TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
TRANSISTORES BIPOLARES
¿Qué Es Un Transistor?
El transistor es un componente electrónico constituido por materiales semiconductores que prácticamente revolucionó todos los aparatos electrónicos sin excepción alguna, ya que gracias a sus pequeñas dimensiones y sus múltiples funcionalidades logró disminuir los tamaños de todo aparato considerablemente. Gracias a los transistores también se logró la construcción de circuitos integrados, es decir “Chips con infinidad de transistores capaces de tener diversos circuitos eléctricos y electrónicos en encapsulados plásticos de tan solo unos pocos centímetros”
Tipos De Transistores
Partes De Un Transistor
Estos componentes están construidos por cristales semiconductores que dependiendo de su estructura interna pueden ser denominados como material N o material P. En todos los transistores siempre se colocan dos cristales de un material y uno del otro por ejemplo: NPN o PNP y cada cristal corresponde a una terminal que son: emisor, base y colector.
El emisor se encarga de proporcionar las cargas eléctricas, la base controla el flujo de corriente y por ultimo el colector recoge las cargas proporcionadas por el emisor. La diferencia de usos entre transistores es que los NPN se utilizan para voltajes positivos y los PNP con voltajes negativos.
Fototransistor
Transistor De Efecto De Campo.
Material Semiconductor.
Transistor De Unión Bipolar.
Emisor Comun
Transistor De Contacto Puntual.
Base Comun
Colector Comun
Configuraciones De Un Transistor
Podemos encontrar tres configuraciones diferentes y cada una tiene diferentes características, por lo tanto se utilizan para aplicaciones diferentes.
El Transistor Bipolar
de uniones, conocido también por BJT (siglas de su denominación inglesa Bipo-lar Junction Transistor), es un dispositivo de tres terminales denominados emisor, base y colector.
La propiedad más destacada de este dispositivo es que aproxima una fuente dependiente de corriente: dentro de ciertos márgenes, la corriente en el terminal de colector es controlada por la corriente en el terminal de base. La mayoría de funciones electrónicas se realizan con circuitos que emplean transistores, sean bipolares o de efecto de campo, los cuales son los dispositivos básicos de la electrónica moderna.
Estructura Física
La estructura física de un transistor bipolar consta de dos uniones PN dispuestas una a continuación de la otra. Entre los terminales de emisor y base hay una unión PN, denominada unión emisora, y entre los de base y colector otra unión PN, llamada unión colectora.
Tipos.
Hay dos tipos de transistores bipolares: el NPN y el PNP. Estos nombres proceden de la descripción de su estructura física. En el transistor NPN el emisor es un semiconductor tipo N, la base es tipo P y el colector es tipo N. La estructura física del transistor PNP es dual a la anterior cambiando las regiones P por regiones N, y las N por P.
El emisor ha de ser una región muy dopada (de ahí la indicación p+). Cuanto más dopaje tenga el emisor, mayor cantidad de portadores podrá aportar a la corriente.
La base ha de ser muy estrecha y poco dopada, para que tenga lugar poca recombinación en la misma, y prácticamente toda la corriente que proviene de emisor pase a colector. Además, si la base no es estrecha, el dispositivo puede no comportarse como un transistor, y trabajar como si de dos diodos en oposición se tratase.
El colector ha de ser una zona menos dopada que el emisor. Las características de esta región tienen que ver con la recombinación de los portadores que provienen del emisor.
Funcionamiento.
Entre los terminales de colector (C) y emisor (E) se aplica la potencia a regular, y en el terminal de base (B) se aplica la señal de control gracias a la que se controla la potencia. Con pequeñas variaciones de corriente a través del terminal de base, se consiguen grandes variaciones a través de los terminales de colector y emisor. Si se coloca una resistencia se puede convertir esta variación de corriente en variaciones de tensión según sea necesario.
Fundamento Físico Del Efecto Transistor.
