El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor, que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistencia de transferencia»).

La función básica de un transistor es la de generar, amplificar o alterar distintos tipos de señales. Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran:

· Amplificación de todo tipo de señal (radio, televisión, instrumentación).

· Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de radiofrecuencia).

· Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación)

· Detección de radiación luminosa (fototransistores).

4.1.2.3 Clases de transistores

Existen varios tipos, que dependen de su proceso de construcción y de las aplicaciones a las que se destinan. Algunas clases de transistores son:

· El transistor de uníón bipolar (BJT).

· El transistor efecto de campo (FET).

· El transistor inducción estática (SIT).

· El transistor bipolar de compuerta aislada (IGBT)

Los transistores de uníón bipolar (BJT) son de dos tipos, PNP y NPN; se utilizan para amplificar señales analógicas, tratamiento de señales digitales y como conmutador de potencia eléctrica, en circuitos con componentes discretos e integrados.

Los transistores de efecto de campo (FET), fundamentalmente, hay dos tipos, los FET de junta (JFET) y los FET de metal-oxido-semiconductor (MOS o MOSFET). Los transistores de efecto de campo (FET) tienen tres terminales, que son Puerta (Gate), Drenador (Drain) y Sumidero (Sink). Los transistores JFET pueden ser de canal «N» o de canal «P»; estos, se utilizan para amplificar señales de baja frecuencia y potencia (señales de audiofrecuencias).

Los transistores MOSFET a su vez se los clasifica en MOSFET de «empobrecimiento o deplexion», MOSFET de “enriquecimiento o acumulación” y MESFET. Los MOSFET de empobrecimiento o deplexion pueden ser de canal «N» o canal «P»; estos tienen aplicaciones limitadas en amplificadores de altas frecuencias en etapas de entrada, por su bajo nivel de ruido. Los MOSFET de enriquecimiento o acumulación, se utilizan ampliamente en los sistemas digitales de alta densidad de integración como las compuertas lógicas, memorias semiconductoras, microprocesadores, microcontroladores, etc. También se disponen de MOSFET de enriquecimiento como conmutador de alta potencia eléctrica (ejemplo el VMOS).

Los MESFET, son transistores de efecto de campo construidos con arseniuro de galio (AsGa). Son de canal «N» y se utilizan por su rapidez de conmutación en circuitos de microondas, amplificadores de alta frecuencia y sistemas lógicos de alta velocidad.

Los transistores de inducción estática (SIT): Son dispositivos de alta potencia y alta frecuencia. Son similares a los JFET, excepto por su construcción vertical y su compuerta enterrada. Se utilizan en amplificadores de potencia lineal en audio, VHF, UHF y microondas.

Los transistores bipolares de compuerta aislada (IGBT) se utilizan fundamentalmente en circuitos de conmutación de potencia eléctrica por ejemplo en circuitos inversores de corriente continua a corriente alterna, y otras aplicaciones. Estos dispositivos, combinan las ventajas de los transistores BJT y MOSFET.

(VER LIBRO)

En un esquema electrónico, los transistores se representan mediante su símbolo, el número de transistor (Q1, Q2,… QN) y el tipo de transistor. 

(VER LIBRO)

Los transistores bipolares tienen una estructura de tres capas de semiconductores extrínsecos. También se les denomina por las siglas BJT, que corresponden con su nomenclatura inglesa (Bipolar Junction Transistor)
.

El elemento que posee la flecha es siempre el emisor.
Cuando la flecha está vuelta hacia afuera del componente, se tiene un transistor NPN y cuando la flecha está apuntando hacia dentro del componente se tiene un transistor PNP. Esta flecha corresponde al sentido convencional de la corriente que circula por este componente, cuando está en funcionamiento. 

(VER LIBRO)

4.1.2.6 Funcionamiento del transistor

En principio el transistor es similar a dos diodos, tiene dos uniones: una entre el emisor y la base y la otra entre la base y el colector.
El emisor y la base forman uno de los diodos, mientras que el colector y la base forman el otro. Estos diodos son denominados: «Diodo de emisor» y «Diodo de colector». Esta disposición es una comparación, pues dos diodos en oposición no funcionan como un transistor.

