curso de electricidad 12

Comenzamos entonces con elestudio del principio gene-ral de funcionamiento del

llamado transistor bipolar o sim-plemente transistor. Recordamosque además del transistor bipolar,que es el básico, existen otros ti-pos como el tran-sistor de efecto decampo, el transis-tor unijuntura (cu-yo funcionamientoes diferente), etc.,que serán analiza-dos en ocasiónoportuna.

La Estructura del Transistor

De manera simplificada, pode-mos representar un transistor por3 bloques de materiales semicon-ductores de tipos diferentes, dis-

puestos alternadamente.Esto nos conduce a dos confi-

guraciones posibles, que a su veznos llevan a dos tipos de transis-tores, según muestra la figura 1,los transistores PNP y NPN.

Cada uno de los bloques ten-drá una terminal deconexión conectadaa un electrodo y re-cibe una denomina-ción. Tenemos entoncesen un transistor treselementos, denomi-nados:

LECCION 12

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TEORIA: LECCION Nº 12

TransistoresPartiendo del diodo semiconductor que analizamos en lasdos lecciones anteriores, en el que tenemos una sola junturaentre dos materiales semiconductores, pasamos al estudio deun nuevo componente: “el transistor”. Tal componente reem-plazó en la década del 60 a los tubos de vacío (válvulas) y sufunción es la de generar, amplificar o alterar distintos tiposde señales. El transistor dio paso a la tecnología de equiposcompactos y de bajo consumo, fue el pionero de los actualescircuitos integrados,que pueden poseer en su interior milesde transistores, aunque ocupan un espacio muy reducido. Elestudio del transistor constituye, sin dudas, el factor más im-portante para encarar el análisis de cualquier circuito elec-trónico.

Coordinación: Horacio D. Vallejo

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Emisor - abreviado EColector - abreviado CBase - abreviado B

Para representar los transisto-res usamos dos tipos de símbo-los, según el tipo, que aparecenen la figura 2.

El elemento que posee la fle-cha es siempre el emisor. Cuan-do la flecha está vuelta haciaafuera del componente, tenemosun transistor NPN y cuando laflecha está apuntando hacia den-tro del componente tenemos untransistor PNP.

Esta flecha correscponde alsentido convencional de la co-rriente que circula por este com-ponente, cuando está en funcio-namiento.

La base corresponde al ele-mento que entra perpendicular-mente a la barra en el interiordel símbolo y la otra "pata" es elcolector.

Los transistores bipolares pue-den ser tanto de silicio como degermanio y actualmente existentipos para altísimas frecuencias dearseniuro de galio, pero las dife-rencias existentes de uno a otrose refieren solamente a las carac-terísticas y no a los principios defuncionamiento.

Teniendo en cuenta, entonces,que tanto los transistores PNP co-mo los NPN tienen el mismoprincipio de funcionamiento yque lo mismo ocurre en relacióna los materiales de que estáncompuestos, para analizar su fun-cionamiento podemos tomar unúnico tipo como base: el NPN sinque importe el material.

Cómo Funciona el Transistor

Para que el transistor funcione(de la manera en que normal-mente lo usamos) es preciso quesus terminales sean sometidas adeterminadas tensiones. La aplica-ción de estas tensiones de formade llevar el transistor a su funcio-namiento ideal recibe el nombrede polarización. Así polarizar untransistor es aplicar en sus tresterminales (emisor, colector y ba-se) tensiones que lo lleven al fun-cionamiento normal.

Para analizar el funcionamien-to de un transistor de manerasimplificada, vamos a suponer

que los potenciales de polariza-ción son aplicados a sus elemen-tos por dos baterías, B1 y B2,controladas por dos interruptores,S1 y S2, como muestra la figura 3.

Observe que la polaridad delas baterías (positivo de B2 al co-lector y positivo de B1 a la base)corresponde a lo que se exige pa-ra el funcionamiento de un tran-sistor NPN. Para un transistor PNPbasta invertir la polaridad de lasdos baterías, para entender sufuncionamiento.

Inicialmente, con las dos llavesabiertas, ninguna corriente circulapor el transistor.

Vamos a suponer ahora que,en una primera fase, cerramos lallave S2, dejamos, por lo tanto,abierta la llave S1.

En estas condiciones, la co-rriente, pasando por la base, ten-derá a circular entre el colector yel emisor. Sin embargo, existendos junturas que deben ser atra-vesadas. La primera entre el co-lector y la base, que correspondea un diodo, estará polarizada ensentido inverso y presentará altaresistencia; mientras tanto, la jun-tura entre la base y el emisorquedará polarizada en el sentidodirecto y presentará una baja re-sistencia.

El resultado es que la corrienteno puede circular. Podemos per-cibir esto mejor, si comparamos eltransistor con dos diodos en opo-sición, como muestra la figura 4.

¡Observe que esta disposi¡Observe que esta disposi--ción es una comparación,ción es una comparación,pues dos diodos en oposiciónpues dos diodos en oposiciónno funcionan como un tranno funcionan como un tran--sistor!sistor!

TR A N S I S TO R E S

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¿Ahora, qué ocurriría si enuna segunda fase, manteniendoS2 cerrado, también cerráramosel interruptor S1?

