Revista Electronica de Daganzo 41
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Bibliografía:
Textos e imágenes de Google y de Wikipedia
Portada: Popular Radio
Wikipedia, El Transistor
ON semiconductor, JFET 2N3819 Datasheet
SGS-THOMSON, 2N3055, 2N2955 Datasheet
COMSET SEMI CONDUCTORS, 2N2646 Datasheet
Microsemi, BFR90 Datasheet
NXP Semiconductors, BFG540 Datasheet
Semicron, IGBT Modules
https://www.euroresidentes.com/tecnologia/avances-tecnologicos/transistores-de-nanotubos
A.Gonzalez 2019
En 1906 a Lee De Forest inventó el Triodo al añadir una rejilla entre el
cátodo y el ánodo de la válvula diodo.
En la imagen un antiguo receptor de galena de 1914 cuya sensibilidad a las señales de radio
dependía de la cantidad de antena. Y un receptor de radio con dos triodos de 1916.
La invención del triodo coincidió con una necesidad de amplificación de las señales de radio en los
receptores.
Básicamente, la conexión de un triodo en modo amplificador clase A consiste en una polarización de
rejilla C, una alimentación de filamento A, y una tensión de alimentación de placa B.
Con estas tensiones de alimentación conseguimos amplificar las señales de entrada en rejilla sobre una
carga resistiva en la placa.
La válvula triodo evolucionó a otros tipos de válvulas, tetrodos, pentodos y largo etc. Para más
información consultar el numero 30 de la revista, dedicado a la válvula electrónica.
La palabra transistor es un acrónimo que viene de las palabras Transfer y Resistor.
El físico austro-húngaro Julius Edgar Lilienfeld solicitó en Canadá en el año 1925 una patente para lo
que él denominó "un método y un aparato para controlar corrientes eléctricas" y que se considera el
antecesor de los actuales transistores de efecto campo. Debido a que la producción de materiales
semiconductores de alta calidad no estaba disponible por entonces, las ideas de Lilienfeld sobre
amplificadores de estado sólido no encontraron un uso práctico en los años 1920 y 1930.
El término "transistor" fue sugerido por el ingeniero estadounidense John R. Pierce, basándose en la
propiedad de transrresistencia que mostraba el dispositivo. Lo que Bardeen, Brattain y Shockley
inventaron en 1943 fue el primer transistor de contacto de punto, cuya primera patente solicitaron los
dos primeros nombrados, el 17 de junio de 1946.
El primer transistor de silicio comercial fue producido por Texas Instruments en 1954 gracias al
trabajo del experto Gordon Teal quien había trabajado previamente en los Laboratorios Bell en el
crecimiento de cristales de alta pureza. El primer transistor MOSFET fue construido por el coreano-
estadounidense Dawon Kahng y el egipcio Martin Atalla, ambos ingenieros de los Laboratorios Bell, en
1960.
El transistor bipolar frente a la válvula termoiónica
Antes de la aparición del transistor, eran usadas las válvulas termoiónicas. Las válvulas tienen
características eléctricas similares a la de los transistores de efecto campo (FET): la corriente que
los atraviesa depende de la tensión en el terminal llamado rejilla. Las razones por las que el transistor
reemplazó a la válvula termoiónica son varias:
• Las válvulas necesitan tensiones muy altas, del orden de las centenas de voltios, que son
peligrosas para el ser humano.
• Las válvulas consumen mucha energía, lo que las vuelve particularmente poco útiles para el uso
con baterías.
• El peso: El chasis necesario para alojar las válvulas y los transformadores requeridos para su
funcionamiento sumaban un peso importante, que iba desde algunos kilos a decenas de kilos.
• El tiempo medio entre fallas de las válvulas termoiónicas, el cual es muy corto comparado con el
de los transistores, sobre todo a causa del calor generado.
• Retardo en el arranque: Las válvulas presentan una cierta demora en comenzar a funcionar, ya
que necesitan estar calientes para establecer la conducción.
• El efecto microfónico: Muy frecuente en las válvulas a diferencia de los transistores, que son
intrínsecamente insensibles a él.
• Tamaño: Los transistores son más pequeños que las válvulas. Aunque existe unanimidad sobre
este punto, conviene hacer una salvedad: en el caso de dispositivos de potencia, estos deben
llevar un disipador, de modo que el tamaño que se ha de considerar es el del dispositivo (válvula
o transistor) más el del disipador. Como las válvulas pueden funcionar a temperaturas más
elevadas, la eficiencia del disipador es mayor en ellas que en los transistores, con lo que basta
un disipador mucho más pequeño.
• Los transistores trabajan con impedancias bajas, o sea con tensiones reducidas y corrientes
altas; mientras que las válvulas presentan impedancias elevadas y por lo tanto trabajan con
altas tensiones y pequeñas corrientes.
• Costo: Los transistores costaban menos que las válvulas, desde su lanzamiento inicial y se contó
con la promesa de las empresas fabricantes de que su costo continuaría bajando (como de hecho
ocurrió) con suficiente investigación y desarrollo.
El comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos (Modelo de Ebers-Moll), uno entre
base y emisor, polarizado en directo y otro diodo entre base y colector, polarizado en inverso. Esto
quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensión igual a la tensión directa de un diodo,
es decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicio y unos 0,4 para el germanio.
• 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.
De ahí que una forma de identificar el emisor, la base y el colector de un transistor desconocido
mediante un polímetro (al ser posible analógico) es que la medida de la resistencia en conducción
entre la base y el emisor es mayor que la de la base y el colector.