Para que el transistor funcione normalmente, es preciso que sus terminales sean sometidos a determinadas tensiones.

La batería VBE polariza correctamente la uníón base-emisor del transistor, por lo tanto en ausencia de la otra batería, se comportaría como un diodo que tuviera el ánodo en la base del transistor y el cátodo en el emisor. La batería VCB se observa que polariza inversamente la uníón colector-base del transistor, por lo que la corriente no pasa del colector a la base.

4.1.2.7 Zonas de polarización del transistor

El transistor bipolar puede estar polarizado de cuatro formas distintas dependiendo del sentido o del signo de los voltajes de polarización en cada una de las uniones del transistor.

4.1.2.7.1 Regíón activa directa

Corresponde a una polarización directa de la uníón emisor-base y a una polarización inversa de la uníón colector-base. Esta es la regíón de operación normal del transistor para amplificación. La corriente de colector es proporcional a la corriente de base.

4.1.2.7.2 Regíón activa inversa

Corresponde a una polarización inversa de la uníón emisor-base y a una polarización directa de la uníón colector-base. Esta regíón prácticamente no tiene utilidad.

4.1.2.7.3 Regíón de corte

Corresponde a una polarización inversa de ambas uniones. La operación en ésta regíón corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo apagado, pues el transistor actúa como un interruptor abierto (IC = 0).

En este caso las dos uniones están polarizadas en inversa.

4.1.2.7.4 Regíón de saturación

Corresponde a una polarización directa de ambas uniones. La operación en esta regíón corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo encendido, pues el transistor actúa como un interruptor cerrado (VCE = 0).

Hay unas reglas para la correcta polarización de transistores en la zona activa:

1. La primera letra del tipo del transistor indica la polaridad del voltaje del emisor con respecto a la base.

2. La segunda letra del tipo del transistor indica la polaridad de la base con respecto al colector.

3. La primera y segunda letras indican las polaridades relativas entre el emisor y el colector respectivamente.

4.1.2.8 Las curvas carácterísticas del transistor

Para que un transistor opere convenientemente, existen varias formas de hacer su conexión. Si las tensiones o señales son aplicadas en la base y colector, y el emisor queda conectado al mismo tiempo a las dos baterías, siendo un elemento común al circuito de entrada (base) y salida (colector), se dice que el transistor polarizado de esta forma está en la configuración de emisor común. Esta configuración es la más usada y a partir de ella se pueden estudiar las curvas carácterísticas de un transistor.

Una curva carácterística no es más que la obtención de un gráfico en el que se representan las diversas magnitudes que varían en un componente cuando está en funcionamiento. En el caso de un transistor, se pueden conocer seis valores, tres intensidades y tres tensiones, de los cuales al menos se deben conocer tres para, a partir de ellos, calcular el resto.

En un transistor se denomina punto de funcionamiento, o punto Q de un transistor, a un conjunto de tres parámetros en los que el transistor se encuentra funcionando, y son la intensidad de base, la intensidad de colector y la tensión de colector-emisor.

En cualquier zona de funcionamiento, y cualquier tipo de transistor, se debe cumplir la primera ley de Kirchhoff, por lo tanto:

IB + IC = IE

Para hallar las curvas carácterísticas de un transistor, lo que se hace es colocar en un gráfico las diversas tensiones y corrientes de base y sus correspondientes de colector.

Esta curva es importante porque permite establecer la resistencia de entrada del circuito. Tomando un pequeño trecho en que se tienen dos tensiones de emisor, por ejemplo, 500mV y 600mV, se forma un triángulo donde se tienen las corrientes de base correspondientes, 10μA y 20μA.

Calculando la tangente del ángulo mostrado en la figura anterior, que es nada más que el cociente de la variación de tensión por la variación de la corriente, se obtiene la resistencia de entrada, denotada como Re.

En el ejemplo se tiene que:

Re = (600 – 500) mV / (20 – 10) μA

Re = 100 / 10 (10-3/10-6) = 10.000Ω

Otra curva importante es la que da la carácterística de salida de un transistor. Esta curva relaciona los valores de la corriente de colector (IC) con la tensión entre el colector y emisor VCE para una corriente de base fija (IB).

