Taller Transistor - Octavo

TRANSISTOR
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar

una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple funciones
de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la
contracción en inglés de transfer resistor («resistor de transferencia»). Actualmente se
encuentra prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario tales
como radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de
cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, aunque
casi siempre dentro de los llamados circuitos integrados.
HISTORIA
El físico austro-húngaro Julius Edgar Lilienfeld solicitó en Canadá en el año 19251 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,
ya que estaba destinado a ser un reemplazo de estado sólido del triodo. Lilienfeld también
solicitó patentes en los Estados Unidos en los años 1926 y 1928. Sin embargo, Lilienfeld
no publicó ningún artículo de investigación sobre sus dispositivos, ni sus patentes citan
algún ejemplo específico de un prototipo de trabajo. 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, aunque acabara de construir un dispositivo de este tipo.
En 1934, el inventor alemán Oskar Heil patentó en Alemania y Gran Bretaña un dispositivo
similar. Cuatro años después, los también alemanes Robert Pohl y Rudolf Hilsch
efectuaron experimentos en la Universidad de Göttingen, con cristales de bromuro de
potasio, usando tres electrodos, con los cuales lograron la amplificación de señales de
1 Hz, pero sus investigaciones no condujeron a usos prácticos. Mientras tanto, la
experimentación en los Laboratorios Bell con rectificadores a base de óxido de cobre y las
explicaciones sobre rectificadores a base de semiconductores por parte del alemán Walter
Schottky y del inglés Nevill Mott, llevaron a pensar en 1938 a William Shockley que era
posible lograr la construcción de amplificadores a base de semiconductores, en lugar de
tubos de vacío.
Desde el 17 de noviembre de 1947 hasta el 23 de diciembre de 1947, los físicos
estadounidenses John Bardeen y Walter Houser Brattain de los Laboratorios Bell llevaron
a cabo diversos experimentos y observaron que cuando dos contactos puntuales de oro
eran aplicados a un cristal de germanio, se produjo una señal con una potencia de salida
mayor que la de entrada. El líder del Grupo de Física del Estado Sólido William
Shockley vio el potencial de este hecho y, en los siguientes meses, trabajó para ampliar en
gran medida el conocimiento de los semiconductores. El término «transistor» fue sugerido
por el ingeniero estadounidense John R. Pierce, basándose en dispositivos
semiconductores ya conocidos entonces, como el termistor y el varistor y basándose en la
propiedad de transrresistencia que mostraba el dispositivo. Según una biografía de John
Bardeen, Shockley había propuesto que la primera patente para un transistor de los
Laboratorios Bell debía estar basado en el efecto de campo y que él fuera nombrado como
el inventor. Habiendo redescubierto las patentes de Lilienfeld que quedaron en el olvido
años atrás, los abogados de los Laboratorios Bell desaconsejaron la propuesta de
Shockley porque la idea de un transistor de efecto de campo no era nueva. En su lugar, lo
que Bardeen, Brattain y Shockley inventaron en 1947 fue el primer transistor de contacto
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de punto, cuya primera patente solicitaron los dos primeros nombrados, el 17 de junio de
1948, a la cual siguieron otras patentes acerca de aplicaciones de este dispositivo. En
reconocimiento a este logro, Shockley, Bardeen y Brattain fueron galardonados
conjuntamente con el Premio Nobel de Física de 1956 «por sus investigaciones sobre
semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor».
En 1948, el transistor de contacto fue inventado independientemente por los físicos
alemanes Herbert Mataré y Heinrich Welker, mientras trabajaban en la Compagnie des
Freins et Signaux, una subsidiaria francesa de la estadounidense Westinghouse. Mataré
tenía experiencia previa en el desarrollo de rectificadores de cristal de silicio y de germanio
mientras trabajaba con Welker en el desarrollo de un radar alemán durante la Segunda
Guerra Mundial. Usando este conocimiento, él comenzó a investigar el fenómeno de la
«interferencia» que había observado en los rectificadores de germanio durante la guerra.
En junio de 1948, Mataré produjo resultados consistentes y reproducibles utilizando
muestras de germanio producidas por Welker, similares a lo que Bardeen y Brattain habían
logrado anteriormente en diciembre de 1947. Al darse cuenta de que los científicos de
Laboratorios Bell ya habían inventado el transistor antes que ellos, la empresa se apresuró
a poner en producción su dispositivo llamado «transistron» para su uso en la red telefónica
de Francia. El 26 de junio de 1948, Wiliam Shockley solicitó la patente del transistor bipolar
de unión y el 24 de agosto de 1951 solicitó la primera patente de un transistor de efecto de
campo, tal como se declaró en ese documento, en el que se mencionó la estructura que
ahora posee. Al año siguiente, George Clement Dacey e Ian Ross, de los Laboratorios
Bell, tuvieron éxito al fabricar este dispositivo, cuya nueva patente fue solicitada el 31 de
octubre de 1952. Meses antes, el 9 de mayo de ese año, el ingeniero Sidney Darlington
solicitó la patente del arreglo de dos transistores conocido actualmente como transistor
Darlington.
El primer transistor de alta frecuencia fue el transistor de barrera de superficie de germanio
desarrollado por los estadounidenses John Tiley y Richard Williams de Philco
Corporation en 1953, capaz de operar con señales de hasta 60 MHz. Para fabricarlo, se
usó un procedimiento creado por los ya mencionados inventores mediante el cual eran
grabadas depresiones en una base de germanio tipo N de ambos lados con chorros de
sulfato de indio hasta que tuviera unas diez milésimas de pulgada de espesor. El Indio
electroplateado en las depresiones formó el colector y el emisor. El primer receptor de
radio para automóviles que fue producido en 1955 por Chrysler y Philco; usó estos
transistores en sus circuitos y también fueron los primeros adecuados para las
computadoras de alta velocidad de esa época.
El primer transistor de silicio operativo fue desarrollado en los Laboratorios Bell en enero
de 1954 por el químico Morris Tanenbaum. El 20 de junio de 1955, Tanenbaum y Calvin
Fuller, solicitaron una patente para un procedimiento inventado por ambos para producir
dispositivos semiconductores. 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.
Funcionamiento
El transistor consta de tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales
específicos en cantidades específicas) que forman dos uniones bipolares: el emisor que
emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada
entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las
válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene
corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un
elemento activo, a diferencia de los resistores, condensadores e inductores que son
elementos pasivos.

