Transistores

Los transistores son uno de los componentes básicos de la electrónica moderna y están hechos de materiales semiconductores como el silicio o el germanio, capaces de permitir que la corriente eléctrica fluya a través de ellos de forma controlada.

Los materiales de un transistor se dopan o «tratan» con impurezas para crear una estructura llamada unión p-n. En este caso, «p» es positivo y «n» negativo. Estas notaciones se refieren al tipo de átomos dopantes (impurezas) que se han añadido al material semiconductor.

El tipo más común de transistor es el Transistor de Efecto de Campo Metal-Óxido-Semiconductor (MOSFET), muy utilizado en dispositivos electrónicos como ordenadores, smartphones y televisores.

Los transistores han revolucionado la electrónica desde que John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley los inventaron hace más de medio siglo.

En este artículo hablaremos todos sobre los transistores desde ¿Qué es un Transistor y Para qué Sirve? hasta su funcionamiento.

¿Qué es un Transistor y Para Qué Sirve?

Un transistor es un semiconductor que puede utilizarse para conducir y aislar corriente eléctrica o voltaje. Además un transistor actúa básicamente como interruptor o amplificador de estas señales electrónicas.

En palabras sencillas, podemos decir que un transistor es un dispositivo en miniatura que se utiliza para controlar o regular el flujo de señales electrónicas como el voltaje o la corriente.

Cuando funciona como amplificador, un transistor transforma una pequeña corriente de entrada en una corriente de salida mayor. Como interruptor, puede estar en uno de dos estados distintos (encendido o apagado) para controlar el flujo de señales electrónicas a través de un circuito eléctrico o dispositivo electrónico.

¿Cómo se Fabrican los Transistores?

Un transistor se fabrica colocando un material semiconductor de dopaje opuesto entre dos semiconductores de dopaje similar. O colocando un material de tipo n entre dos materiales de tipo p que forman el transistor pnp o colocando un material de tipo p entre dos semiconductores de tipo n que forman el transistor npn.

Muchos tipos de transistores se fabrican según especificaciones estandarizadas por múltiples fabricantes.

Ejemplos de Transistores

Los transistores se utilizan en una gran variedad de dispositivos y equipos electrónicos. A continuación se indican algunas aplicaciones comunes:

• Ordenadores: Los transistores son un componente fundamental de los ordenadores modernos. Los utilizamos en circuitos lógicos digitales, chips de memoria y microprocesadores, todos ellos componentes cruciales de un ordenador.
• Teléfonos móviles: En los teléfonos móviles, los transistores amplifican las señales y controlan la alimentación de los distintos componentes. También intervienen en la capacidad de procesamiento y memoria del teléfono.
• Automoción: Los coches y camiones modernos utilizan transistores para el control del motor, inversores de potencia para accionamientos eléctricos, elevalunas y otros sistemas electrónicos. Los transistores desempeñan un papel vital en el mercado de los vehículos eléctricos, ya que controlan el flujo de electricidad en los sistemas electrónicos del coche, permitiendo así una conversión y distribución eficientes de la energía.
• Aplicaciones espaciales y militares: El pequeño tamaño de los transistores, su bajo consumo y sus características de alto rendimiento los hacen ideales para su uso en satélites, misiles y otros sistemas electrónicos utilizados para la defensa y la exploración.

Ventajas de los Transistores

Las ventajas de un transistor se mencionan a continuación:

• Menor costo y menor tamaño.
• Menor sensibilidad mecánica.
• Bajo voltaje de operación.
• Vida extremadamente larga.
• Sin consumo de energía.
• Conmutación rápida.
• Se pueden desarrollar circuitos de mejor eficiencia.
• Se utiliza para desarrollar un solo circuito integrado.

Limitaciones de los Transistores

Los transistores tienen algunas limitaciones, que son las siguientes:

• Los transistores carecen de una mayor movilidad de electrones.
• Los transistores pueden dañarse fácilmente cuando se producen eventos eléctricos y térmicos. Por ejemplo, descargas electrostáticas en la manipulación.
• Los transistores se ven afectados por los rayos cósmicos y la radiación.