El resultado será la aplicaciónde una tensión en la juntura en-tre la base y el emisor que la po-larizaría en sentido directo. Pode-mos entonces hacer circular unacorriente entre esos dos elemen-tos de transistor, cuya intensidaddependería de la tensión de B1y, eventualmente, de la existen-cia de algún elemento capaz delimitarla.

Para efectos de estudio vamosa suponer que la batería B1 seade tensión relativamente baja, loque significa que la corriente en-tre la base y el emisor sería dé-bil.

Mientras tanto, el resultado delcierre de S1 no sería solamente lacirculación de esta corriente.

Con el establecimiento de unacorriente pequeña entre la base yel emisor, hay también el pasajede una fuerte corriente entre elcolector y el emisor. En suma, lacorriente de base pequeña "pro-voca" la aparición de una corrien-te mucho mayor entre el colectory el emisor (figura 5).

Existe una proporción entre lacorriente base/emisor (llamadasimplemente corriente de base) yla corriente colector/emisor (co-rriente de colector).

Así, cuando aumentamos lacorriente de base, también au-menta la corriente de colector.Cuando la corriente de colectortambién lo será.

El número de veces que la co-rriente de colector es mayor quela corriente de base, es nulo; es

evidente que la corriente de baseque la provoca es denominadaganancia de corriente, pero comoveremos más adelante, la mismanecesita ser definida de una ma-nera más precisa, pues el transitorno tiene características absoluta-mente lineales.

Este comportamiento permiteque el transistor sea usado paraamplificar señales y en conse-cuencia para generarlas y tambiénalterar su forma de onda.

Si tuviéramos un circuito sim-plificado, como muestra la figura6, y aplicamos en la entrada unaseñal que corresponde a una cier-ta forma de onda, que varía entredos valores de tensión determina-dos, estas variaciones influirán di-rectamente en la corriente de ba-se del transistor.

El resultado será una influen-cia mayor sobre la corriente decolector, pero que corresponde

"en forma" a la señal original.Tenemos entonces una amplifi-

cación de la señal que aparece enel colector del transistor.

Para usar el transistor de formaque tengamos una amplificaciónfiel a la producción de señales, espreciso conocer más de sus com-portamiento. Esto nos lleva a sucurva característica.

La Curva Característica del Transistor

Para que un transistor opereconvenientemente, existen otrasformas, además de la que vimos,de hacer su conexión.

Observe que en el ejemploque dimos, las tensiones o seña-les son aplicadas en la base y co-lector, el emisor queda conectadoal mismo tiempo a las dos bate-rías, o sea, se trata de un elemen-to común al circuito de entrada(base) y salida (colector). Deci-mos que el transistor polarizadode esta forma está en la configu-ración de emisor común.

Esta configuración es la másusada y es a partir de ella que es-tudiaremos las curvas característi-cas de un transistor.

Una curva característica no esmás que la obtención de un gráfi-co en el que se representan lasdiversas magnitudes que varíanen un componente cuando estáen funcionamiento. En el caso deun transistor, partimos de un cir-cuito básico que aparece en la fi-gura 7.

Vea entonces que, a través deeste circuito podemos variar latensión de base (base/emisor) y


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la tensión de colec-tor (colector/emi-sor).

Lo que se hacees colocar en ungráfico las diversastensiones y corrien-tes de base y suscorrespondientes decolector.

Como no podemos tener ungráfico con 4 variables, lo que sehace es establecer una familia decurvas en que una de las magni-tudes es mantenida fija.

Así, en primer lugar, fijamosla tensión de emisor que llamare-mos VCE (tensión entre colectory emisor) en un valor determina-do, por ejemplo 5V.

Verificamos entonces quéocurre con la corriente de basecuando variamos la tensión debase, o sea, colocamos en el grá-fico lo que ocurre con IB cuandovariamos VBE.

El resultado es una curva co-mo muestra la figura 8.

Esta curva es importante por-que permite establecer la resisten-cia de entrada del circuito.

Tomando un pequeño trechoen que tenemos dos tensiones deemisor, por ejem-plo, 500 y 600nV,formamos un trián-gulo donde tene-mos las corrientesde base correspon-dientes, 10 y 20µApor ejemplo.

Calculando latangente del ángulomostrado en la figu-ra 9, que es nadamás que el cociente

de la variación de tensión por lavariación de la corriente, obtene-mos la resistencia de entrada ohic.

En nuestro ejemplo tenemosentonces:

(600 - 500) mVhic = ________________

(20 - 10)µA

hic = 100 / 10 (10-3/10-6)

hic = 10 x 1.000Ω

hic = 10.000Ω

Otra curva importante es laque da la característica de salidade un transistor.

Esta curva relaciona los valoresde la corriente de colector (Ic)con la tensión entre el colector yemisor VCE para una corriente debase fija (IB).

Tenemos entonces una "fami"fami--lia" lia" de curvas como las mostra-das en la figura 10 que corres-ponden a un único transistor.

Observe que en la teoría, parauna corriente de base nula (IB = 0),deberíamos tener una corrientede colector nula en una buenabanda de tensiones. Sin embargo,observamos que esta corriente noes nula, pero sí muy pequeña. Es-ta corriente es la corriente de fu-ga (ICEO), que normalmente sedebe a la agitación térmica de losátomos de material semiconduc-

tor, los cuales liberanportadores de carga.Si tomamos una delas curvas como refe-rencia y procedemosdel mismo modo queen el caso anterior,calculando la tangen-te del ángulo indica-do en la figura 11,obtenemos informa-ción muy importantedel transistor.