La ganancia, llamada beta (β) o hFE, puede calcularse dividiendo la variación de la corriente de colector ΔIC, por la variación correspondiente de la corriente de base ΔIB.

Si una variación de 50μA en la corriente de base provoca una variación de 1mA en la corriente de colector, la ganancia será:

β = hFE = IC / IB = 10-3/10-6 x 50 = 20

La recta de carga de un transistor se puede representar fácilmente sobre las curvas del transistor, simplemente hallando los puntos de corte con los ejes para:

IC = 0 entonces VCE = VCC

VCE = 0 entonces IC = VCC / RC

Una vez obtenida la recta de carga, es posible resolver gráficamente el circuito, si se conoce la curva de intensidad de base. O dicho de otra forma, en función de la intensidad de base, el transistor está en punto de funcionamiento a lo largo de la recta de carga.

Para obtener el punto de trabajo Q se parte de las siguientes ecuaciones:

Malla del colector: VCC – VCE = IC x RC.

Malla de base: VBB – VBE = IB x RB.

Ecuación del transistor: IC = β x IB.

De estas ecuaciones se conocen el valor de las resistencias, la VBE y la β (hFE) del transistor. Con estos datos se pueden obtener los parámetros que permiten definir un punto de trabajo.

En función de las tensiones que se apliquen a cada uno de los tres terminales de un transistor bipolar se puede conseguir que este trabaje entre una regíón u otra de funcionamiento y en un determinado punto de trabajo:

· La zona de corte se emplea para conmutación directa.

· La zona de saturación se emplea para conmutación inversa.

· La zona activa se emplea para amplificación.

Cuando se desea usar el transistor como un interruptor, que deje pasar o no la corriente, cosa frecuente en electrónica digital y en electrónica de potencia, se hace trabajar el transistor conmutando entre las zonas de corte y saturación. Por otro lado, en amplificación de señales se hace trabajar el transistor en la zona activa.

La potencia máxima que puede disipar un transistor viene dada por la siguiente fórmula:

P = VCE x IC

En la zona activa, se pueden escribir relaciones aproximadas entre las intensidades:

IC = β x IB

IC = α x IE

Donde los factores α y β son ganancias de intensidad en corriente continua. Son adimensionales, y varían según el transistor, incluso para un mismo transistor pueden sufrir variaciones en función de ciertos parámetros, como por ejemplo la temperatura.

Además, α y β están relacionados entre sí a través de las siguientes ecuaciones: (VER LIBRO)

El parámetro alfa (α) se define como el cociente entre las variaciones de corriente de colector y las variaciones de corriente de emisor con resistencia de carga nula. Los valores de α están típicamente comprendidos entre 0,98 y 0,99. (VER LIBRO)

El parámetro beta (β) o hFE se define como el cociente entre las variaciones de corriente de colector y las variaciones de corriente de base con resistencia de carga nula. (VER LIBRO)

4.1.2.10 Configuraciones del transistor

Los transistores son típicos amplificadores de corriente, porque las variaciones de la corriente de base acarrean variaciones mayores de la corriente de colector.

Ahora bien, como una corriente en un elemento de carga, significa la presencia de una resistencia, se puede hablar de resistencia de entrada y de salida para un transistor que funcione como amplificador. Así, representando un transistor como amplificador, de la forma indicada en la siguiente figura, se observa que la señal de entrada presenta una cierta resistencia y, del mismo modo, el circuito que está conectado en la salida también presenta una resistencia.

Como el transistor opera con señales de corrientes alternas, de bajas o altas frecuencias, es más interesante tener en cuenta esta resistencia de otra forma, se habla entonces de una impedancia de entrada y de una impedancia de salida para un transistor.

Máxima transferencia de energía si RS = RE.

Hay tres maneras diferentes o configuraciones básicas de conectar un transistor en una etapa amplificadora. Estas etapas van a diferir por el modo en que son aplicadas las señales y después retiradas, así como por la impedancia de entrada y salida que van a presentar.

