Diferentes tipos de transistores y sus funciones

El transistor es un componente activo que se establece en todos los circuitos electrónicos. Se utilizan como amplificadores y aparatos de conmutación. Como amplificadores, se utilizan en niveles altos y bajos, etapas de frecuencia, osciladores, moduladores, detectores y en cualquier circuito que necesite realizar una función. En los circuitos digitales, se utilizan como conmutadores. Hay un enorme número de fabricantes en todo el mundo que producen semiconductores (los transistores son miembros de esta familia de aparatos), por lo que hay exactamente miles de tipos diferentes. Hay transistores de baja, media y alta potencia, para funcionar con frecuencias altas y bajas, para funcionar con corrientes muy altas y/o tensiones altas. Este artículo ofrece una visión general de lo que es un transistor, los diferentes tipos de transistores y sus aplicaciones.

Qué es un transistor

El transistor es un equipo electrónico. Se fabrica mediante un semiconductor de tipo p y otro de tipo n. Cuando un semiconductor se coloca en el centro entre semiconductores del mismo tipo, la disposición se denomina transistor. Podemos decir que un transistor es la combinación de dos diodos, es una conexión espalda con espalda. Un transistor es un dispositivo que regula el flujo de corriente o de tensión y actúa como botón o puerta para las señales electrónicas.

Los transistores están formados por tres capas de un dispositivo semiconductor, cada una de las cuales es capaz de mover una corriente. Un semiconductor es un material, como el germanio y el silicio, que conduce la electricidad de forma "semi-entusiasta". Está a medio camino entre un auténtico conductor, como el cobre, y un aislante (similar a los cables envueltos en plástico).

Símbolo del transistor

Se expone una forma diagramática del transistor n-p-n y p-n-p. En el circuito se utiliza una forma dibujada de conexión. El símbolo de la flecha define la corriente del emisor. En la conexión n-p-n, identificamos que los electrones fluyen hacia el emisor. Esto significa que la corriente conservadora fluye fuera del emisor, como indica la flecha de salida. Igualmente, se observa que en la conexión p-n-p, la corriente conservativa fluye hacia el emisor, como se expone en la figura con la flecha hacia dentro.

Hay muchos tipos de transistores y cada uno de ellos varía en sus características y cada uno tiene sus propias ventajas e inconvenientes. Algunos tipos de transistores se utilizan principalmente para aplicaciones de conmutación. Otros pueden utilizarse tanto para la conmutación como para la amplificación. Y otros transistores pertenecen a un grupo de especialidad propio, como los fototransistores, que reaccionan a la cantidad de luz que les ilumina para producir un flujo de corriente a través de ellos. A continuación se presenta una lista de los distintos tipos de transistores; repasaremos las características que crean cada uno de ellos

¿Cuáles son los dos tipos principales de transistores?

Los transistores se clasifican en dos tipos, como los BJT y los FET.

Transistor de unión bipolar (BJT)

Los transistores de unión bipolar son transistores formados por 3 regiones: la base, el colector y el emisor. Los transistores de unión bipolar, a diferencia de los transistores FET, son dispositivos controlados por corriente. Una pequeña corriente que entra en la región de la base del transistor provoca un flujo de corriente mucho mayor desde el emisor a la región del colector. Los transistores de unión bipolar son de dos tipos principales, NPN y PNP. Un transistor NPN es aquel en el que la mayoría de los portadores de corriente son electrones.

Los electrones que fluyen del emisor al colector forman la base de la mayor parte del flujo de corriente a través del transistor. Los otros tipos de carga, los huecos, son una minoría. Los transistores PNP son lo contrario. En los transistores PNP, la mayoría de los agujeros portadores de corriente. Los transistores BJT están disponibles en dos tipos: PNP y NPN

Transistor PNP

Este transistor es otro tipo de BJT (transistores de unión bipolar) y contiene dos materiales semiconductores de tipo p. Estos materiales se dividen a través de una fina capa semiconductora de tipo n. En estos transistores, los portadores de carga mayoritarios son huecos, mientras que los portadores de carga minoritarios son electrones.