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Se trata de la variación de lacorriente de base que correspon-de a una variación de la corrientede colector o la ganancia del tran-sistor.

La ganancia, llamada beta (β)o hFE, puede calcularse dividien-do la variación de la corriente decolector ∆IC, por la variación co-rrespondiente de la corriente debase ∆IB.

Si una variación de 50µA en lacorriente de base provoca una va-riación de 1mA en la corriente decolector, la ganancia será:

hFE = 10-3/10-6 x 50 = 20

Transistores comunes poseenganancias que varían entre 2 y800 o incluso más, según vere-mos.

Vea entonces que la gananciaes especificada para una determi-nada corriente de colector. En lostipos llamados pequeños, como elconocido BC548, esta corriente esde 1mA.

Algunas Aclaraciones

- ¿Cómo se explica el hecho deque, al ser polarizada la base deltransistor, la juntura entre colec-tor y base que estaba polarizadaen el sentido inverso, reduce suresistencia y deja pasar la corrien-te?

La juntura emisor/base es po-larizada en el sentido directo, loque significa que fluyen portado-res mayoritarios de carga en estascondiciones. La base, mientrastanto, es levemente "dopadadopada", lo

que significa que son pocos loselectrones que pasan hacia elemisor a partir de la base. El re-sultado es que la mayor parte dela corriente es formada por lagu-nas que fluyen del emisor haciala base. Por otro lado, la junturacolector/base es polarizada en elsentido inverso, lo que quiere de-cir que solamente una corrientemuy débil, provocada por porta-dores minoritarios de carga, fluyehacia la base. Un pequeño núme-ro de electrones y aun menor, delagunas, forman esta corriente.Mientras tanto, la base de un tran-sistor es estrecha y el colectormás negativo que la base, lo quehace que gran número de lagunasque atraviesa la juntura base/emi-sor se difunda a través de la basehacia la transición de la capa dedeplexión de colector, a partir dedonde son empujadas hacia el co-lector. Algunas de estas lagurnasse combinan con electrones de labase, pero la mayoría atraviesahacia el colector para dar origen auna corriente intensa. La combi-nación de las lagunas y electronesen la base, así como los electro-nes que pasan de la base hacia elemisor son responsables por lacorriente de emisor. Invierta elec-

trones por lagunas y tendrá elcomportamiento del transistorPNP.

- ¿Si el transistor es una estruc-tura simétrica con materiales NPNo PNP y tanto el emisor como elcolector tienen la misma polari-dad (ambos P o ambos N) pode-mos invertirlos en un circuito?

En realidad, la estructura usadapara explicar el funcionamientoes simétrica solamente en el ejem-plo dado. En la práctica, la cons-trucción del transistor es de talmanera que existen regiones biendefinidas para el emisor y el co-lector, de modo que no podemoshacer el cambio. Si invertimos es-tos dos elementos, el transistor nofuncionará.

Configuraciones del Transistor

Los transistores son típicos am-plificadores de corriente, porquelas variaciones de la corriente debase acarrean variaciones mayo-res de la corriente de colector.

Es claro que las variaciones decorriente en una carga pueden sertraducidas por una variación de


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tensión correspondiente, comoilustra la figura 12, pero en lapráctica debemos siempre consi-derar que tenemos corrientes deentrada y de salida en los transis-tores.

Ahora bien, como una corrien-te en un elemento de carga signi-fica la presencia de una resisten-cia, podemos hablar de resisten-cia de entrada y de salida pra untransistor que funcione como am-plificador.

Así, representando un transis-tor como amplificador, de la for-ma indicada en la figura 13, ve-mos que la señal de entrada "ve"una cierta resistencia y, del mis-mo modo, el circuito que es co-nectado en la salida "siente" unaresistencia.

Como el transistor opera conseñales de corrientes alternas, debajas o altas frecuencias, es másinteresante tener en cuenta estaresistencia de otra forma: habla-mos entonces de una impedanciade entrada y de una impedanciade salida para un transistor.

Esta característica de un tran-sistor como amplificador es muyimportante en los proyectos, puesla transferencia de energía de unaetapa hacia otra sólo es máximacuando las impedancias de entra-da y salida están adaptadas, osea, tienen el mismo valor (figura14).

Es lo que ocurre con su ampli-ficador de audio: si la impedanciade salida de la etapa con transis-tores fuera diferente de la impe-dancia del parlante, no ocurre latotal transferencia de energía y elrendimiento del sistema es bajo.

En algunos casos la energía hastadebe ser disipada de otra forma,calor por ejemplo, y produce laquema de los componentes.

El tipo de características de im-pedancia que presentan los tran-sistores depende de la manera enque son conectados y es lo queveremos ahora.

Configuración Emisor Común

Podemos conectar los transis-tores de tres formas diferentes en

una etapa amplificadora. Estasetapas van a diferir por el modoen que son aplicadas las señales ydespués retiradas, así como por laimpedancia de entrada y salidaque van a presentar.

