G0102 - Unidad 1 - Material Introductorio 3

Unidad 1: Semiconductores, aplicaciones y simbolog铆a

Fundamentos y Caracter铆sticas de Electr贸nica Empleados en Maquinaria Pesada

Gildemeister

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Unidad 1: Semiconductores, aplicaciones y simbolog铆a

Unidad 1 Semiconductores, aplicaciones y simbolog铆a

Material de Introducci贸n III: Transistores

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En 1951 William Schockley inventó el primer transistor de unión, un dispositivo semiconductor que permite amplificar señales electrónicas tales como señales de radio y de televisión. El transistor ha llevado a crear muchas otras invenciones basadas en semiconductores, incluyendo el circuito integrado (CI), un pequeño dispositivo que contiene miles de transistores miniaturizados.

Existen dos familias de transistores:

Esta clasificación se basa en el tipo de portadores de carga (electrones y huecos) que intervienen en su proceso de conducción.

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 Transistor bipolar: El transistor tiene tres zonas de dopaje, como se muestra en la siguiente figura (Fig. 30). La zona inferior se denomina emisor, la zona central base y la zona superior es el colector.

Este componente es de estructura simple y debe cumplir con ciertos requisitos de dopado y de dimensiones características que hacen que el dispositivo no se comporte simplemente como dos diodos.

Su función es que el emisor emite captadores de carga, el colector los recoge y la base controla el paso de esos portadores de cargas.

El emisor está fuertemente dopado. Por otro lado, la base está ligeramente dopada. El nivel de dopado del colector es intermedio, entre los dos anteriores.

Físicamente el colector es la zona más grande de las tres.

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Modo de funcionamiento:

Unión BE

Unión BC

Modos de funcionamiento

Directa

Directa

Saturación

Inversa

Inversa

Corte

Directa

Inversa

Activa

INTERRUPTOR

Operación normal de un transistor: JBE = DIRECTA JCB = INVERSA

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Principio de funcionamiento del transistor:

En la Fig. 32 se muestra

el funcionamiento de un transistor NPN en zona activa:

Los datos de inicio, para explicar la Fig. 32 son los siguientes:

Emisor: Muy contaminado. (Muchos portadores mayoritarios, electrones)

Base: Poco contaminado (pocos portadores mayoritarios, huecos) estrecho tamaĂąo.

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Colector: Medianamente contaminado de tamaño amplio.

Con la polarización directa de la unión base emisor, muchos electrones del emisor irán a la base a recombinarse con los huecos de la base y viceversa. Aquí se encuentran con la primera dificultad y es que la base está poco impurificada (dopada) y existen pocos huecos para que se puedan recombinar, los que lo logran forman una pequeña corriente denominada corriente de base.

Los electrones llegados del emisor y no recombinados saturan a la base (tamaño estrecho) lo que produce una corriente de difusión entre base y colector.

Como esta unión está polarizada en forma inversa, los electrones son extraídos por el campo eléctrico. Por lo tanto la unión base colector reúne los portadores que emite la unión base emisor comportándose como un generador de corriente entre emisor y colector. Aproximadamente solo un 5% de la corriente emitida va a la base y un 95% al colector.

Importante: En resumen, el emisor emite portadores, el colector los recoge y la base controla el paso de esos portadores de carga.

La poca corriente de base es controlada por la tensión base emisor.

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Configuraciones de un transistor: Estas configuraciones dependen del terminal que se elija común a la entrada y a la salida del transistor:

Funciones principales de un transistor:

En lo que respecta al automóvil se

destaca la importancia del transistor en la utilización como relé y amplificador.

Como relé: Para que funcione de esta forma basta con polarizar la base del transistor, a través de una débil tensión o polarización para conseguir el paso de una alta corriente entre emisor y colector. La gran ventaja en este caso con respecto a un relé mecánico, es que el transistor no posee contactos ni resortes o mecanismos que se deterioren con el tiempo producto de los movimientos la temperatura y que fácilmente pierden sus cualidades iniciales.

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Basado en éste principio, el transistor tiene un amplio campo de aplicación en el automóvil y un ejemplo de ello es la Fig.34 que nos muestra un sistema de encendido transistorizado:

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Funcionamiento: La corriente principal proviene de la batería (A) y pasa al transistor (T), si los contactos del ruptor (platinos) se encuentran abiertos, por lo cual se produce una interrupción en el paso de la corriente de base, de modo que el transistor queda bloqueado. Cuando los contactos (P) se unen, polarizan a masa (corriente negativa), la base del transistor y entonces éste se vuelve conductor, dando paso a la corriente al primario de la bobina de encendido (B). El primario de la bobina se alimenta y cuando se produzca la nueva separación de los contactos, el transistor se bloquea y se induce una corriente de alta tensión en el arrollamiento secundario de la bobina, lo que produce la chispa en la bujía.

En el caso de la figura dibujada se observa que el transistor trabaja como un relé, porque una pequeña corriente de base permite el paso de una corriente mayor entre emisor y colector.

Como Amplificador: Éstos se utilizan cuando se trata de recibir señales procedentes de sensores o captadores, las cuales trabajan con señales muy bajas. Para que estas señales puedan ser incorporadas a dispositivos electrónicos tales como cajas de encendido, microprocesadores de las unidades electrónicas de control de inyección de gasolina, deben ser amplificadas.

En resumen un amplificador ese un dispositivo por medio del cual una débil corriente producida por una fuente hace provocar una fuerte corriente en la salida.

Tiristores: Son dispositivos semiconductores que tienen tres terminales (conectores), una corriente débil en una de sus terminales (puerta) permite que una corriente mucho mayor fluya a través de los otros dos conductores. La corriente controlada está encendida o apagada; estos no amplifican señales como los transistores, sino que actúan como interruptores de estado sólido.

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