En este transistor, el símbolo de la flecha indica el flujo de corriente convencional. La dirección del flujo de corriente en este transistor es desde el terminal emisor al terminal colector. Este transistor se pondrá en ON una vez que el terminal de base sea arrastrado a LOW en comparación con el terminal emisor. A continuación se muestra el transistor PNP con un símbolo.

Transistor NPN

El NPN es también un tipo de BJT (transistores de unión bipolar) e incluye dos materiales semiconductores de tipo n que se dividen a través de una fina capa semiconductora de tipo p. En el transistor NPN, los portadores de carga mayoritarios son electrones, mientras que los minoritarios son huecos. El flujo de electrones del terminal emisor al terminal colector formará el flujo de corriente dentro del terminal base del transistor.

En el transistor, la menor cantidad de suministro de corriente en el terminal base puede provocar el suministro de una gran cantidad de corriente desde el terminal emisor al colector. En la actualidad, los BJT más utilizados son los transistores NPN, ya que la movilidad de los electrones es mayor que la de los huecos. A continuación se muestra el símbolo del transistor NPN.

Transistor de efecto de campo

Los transistores de efecto de campo están formados por 3 regiones, una puerta, una fuente y un drenaje. A diferencia de los transistores bipolares, los FET son dispositivos controlados por tensión. Una tensión colocada en la puerta controla el flujo de corriente desde la fuente al drenaje del transistor. Los transistores de efecto de campo tienen una impedancia de entrada muy alta, desde varios mega ohmios (MΩ) de resistencia hasta valores mucho, mucho más grandes.

Esta elevada impedancia de entrada hace que pase muy poca corriente a través de ellos. (Según la ley de ohm, la corriente se ve afectada inversamente por el valor de la impedancia del circuito. Si la impedancia es alta, la corriente es muy baja) Por tanto, los FET consumen muy poca corriente de la fuente de alimentación de un circuito.

Por tanto, esto es ideal porque no perturban los elementos de potencia del circuito original al que están conectados. No harán que la fuente de alimentación se cargue. El inconveniente de los FET es que no proporcionarán la misma amplificación que podría obtenerse de los transistores bipolares.

Los transistores bipolares son superiores porque proporcionan una mayor amplificación, aunque los FET son mejores porque provocan menos carga, son más baratos y más fáciles de fabricar. Los transistores de efecto de campo son de 2 tipos principales: JFET y MOSFET. Los JFET y los MOSFET son muy similares, pero los MOSFET tienen valores de impedancia de entrada aún más altos que los JFET. Esto hace que la carga en un circuito sea aún menor. Los transistores FET se clasifican en dos tipos: JFET y MOSFET.

JFET

Las siglas JFET significan transistor de efecto de campo de unión. Se trata de un tipo de transistor FET sencillo y de los primeros que se utilizan como resistencias, amplificadores, interruptores, etc. Es un dispositivo controlado por tensión y no utiliza ninguna corriente de polarización. Una vez que se aplica la tensión entre los terminales de la puerta y la fuente, controla el flujo de corriente entre la fuente y el drenaje del transistor JFET.

El transistor de efecto de campo de unión (JUGFET o JFET) no tiene uniones PN, sino que en su lugar tiene una parte estrecha de material semiconductor de alta resistividad que forma un "canal" de silicio de tipo N o de tipo P para que fluyan los portadores mayoritarios con dos conexiones eléctricas óhmicas en cada extremo, normalmente denominadas Drenaje y Fuente respectivamente.

Hay dos configuraciones básicas de un transistor de efecto de campo de unión, el JFET de canal N y el JFET de canal P. El canal del JFET de canal N está dopado con impurezas donantes, lo que significa que el flujo de corriente a través del canal es negativo (de ahí el término canal N) en forma de electrones. Estos transistores son accesibles tanto en el tipo de canal P como en el de canal N.