Debemos entonces indicar queel transistor puede presentar trestipos de ganancia para cada confi-guración, que son definidos de lasiguiente forma:

a) Ganancia de tensión: a) Ganancia de tensión: de-cimos que hay ganancia de ten-sión cuando las variaciones de latensión de entrada producen va-riaciones todavía mayores de latensión de salida. Si una tensiónde entrada (variación) de 100mVproduce en la salida una varia-ción de 1V sobre la carga, enton-ces la ganancia de tensión es 10.

b) Ganancia de corriente:b) Ganancia de corriente:decimos que hay ganancia de co-rriente cuando las variaciones dela corriente de entrada producenuna variación mayor de la co-rriente de salida. Una variación de1µA en la entrada, por ejemplo,que produce una variación de20µA en la carga, significa unaganancia de corriente de 20 ve-ces.

c) Ganancia de potencia:c) Ganancia de potencia:hay ganancia de potencia cuandotenemos un producto "tensión desalida x corriente de entrada",siempre teniendo en cuenta lasvariaciones. Si una corriente de1µA producida por una variaciónde tensión de 100µV, produce enla carga (salida) una variación decorriente de 10µA con una varia-


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ción de tensión corres-pondiente a 1mV enton-ces, tenemos una ganan-cia de potencia de 100veces.

En la configuraciónemisor común, que apa-rece en la figura 15, elemisor es un elementocomún al circuito de en-trada y de salida.

La señal es aplicadaentre base y emisor y re-tirada entre colector y emisor. Enla práctica se usan resistores y ca-pacitores tanto para la aplicacióny retiro de la señal como tambiénpara la polarización. Esto nos lle-va a una configuración más com-pleta, como la que muestra la fi-gura 16.

Esta es la configuración másusada en la práctica, por presen-tar tanto gananciade corriente co-mo de tensión, lo que significa lamayor ganancia posiblede potencia.

Esta configuraciónse caracteriza por las si-guientes propiedades:

- Ganancia de co- Ganancia de co--rriente granderriente grande

- Ganancia de- Ganancia detensión grandetensión grande

- Ganancia de po- Ganancia de po--tencia elevadatencia elevada

- Impedancia de- Impedancia deentrada baja (1.000entrada baja (1.000a 5.000 ohm)a 5.000 ohm)

- Impedancia de- Impedancia desalida alta (100.000salida alta (100.000a 500.000 ohm)a 500.000 ohm)

- Inversión de fase- Inversión de fasede la señal amplificade la señal amplifica--dada

La inversión de fase puede serexplicada de la siguiente forma:suponiendo que una señal senoi-dal sea aplicada a la entrada (ba-se) cuando su tensión sube en elhemiciclo positivo, esto implicaun aumento de la corriente de ba-se, que es polarizada en el senti-do de la conducción.

Ahora, con el aumento de lacorriente de base, aumenta pro-porcionalmente la corriente de

colector. Esto significaque la resistencia entre elcolector y el emisor cae,o sea, la tensión absolutaen el colector del transis-tor disminuye, de modoque su diferencia de va-lor, en relación a la ten-sión de alimentación, au-menta. En un gráfico co-mo el que muestra la fi-gura 17, esto significa quela tensión de colector

cae.A partir del momento en que

se alcanza el máximo (pico positi-vo) cuando la tensión cae en labase, ocurre una disminuciónproporcional de la corriente decolector, lo que acarrea un au-mento de la tensión en este ele-mento.

En otras palabras, cuando latensión de base sube, la tensióndel colector cae, lo que caracteri-

za una inversión de lafase de la señal.Observamos tambiénque esta configuraciónno es indicada para laoperación de frecuen-cias muy altas.El circuito de entradade señal del transistorpresenta una cierta ca-pacidad, que provocaun retardo en la res-puesta a las señales defrecuencias elevadas.En la configuración deemisor común, esta ca-pacidad aparece demodo evidente con suoperación limitada aunos pocos Megahertz(MHz).


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Configuración Colector Común

En esta configuración, mostra-da en forma simplificada en la fi-gura 18, la señal es aplicada entrela base y el colector y retirada en-tre el emisor y el colector.

En la práctica, con los elemen-tos de polarización (resis-tores) y de acoplamiento(capacitores) tenemos elcircuito mostrado en la fi-gura 19.

En esta configuracióntenemos la ganancia decorriente elevada y la ga-nancia de tensión inferiora la unidad. Sin embargo,la ganancia de potenciaexiste (es mayor que launidad), lo que significa que elcircuito puede ser considerado unamplificador de potencia modera-da.

Existe una relación bien defini-da entre la impedancia de entraday la impedancia de salida en estecircuito, en función de la ganan-cia del transistor.

Así, si la resistencia de salida(carga) fuera de 100Ω, como enel circuito de la figura 20 y la ga-nancia del transistor fuera de 100veces (Beta -β-) la impedancia deentrada será de 100Ω x 100 =10.000Ω.

Por poseer las característicasde alta resistencia de entrada ybaja de salida, este tipo de confi-guración es normalmente usadocomo "adaptador de impedan"adaptador de impedan--cias"cias", o sea, para adaptar unaetapa de alta impedancia a unaetapa o carga de baja impedancia.

