola, Philco, Raytheon, RCA, Sylvania y Texas Instruments.
En la fabricación de cristales amplificadores, el material semiconductor desempeña el rol principal. El primer transistor está hecho de material semiconductor, germanio en 1950. Cuando se aplica una tensión eléctrica, este material semiconductor no es totalmente conductor ni completamente aislante.
Posteriormente se desarrollan transistores de silicio. Debido al rendimiento exitoso a altas temperaturas, los transistores de silicio se usan más desde el año 1954. Los transistores de silicio comerciales estaban disponibles en Texas Instruments. Posteriormente, se realizan extensas investigaciones a partir de los transistores de silicio y esto conduce al desarrollo de circuitos integrados y dispositivos como el microprocesador.
Más tarde, en 1959, se desarrolló el primer transistor de efecto de campo. Consta de tres capas de metal (M-gate), Oxide (O-insulation), silicio (S-semiconductor).
Inicialmente, el material utilizado para la forma de la caja del transistor es el plástico epoxi. Pero los dispositivos de caja de plástico pueden degradarse con el tiempo. Por lo tanto, las combinaciones de formas de plástico y caja metálica se desarrollan a mediados de la década de 1960.
En la fabricación de un transistor, el material semiconductor se procesa con la adición de pequeñas cantidades de impurezas químicas, como arsénico o antimonio. Este proceso fue referido como «dopaje». Se requiere para crear una estructura cristalina adecuada en el semiconductor para permitir la acción del transistor. Dependiendo de los elementos dopantes utilizados en el material semiconductor, los transistores se pueden clasificar como PNP o NPN.
PNP y NPN son representaciones de la polaridad eléctrica que se utilizará en el transistor. Por ejemplo, un transistor PNP requeriría un conjunto específico de polaridades de voltaje positivo y negativo para su utilizacion para los tres terminales de transistor en aplicaciones de circuito. El transistor NPN requiere que todas las polaridades de voltaje del circuito se reviertan de las usadas para un PNP. Muchas aplicaciones de circuitos requieren los transistores PNP y NPN.
¿Qué es un ? Transistor
El transistor es simétrico a un triodo de vacío y tiene un tamaño relativamente muy pequeño. Transistor es una composición de dos palabras Transferencia y Varistor. Un transistor consiste en tres capas de material semiconductor y cada capa tiene la capacidad de transferir corriente a las otras capas. Este dispositivo semiconductor de tres capas consiste en dos capas de material de tipo n y una de tipo p o dos capas de material de tipo p y uno n. El primer tipo se denomina transistor npn, mientras que el otro se denomina transistor pnp, respectivamente.
El germanio y el silicio son los materiales semiconductores más preferidos que conducen la electricidad de forma semienergética. Por el proceso de dopaje al material semiconductor, el resultado agrega electrones adicionales al material o produce agujeros en el material. Las capas exteriores tienen anchos mucho más grandes que el tipo p o el tipo n insertados, que típicamente están en una proporción de 10: 1 o menos. El menor nivel de dopaje disminuye la conductividad y aumenta la resistencia de este material, al limitar el número de portadores libres.
La diferencia entre el diodo y el transistor es: Un diodo está formado por dos capas y una unión. El transistor está hecho de tres capas con dos uniones. Un transistor puede actuar como un interruptor de encendido/apagado o un amplificador.
Símbolos de transistores:
Una manera fácil de recordar estos símbolos de transistores es que
- PNP- punto en permanente
- NPN-Nunca puntos en
En el símbolo de un transistor, la flecha indica la dirección del flujo de corriente.
Los estados positivo y negativo del voltaje y la dirección del flujo de corriente, siempre están en dirección opuesta en el transistor PNP con respecto al transistor NPN. Sin embargo, la operación realizada por los transistores NPN y PNP es la misma.
Modos de operación del transistor
Hay cuatro modos de operación: saturación, corte, activo e inverso activo.
Modo de saturación: en este modo el transistor actúa como un interruptor. Desde el colector hasta el emisor, la corriente fluirá incondicionalmente (cortocircuito). Ambos diodos están en estado de polarización directa.
Modo de corte: en este modo también el transistor actúa como un interruptor pero no hay flujo de corriente desde el colector al emisor (circuito abierto) No hay flujo de corriente a través de los terminales del emisor y del colector.
Modo activo: En este modo, el transistor actúa como un amplificador que es la corriente desde el terminal del colector al terminal del emisor, correspondiente a la corriente a través del terminal base. La base amplificará la corriente que se mueve al terminal del colector y sale del terminal del emisor.
Modo activo inverso: la corriente del terminal del colector al terminal del emisor corresponde a la corriente el terminal base pero este flujo es en dirección inversa.
Conexión posterior de un diodo
La capa de agotamiento desarrollada en un par de uniones, a saber, base y emisor-base del transistor principalmente debido a los portadores actuales. En el caso de dos diodos conectados espalda con espalda, la región de empobrecimiento formada no puede pasar corriente. Ya sabemos que debido a la delgada capa base, solo el transistor está funcionando y esta capa no es más que la parte insertada del emisor y el colector.
Debido a esto, el emisor y el colector son muy inminentes entre sí. Cuando se aplica un campo eléctrico fuerte, esto le permite a la mayoría de los portadores pasar del emisor. Estos portadores mayoritarios se diseminarán como portadores minoritarios sobre la base y dentro del área de agotamiento de la unión en el colector base. En lógica simple, el dispositivo con una unión NP y una unión PN que actúa como dos diodos que se colocan espalda con espalda. En esta condición cuando aplicamos grandes voltajes a través del terminal base, la corriente no puede fluir a través del circuito. Debido a que el voltaje aplicado forma una barrera grande y otra barrera pequeña desde la cual no podemos pasar la corriente.
Para superar esta situación además de la fuente de alimentación principal que se coloca en la parte superior de los terminales NP una pequeña fuente de voltaje se agrega en los niveles inferiores de PN. Debido a que esta pequeña fuente de tensión, empujará los electrones hacia la parte de los agujeros. La fuente de alimentación principal controlará el flujo de corriente. Mediante estas dos acciones en la capa de agotamiento, las barreras actuales se reducen. Por lo tanto, habrá un alto aumento ascendente en el voltaje a través del transistor.