MOSFET

El MOSFET o Transistor de Efecto de Campo Metal-Oxido-Semiconductor es el más utilizado entre todos los tipos de transistores. Como su nombre indica, incluye el terminal de la puerta metálica. Este transistor incluye cuatro terminales como fuente, drenaje, puerta y sustrato o cuerpo.

En comparación con los BJT y los JFET, los MOSFET tienen varias ventajas, ya que proporcionan una alta impedancia i/p y una baja impedancia o/p. Los MOSFET se utilizan principalmente en circuitos de baja potencia, especialmente en el diseño de chips. Estos transistores están disponibles en dos tipos: de agotamiento y de mejora. Además, estos tipos se clasifican en canales P y canales N.

Los principales características del FET incluyen las siguientes.

• Es unipolar porque los portadores de carga, ya sean electrones o huecos, son los responsables de la transmisión.
• En el FET, la corriente de entrada fluye debido a la polarización inversa. Por tanto, la impedancia de entrada de este transistor es alta.
• Cuando la tensión o/p del transistor de efecto de campo se controla mediante la tensión de entrada de la puerta, este transistor se denomina dispositivo controlado por tensión.
• En la vía de conducción, no hay uniones presentes. Por tanto, los FET tienen menos ruido en comparación con los BJT.
• La caracterización de la ganancia se puede hacer con la transconductancia porque es la relación entre la corriente de cambio de o/p y el cambio de tensión de entrada
• La impedancia o/p del FET es baja.

Ventajas del FET

Las ventajas del FET en comparación con el BJT son las siguientes

• El FET es un dispositivo unipolar mientras que el BJT es un dispositivo bipolar
• El FET es un dispositivo accionado por tensión, mientras que el BJT es un dispositivo accionado por corriente
• La impedancia i/p del FET es alta, mientras que la del BJT es baja
• El nivel de ruido del FET es bajo en comparación con el BJT
• En el FET, la estabilidad térmica es alta, mientras que en el BJT es baja.
• La caracterización de la ganancia del FET se puede hacer mediante la transconductancia, mientras que en el BJT con una ganancia de tensión

Aplicaciones del FET

Las aplicaciones del FET son las siguientes

• Estos transistores se utilizan en diferentes circuitos para disminuir el efecto de carga.
• Se utilizan en varios circuitos, como los osciladores de cambio de fase, los voltímetros y los amplificadores de búfer.

Terminales FET

El FET tiene tres terminales como fuente, puerta y drenaje que no son similares a los terminales del BJT. En el FET, el terminal de la fuente es similar al terminal del emisor del BJT, mientras que el terminal de la puerta es similar al terminal de la base y el terminal del drenaje al terminal del colector.

Terminal de fuente

• En el FET, el terminal de fuente es aquel por el que los portadores de carga entran en el canal.
• Es similar al terminal emisor del BJT
• El terminal de la fuente se puede representar con "S".
• El flujo de corriente a través del canal en el terminal de la fuente puede especificarse como IS.
  Terminal de puerta
• En un FET, el terminal de puerta desempeña un papel esencial para controlar el flujo de corriente a través del canal.
• El flujo de corriente puede controlarse a través del terminal de puerta proporcionándole una tensión externa.
• El terminal de puerta es una mezcla de dos terminales que están conectados internamente y están fuertemente dopados. La conductividad del canal se puede modular a través del terminal de puerta.
• Es similar al terminal base de los BJT
• El terminal de la puerta se puede representar con "G".
• El flujo de corriente a través del canal en el terminal de puerta puede especificarse como IG.

Terminal de drenaje

• En el FET, el terminal de drenaje es aquel por el que los portadores salen del canal.
• Es análogo al terminal de colector en un transistor de unión bipolar.
• La tensión de drenaje a fuente se denomina VDS.
• El terminal de drenaje puede designarse como D.
• El flujo de corriente que se aleja del canal en el terminal de Drenaje puede especificarse como ID.