Las principales características

de este circuito son:

- Ganancia de corriente ele- Ganancia de corriente ele--vadavada

- Ganancia de tensión infe- Ganancia de tensión infe--rior a 1 (atenuación)rior a 1 (atenuación)

- Ganancia de potencia ma- Ganancia de potencia ma--yor que 1yor que 1

- Impedancia de salida muy- Impedancia de salida muybaja (entrbaja (entr e 10 ohm y 1k)e 10 ohm y 1k)

- No hay inversión de fase- No hay inversión de fasede la señal amplificadade la señal amplificada

Para la no inversión defase podemos dar la si-guiente explicación:En la subida del hemici-clo de una señal senoidalaplicada a la entrada, hayun aumento de la co-rriente de base y, enconsecuencia, un aumen-to de la corriente de emi-sor, que es la corrientede carga. El aumento de

la corriente en la resistencia decarga es acompañado de un au-mento de la tensión sobre la mis-ma (figura 21).

Esta configuración no es indi-cada para aplicaciones de altasfrecuencia, dado el efecto de lacapacidad de las junturas, quequeda multiplicado prácticamentepor la ganancia del transistor.Aplicaciones típicas no superan 1Megahertz (MHz).

Configuración Base Común

En un transistor conectado enla configuración de base común,la señal es aplicada entre el emi-sor y la base y retirada entre elcolector y la base, conformemuestra el circuito simplificado dela figura 22.

Con los elementos adicionales


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de polarización y acoplamiento,el circuito queda como muestra lafigura 23.

En esta configuración existeganancia de tensión, pero la ga-nancia de corriente es inferior a launidad. Se trata, pues, de unaconfiguración amplificadora detensión. La ganancia de potenciaes mayor que la unidad y puedevariar entre 20 y 500 para transis-tores comunes.

En esta configuración tampocotenemos inversión de fase, o sea,la fase de la señal de entrada esla misma de la señal de salida,como muestra la figura 24.

La principal característica deeste tipo de conexión, sin embar-go, es la baja impedancia de en-trada, del orden de 30 a 500Ω yla alta impedancia de salida, delorden de 500kΩ o más. Vea en-tonces que tenemos un comporta-miento opuesto al de la configu-ración de colector común.

Esta baja impedancia de entra-da es responsable también por lareducción de los efectos de lascapacidades entre las junturas, loque lleva al transistor a su mayorcapacidad de operación con altasfrecuencias. Este tipo de circuitoes usado en frecuencias que pue-den superar los 100MHz, lo quedepende, claro, cada transistor.

Tenemos, entonces, las si-guientes características, en resu-men:

* Ganancia de Corriente in* Ganancia de Corriente in--ferior a 1;ferior a 1;

* Ganancia de T* Ganancia de Tensión maensión ma--yor que 1yor que 1

* Impedancia de entrada* Impedancia de entrada

muy baja (30muy baja (30ΩΩ a 500a 500ΩΩ))* Impedancia de salida muy* Impedancia de salida muy

alta (superior a 500kalta (superior a 500kΩΩ))* No hay inversión de fase* No hay inversión de fase

para la señal amplificadapara la señal amplificada


Explique mejor la "gananciade un transistor".

Decimos que existe gananciacuando la señal obtenida en la sa-lida es mayor que la aplicada a laentrada.

Esta claro que para que un

transistor "gane", precisamos dis-poner de energía de una fuenteexterna, pués no se puede "crear"energía. Esto se consigue a partirde una batería o fuente de ali-mentación, que polariza al transis-tor.

Si la señal de salida es mayorque la de entrada, la ganancia esmayor que 1. Por ejemplo, si ob-tenemos en la salida una señalcuya tensión es dos veces supe-rior a la de la señal aplicada a laentrada, entonces la ganancia esigual a 2.

Es posible que la ganancia seamenor que 1 en cuyo caso se tra-ta realmente de una "pérdida" oatenuación de la señal. Así, unaganancia de 0,5 implica que la sa-lida es la mitada de lo aplicado ala entrada.

¿Cómo se elige la configuraciónapropiada de un transistor?

La elección dependerá justa-mente del tipo de señal a ser am-plificada y de las condiciones enque esto se hará.

Si tenemos señales de baja fre-cuencia, no existen problemas deimpedancia de entrada y de saliday queremos obtener la mayor ga-nancia posible, elegimos la confi-guración emisor común.

Para señales de alta frecuenciase prefiere el uso de la configura-ción base común y si tenemos al-ta impedancia de entrada y desea-mos aplicar la señal a una cargade baja imepdancia, lo más acon-sejable es el uso de la configura-ción colector común.

Es muy común encontrar tran-sistores polarizados en configura-


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ción base común en aquellos cir-cuitos que requieren “muy bajoruido de entrada”.

Los Distintos Tipos de Transistores Bipolares

Existen diversos tipos de tran-sistores: desde los muy peque-ños, comparables auna lenteja, hastalos mayores quellegan a tener algu-nos centímetros dediámetro o inclusomás (figura 25).

¿Por qué tantasdiferencias?

Estructuralmentetodos los transisto-res están formadospor trozos de mate-riales semiconductores(P y N) dispuestos deforma alternada, comoya vimos. Sin embar-go, los procesos cons-tructivos que llevan ala obtención de estaestructura no partende trozos aislados demateriales semicon-ductores, uniéndolosdespués para obtenerel componente final.

