Electrónica de andar por casa, by javu61
Transistores
Si emparedamos tres cristales en forma pnp o npn, tenemos un transistor, ya intuitivamente
pensamos que es la unión de dos diodos. Los tres terminales se denominan colector,
base y emisor, siendo siempre la base el conectado al cristal central.
En
un transistor hay dos zonas de difusión de electrones, pero esta vez el terminal
central, la base, permite controlar las diferencias de potencial entre esas dos
zonas, controlando la cantidad de corriente que puede atravesar entre colector y
emisor. Es como tener una tubería controlada por una compuerta, podemos dejar pasar
más o menos agua, en función de lo que abramos la compuerta. Podemos pensar también
en un transistor como una resistencia variable, cuyo valor de resistencia controlamos
por la corriente que se recibe por un tercer hilo. De hecho, realmente el nombre
de transistor es una contracción de los términos “transfer resistor” (resistencia
de transferencia).
El transistor bipolar fue ideado en 1947 en los laboratorios Bell, una de las principales
empresas de telefonía americanas, labor por la que recibieron el Nobel de
Física en 1956 John Bardeen, Walter Houser y William Bradford, aunque en 1930 ya
se había descubierto el transistor de efecto de campo, pero no se descubrió la forma
de usarlos ni un sistema de fabricación masivo apropiado, por eso se considera el
del 47 el pionero.
Tipos de transistor, encapsulados
Los transistores tienen cuatro usos principales: como amplificadores, como osciladores,
como conmutadores o como rectificadores.
Existen
muchos tipos de transistor por su forma de fabricación, los iniciales fueron los
de contacto puntual, los tres cristales se unían por presión entre sí, y la forma
de uno era triangular, por lo que el contacto era en la punta, pero eran delicados,
un golpe los podría romper, por lo que fueron reemplazados por los de unión bipolar,
que son los habituales, pero podemos encontrar los unipolares de efecto de campo
o JFET, los uniunión UJT, los MOSFET, y otros.
Por las señales que manejan se suelen clasificar en: de propósito general, de potencia,
de media potencia, amplificadores, de alta frecuencia, aunque hay otros más especializados.
Los transistores tienen siempre tres patillas, pero pueden encontrarse en varios
encapsulados diferentes, cada uno tiene los terminales en una posición, por ejemplo
los de potencia tienen el colector directamente conectado a la carcasa (el primero
de la figura), por eso solo tienen 2 terminales visibles. Siempre hay que verificar
la configuración cuando reemplazamos un transistor por otro equivalente, por si
tiene una configuración diferente de patillas. La carcasa puede ser metálica para
los de más potencia, para mejorar la disipación térmica y poder acoplarles un disipador,
y de plástico en el resto de los casos.
El transistor como amplificador
Una pequeña corriente originada en la aguja de un tocadiscos, aplicada a la base
de un transistor, puede controlar una corriente mayor desde una fuente de alimentación
aplicada a su colector, replicando la misma señal pero con mayor potencia en su
salida por el emisor. La gran ventaja del transistor es su velocidad de respuesta muy rápida, y su linearidad,
la señal de salida es una réplica bastante fiel a la original.
Cada transistor soporta una corriente de entrada y controla una potencia, normalmente
una señal pequeña de entrada puede controlar una corriente mediana, si queremos
más potencia, podemos montar varios transistores en cadena, de forma que cada uno
aumente la potencia por si mismos. Para evitar distorsión no se suelen usar más
de dos o tres transistores en cadena.
Tipos de amplificador
Si se emplean para amplificar señales audibles se denomina amplificadores de audio o de baja frecuencia. Los amplificadores pueden ampliar tensión (voltaje) o potencia (corriente o intensidad). Los amplificadores de potencia pueden ser de clase A, B, AB o C dependiendo de si la amplificación es en todo el ciclo, en un semi-ciclo o en menos de un semi-ciclo. Otra clasificación es dependiendo del terminal que se conecte a masa, el montaje se denomina de emisor, base o colector común.
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| Emisor común: la señal se aplica a la base, se extrae por el colector, y el emisor es común a la masa de la señal de entrada y de salida. Se amplifica tanto tensión como corriente, con alta impedancia de entrada. | Base común: La señal se aplica al emisor, se extrae por el colector, y la base es común a la masa de la señal de entrada y de salida. Se amplifica solo en tensión con baja impedancia de entrada. | Colector común: La señal se aplica a la base, se extrae por el emisor, y el colector es común a la masa de la señal de entrada y de salida. Se amplifica solo corriente, y aumenta la impedancia de salida. |
El transistor como regulador
Si deseamos disponer de una corriente regulada
a un voltaje determinado, podemos usar un diodo zener para proporcionar una referencia
de corriente constante, y comparando la disponible en la entrada del colector con
dicha referencia, podemos controlar a un transistor a través de su base para que
a su salida proporcione el voltaje deseaso. Si necesitamos más potencia, usaremos
varios transistores en cadena para la regulación. En próximas entregas revisaremos
las fuentes de alimentación, no perdamos de vista que siempre podemos ampliar la
potencia que entrega el regulador con un transistor.
Transistores en conmutación
Cuando un transistor recibe corriente, esta debe alcanzar un mínimo para que este
comience a dejar pasar la corriente, por debajo de este punto se dice que el transistor
esta en corte. Cuando la corriente alcanza un nivel, el transistor conduce entrando
en saturación. De esta forma el transistor se comporta como un interruptor, controlado
por la corriente que recibe. En electrónica digital se usan estos dos estados únicamente
para indicar cero o uno, inicialmente usando relés, luego lámparas, y ahora se usan
transistores, ya que su velocidades de conmutación (tiempo que pasa desde que se
aplica una señal hasta que cambia la salida) es mucho más elevada, inalcanzable
por los relés o las lámparas.
Fototransistores y transistores emisores de luz
De igual manera que los diodos, existen transistores que pueden ser sensibles a
la luz, especialmente a la infrarroja, lo que excita la base haciendo de controlador
del transistor, sin necesidad de aplicar corriente a dicha base. Estos componentes
son más sensibles a la luz que los diodos, y como una pequeña corriente puede activar
el paso a su través de una mayor, son muy usados en los sensores luminosos. Se usan
mucho junto a un LED para detectar si algo
interrumpe el haz de luz que genera el diodo, por ejemplo los ratones de bola detectan
el giro de la misma moviendo unas ruedas perforadas en su interior, y contando el
número de agujeros sabe la velocidad y cantidad del movimiento. Este montaje lo
suelen usar algunos mandos, como en la palanca central de las Nintendo-64
Los transistores también pueden emitir luz, aunque para esto suelen ser más empleados
los diodos por su mayor sencillez, y aunque hoy día todos usamos los monitores TFT,
estos no se basan en el mismo principio, sino que los transistores controlan pequeñas
pantallas de cristal líquido, similares a las de las calculadoras y relojes, por
eso necesitan retroiluminación para que se vean. Los televisores LED modernos usan
diodos, por lo que ya no requieren retroiluminación, mejorando la luminosidad de
la imagen y su ángulo de visión.
El siguiente capítulo empezamos con la electrónica analógica, y lo dedicaré a las fuentes de alimentación.
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