¿Qué es un transistor y como funciona?

¿Qué es un transistor?

El transistor es un componente electrónico construido por materiales semiconductores que prácticamente revoluciono todos los aparatos electrónicos sin excepción alguna, ya que gracias a sus pequeñas dimensiones y sus múltiples funcionalidades logro disminuir los tamaños de todo aparato considerablemente. Gracias a los transistores también se logro la construcción de circuitos integrados, es decir “Chips con infinidad de transistores capaces de tener diversos circuitos eléctricos y electrónicos en encapsulados plásticos de tan solo unos pocos centímetros”

Transistor

Partes de un transistor

Estos componentes están construidos por cristales semiconductores que dependiendo de su estructura interna pueden ser denominados como material N o material P. En todos los transistores siempre se colocan dos cristales de un material y uno del otro por ejemplo: NPN o PNP y cada cristal corresponde a una terminal que son: emisor, base y colector.

Partes transistor

El emisor se encarga de proporcionar las cargas eléctricas, la base controla el flujo de corriente y por ultimo el colector recoge las cargas proporcionadas por el emisor. La diferencia de usos entre transistores es que los NPN se utilizan para voltajes positivos y los PNP con voltajes negativos.

¿Cómo funciona un transistor?

Los transistores tienen múltiples funcionalidades y están dadas por dos características esenciales; una polarización correcta y por la utilización de sus diferentes regiones de funcionamiento.



Regiones de funcionamiento

Los transistores cuentan con tres regiones de funcionamiento y cada una hace una funciona diferente, ya sea como interruptor abierto, cerrado o como amplificador. El uso de estas regiones se basa en la cantidad de voltaje que circule por la base del transistor.

Regiones transistor

Región de corte

Se dice que un transistor entra en región de corte cuando el voltaje de la base es nulo o menor a 0.6v, ya que que no logra activar el paso de corriente entre el colector y el emisor, es decir se comporta como un interruptor abierto.

Región corte

Región de saturación

El funcionamiento de esta región es el caso contrario a la de corte, ya que cuando el voltaje que circula por la base supera al establecido por el fabricante, satura al transistor y este permite la circulación entre colector y emisor como si fuera un cable normal, es decir se comporta como un interruptor abierto.

Región saturación

Región activa

Este caso se logra cuando el voltaje de la base esta en un rango intermedio entre la región de saturación y la de corte. Cuando logramos estabilizar el transistor es capaz de amplificar las señales de entrada las veces que tenga el valor de ß ya que este multiplica la corriente del transistor.

Región activa

Configuraciones y Polarizaciones

Cuando se quiere utilizar un transistor como interruptor digital (regiones de corte y saturación) la tarea es fácil ya que el circuito eléctrico es bastante sencillo. En caso de que se utilicé un transistor NPN el emisor se coloca a tierra, el colector a voltaje y la base actua como interruptor, o si bien se utiliza un transistor PNP se invierten las terminales, el colector a tierra y al emisor se le pone voltaje.

Transistor interruptor

La tarea difícil inicia cuando se utiliza un transistor como amplificador o en región activa, ya que sus terminales se pueden configurar de tres formas diferentes y cada una de estas configuraciones las podemos utilizar con diferentes circuitos o mejor conocidas como polarizaciones.



Configuraciones de un transistor

Podemos encontrar tres configuraciones diferentes y cada una tiene diferentes características, por lo tanto se utilizan para aplicaciones diferentes.

Configuraciones transistor

Emisor común

Esta configuración se utiliza para amplificadores de corriente y voltaje a bajas frecuencias, debido a que tiene una alta ganancia en las dos variables. Una de sus características no tan favorables es que el voltaje de la señal queda invertido en su salida (la corriente no se invierte), es decir las señales quedan como si fueran un espejo. Una forma sencilla de identificar esta configuración es por que la señal de entrada esta en la base y la de salida en el colector. Esta configuración se puede utilizar con todos los tipos de polarizaciones.

Emisor común

Colector común

Esta configuración se utiliza para señales con baja potencia y las transforma en el mismo tipo de señal pero con una mayor potencia. Esto se logra por que tiene una alta ganancia de corriente y el voltaje lo transfiere igual ya que no tiene ganancia de voltaje. Otra característica es que en la salida invierte solo la corriente. El colector común se utiliza principalmente cuando se requiere poner varios amplificadores conectados en serie debido a que en su entrada tiene mucha impedancia y en su salida disminuye.

Colector común

Base común

Existen dos formas sencillas de identificar si un transistor esta configurado en base común y estas son; por que el símbolo del transistor se utiliza acostado o porque la entrada es a travez del emisor y la salida se encuentra en el colector. A pesar de que esta configuración no tiene una ganancia de corriente se utiliza por que el ancho de banda es más grande que las demás configuraciones y permite trabajar con señales VHF (very high frequency) y UHF (ultra high frequency.

Emisor común

Polarizaciones de un transistor

En simples palabras las polarizaciones son circuitos que se utilizan para hacer funcionar a los transistores como amplificadores, en estos circuitos basan su funcionamiento en las configuraciones anteriores, ya que podemos utilizar una de emisor común y utilizar cualquiera de las polarizaciones disponibles todo depende de la aplicación que se le dé al transistor.



Polarización fija

Esta polarización solo se puede utilizar con la configuración de emisor común y consiste en colocar una resistencia en la base y una en el colector, mientras que el emisor se conecta a tierra, Al ser una configuración demasiado sencilla tenemos una gran desventaja y es que la señal esta muy expuesta a variaciones dependiendo de los cambios de temperatura que tenga el transistor. Regularmente se utiliza para señales de poca importancia que no importa que se distorsionen.

Polarización fija

Polarización por retroalimentación del emisor o estabilizado en el emisor

En este tipo prácticamente se le agrega una resistencia en el emisor que hace sea un poco más estable, pero no lo suficiente como para utilizarlo en señales de mucha importancia.

Retroalimentación emisor

Polarización por retroalimentación de colector

Prácticamente se utiliza para regular los cambios de corriente o de voltaje en la fuente de alimentación, ya que si por alguna razón existe una variación, la resistencia que retroalimenta la base actúa para evitar un cambio brusco en la salida del transistor.

Retroalimentación colector

Polarización universal

Es la más utilizada ya que es la que más estabilización tiene debido a sus retroalimentaciones y si por cualquier razón el transistor se calienta o existen una variación de la corriente la resistencias de retroalimentación actúan para regular la corriente que llega a la base y así poder estabilizar todo el sistema.

Divisor de voltaje

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