Emisor común: La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el
colector. El emisor se conecta al punto de tierra (masa) que será común, tanto de
la señal de entrada como para la de salida. En esta configuración, existe
ganancia tanto de tensión como de corriente. Para lograr la estabilización de la
etapa ante las variaciones de la señal, se dispone de una resistencia de emisor,
(RE) y para frecuencias bajas, la impedancia de salida se aproxima a RC. La
ganancia de tensión se expresa:
El signo negativo, indica que la señal de salida está invertida con respecto a la
señal de entrada.
Los primeros transistores bipolares de unión se fabricaron con germanio (Ge). Los transistores de
Silicio (Si) actualmente predominan, pero ciertas versiones avanzadas de microondas y de alto
rendimiento ahora emplean el compuesto semiconductor de arseniuro de galio (GaAs) y la aleación
semiconductora de silicio-germanio (SiGe).
Entre los primeros transistores comerciales se
encuentran los AF 114 hasta el AF127 transistores
PNP de germanio con una frecuencia de transición de
unos 75Mhz y una ganancia de 150. Estos transistores
se emplearon en pequeños receptores de radio como
amplificadores de radio-frecuencia y en etapas
intermedias de amplificación.
Hoy día podemos encontrar transistores con frecuencias de transición en torno a varios GHz
Otro ejemplo de
transistor de silicio de
potencia lo tenemos en
el BU208. Permite
tensiones de hasta
1500v y 8A en colector
con una potencia de
disipación de 150w
Entre los transistores MOSFET, encontramos el JFET (Junction Field-Effect Transistor), en español
transistor de efecto de campo de juntura o unión) posee tres terminales, comúnmente llamados
drenaje (D), puerta o compuerta (G) y fuente (S).
A diferencia del transistor de unión bipolar el JFET, al ser un dispositivo controlado por un voltaje de
entrada, no necesita de corriente de polarización. La carga eléctrica fluye a través de un canal
semiconductor (de tipo N o P) que se halla entre el drenaje y la fuente. Aplicando una tensión
eléctrica inversa al terminal de puerta, el canal se "estrecha" de modo que ofrece resistencia al paso
de la corriente eléctrica.
Transistores HFET o HEMT (High electron mobility transistor) Su composición es una combinación de
Arseniuro de galio, GaAs, con Arseniuro de galio-aluminio, AlGaAs; aunque existe una gran variabilidad
en función de la aplicación a la que se destine. Existen transistores que contienen Indio, que
generalmente presentan mejores rendimientos a altas frecuencias, mientras que recientemente se han
introducido transistores con Nitrito de Galio, GaN, que presentan mejor rendimiento en alta potencia.
Las aplicaciones de estos transistores son similares a los transistores MOSFET, telecomunicación en
las bandas de microondas y de onda milimétrica, radar, radioastronomía y en general en cualquier
aplicación que requiera de alta ganancia y bajo ruido a altas frecuencias.
El transistor IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 100 kHz y ha sustituido
al BJT en muchas aplicaciones. Es usado en aplicaciones de altas y medias energía como fuente
conmutada, control de la tracción en motores y cocina de inducción. Grandes módulos de IGBT
consisten en muchos dispositivos colocados en paralelo que pueden manejar altas corrientes del
orden de cientos de amperios con voltajes de bloqueo de 6.000 voltios.
Se puede concebir el IGBT como un transistor Darlington híbrido. Tiene la capacidad de manejo de
corriente de un bipolar pero no requiere de la corriente de base para mantenerse en conducción.
Sin embargo las corrientes transitorias de conmutación de la base pueden ser igualmente altas. En
aplicaciones de electrónica de potencia es intermedio entre los tiristores y los MOSFET. Maneja
más potencia que los segundos siendo más lento que ellos y lo inverso respecto a los primeros.
Cada transistor tiene un diodo de protección contra las corrientes producidas por las cargas
inductivas.
Los científicos cultivaron en un proceso controlado nanotubos de carbón con un diámetro cada uno de
0,7 a 1,1 nanometros. Un pelo humano es 100.000 veces más grueso que estos nanotubos.
Las propiedades características de los nanotubos de carbón hacen que sea el material ideal para
muchas aplicaciones microelectrónicas. Los nanotubos llevan corriente eléctrica prácticamente sin
fricción sobre la superficie gracias al transporte balístico de electrones, por lo que pueden llevar 1000
veces más que cable de cobre. Además pueden ser conductores o semiconductores.
Ifineon fue una de las pioneras del desarrollo de nanotubos de carbón y fue una de las primeras en
demostrar cómo se cultivan nanotubos de carbón en puntos definidos con precisión y cómo se pueden
construir transistores para cambiar corrientes más grandes.
El transistor de nanotubo que acaba de inventar los investigadores de Ifineon es capaz de trasladar
corrientes en exceso de 15 µAa un voltaje de solo 0.4 V (lo normal es 0,7 V). Se ha observado una
densidad superior en unas 10 veces a la de silicona.
Sobre la base de pruebas en el laboratorio, los investigadores de Infineon creen que podrán seguir
reduciendo el tamaño de transistores. Según su nota de prensa, con la aplicación de nanotubos de
carbón se podrán lograr voltajes de suministro tan bajo como 0,35V.
Sobre la base de pruebas en el laboratorio, los investigadores de Infineon creen que podrán seguir
reduciendo el tamaño de transistores. Según su nota de prensa, con la aplicación de nanotubos de
carbón se podrán lograr voltajes de suministro tan bajo como 0,35V.
Y aquí está la mejor parte: al igual que otro súper material de un átomo de grosor, el grafeno, los
nanotubos de carbono son uno de los materiales más conductores que se han descubierto.