Características y funcionamiento del circuito del transistor de avalancha

Un transistor es un dispositivo utilizado para regular el flujo de corriente y tensión en un circuito. Actúa como un interruptor o puerta para las señales electrónicas. Un transistor está formado por tres capas de material semiconductor, como el silicio o el germanio, con tres terminales. Cuando se aplica una corriente o tensión a un par de terminales del transistor, éste controla la corriente que pasa por el otro par de terminales. El transistor es la unidad básica de un circuito integrado.

El transistor de unión bipolar (BJT) es un tipo de transistor que utiliza un portador de carga de tipo electrón y otro de tipo agujero, mientras que el transistor de efecto de campo (FET) sólo utiliza un tipo de portador de carga. El BJT utiliza dos uniones formadas entre semiconductores de tipo p y de tipo n para su funcionamiento. Están disponibles en los tipos NPN y PNP. Los BJT se utilizan como amplificadores e interruptores en los circuitos electrónicos.

¿Qué es un transistor de avalancha?

Un transistor de avalancha es un transistor de unión bipolar. Funciona en la región de su corriente de colector o de la tensión de colector-emisor por encima de la tensión de ruptura del colector-emisor, llamada región de ruptura de avalancha. Esta región se caracteriza por el fenómeno de ruptura de avalancha.

Desglose de la avalancha

Cuando un semiconductor de tipo p y otro de tipo n entran en contacto, se forma una región de agotamiento alrededor de la unión p-n. La anchura de la región de agotamiento disminuye al aumentar la tensión de polarización directa, mientras que la región de agotamiento aumenta en condiciones de polarización inversa. La siguiente figura muestra las características I-V de una unión p-n en condiciones de polarización directa e inversa.

La figura muestra que la corriente que atraviesa el semiconductor aumenta con el incremento del nivel de tensión en el caso de la polarización inversa. Además, hay una determinada corriente mínima que fluye a través de la unión p-n en caso de polarización inversa. Esta corriente se llama corriente de saturación inversa (Is).

En la fase inicial, la corriente de saturación inversa Is es independiente de la tensión aplicada, pero cuando se alcanza un punto determinado la unión se rompe y fluye una fuerte corriente inversa a través del dispositivo. Esto se debe a que, a medida que aumenta la tensión inversa, también lo hace la energía cinética del portador de carga minoritario. Estos electrones que se mueven rápidamente chocan con otros átomos para robarles más electrones.

Los electrones liberados de este modo liberan otros electrones de los átomos, rompiendo el enlace covalente. Este proceso se conoce como multiplicación de portadores y conduce a un aumento significativo del flujo de corriente a través de la unión p-n. Este fenómeno se denomina ruptura de avalancha y la tensión se llama tensión de ruptura de avalancha (VBR).

La ruptura por avalancha se produce en la unión p-n ligeramente dopada cuando la tensión inversa aumenta por encima de 5V. Además, es difícil controlar este fenómeno porque no se puede controlar directamente el número de portadores de carga generados. Además, la tensión de ruptura de avalancha tiene un coeficiente de temperatura positivo, lo que significa que la tensión de ruptura de avalancha aumenta al aumentar la temperatura de la unión.

Generador de impulsos de transistores de avalancha

El generador de pulsos es capaz de generar un pulso con un tiempo de subida de unos 300ps. Por tanto, es muy útil para medir el ancho de banda y también se utiliza en diseños que requieren un pulso con un tiempo de subida rápido. Un generador de impulsos puede utilizarse para calcular el ancho de banda de un osciloscopio. Una ventaja del generador de impulsos del transistor de avalancha es que es un método mucho más barato que el método 3D, que requiere un generador de funciones de alta frecuencia.

El circuito anterior es un esquema del generador de impulsos del transistor de avalancha. Es un circuito sensible de alta frecuencia con el chip LT1073 y el transistor 2N2369. Este circuito aprovecha la propiedad de ruptura del transistor.

Los chips normales, como el chip temporizador 555 o las puertas lógicas, no pueden producir pulsos con un tiempo de subida rápido. Pero un transistor de avalancha ayuda a producir esos pulsos. Un transistor de avalancha necesita un convertidor de 90 V, que se apoya en el circuito LT1073. Los 90V se envían a la resistencia de 1M que conecta el transistor 2N2369.

El transistor está conectado a una resistencia de 10K, por lo que los 90V no pueden pasar por él directamente. Por tanto, la corriente se almacena en el condensador de 2pf. El transistor tiene una tensión de ruptura de 40V mientras se alimenta con 90V DC. Por tanto, el transistor se rompe y la corriente del condensador se descarga en el colector de la base. Esto crea un impulso con un tiempo de subida muy rápido. Este pulso no dura mucho tiempo. El transistor se recupera muy rápidamente y se convierte en no conductor. El condensador se carga de nuevo y el ciclo se repite.

Multivibrador monoestable

Un multivibrador monoestable tiene un estado estable y otro cuasi-estable. Cuando se aplica un disparo externo al circuito, el multivibrador pasa de un estado estable a uno cuasi-estable. Después de un cierto periodo de tiempo, volverá automáticamente al estado estable sin necesidad de ninguna activación externa. El tiempo necesario para volver al estado estable depende de los elementos pasivos, como resistencias y condensadores, utilizados en el circuito.

Funcionamiento del circuito

Cuando el circuito no se activa externamente, un transistor Q2 está en estado de saturación y el otro transistor Q1 está en estado de interrupción. Q1 está a potencial negativo hasta que interviene el disparador externo. Una vez que el disparador externo se energiza en la entrada, Q1 se enciende y cuando Q1 alcanza la saturación, el condensador conectado al colector de Q1 y a la base de Q2 hace que el transistor Q2 se apague. Este estado de desconexión del transistor Q2 se denomina astable o cuasi-estado.

Cuando el condensador se carga con Vcc, Q2 se enciende de nuevo y automáticamente Q1 se apaga. Así, el tiempo que tarda el condensador en cargarse a través de la resistencia es directamente proporcional al estado astable del multivibrador cuando se aplica un disparo externo.

Características del transistor de avalancha

El transistor de avalancha tiene una característica de ruptura cuando funciona en polarización inversa, lo que ayuda a cambiar de circuito.

Aplicaciones del transistor de avalancha

• El transistor de avalancha se utiliza como interruptor y amplificador lineal en los circuitos electrónicos.
• La principal aplicación de los transistores de avalancha es la generación de pulsos con tiempos de subida muy rápidos, utilizados para generar el pulso de muestreo en un osciloscopio de muestreo comercial.
• Una posibilidad interesante es la de una aplicación como amplificador de clase C. Se trata de conmutar el funcionamiento de un transistor de avalancha y debe utilizar todo el rango de tensión del colector en lugar de sólo una pequeña parte.

Se trata de las características de los transistores de avalancha y sus aplicaciones. Esperamos que entiendas mejor este concepto. Además, si tienes alguna duda sobre este concepto, o si tienes algún proyecto de electrónica, danos tus valiosas sugerencias comentando en la sección de comentarios de abajo. He aquí una pregunta para ti, ¿Qué es un transistor de avalancha?