Existen técnicasque parten de trozos únicos demateriales semiconductores y for-man directamente en ellos las re-giones que deben ser del tipo Po del tipo N, se obtiene así eltransistor en su configuración fi-nal (figura 26).

El modo cómo se forman lasregiones del emisor, colector ybase de un transistor van a deter-minar la "geometría" del compo-nente, la cual es responsable di-rectamente por sus característicaseléctricas. Para simplificar, si qui-siéramos un transistor que sea ca-paz de trabajar con corrientes in-tensas, debemos proveerlo de

una región de colector mayor pa-ra que haya una superficie de pa-saje para los portadores de cargacapaz de soportar la corriente fi-nal.

Por otro lado, si queremos uncomponente rápido, capaz de tra-bajar con frecuencias elevadas,debe haber un tiempo mínimo demovilización de cargas entre el

colector y el emisor,pasando por la base(este tiempo se de-nomina "tiempo detránsito"). Estos tran-sistores deben tenerregiones de basebien reducidas, asípermite un recorridomínimo para la co-rriente.Pero no es sólo el ta-maño lo que importapara la construcción

de un transistor: si te-nemos una región se-miconductora de un ti-po en contacto conotra de tipo diferente(P y N), la junturatambién representauna capacitancia (figu-ra 27).Así, aplicando una se-ñal en un transistorque tenga una regiónde juntura grande en-tre la base y el emisor,

por ejemplo, antes que esa señalalcance el valor que provoca laconducción, debemos tener lacarga del capacitor. Esto significaun retardo en la velocidad derespuesta de este componente. Lareducción de la capacidad entre


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las regiones es un factor de granimportancia en el proyecto paratransistores que deben trabajarcon frecuencias altas o conmutarseñales en alta velocidad. Vea en-tonces que existe una cierta con-tradicción de las posibles mejorasde características de los transisto-res para las diversas aplicaciones.

Si queremos un transistor demayor potencia, capaz de trabajarcon corrientes más intensas, de-bemos aumentar la superficie delas junturas, pero eso tambiénprovoca un aumento de la capa-cidad entre los terminales, redu-ciendo en consecuencia su velo-cidad.

Si reducimos mucho el tamañode un transistor para que el mis-mo pueda operar a una velocidadmayor, también reducimos su ca-pacidad de aislación, lo que quie-re decir que el mismo pasa a so-portar tensiones menores.

Observe entonces que existendificultades serias para proyectartransistores que sean ideales, osea, que puedan trabajar con co-rrientes intensas, tengan gran ve-locidad (por no presentar grandescapacidad entre los electrodos) yfinalmente que puedan operarcon tensiones altas.

Las geometrías estudiadas per-miten la construcción de algunostipos de transistores que puedenser considerados "excelentes"dentro de la finalidad propuesta,pero eso también significa mayorcosto. Así, no precisando una de-terminada característica, podemoselegir tipos determinados que secomporten dentro de lo que que-remos, y con eso bajar el costo

del componente.Para las aplicaciones prácticas,

podemos dividir los transistorespor tipos en los siguientes gru-pos:

Transistores de Uso General de Baja Potencia

Estos son transistores (NPN oPNP) de dimensiones pequeñas,capaces de operar en el máximocon corrientes de colector de500mA, disipando potencias dehasta 1 watt. Pueden ser de ger-manio o de silicio, si bien en laactualidad se usan mucho máslos de silicio.

Estos transistores se destinan ala amplificación o producción deseñales de bajas frecuencias (au-dio) principalmente, pero poseenla capacidad de operar en fre-cuencias de hasta algunas dece-nas de megahertz (MHz), si bienno han sido proyectados específi-camente para esta finalidad. Lasganancias de estos transistores es-tán en la banda de 10 a 900 típi-camente.

Entre las aplicaciones posiblespara los transistores de esta fami-lia, citamos las siguientes: pream-plificación de audio, oscilador deaudio, excitador (driver) de am-plificadores de audio, salida deaudio de amplificadores hasta 1 ó2 watt, conmutación de señalesde bajas frecuencias, etc.

Gracias a la escasa generaciónde calor en la operación de estostransistores se los fabrica en cu-biertas de dimensiones reducidas,tanto metálicas como plásticas.

Las cubiertas metálicas (más anti-guas) son más caras, siendo poresto sustituidas en la mayoría porlos tipos plásticos, en la actuali-dad.

Para los transistores europeos,la identificación de un transistorde uso general se hace con la si-gla "BC" donde "B" significa sili-cio y "C" uso general. La sigla"AC" indica transistores de usogeneral de germanio.

Los transistores de proceden-cia americana usan otro tipo decodificación. Normalemnte se es-pecifican como "2N" seguido deun número. Por la sigla no pode-mos saber qué tipo de transistores, y con este fin debe consultar-se un manual.

Para los transistores japonesesde uso general tenemos la sigla"2SB" y "2SA".

Transistores de potencia de audio

Los transistores de Potencia deAudio, o simplemente de Poten-cia, son componentes destinadosa la operación con corrientes al-tas en frecuencias no muy eleva-das, que no superen algunos me-gahertz.

La capacidad de entrada, debi-do al tamaño de los elementosinternos, es el principal factorque impide su operación con se-ñales de frecuencias elevadas.