El transistor bipolar basa su funcionamiento en el control de la corriente que circula entre el emisor y el colector del mismo, mediante la corriente de base. En esencia un transistor se puede considerar como un diodo en directa (unión emisor-base) por el que circula una corriente elevada, y un diodo en inversa (unión base-colector), por el que, en principio, no debería circular corriente, pero que actúa como una estructura que recoge gran parte de la corriente que circula por emisor-base.
Se dispone de dos diodos, uno polarizado en directa (diodo A) y otro en inversa (diodo B). Mientras que la corriente por A es elevada (IA), la corriente por B es muy pequeña (IB). Si se unen ambos diodos, y se consigue que la zona de unión (lo que llamaremos base del transistor) sea muy estrecha, entonces toda esa corriente que circulaba por A (IA), va a quedar absorbida por el campo existente en el diodo B.
De esta forma entre el emisor y el colector circula una gran corriente, mientras que por la base una corriente muy pequeña. El control se produce mediante este terminal de base porque, si se corta la corriente por la base ya no existe polarización de un diodo en inversa y otro en directa, y por tanto no circula corriente.
Polarización.
Polarizar un transistor bipolar implica conseguir que las corrientes y tensiones continuas que aparecen en el mismo queden fijadas a unos valores previamente decididos. Es posible polarizar el transistor en zona activa, en saturación o en corte, cambiando las tensiones y componentes del circuito en el que se engloba.
Corte.
Cuando el transistor se encuentra en corte no circula corriente por sus terminales. Concretamente, y a efectos de cálculo, decimos que el transistor se encuentra en corte cuando se cumple la condición: IE = 0 ó IE < 0 (Esta última condición indica que la corriente por el emisor lleva sentido contrario al que llevaría en funcionamiento normal). Para polarizar el transistor en corte basta con no polarizar en directa la unión base-emisor del mismo, es decir, basta con que VBE=0.
Activa.
La región activa es la normal de funcionamiento del transistor. Existen corrientes en todos sus terminales y se cumple que la unión base-emisor se encuentra polarizada en directa y la colector-base en inversa.
Saturación.
En la región de saturación se verifica que tanto la unión base-emisor como la base-colector se encuentran en directa. Se dejan de cumplir las relaciones de activa, y se verifica sólo lo siguiente:
Donde las tensiones base-emisor y colector-emisor de saturación suelen tener valores determinados (0,8 y 0,2 voltios habitualmente).
Es de señalar especialmente que cuando el transistor se encuentra en saturación circula también corriente por sus tres terminales, pero ya no se cumple la relación: II CB = ⋅ β
El Transistor De Efecto Campo.
(Field-Effect Transistor o FET, en inglés). Es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor.
Con los transistores bipolares observábamos como una pequeña corriente en la base de los mismos se controlaba una corriente de colector mayor. Los Transistores de Efecto de Campo son dispositivos en los que la corriente se controla mediante tensión. Cuando funcionan como amplificador suministran una corriente de salida que es proporcional a la tensión aplicada a la entrada.
Tipo De Fransistores.
FET o JFET (Junction Field Effect Transistor).
MOST o MOSFET o IGFET (Metal Oxide Semiconductorñ Transistor o Insulated Gate Field Effect Transistor).
Clasificación.
El MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) usa un aislante (normalmente SiO2).
El JFET (Junction Field-Effect Transistor) usa una unión p-n.
El MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) substituye la unión PN del JFET con una barrera Schottky.
En el HEMT (High Electron Mobility Transistor), también denominado HFET (heterostructure FET), la banda de material dopada con "huecos" forma el aislante entre la puerta y el cuerpo del transistor.
Los MODFET (Modulation-Doped Field Effect Transistor).
Los IGBT (Insulated-gate bipolar transistor) es un dispositivo para control de potencia. Son comunmente usados cuando el rango de voltaje drenaje-fuente está entre los 200 a 3000V. Aún así los Power MOSFET todavía son los dispositivos más utilizados en el rango de tensiones drenaje-fuente de 1 a 200V.
Los FREDFET es un FET especializado diseñado para otorgar una recuperación ultra rápida del transistor.
Los DNAFET es un tipo especializado de FET que actúa como biosensor, usando una puerta fabricada de moléculas de ADN de una cadena para detectar cadenas de ADN iguales.
