En este artículo, veremos una breve introducción a los transistores analizando sus predecesores, a saber, los tubos de vacío, la historia de los transistores, los símbolos de los circuitos eléctricos de los transistores, su funcionamiento básico y los modos de funcionamiento.
Memorándum: Este será un repaso sobre el tema de los transistores, y no demasiado técnico.
Tabla de contenido
tubo de vacío
Antes de la invención del transistor, los tubos de vacío desempeñaban un papel importante en la electrónica. Los tubos de vacío también se conocen como tubos de electrones o válvulas. El tubo de vacío consta de un ánodo y un cátodo.
Estos ánodos y cátodos se colocan en un tubo de vidrio herméticamente cerrado lleno de vacío. El cátodo se calienta mediante un filamento que ayuda al cátodo a liberar electrones.
En el caso inicial, el cátodo actúa directamente como un filamento, por lo que cuando este cátodo se calienta, se liberan electrones de su superficie. Posteriormente, se introduce un filamento externo, que calienta indirectamente el cátodo.
Los electrones generados fluirán hacia el ánodo. Esto crea una diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo, lo que crea una corriente eléctrica en el circuito. El filamento debe estar cargado continuamente con potencia constante para calentar el cátodo.
Para garantizar que estos electrones fluyan uniformemente hacia el ánodo, se utiliza un electrodo externo, comúnmente conocido como rejilla. Esta estructura hace que el circuito sea voluminoso y aumenta el costo.
Inicialmente, estos tubos de vacío se utilizaron en la fabricación de la primera generación de computadoras, radios y televisores. Más tarde, se utilizan en aplicaciones militares y amplificadores de audio basados en válvulas. Más tarde, sin embargo, estos tubos de vacío son reemplazados por transistores y diodos.
Esto se debe a que los tubos de vacío son de gran tamaño, un poco más caros y consumen más energía en comparación con los transistores. Por lo tanto, esta limitación de los tubos de vacío es superada por los transistores. Los transistores no requieren corriente de filamento.
Breve historia de transistor
Harto del alto consumo de energía y la baja fiabilidad de los tubos de vacío, Kelly, jefe de investigación de los Laboratorios Bell, encargó a William Shockley que investigara los semiconductores para sustituir a los tubos de vacío. John Bardeen, Walter Brattain, llevaron a cabo experimentos bajo la dirección de Shockley.
William Shockley experimentó con amplificadores de efecto de campo, pero fracasó. Más tarde, sin embargo, John Bardeen, Walter Brattain, estudió y descubrió que los electrones forman barreras en superficies que hasta entonces eran desconocidas. Este avance conduce al descubrimiento del primer transistor.
En diciembre de 1947, un experimento con dos contactos de oro aplicados a un cristal de germanio produjo una potencia de señal de salida mayor que la señal de entrada. Por lo tanto, la primera tecnología de transistores desarrollada se conoció como dispositivos de contacto puntual, y esta tecnología fue regulada por tipos de alto rendimiento. Esto fue reportado por primera vez en junio de 1948.
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Más tarde, las limitaciones del dispositivo de punto táctil hicieron que Shockley fuera el único que dominara el dispositivo de punto táctil e inventara el transistor de empalme, que era fácil de fabricar.
El comercio de transistores comenzó en la década de 1950, y los primeros transistores comerciales se utilizaron en equipos telefónicos y computadoras militares en 1952. En 1953, el transistor se utiliza en un dispositivo médico, un aparato ortopédico para sordos.
El auge de los transistores
Este crecimiento efectivo en la tecnología de transistores se debe en gran parte a las donaciones y el estímulo de muchas compañías, incluidas Bell Labs, Motorola, Philco, Raytheon, RCA, Sylvania y Texas Instruments.
En la fabricación de cristales de amplificación, los materiales semiconductores juegan un papel importante. Los primeros transistores se fabricaron en la década de 1950 a partir de germanio, un material semiconductor. Cuando se aplica voltaje, este material semiconductor es completamente conducido o no está completamente aislado.
Más tarde, se desarrollan transistores de silicio. Debido a su exitoso rendimiento a altas temperaturas, los transistores de silicio se utilizan más a partir de 1954. Los transistores de silicio comerciales estaban disponibles en Texas Instruments. Más tarde, se realizó una amplia investigación en transistores de silicio, que ahora ha llevado al desarrollo de circuitos integrados y dispositivos de microprocesador.
A finales de 1959, se desarrolló el primer transistor de efecto de campo. Consta de tres capas de metal (puerta M), óxido (aislamiento O) y silicio (semiconductor S).
Inicialmente, el material utilizado para la forma de la carcasa del transistor es epoxi plástico. Sin embargo, los dispositivos con carcasa de plástico pueden degradarse con el tiempo. Por lo tanto, la combinación de formas de caja de plástico y metal se desarrolló a mediados de la década de 1960.
Durante la fabricación de transistores, los materiales semiconductores se procesan añadiendo pequeñas cantidades de impurezas químicas, como arsénico o antimonio. Este proceso se denomina “dopaje”.