Diferentes tipos de transistores

Existen diferentes tipos de transistores según su función, como los de pequeña señal, de pequeña conmutación, de potencia, de alta frecuencia, fototransistores y UJT. Algunos tipos de transistores se utilizan principalmente para fines de amplificación o de conmutación.

Tipos de transistores de pequeña señal

Los transistores de pequeña señal se utilizan principalmente para amplificar señales de bajo nivel, pero también pueden funcionar bien como interruptores. Estos transistores están disponibles a través de un valor hFE, que especifica cómo un transistor amplifica las señales de entrada. El rango de los valores hFE típicos va de 10 a 500, incluyendo los rangos de corriente de colector más altos (Ic) de 80 mA a 600mA.

Estos transistores están disponibles en dos formas como PNP y NPN. Las frecuencias de funcionamiento más altas de este transistor van de 1 a 300 MHz. Estos transistores se utilizan cuando se amplifican señales pequeñas, como unos pocos voltios, y simplemente cuando se utiliza un millón de amperios de corriente. Un transistor de potencia se aplica cuando se utiliza un voltaje enorme, así como la corriente.

Tipos de transistores de conmutación pequeños

Los transistores de conmutación pequeños se utilizan como interruptores y como amplificadores. Los valores típicos de hFE de estos transistores oscilan entre 10 y 200, incluyendo los valores mínimos de corriente de colector, que van de 10 mA a 1000mA. Estos transistores están disponibles en dos formas como PNP y NPN

Estos transistores no son capaces de la amplificación de pequeña señal de los transistores, que puede incluir hasta 500 de amplificación. Así que esto hará que los transistores sean más útiles para la conmutación, aunque pueden utilizarse como amplificadores para proporcionar ganancia. Cuando necesites una ganancia adicional, entonces estos transistores funcionarán mejor como amplificadores.

Transistores de potencia

Estos transistores son aplicables cuando se utiliza mucha potencia. El terminal de colector de este transistor está aliado con el terminal base de metal, de modo que funciona como un disipador de calor para disolver la potencia sobrante. La gama de potencias típicas oscila principalmente entre unos 10 W y 300 W, incluyendo las frecuencias que van de 1 MHz a 100 MHz.

Los valores de la corriente de colector más alta oscilan entre 1A y 100 A. Los transistores de potencia están disponibles en formas PNP y NPN, mientras que el transistor Darlington viene en formas PNP o NPN.

Tipos de transistores de alta frecuencia

Los transistores de alta frecuencia se utilizan especialmente para señales pequeñas que funcionan a altas frecuencias y se emplean en aplicaciones de conmutación basadas en la alta velocidad. Estos transistores son aplicables en señales de alta frecuencia y deben ser capaces de encenderse y apagarse a velocidades extremadamente altas.

Las aplicaciones de los transistores de alta frecuencia incluyen principalmente los amplificadores de HF, UHF, VHF, MATV y CATV, así como las aplicaciones de los osciladores. La gama de frecuencias máximas es de unos 2000 MHz y las corrientes de colector más altas oscilan entre 10 mA y 600mA. Se pueden obtener tanto en forma PNP como NPN.

Fototransistor

Estos transistores son sensibles a la luz y un tipo común de este transistor se parece a un transistor bipolar en el que el cable de la base de este transistor se retira y se cambia por una región sensible a la luz. Esta es la razón por la que un fototransistor incluye simplemente dos terminales en lugar de los tres terminales. Una vez que la región exterior se mantiene en la sombra, el dispositivo se apaga.

Básicamente, no hay flujo de corriente desde las regiones del colector al emisor. Pero, siempre que la región sensible a la luz esté expuesta hacia la luz del día, entonces se puede producir una pequeña cantidad de corriente de base para controlar una corriente de colector a emisor mucho mayor.

