Transistores

Historia:

Fue ideado en 1948 en los laboratorios Bell Telephone por William Shockley, John Bardeen y Walter Houser Brattain. Es un elemento de circuito hecho a base de materiales semiconductores con el que es posible aumentar voltajes y corrientes eléctricas. Éstos reemplazaron a los tubos de vacío ya que son de características similares.

El invento del transistor en los laboratorios de Bell Telephone en los años cincuenta provocó una doble revolución en la electrónica. Una, la más popular, se manifiesta en la progresiva miniaturización. Ésta surgió al final de esa década, cuando Rohert N. Noyce y Jack Kilby por separado crearon el circuito integrado, que incorporaba múltiples transistores en una sola pastilla constituida por capas de material semiconductor. A lo largo de los años, se integrarían en finas láminas de silicio, no mayores que una uña, millones de transistores, cada uno de los cuales es pequeño y consume poca energía.

La otra revolución, menos conocida, se caracteriza porque son transistores de magnitud creciente, capaces de manejar mayores potencias eléctricas. Un sólo circuito integrado producido en 1994 puede contener 9 millones de transistores. El mismo número de transistores hubiera ocupado en 1950 un área mayor que el de 8 canchas de futbol.

El desarrollo clave de la electrónica de potencia fue la invención de un nuevo tipo de transistor, llamado IGBT (explicado mas adelante).

Características generales:

La corriente de electrones que fluye en el interior de un tubo o válvula también se produce a través de ciertos sólidos como el metal llamado germanio. Amplían muchísimo la corriente y pueden funcionar con baterías de una cienmilésima de vatio. Amplía voltajes y corrientes eléctricas. Su vida es larga y su tamaño es muy pequeño.

Materiales:

El silicio es un semiconductor ya que se comporta como conductor o no según las condiciones en el que este. Los distintos tipos de silicio -tipo p y tipo n- en contacto permiten controlar el flujo de cargas eléctricas entre ellas.

El transistor tiene tres capas que consisten de dos capas de material tipo n y una capa tipo p (NPN), o bien, de dos capas de material tipo p y una tipo n (PNP).

¿Cómo funciona?

Sirviéndose de una pequeña carga, un transistor puede dejar que una corriente fluya o se interrumpa: se proporciona una pequeña carga positiva a una capa de polisilicio conductor incrustada en una capa no conductora de dióxido de silicio. Luego, la carga positiva del polisilicio atrae a los electrones de la capa base de silicio tipo-p. El flujo de los electrones hacia el polisilicio provoca una corriente entre el silicio tipo-n llamado emisor, y el otro llamado conductor. Por último, cuando circula una carga eléctrica entre el emisor y el conductor, el transistor conduce, esta “encendido”.

Si el polisilicio esta cargado negativamente la corriente deja de circular y el transistor deja de conducir (esta ”apagado”).

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Un transistor
tiene por lo tanto tres zonas, en un transistor PNP, por ejemplo, existen tres zonas, diferenciadas entre sí y con diferentes formas. En un transistor PNP, la base es la zona N y las otras dos zonas P se denominan colector y emisor y viceversa.

El emisor y la base de un transistor forman una unión PN; la base y el colector forman la otra unión PN.

En el transistor, el emisor es el encargado de “introducir” electrones en la base, la cual se encarga de administrar dichos electrones y mandarlos finalmente al colector.

La base es la zona más pequeña, después el emisor, siendo el colector el más grande en tamaño. También necesita de una polarización apropiada.

Por ejemplo, en un transistor NPN, dispondremos de dos baterías, una tendrá conectado a su polo positivo el colector N del transistor y la otra tendrá conectado a su polo negativo el emisor N del transistor. Queda así polarizado el transistor y circulando una corriente del emisor a la base y de ésta al colector.

También circula una pequeña intensidad de la base, la cual es muy pequeña comparada con la intensidad de colector, que se puede tomar en la práctica casi idénticas a la intensidad del emisor, aunque la intensidad de emisor sea igual a la intensidad de colector más la intensidad de base.

IE = IC + IB

Tipos de transitores y sus aplicaciones:

El IGBT se trata de pequeños dispositivos semiconductores, que al agruparse transforman corrientes eléctricas de hasta 1000 ampère a tensiones de varios miles de volt. Éstos se utilizan para controlar potencia en diversos tipos de aparatos, componentes y sistemas, incluyendo de motores eléctricos.

El control de los motores eléctricos es muy importante ya que las fábricas dependen de máquinas, equipos o robots accionados por motores. También los trenes y tranvías eléctricos necesitan estos controles (los trenes de alta velocidad llevan hoy control por IGBT).

Para variar la velocidad y la potencia de la mayoría de los motores de corriente alterna (220v) modernos, se altera la frecuencia y la amplitud de la onda senoidal aplicadas al motor. Esta onda puede crearse mediante grupos de IGBT que emiten impulsos de duración y amplitud controladas con precisión.

Otra ventaja de los IGBT deriva de su velocidad de transformación: son tan rápidos, que la frecuencia de los impulsos que generan supera con facilidad el margen de la audición humana. Por eso se utilizan para conseguir compresores silenciosos de acondicionadores o refrigeradores.

Los IGBT son utilizados para activar y desactivar los píxeles (elementos de imagen) en las pantallas de las computadoras. Además, en las centrales de conmutación telefónica para encaminar las señales, y también para activar el circuito emisor de la corriente de llamada que hace sonar el teléfono.

Hay una compañía que emplea los IGBT para fabricar un desfibrilador avanzado, aparato que emite una descarga eléctrica capaz de reanimar a la víctima de un paro cardíaco.

También contienen IGBT las reactancias de las lámparas fluorescentes y de arco con el fin de regular la potencia que generan estos tubos cuando descargan a través de la resistencia eléctrica del gas y emiten radiación electromagnética.

IGBT, controlan del 50 al 60 por ciento de toda la potencia eléctrica generada en los países industriales. Porcentaje que además crece, debido en gran parte al éxito de los IGBT.

Ventajas de los  transistores electrónicos

•  El consumo de energía es sensiblemente bajo.

•  El tamaño y peso de los transistores es bastante menor que los tubos de vacío.

•  Una vida larga útil (muchas horas de servicio).

•  Puede permanecer mucho tiempo en deposito (almacenamiento).

•  No necesita tiempo de calentamiento.

•  Resistencia mecánica elevada.

•  Los transistores pueden reproducir otros fenómenos, como la fotosensibilidad.

Bibliografía consultada:

• http://www.bricopage.com/transistores.htm

• www.solomantenimiento.com

• Enciclopedoa Salvat para todos. Tomo 247.

• Enciclopedia educativa temática ilustrada, tomo 10, el mundo físico.

• Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2002. © 1993-2001 Microsoft Corporation.