De manera simplificada, la corriente que circula por el colector es función amplificada de la
que se inyecta en el emisor, pero el transistor solo gradúa la corriente que circula a través
de sí mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la base para que
circule la carga por el colector, según el tipo de circuito que se utilice. El factor de
amplificación o ganancia logrado entre corriente de colector y corriente de base, se
denomina Beta del transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares
de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor,
de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias
tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión
Colector Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de
esquemas(configuraciones) básicos para utilización analógica de los transistores son
emisor común, colector común y base común.
Modelos posteriores al transistor descrito, el transistor bipolar (transistores FET, MOSFET,
JFET, CMOS, VMOS, etc.) no utiliza la corriente que se inyecta en el terminal
de base para modular la corriente de emisor o colector, sino la tensión presente en el
terminal de puerta y gradúa la conductancia del canal entre los terminales de Fuente y
Drenaje. Cuando la conductancia es nula y el canal se encuentra estrangulado, por efecto
de la tensión aplicada entre Compuerta y Fuente, es el campo eléctrico presente en el
canal el responsable de impulsar los electrones desde la fuente al drenaje. De este modo,
la corriente de salida en la carga conectada al Drenaje (D) será función amplificada de la
tensión presente entre la compuerta y la fuente, de manera análoga al funcionamiento
del triodo.
Los transistores de efecto de campo son los que han permitido la integración a gran escala
disponible hoy en día; para tener una idea aproximada pueden fabricarse varios cientos de
miles de transistores interconectados, por centímetro cuadrado y en varias capas
superpuestas.
TALLER
1. ¿Qué es un transistor?
2. ¿En qué año y por quien fue invitando el primer transistor?
3. ¿Cuáles son las partes que tiene un transistor?
4. ¿Qué han permitido los transistores de efecto de campo?
5. Grafica un transistor.

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