Introducción
El transistor es un dispositivo semiconductor que se utiliza para amplificar las señales y en los circuitos de conmutación. Generalmente, el transistor está hecho de material sólido que contiene tres terminales, como el emisor (E), la Base (B) y el Colector (C) para las conexiones con otros componentes en el circuito. Algunos transistores contienen cuarto terminal también, es decir, sustrato (S). El transistor es uno de los componentes activos. Desde el momento de la primera invención del transistor hasta los días actuales, los transistores se clasifican en diferentes tipos dependiendo de la construcción o la operación, se explican usando un diagrama de árbol como el siguiente.
Diagrama de árbol de transistores
La clasificación de transistores se puede entender observando el diagrama de árbol de arriba. Los transistores se clasifican básicamente en dos tipos; son transistores de unión bipolar (BJT) y transistores de efecto de campo (FET). Los BJT se clasifican nuevamente en transistores NPN y PNP. Los transistores FET se clasifican en JFET y MOSFET. Los transistores FET de unión se clasifican en JFET de canal N y JFET de canal P dependiendo de su función. Los transistores MOSFET se clasifican en modo Depletion y modo de Mejora. De nuevo, los transistores de modo de reducción y mejora se clasifican en JFET de canal N y canal P.
Hoy en día, los tubos de vacío se reemplazan por transistores porque los transistores tienen más beneficios que los tubos de vacío. Los transistores son de pequeño tamaño y requieren baja tensión para el funcionamiento y también tienen baja disipación de potencia. Debido a estas razones, el transistor se utiliza en muchas aplicaciones como amplificadores, circuitos de conmutación, osciladores y también en casi todos los circuitos electrónicos.
Tipos de transistores
El transistor es la disposición adecuada de diferentes materiales semiconductores. Los materiales semiconductores generales utilizados para el transistor son silicio, germanio y arseniuro de galio. Básicamente, los transistores se clasifican según su estructura. Cada tipo de transistores tiene sus propias características, ventajas y desventajas.
Algunos transistores están diseñados principalmente para fines de conmutación, otros están diseñados para fines de amplificación y algunos transistores están diseñados para fines de amplificación y conmutación. Dependiendo de la estructura, los transistores se clasifican en BJT y FET.
Transistores de unión
El transistor de unión generalmente se denomina transistor de unión bipolar (BJT) ) Los transistores BJT tienen tres terminales llamados emisor (E), Base (B), Colector (C). El nombre en sí mismo indica que tiene dos uniones entre los semiconductores tipo p y tipo n. Los transistores BJT se clasifican en transistores NPN y PNP según la construcción.
A diferencia de los transistores FET, los transistores BJT son dispositivos controlados por corriente. Si una pequeña cantidad de corriente fluye a través de la base de un transistor BJT, ocasiona que fluya una gran corriente desde el emisor al colector. Los transistores BJT tienen baja impedancia de entrada y hace que fluya una gran corriente a través del transistor. Los transistores BJT son solo los transistores que son activados por la corriente de entrada que se le da a la base. Los transistores de unión bipolar pueden operar en tres regiones, son
- Región de corte: Aquí el transistor está en estado ‘OFF’, es decir, la corriente que fluye a través del transistor es cero.
- Región activa: Aquí el transistor actúa como un amplificador.
- Región de saturación: Aquí el transistor está completamente Estado ‘ON’ y también funciona como un interruptor cerrado.
Transistor NPN
NPN es uno de los dos tipos de transistores de unión bipolar (BJT). El transistor NPN consta de dos materiales semiconductores de tipo n y están separados por una capa delgada de semiconductor de tipo p. Aquí la mayoría de los portadores de carga son electrones y los agujeros son los portadores de carga minoritarios. El flujo de electrones desde el emisor al colector forma el flujo de corriente en el transistor a través del terminal base.
Una pequeña cantidad de corriente en el terminal base hace que fluya una gran cantidad de corriente desde el emisor al colector. Hoy en día, el transistor bipolar generalmente utilizado es el transistor NPN, porque la movilidad de los electrones es mayor que la movilidad de los agujeros. La ecuación estándar para las corrientes que fluyen en el transistor es
IE = IB + IC
Los símbolos y la estructura de los transistores NPN se detallan a continuación.
PNP Transistor
El PNP es otro tipo de transistores de unión bipolar (BJT). Los transistores PNP contienen dos materiales semiconductores de tipo p y están separados por una capa delgada de semiconductor de tipo n. La mayoría de los portadores de carga en los transistores PNP son agujeros y los electrones son portadores de carga minoritaria. La flecha en el terminal emisor del transistor indica el flujo de corriente convencional. En el transistor PNP, la corriente fluye de Emisor a Colector.