Así, tales transistores tienen tí-picamente corrientes de colectoren la banda de 1 a 15A, y pue-den disipar potencias de 1 a 150watt, operando con señales de al-


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gunas decenas de ma-gahertz como máximo.Sin embargo, a medidaque nos aproximamos asu frecuencia límite (fT)la ganancia cae enor-memente y tiende a serunitaria.

Los transistores deesta famiia son dotadosde cubiertas que permi-ten su fijación en disi-padores de calor.

En la figura 28 tene-mos algunos tipos de disipadoresusados con estos transistores.

Normalmente en estos transis-tores la parte semiconductora queforma el colector, está en contac-to directo con la cubierta metáli-ca, facilitando así la transferenciadel calor generado.

Por este motivo es común lautilización entre el transistor y eldisipador de un aislante especial.Este aislante, que puede ser demica o de plástico, deja pasar elcalor pero no la corriente eléctri-ca; se trata de un aislante eléctri-co más un conductor térmico (fi-gura 29).

Para facilitar todavía más latransferencia de calor, este aislan-te puede ser untado con pastatérmica, hecha a base de silicio(grasa silicanada). Son diversaslas aplicaciones de estos transis-tores como: salida de audio hastamás de 100 watt, regulación defuentes, excitación de etapas deaudio, inversores, excitación derelés y solenoides, etc.

En la línea europea, los tran-sistores de estas categorías sonespecificados por las letras "BD"donde "B" indica que el compo-

nente es de silicio y "D", de po-tencia. Para los tipos de germaniola indicación es "AD".

Para los tipos americanos te-nemos también la designación"2N".

Transistores de Baja Potencia para RF

Estos son transistores que sedestinan a la operación con seña-les de frecuencias eleva-das, pero de pequeña in-tensidad.

Las corrientes máxi-mas de operación de es-tos transistores no sobre-pasan los 100mA pero sufrecuencia máxima pue-de fácilmente llegar a los1.000MHz o 1GHz (1 Gi-gahertz).

Como no deben disi-par potencias elevadas,sus cubiertas son de di-mensiones reducidas yno tienen previsto la co-locación de disipadoresde calor. En algunos ti-pos de metal existe un

cuarto terminal, ademásde emisor, colector ybase, que es conectadoa la propia cubierta, quesirve así de blindaje.La geometría interna esproyectada justamentede modo de realzarciertas propiedades, co-mo por ejemplo la re-ducción de la capacidadentre los elementos, ladisminución del tiempode tránsito, etc.

Los tipos de procedencia eu-ropea son designados con la sigla"BF" donde "B" significa silicio, y"F" alta frecuencia o "RF". Paralos tipos de germanio la designa-ción es "AF".

Los tipos de procedencia ame-ricana también aparecen con ladesignación "2N", es necesarioconsultar manuales de especifica-ciones para saber a qué familiapertenecen.

Entre las aplicaciones para estos


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transistores citamos las siguientes:producción de señales de alta fre-cuencia, amplificación de RF en re-ceptores de radio y TV, pequeñostransmisores, amplificación de FI,conversores de frecuencia de re-ceptores, etc.

Transistores de Conmutación

Los transistores de esta familiase caracterizan por una elevada ca-pacidad para pasar rápidamentedel estado de no conducción (corcor--tete) a la plena conducción (saturasatura--ciónción) sirviendo pues como conmu-tadores. Para esto es preciso quetengan características especialesque van desde la ganancia elevadahasta la baja capacidad entre suselementos. Estos transistores ope-ran con corrientes máximas entre100mA y 1A, poseen capacidad dedisipación de potencia hasta 1W tí-picamente.

Una característica importante delas especificaciones de estos tran-sistores es el tiempo en que pasande la no conducción a la conduc-ción, que se da en nanosegudos(10-9 segundos).

Muchos de los transistores deesta familia, además de las aplica-ciones específicas en conmutación,también se pueden usar en RF (co-mo por ejemplo el 2N2218 y el2N2222), ya que la alta velocidadles posibilita producir o amplificarseñales de frecuencias bastante al-tas. Entre las aplicaciones para es-tos transistores citamos las siguien-tes: conmutación en circuitos lógi-cos, modificación de formas de on-da en conformadores, etc.

Otros Transistores

Además de los transistores cita-dos existen otros con característi-cas bien específicas que puedenencontrarse en los manuales demuchos fabricantes.

Entre ellos destacamos en pri-mer lugar los denominados "dedebanda anchabanda ancha" que son transisto-res que se destinan a la operacióncon señales de frecuencias muy al-tas, en la banda de UHF y mi-croondas.

Tales transistores tienen fre-cuencias de transición (frecuenciamáxima de operación) bastanteelevadas, llegando teóricamente alos 5GHz. En la nomenclatura eu-ropea tales transistores aparecencon la sigla "BFQ, BFTBFQ, BFT, BFW y, BFW yBFXBFX". Para los de origen america-no, tenemos siempre la denomina-ción "2N"; la averiguación de suverdadera finalidad queda porcuenta de una consulta en los ma-nuales específicos.


– ¿Cómo elegir un transistor pa-ra una aplicación específica?

En la elección de un transistorpara una determinada aplicacióndebemos tener en cuenta sus ca-racterísticas y su capacidad de ope-rar convenientemente en dichaaplicación.