Cómo los Transistores Revolucionaron el Mundo de la Tecnología

Inventado en los Laboratorios Bell en 1947, el transistor sustituyó rápidamente al voluminoso tubo de vacío como regulador de señales electrónicas. Considerado uno de los avances más significativos en la historia del PC, la invención del transistor impulsó la tendencia hacia la miniaturización de la electrónica.

Como estos dispositivos de estado sólido eran mucho más pequeños, ligeros y consumían mucha menos energía que los tubos de vacío, los sistemas electrónicos fabricados con transistores eran también mucho más pequeños, ligeros, rápidos y eficientes.

Los transistores también eran más resistentes, consumían mucha menos energía y, a diferencia de los tubos de vacío, no necesitaban calentadores externos.

A medida que el tamaño de los transistores ha disminuido exponencialmente, su coste se ha reducido, lo que ha creado muchas más oportunidades para utilizarlos. La integración de transistores con resistores y otros diodos o componentes electrónicos ha reducido el tamaño de los circuitos integrados.

Este fenómeno de miniaturización está relacionado con la Ley de Moore, según la cual el número de transistores de un CI pequeño se duplicaría cada dos años.

Partes de un Transistor

Un transistor se compone de 3 terminales llamados: Emisor, Base y Colector. A continuación se explican en detalle los terminales de un transistor.

• Emisor: El Emisor es un segmento situado en uno de los lados del transistor, de tamaño moderado y fuertemente dopado (para aumentar la corriente). El Emisor está siempre conectado en polarización directa con respecto a la Base, de modo que suministra un gran número de portadores mayoritarios a la Base.
• Base: La parte central del transistor se denomina Base. La base forma dos circuitos, el circuito de entrada con el Emisor y el circuito de salida con el Colector. El circuito emisor-base está en polarización directa y ofrece una baja resistencia al circuito. La unión colector-base está en polarización inversa y ofrece la mayor resistencia al circuito. La base del transistor está ligeramente dopada y es muy fina.
• Colector: La sección que recoge la mayor parte de los portadores mayoritarios suministrado por el emisor se denomina Colector. La unión colector-base está siempre en polarización inversa. Su función principal es eliminar las cargas mayoritarias de su unión con la base. La sección colectora del transistor está moderadamente dopada, pero es de mayor tamaño para que pueda recoger la mayor parte del portador de carga suministrado por el emisor.

Tipos de Transistores

Los transistores se clasifican en dos tipos principales:

• Transistor de Unión Bipolar (BJT)
• Transistor de Efecto de Campo (FET)

BJT

Un BJT es uno de los tipos más comunes de transistores, y puede ser NPN o PNP. Esto significa que un BJT consta de tres terminales: el emisor, la base y el colector. Uniendo estas tres capas, un BJT puede amplificar una señal eléctrica o conectar o desconectar la corriente.

En la creación de un flujo de corriente intervienen dos tipos de carga eléctrica: electrones y huecos. En su funcionamiento normal, la unión base-emisor del BJT está en polarización directa con una resistencia de emisor muy pequeña, mientras que la unión base-colector está en polarización inversa con una gran resistencia.

En un BJT de tipo PNP, la conducción se produce a través de huecos o en ausencia de electrones. La corriente de colector es ligeramente inferior a la de emisor. Los cambios en esta última afectan a la primera. La base controla el flujo de corriente del emisor al colector. En este caso, el emisor emite huecos, que son recogidos por el colector.

En un BJT de tipo NPN, los electrones pasan del emisor a la base y son recogidos por el colector. Cuando esto ocurre, la corriente convencional fluye del colector al emisor. La base controla el número de electrones emitidos por el emisor.

FET

Un transistor de efecto de campo (FET) también tiene tres terminales: fuente, drenaje y puerta, que son análogos al emisor, colector y base del BJT, respectivamente. En el FET, las capas de silicio tipo n y tipo p están dispuestas de forma diferente a las del BJT. También están recubiertas de capas de metal y óxido para crear el transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET).