Al igual que los transistores normales, éstos pueden ser tanto FET como BJT. Los FET son transistores sensibles a la luz, no como los foto transistores bipolares, los foto FET utilizan la luz para producir una tensión de puerta que se utiliza principalmente para controlar una corriente de drenaje-fuente. Son muy sensibles a los cambios de luz y más delicados que los fototransistores bipolares.

Tipos de transistores unijuncionales

Los transistores de uniones (UJT) incluyen tres conductores que funcionan completamente como interruptores eléctricos, por lo que no se utilizan como amplificadores. En general, los transistores funcionan como un interruptor y como un amplificador. Sin embargo, un UJT no proporciona ningún tipo de amplificación debido a su diseño. Por lo tanto, no está diseñado para proporcionar suficiente tensión o corriente.

Los conductores de estos transistores son B1, B2 y un conductor emisor. El funcionamiento de este transistor es sencillo. Cuando existe tensión entre su terminal de emisor o base, habrá un pequeño flujo de corriente de B2 a B1.

Los conductores de control en otros tipos de transistores proporcionan una pequeña corriente adicional, mientras que en el UJT es todo lo contrario. La fuente principal del transistor es su corriente de emisor. El flujo de corriente de B2 a B1 es simplemente una pequeña cantidad de toda la corriente combinada, lo que significa que los UJT no son adecuados para la amplificación, pero sí para la conmutación.

Transistor bipolar de heterojunción (HBT)

Los transistores bipolares de heterojunción (HBT) de AlgaAs/GaAs se utilizan para aplicaciones de microondas digitales y analógicas con frecuencias tan altas como la banda Ku. Los HBT pueden proporcionar velocidades de conmutación más rápidas que los transistores bipolares de silicio, sobre todo por la reducción de la resistencia de la base y la capacitancia del colector al sustrato. El procesamiento de los HBT requiere una litografía menos exigente que la de los FET de GaA, por lo que la fabricación de los HBT no tiene precio y puede proporcionar un mayor rendimiento litográfico.

Esta tecnología también puede proporcionar tensiones de ruptura más altas y una adaptación de impedancia de banda ancha más fácil que los FET de GaA. En evaluación con los transistores de unión bipolar (BJT) de Si, los HBT muestran una mejor presentación en términos de eficiencia de inyección de emisor, resistencia de base, capacitancia base-emisor y frecuencia de corte. También presentan una buena linealidad, un bajo ruido de fase y una alta eficiencia de potencia añadida. Los HBT se utilizan en aplicaciones rentables y de alta fiabilidad, como los amplificadores de potencia de los teléfonos móviles y los controladores láser.

Transistor Darlington

Un transistor Darlington, a veces llamado "par Darlington", es un circuito de transistores formado por dos transistores. Lo inventó Sidney Darlington. Es como un transistor, pero tiene una capacidad mucho mayor de ganar corriente. El circuito puede estar hecho de dos transistores discretos o puede estar dentro de un circuito integrado.

El parámetro hfe con un transistor Darlington es el hfe de cada transistor multiplicado mutuamente. El circuito es útil en los amplificadores de audio o en una sonda que mide una corriente muy pequeña que atraviesa el agua. Es tan sensible que puede captar la corriente en la piel. Si lo conectas a un trozo de metal, puedes construir un botón sensible al tacto.

Transistor Schottky

Un transistor Schottky es una combinación de un transistor y un diodo Schottky que evita que el transistor se sature desviando la corriente de entrada extrema. También se denomina transistor con abrazadera de Schottky.

Transistor de emisores múltiples

Un transistor de emisores múltiples es un transistor bipolar especializado que se utiliza frecuentemente como entradas de puertas lógicas NAND de transistores (TTL). Las señales de entrada se aplican a los emisores. La corriente de colector deja de fluir simplemente, si todos los emisores son accionados por la alta tensión lógica, realizando así un proceso lógico NAND utilizando un solo transistor. Los transistores de emisores múltiples sustituyen a los diodos de la DTL y aceptan una reducción del tiempo de conmutación y de la disipación de energía.