El transistor PNP está ENCENDIDO cuando el terminal base se jala a BAJO con respecto al emisor. El símbolo y la estructura del transistor PNP se muestran a continuación.
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FET (transistor de efecto de campo)
El transistor de efecto de campo (FET) es otro tipo de transistores. Básicamente, los transistores FET tienen tres terminales: puerta (G), drenaje (D) y fuente (S). Los transistores FET se clasifican en transistores de efecto de campo de unión (JFET) y transistores de FET de puerta aislada (IG-FET) o MOSFET. Para las conexiones en el circuito también consideramos la cuarta terminal llamada base o sustrato. Los transistores FET tienen control sobre el tamaño y la forma de un canal entre la fuente y el drenaje creado por la tensión aplicada. Los transistores FET son transistores unipolares porque realizan operaciones de un solo canal donde los transistores BJT son transistores de unión bipolar. Los transistores FET tienen una ganancia de corriente alta que los transistores BJT.
JFET (transistor de efecto de campo de unión)
El transistor de efecto de campo de unión (JFET) es el tipo más antiguo y simple de transistores FET. Estos JFET se usan como interruptores, amplificadores y resistencias. Este transistor es un dispositivo controlado por voltaje. No necesita ninguna corriente de polarización. El voltaje aplicado entre la puerta y la fuente controla el flujo de corriente eléctrica entre la fuente y el drenaje de un transistor. Los transistores JFET están disponibles en ambos tipos, N-channel y P-channel.
N-Channel JFET
En JFET de canal N, el flujo de corriente se debe a los electrones. Cuando se aplica voltaje entre la puerta y la fuente, se forma un canal entre la fuente y el drenaje para el flujo de corriente. Este canal se llama canal N Actualmente, el transistor JFET de canal N es el tipo más preferible que el JFET de canal P. Los símbolos para el transistor JFET de canal N se dan a continuación.
JFET de canal P
En este transistor JFET, el flujo de corriente se debe a los agujeros. El canal entre la fuente y el drenaje se llama canal P. Los símbolos para transistores JFET de canal P se dan a continuación. Aquí las marcas de flecha indican la dirección del flujo actual.
MOSFET
El transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido de metal (MOSFET) es el tipo más útil de todos los transistores. El nombre en sí mismo indica que contiene un terminal de puerta de metal. El MOSFET tiene cuatro terminales de drenaje, fuente, puerta y cuerpo o sustrato (B). MOSFET tiene muchas ventajas sobre BJT y JFET, principalmente ofrece alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida. Se utiliza en circuitos de baja potencia principalmente en tecnologías de diseño de chips.
Los transistores MOSFET están disponibles en tipos de reducción y mejora. Además, los tipos de agotamiento y mejora se clasifican en tipos de N-channel y P-channel.
N-MOSFET de canal
El MOSFET que tiene una región de canal N entre la fuente y el drenaje se denomina MOSFET de canal N. Aquí los terminales de la fuente y la puerta están fuertemente dopados con materiales de tipo ny el sustrato está dopado con material semiconductor de tipo p. Aquí el flujo de corriente entre la fuente y el drenaje se debe a los electrones. El voltaje de compuerta controla el flujo de corriente en el circuito. El MOSFET de canal N es más preferible que el MOSFET de canal P porque la movilidad de los electrones es mayor que la movilidad de los agujeros. Los símbolos para los transistores MOSFET de canal N se dan a continuación.
P-Channel MOSFET
El MOSFET que tiene P-ch La región de annel entre la fuente y el drenaje se denomina MOSFET de canal P. Aquí los terminales de fuente y drenaje están fuertemente dopados con material de tipo P y el sustrato está dopado con material de tipo N. El flujo de corriente entre la fuente y el drenaje se debe a la concentración de agujeros. El voltaje aplicado en la compuerta controlará el flujo de corriente a través de la región del canal. Los símbolos para transistores MOSFET de canal P en tipos de agotamiento y mejora se dan a continuación.
Transistores basados en función
Transistores también se clasifican según las funciones que significan lo que hacen los transistores. Los diferentes tipos de transistores basados en su función se explican a continuación.
Transistores de señal pequeña
la función básica de los pequeños transistores de señal es amplificar señales pequeñas, incluso estos transistores se utilizan para el propósito de conmutación. Los transistores de señal pequeños están disponibles en el mercado en forma de transistores NPN y PNP. Podemos ver algún valor en el cuerpo del transistor de señal pequeño, este valor indica hFE de transistor.
Dependiendo de este valor de hFE, podemos entender la capacidad del transistor para amplificar la señal. Los valores de hFE están presentes dentro del rango de 10 a 500. El valor de la corriente del colector de estos transistores es de 80 a 600 mA. Este tipo de transistores funciona con el rango de frecuencia de 1 a 300MHz. El nombre del transistor en sí mismo indica que estos transistores amplifican señales pequeñas que usan voltajes y corrientes pequeños, como algunos mili voltios y mili amperios de corriente.