En el FET, el efecto de campo se refiere a un efecto que permite el flujo de corriente y enciende el transistor. Los electrones no pueden pasar de la fuente de tipo n al drenaje porque la puerta de tipo p que los separa contiene huecos. Pero si se aplica una tensión positiva a la puerta, se crea un campo eléctrico que permite que los electrones fluyan de la fuente al drenaje. Esto crea el efecto de campo, que facilita el flujo de corriente en el FET.

Los FET se utilizan habitualmente en amplificadores de bajo ruido, amplificadores buffer y conmutadores analógicos. El transistor de efecto de campo metal-semiconductor (MESFET) se suele utilizar en aplicaciones de alta frecuencia, como los circuitos de microondas.

Otros Tipos de Transistor

• transistor de efecto de campo de unión (JFET), semiconductor de tres terminales esencial en los controles de precisión accionados por tensión de la electrónica analógica;
• transistor de película fina (TFT), un tipo de FET utilizado a menudo en las pantallas de cristal líquido (LCD);
• transistor Schottky, que combina un transistor y un diodo Schottky conocido por su conmutación extremadamente rápida para evitar la saturación del transistor desviando la corriente de entrada excesiva; y
• transistor de difusión, que es un tipo de BJT formado por la difusión de dopantes en un sustrato.

¿Cómo Funcionan los Transistores?

Cuando una pequeña corriente fluye a través de la base, controla el flujo de una corriente mucho mayor entre el emisor y el colector.

Esto se debe al hecho de que la unión base-emisor tiene polarización directa, lo que permite que los electrones fluyan desde el emisor a la base. La unión base-colector tiene polarización inversa, lo que significa que se evita que los electrones fluyan desde la base al colector.

Sin embargo, cuando una corriente fluye a través de la base, abre la unión base-colector y permite que los electrones fluyan del emisor al colector.

Este proceso permite a la base controlar el flujo de corriente entre el emisor y el colector, por lo que podemos utilizar el transistor de diversas formas.

En otras palabras, un transistor funciona cuando los electrones y los agujeros comienzan a moverse a través de las dos uniones entre el silicio tipo n y tipo p.

¿Por qué son Importantes los Transistores?

Los transistores son dispositivos versátiles que pueden actuar como interruptores, amplificadores y reguladores de señal, permitiendo así el procesamiento y almacenamiento de información digital. El uso generalizado de transistores en los dispositivos electrónicos ha tenido un gran impacto en nuestra vida cotidiana, ya que ha hecho posibles las tecnologías modernas de comunicación, entretenimiento, transporte y sanidad.

Por ejemplo, los transistores han hecho posible la miniaturización de los circuitos electrónicos, dando lugar a la creación de dispositivos portátiles como teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles y tecnología vestible.

Si nunca se hubieran inventado los transistores, nuestro mundo sería muy diferente. Es probable que la revolución informática y los rápidos avances de la electrónica no se hubieran producido, ya que los transistores son un componente clave de los circuitos digitales y la informática moderna.

Esto habría ralentizado los avances tecnológicos en campos como la comunicación, el entretenimiento, el transporte y la sanidad. Los dispositivos electrónicos habrían sido mucho más grandes, más lentos y menos eficientes. Mientras tanto, los dispositivos portátiles como los smartphones, los ordenadores portátiles y la tecnología ponible no existirían en absoluto.

¿Por qué Usamos Transistores?

Un transistor puede actuar como interruptor o compuerta de señales electrónicas. En la práctica, esto significa que utilizamos los transistores como interruptores electrónicos que encienden o apagan circuitos electrónicos. Se trata de una función básica que se utiliza en los circuitos lógicos digitales, como los de los ordenadores, donde los transistores representan los unos y ceros del código binario.

También podemos utilizar transistores para controlar la alimentación de distintos componentes electrónicos. El transistor actúa como un interruptor para activar y desactivar el flujo de corriente. Además, podemos utilizar transistores para ajustar el nivel de tensión, lo que permite un uso eficiente de la energía en los dispositivos electrónicos.

Uno de los usos más importantes de los transistores es como amplificador. Podemos utilizar transistores para amplificar señales débiles, como la salida de un micrófono, hasta niveles capaces de alimentar un altavoz.

Preguntas Frecuentes