Incluso dentro de una familiaexisten tipos específicos. Sólo a tí-tulo de ejemplo, dentro de la pro-pia familia de tansistores de usogeneral tenemos tipos con caracte-rísticas tan diferentes que uno noes equivalente del otro.

Podemos citar el BC549 y elBC548 que, aunque sean semejan-tes en las características generales,presentan una diferencia considera-ble: el BC549 opera con un nivelde ruido interno muy bajo, por es-to es indicado para amplificar se-ñales de audio muy débiles, lo queno ocurre con el BC548, aunqueambos son de la misma familia.

Así, en el proyecto de unpreamplificador de audio, preferi-mos colocar en su entrada unBC549 en lugar de un BC548, sibien existen muchas aplicacionesen las que son perfectamente inter-cambiables.

Otro caso que debe ser tenidoen cuenta es que un transistor quese destina a amplificar señales deaudio, aunque tenga una frecuen-cia máxima elevada, no siemprefuncionará bien en la amplificacióno producción de señales de RF. Noserá buena idea usar un BD135,aunque el mismo sea especificadohasta 250MHz en un amplificadorde FM, porque las capacidad entresus elementos, no previstas paraoperación en RF, ciertamente impe-dirán una buena ganancia en estabanda.

–¿Además de los transistores in-dicados, existen otros?

Sí, además de los tipos NPN yPNP, que son denominados "bipo-lares", tenemos transistores queobedecen a otras tecnologías defuncionamiento como por ejemplolos unijuntura, los transistores deefecto de campo y los que se usancomo sensores, aprovechando susensibilidad a cierto tipo de radia-ción (como por ejemplo los foto-transistores), etc.


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Código pro-electrón

El código que presentamos acontinuación es utilizado para ladesignación de semiconductores.

Este código consta de dos le-tras seguidas por un número deserie para los tipos comerciales, yde tres letras seguidas por un nú-mero para los tipos industriales ymilitares. Las letras tienen enton-ces los siguientes significados:

Primera letraDetermina el material usado

en la confección de la parte acti-va del semiconductor (transistor odiodo):

A – germanioB – silicioC – arseniuro de galioR – materiales compuestos

(ej.: sulfuro de cadmio)

Segunda letraDetermina la función más im-

portante del semiconductor:

A – diodo de baja señalB – diodo de capacitancia va-

riable (varicap)C – transistor de señal para

audiofrecuenciaD – transistor de potencia pa-

ra audiofrecuenciaE – diodo túnelF – transistor de baja señal

para radiofrecuenciaG – dispositivos múltiples o di-

símiles, misceláneosH – diodo sensible a campos

magnéticosL – transistor de potencia pa-

ra radiofrecuenciaN – fotoacoplador

P – detector de radiación (ej.:fototransistor)

Q – generador de radiación(ej.: diodo emisor de luz)

R – dispositivos de control yconmutación de baja potencia

(ej. : SCR)S – transistor de baja señal

para conmutaciónT – dispositivo de control y

conmutación de potencia (ej.:SCR)

X – diodo multiplicador (ej.:varactor)

Y – diodo rectificadorZ – diodo de referencia o re-

gulador (con la tercera letra W,supresor de transitorios)

Número de serieTres guarismos de 100 a 999:

dispositivos destinados a equipospara el consumidor.

Una letra (Z, X, Y etc. ) y dosguarismos de 10 a 99: dispositivodestinado a equipos industrialeso profesionales. Esta letra no po-see significado, excepto la Wusada en los diodos supresoresde transitorios.

Letra designadora de versiónIndica una variación secundaria,

mecánica o eléctrica del tipo bási-co, no posee significado, exceptoR que indica tensión inversa.

1. Diodos de r1. Diodos de r eferefer encia, yencia, yrr eguladoregulador es de tensión:es de tensión: una le-tra y un número.

La letra indica la tolerancianominal de la tensión zener.

A = 1% (serie E96)B = 2% (seire E48)C = 5% (serie E24)

D = 10% (serie E12)E = 20% (serie E6)

El número designa la tensiónzéner típica relacionada con lacorriente nominal. Se usa la letraV en lugar de la coma decimal.

2. Diodos supr2. Diodos supr esoresor es es de transitoriosde transitoriosUn número que indica la máxi-

ma tensión inversa continua reco-mendada (VR). La letra V puede serusada con el mismo significado.

3. Diodos convencionales 3. Diodos convencionales de avalancha contrde avalancha controlada olada y tiristory tiristor es.es.Un número indicando la máxi-

ma tensión inversa de pico repe-titiva (VRRM) o la tensión repeti-tiva de pico en estado de no con-ducción (VDRM). La polaridad in-versa es indicada por la letra Rdespués del número.

4. Detector4. Detector es de radiaciónes de radiaciónUn número precedido de

guión (-). El número indica la ca-pa de deplexión.

• La resolución es indicadapor una letra que designa la ver-sión.

5. Conjunto de detector5. Conjunto de detector es es y generadory generador es de radiaciónes de radiación

Un número precedido de ba-rra (/). El número indica cuántosdispositivos básicos están agrupa-dos.

Observación: los diodos y tran-sistores que comienzan por 1N o 2N(1N para diodo y 2N para transistores)siguen el sistema americano y no estanorma que acabamos de presentar.


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