Es necesario crear una estructura cristalina apropiada en el semiconductor para permitir la acción del transistor. Dependiendo de los elementos dopantes utilizados en los materiales semiconductores, los transistores se pueden clasificar como PNP o NPN. PNP y NPN se refieren a la polaridad eléctrica utilizada con los transistores.
Por ejemplo, los transistores PNP requieren un conjunto positivo específico de voltaje y polaridad de voltaje catódico que se utilizará para los tres terminales de transistor en una aplicación de circuito. Los transistores NPN requieren que todas las polaridades de voltaje del circuito se inviertan con las utilizadas en los PNP. Muchas aplicaciones de circuitos requieren transistores PNP y NPN.
¿Qué es un transistor?
El transistor es simétrico a un triodo de vacío y es relativamente pequeño en tamaño. Transistor es una construcción de dos palabras: Transfer y Varistor. Un transistor consta de tres capas de material semiconductor, cada una de las cuales puede transmitir corriente a la otra.
Este dispositivo semiconductor de tres capas consta de dos capas de material de tipo n y una de tipo p, o dos capas de material de tipo p y una de tipo n. El primer tipo se denomina transistor NPN y los otros tipos se denominan transistores PNP, respectivamente.
El germanio y el silicio son los materiales semiconductores más deseables que conducen la electricidad de forma de media energía. El proceso de dopaje de un material semiconductor agrega electrones adicionales al material o crea agujeros en el material.
La capa exterior es mucho más ancha que el material insertado de tipo p o tipo n, que suele tener una proporción de 10:1 o menos. Cuanto menor sea el nivel de dopaje, menor será la conductividad y más resistente será este material debido a la limitación del número de portadores libres.
La diferencia entre un diodo y un transistor es que un diodo consta de dos capas y una unión. El transistor consta de tres capas con dos uniones. El transistor puede actuar como un interruptor de encendido/apagado o un amplificador.
Símbolos de transistores
Una manera fácil de recordar estos transistores símbolo Eso es todo
- Ingresar permanentemente a los puntos PNP
- NPN – Never-point iN
En el símbolo del transistor, la flecha indica la dirección del flujo de corriente.
Los estados de ánodo y cátodo del voltaje y la dirección del flujo de corriente siempre están en direcciones opuestas en el transistor PNP con respecto al transistor NPN. Sin embargo, el comportamiento realizado por los transistores NPN y PNP es el mismo.
Modos de funcionamiento de los transistores
Hay cuatro modos de funcionamiento: saturado, de bloqueo, activo y activo inverso.
Modo de saturación
En este modo, el transistor actúa como un interruptor. Desde el colector hasta el emisor, la corriente fluye incondicionalmente (cortocircuito). Ambos diodos están en polarización directa.
Modo de corte
Incluso en este modo, el transistor se comporta como un interruptor, pero no fluye corriente desde el colector hasta el emisor (circuito abierto). No fluye corriente a través de los terminales del emisor y del colector.
MODO ACTIVO
En este modo, el transistor actúa como un amplificador, y la corriente desde el terminal del colector hasta el terminal del emisor corresponde a la corriente que pasa a través del terminal primario. La base se traslada al terminal del amplificador y al emisorCorriente que sale de la regla.
Modo activo inverso
La corriente desde el terminal del colector hasta el terminal del emisor corresponde a la corriente que pasa a través del terminal base, pero este flujo está en la dirección opuesta.
Conexión adosada de diodos
La capa de privación se produce sólo en la unión de un par de colector-base y emisor-base de un transistor, principalmente por la portadora de corriente. En el caso de dos diodos conectados en una fila, la zona vacía formada no puede pasar la transferencia de corriente tanto a los huecos como a los electrones.
Ya tenemos una capa base delgada, por lo que solo funcionan los transistores, y esta capa no es más que la parte insertada del emisor y el colector. Esto hace que los emisores y los colectores sean muy inminentes el uno del otro. Cuando se aplica un campo eléctrico fuerte, esto otorga a la portadora mayoritaria el paso desde el emisor.
Estos portadores mayoritarios se extienden desde la base por encima y desde el colector de la base hasta los portadores minoritarios dentro de la zona de constricción de la unión. En lógica simple, los dispositivos con una unión NP y una unión PN que actúan como dos diodos se colocan espalda con espalda.
En este estado, si se aplica un gran voltaje a los terminales de la base, la corriente no podrá fluir a través del circuito. Esto se debe a que el voltaje aplicado hace que una barrera sea más grande y la otra más pequeña, lo que hace imposible que pase la corriente.
Para superar esta situación, se agrega una pequeña fuente de voltaje en el nivel PN inferior, además del suministro de voltaje principal, que se coloca en la parte superior del terminal NP. Debido a este pequeño suministro de voltaje, empuja los electrones hacia la parte del orificio.
La tensión de alimentación controla el flujo de corriente. En la capa desfavorecida, estas dos acciones reducen la barrera de corriente. Por lo tanto, habrá un aumento de alto aumento en el voltaje a través del transistor.
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