Características Generales:
Por el terminal de control no se absorbe corriente.
Una señal muy débil puede controlar el componente.
La tensión de control se emplea para crear un campo eléctrico.
CARACTERÍSTICAS DE SALIDA.
Al variar la tensión entre drenador y surtidor varia la intensidad de drenador permaneciendo constante la tensión entre puerta y surtidor. En la zona óhmica o lineal se observa como al aumentar la tensión drenador surtidor aumenta la intensidad de drenador. En la zona de saturación el aumento de la tensión entre drenador y surtidor produce una saturación de la corriente de drenador que hace que esta sea constante. Cuando este transistor trabaja como amplificador lo hace en esta zona. La zona de corte se caracteriza por tener una intensidad de drenador nula. La zona de ruptura indica la máxima tensión que soportará el transistor entre drenador y surtidor. Es de destacar que cuando la tensión entre puerta y surtidor es cero la intensidad de drenador es máxima.
HOJAS DE CARACTERÍSTICAS DE LOS FET.
En las hojas de características de los fabricantes de FETs encontrarás los siguientes parámetros (los más importantes): VGS y VGD.- son las tensiones inversas máximas soportables por la unión PN. IG.- corriente máxima que puede circular por la unión puerta - surtidor cuando se polariza directamente. PD.- potencia total disipable por el componente. IDSS.- Corriente de saturación cuando VGS=0. IGSS.- Corriente que circula por el circuito de puerta cuando la unión puerta - surtidor se encuentra polarizado en sentido inverso.
CURVA CARACTERÍSTICA.
La curva característica del FET define con precisión como funciona este dispositivo. En ella distinguimos tres regiones o zonas importantes:
Zona lineal.- El FET se comporta como una resistencia cuyo valor depende de la tensión VGS.
Zona de saturación.- A diferencia de los transistores bipolares en esta zona, el FET, amplifica y se comporta como una fuente de corriente controlada por la tensión que existe entre Puerta (G) y Fuente o surtidor (S) , VGS.
Zona de corte.- La intensidad de Drenador es nula.
Como en los transistores bipolares existen tres configuraciones típicas: Surtidor común (SC), Drenador común (DC) y Puerta común (PC). La más utilizada es la de surtidor común que es la equivalente a la de emisor común en los transistores bipolares. Las principales aplicaciones de este tipo de transistores se encuentra en la amplificación de señales débiles.
Composicion.
El transistor de efecto de campo está compuesto por una barra de semiconductor de tipo N (ó P) en la que se difunden dos áreas de semiconductor tipo P (ó N), por lo que el FET tendría cuatro terminales, el drenador, que es uno de los extremos de la barra de semiconductor tipo N, el surtidor, que es el otro extremo del mismo, y dos puertas, que serías las dos áreas de semiconductor tipo P difundias en la barra del semiconductor tipo N. Esto es un FET de doble puerta, aunque normalmente las dos puertas de éste van unidas.
El fet tiene una región N y dos regiones P, por lo que podemos referir las uniones entre estas como diodo puerta-surtidor y diodo puerta-drenador.
Los FETS tienen bastante similitud con los transistores bipolares, por sus terminales.
Terminales
Bipolar Unipolar
Emisor E Surtidor S
Base B Puerta G
Colector C Drenador D
Transistor de contacto puntual.
El primer tipo de transistor inventado y capaz de obtener ganancia, a pesar de que era frágil y difícil de fabricar. Consistía en dos puntas metálicas sobre una base de germanio, basándose en efectos de superficie. Hoy en día ha desaparecido.
Fototransistor.
Operan como transistores normales, pero al ser sensibles a la radiación electromagnética próxima a la luz visible, pueden ser operados mediante un modo de iluminación: cuando la luz hace las veces de corriente base.
En si Un fototransistor es un elemento electrónico que se basa en la luz como el mecanismo de control de compuerta y regulador de corriente. La mayoría de los fototransistores se fabrican con forma de un transistor bipolar, lo que significa que se utiliza una estructura de base-colector-emisor.