Los transistores de señal pequeña se utilizan en casi todos los tipos de equipos electrónicos y también estos transistores se usan en varias aplicaciones, algunos de ellos son interruptores ON u OFF para uso general, controlador LED de diodos, controlador de relé, función de silencio de audio, circuitos de temporizador, amplificador de diodo infrarrojo, circuitos de alimentación de polarización, etc.
Pequeños transistores de conmutación
Los transistores pequeños de conmutación son los transistores que se utilizan principalmente para conmutar después de eso, también se usan para la mañana plificación Al igual que los transistores de señal pequeños, los transistores de conmutación pequeños también están disponibles en forma de NPN y PNP y este tipo de transistores también tienen valores de hFE. El rango de valores de hFE para estos transistores es de 10 a 200. Con un valor de hFE 200, los transistores no son buenos amplificadores a pesar de que actúan como mejores conmutadores. Los valores de corriente del colector varían de 10 a 1000 mA. Estos transistores se usan principalmente en aplicaciones de conmutación.
Transistores de potencia
Los transistores que se usan en los amplificadores de alta potencia y las fuentes de alimentación se denominan «amplificadores de potencia». El terminal colector de este transistor está conectado a la base de un dispositivo metálico y esta estructura actúa como disipador de calor, lo que disipa el exceso de potencia para las aplicaciones.
Estos tipos de transistores están disponibles en forma de NPN, PNP y transistores Darlington. Aquí los valores actuales del colector varían de 1 a 100 A. El rango de frecuencia de funcionamiento de 1 a 100MHz. Los valores de potencia de estos transistores varían entre 10 y 300W. El nombre del transistor en sí mismo indica que los transistores de potencia se usan en aplicaciones donde se requieren alta potencia, alto voltaje y alta corriente.
Transistores de alta frecuencia
Los transistores de alta frecuencia se utilizan para señales pequeñas que operan a altas frecuencias y se usan en aplicaciones de conmutación de alta velocidad. Los transistores de alta frecuencia también se llaman transistores de RF. Estos transistores tienen valores de frecuencia máxima de aproximadamente 2000MHz. El valor de la corriente del colector (IC) oscila entre 10 y 600 mA. Estos tipos de transistores también están disponibles en forma de NPN y PNP. Estos se utilizan principalmente en las aplicaciones de señales de alta frecuencia y también estos transistores deben estar encendidos o apagados a altas velocidades solamente. Estos transistores se utilizan en osciladores y amplificadores de HF, VHF, UHF, CATV y MATV.
Photo Transistor
Foto transistores son los transistores que operan dependiendo de la luz que significa que estos transistores son sensibles a la luz. El transistor fotográfico general no es más que un transistor bipolar que contiene un área sensible a la luz en lugar de un terminal base. Los transistores fotográficos solo tienen 2 terminales en lugar de 3 terminales generales. El transistor funciona dependiendo de la luz. Cuando el área sensible a la luz es oscura, entonces no fluye corriente en el transistor, es decir, el transistor está en estado OFF.
Enlace de recursos: learningaboutelectronics.com/images/Phototransistores.jpg
Cuando el área sensible a la luz se expone a la luz, se genera una pequeña cantidad de corriente en el terminal base y hace que fluya una gran corriente desde el colector al emisor. Los transistores fotográficos están disponibles en ambos tipos de transistores BJT y FET. Estos se denominan foto-BJT y foto-FET.
A diferencia de los foto-BJT, los foto-FET generan corriente de compuerta mediante el uso de luz que controla el flujo de corriente entre los terminales de drenaje y fuente. Los foto-FET son más sensibles a la luz que los foto-BJT. Los símbolos para foto-BJT y foto-FET se muestran arriba.
Transistores unijunction:
Enlace de recursos: learningaboutelectronics.com/images/Unijunction-transistor.png
Los transistores unijunction se usan solo como interruptores controlados eléctricamente. Estos transistores no contienen ninguna característica de amplificación debido a su diseño. Estos son generalmente tres transistores principales. Ahora vemos la operación del transistor unijunction. Si no existe una diferencia de potencial entre el emisor y cualquiera de los terminales base (B1 o B2), entonces una pequeña cantidad de corriente fluye entre B1 y B2.
Si se aplica una cantidad de voltaje suficiente al terminal del emisor a continuación, se genera una corriente alta en el terminal del emisor y se suma a una pequeña corriente entre B1 y B2, y luego hace que fluya una gran corriente en el transistor. Aquí la corriente del emisor es la fuente de corriente primaria para la corriente total en el transistor. La corriente entre los terminales B1 y B2 es muy pequeña, por esta razón estos transistores no son adecuados para fines de amplificación.