MOSFET de doble puerta

Una forma de MOSFET especialmente popular en varias aplicaciones de RF es el MOSFET de doble puerta. El MOSFET de doble puerta se utiliza en muchas aplicaciones de RF y de otro tipo en las que se necesitan dos puertas de control en serie. El MOSFET de doble puerta es fundamentalmente una forma de MOSFET en la que se forman dos puertas a lo largo del canal, una detrás de otra.

De este modo, ambas puertas influyen en el nivel de corriente que fluye entre la fuente y el drenaje. En efecto, el funcionamiento del MOSFET de doble puerta puede considerarse igual que el de dos dispositivos MOSFET en serie. Ambas puertas afectan al funcionamiento general del MOSFET y, por tanto, a la salida. El MOSFET de doble puerta puede utilizarse en muchas aplicaciones, como mezcladores/multiplicadores de RF, amplificadores de RF, amplificadores con control de ganancia y similares.

Transistor de avalancha

Un transistor de avalancha es un transistor de unión bipolar diseñado para procesar en la región de sus características de corriente de colector/tensión de colector a emisor más allá de la tensión de ruptura de colector a emisor, denominada región de ruptura de avalancha. Esta región se caracteriza por la ruptura de avalancha, un suceso similar a la descarga de Townsend para los gases, y una resistencia diferencial negativa. El funcionamiento en la región de ruptura de avalancha se denomina funcionamiento en modo de avalancha: proporciona a los transistores de avalancha la capacidad de conmutar corrientes muy altas con tiempos de subida y bajada (tiempos de transición) inferiores a un nanosegundo.

Los transistores no especialmente diseñados para ello pueden tener propiedades de avalancha razonablemente consistentes; por ejemplo, el 82% de las muestras del conmutador de alta velocidad de 15 V 2N2369, fabricadas durante un periodo de 12 años, fueron capaces de generar pulsos de ruptura de avalancha con un tiempo de subida de 350 ps o menos, utilizando una fuente de alimentación de 90 V, como escribe Jim Williams.

Transistor de difusión

Un transistor de difusión es un transistor de unión bipolar (BJT) formado por la difusión de dopantes en un sustrato semiconductor. El proceso de difusión se implementó más tarde que los procesos de unión de aleación y de unión crecida para fabricar BJTs. Los Laboratorios Bell desarrollaron el primer prototipo de transistores de difusión en 1954. Los transistores de difusión originales eran transistores de base difusa.

Estos transistores seguían teniendo emisores de aleación y a veces colectores de aleación, como los anteriores transistores de unión de aleación. Sólo la base se difundía en el sustrato. A veces el sustrato producía el colector, pero en transistores como los de microaleación difusa de Philco, el sustrato era la mayor parte de la base.

Aplicaciones de los tipos de transistores

La aplicación adecuada de los semiconductores de potencia requiere conocer sus valores máximos y sus características eléctricas, información que se presenta en la hoja de datos del dispositivo. Las buenas prácticas de diseño emplean los límites de la hoja de datos y no la información obtenida de pequeños lotes de muestra. Una clasificación es un valor máximo o mínimo que establece un límite en la capacidad del dispositivo. Actuar por encima de un valor nominal puede provocar una degradación irreversible o el fallo del aparato. Las clasificaciones máximas significan las capacidades extremas de un dispositivo. No deben utilizarse como circunstancias de diseño.

Una característica es una medida del rendimiento del aparato en condiciones de funcionamiento individuales, expresada por valores mínimos, característicos y/o máximos, o revelada gráficamente.

Por tanto, se trata de qué es un transistor y los diferentes tipos de transistores y sus aplicaciones. Esperamos que hayas comprendido mejor este concepto o que para poner en práctica proyectos de electricidad y electrónica, nos des tus valiosas sugerencias comentando en la sección de comentarios de abajo. Aquí tienes una pregunta, ¿cuál es la función principal de un transistor?