Cada configuración proporciona unas carácterísticas determinadas al circuito amplificador. Se debe entonces indicar que el transistor puede presentar tres tipos de ganancia para cada configuración, que son definidos de la siguiente forma:

· Ganancia de tensión, hay ganancia de tensión cuando las variaciones de la tensión de entrada producen variaciones todavía mayores de la tensión de salida.

· Ganancia de corriente, hay ganancia de corriente cuando las variaciones de la corriente de entrada producen una variación mayor de la corriente de salida.

· Ganancia de potencia, hay ganancia de potencia cuando las variaciones de la potencia de entrada producen una variación mayor de la potencia de salida. Si una corriente de 1μA producida por una variación de tensión de 100μV, produce en la carga (salida) una variación de corriente de 10μA con una variación de tensión correspondiente a 1mV entonces, se tiene una ganancia de potencia de 100 veces la de entrada.

Esta es la configuración más usada en la práctica, por presentar tanto ganancia de corriente como de tensión, lo que significa la mayor ganancia posible de potencia.

Se caracteriza por las siguientes propiedades:

· Ganancia de corriente grande.

· Ganancia de tensión grande.

· Ganancia de potencia elevada.

· Impedancia de entrada baja (1.000 Ω a 5.000 Ω).

· Impedancia de salida alta (100.000 Ω a 500.000 Ω).

· Inversión de fase de la señal amplificada.

Los máximos de entrada corresponden a los mínimos (máximos negativos) de salida.

4.1.2.12 Configuración de colector común

En esta configuración, mostrada en forma simplificada en la siguiente figura, la señal es aplicada entre la base y el colector y retirada entre el emisor y el colector.

La señal de salida en el emisor sigue a la señal de entrada aplicada a la base, pero es de un valor ligeramente inferior, 0,7 voltios aproximadamente. La tensión de salida será menor que la tensión de entrada, pero la intensidad de salida será mayor que la de entrada.

Configuración de colector común, o seguidor de emisor, para un transistor NPN. En esta configuración se tiene la ganancia de corriente elevada y la ganancia de tensión inferior a la unidad.

Una etapa de amplificación con un transistor conectado en configuración de colector común siempre va a dar una ganancia de potencia menor que una de amplificación con un transistor conectado en configuración de emisor común.

Así, si la resistencia de salida (carga) fuera de 100Ω, como en el circuito de la figura siguiente y la ganancia del transistor fuera de 100 veces (β) la impedancia de entrada será de:

100Ω x 100 = 10.000Ω.

Por poseer las carácterísticas de alta resistencia de entrada y baja de salida, este tipo de configuración es normalmente usado como «adaptador de impedancias», o sea, para adaptar una etapa de alta impedancia a una etapa o carga de baja impedancia.

Las principales carácterísticas de este circuito son:

· Ganancia de corriente elevada.

· Ganancia de tensión inferior a 1 (atenuación).

· Ganancia de potencia mayor que 1.

· Impedancia de salida muy baja (entre 10Ω y 1k Ω).

· No hay inversión de fase de la señal amplificada. 

El aumento de la corriente en la resistencia de carga es acompañado de un aumento de la tensión sobre la misma.

En configuración de colector común no hay inversión de fase.

Esta configuración no es indicada para aplicaciones de altas frecuencia, dado el efecto de la capacidad de las junturas, que queda multiplicado prácticamente por la ganancia del transistor.

4.1.2.13 Configuración de base común

En un transistor conectado en la configuración de base común, la señal es aplicada entre el emisor y la base y retirada entre el colector y la base.

En esta configuración existe ganancia de tensión, pero la ganancia de corriente es inferior a la unidad.

En esta configuración tampoco se tiene inversión de fase, o sea, la fase de la señal de entrada es la misma de la señal de salida.

La principal carácterística de este tipo de conexión, sin embargo, es la baja impedancia de entrada, del orden de 30Ω a 500Ω y la alta impedancia de salida, del orden de 500kΩ o más. En esta configuración se tiene entonces un comportamiento opuesto al de la configuración de colector común.

Se tiene entonces, para un transistor en configuración de base común, las siguientes carácterísticas:

· Ganancia de Corriente inferior a 1.

· Ganancia de Tensión mayor que 1.

· Impedancia de entrada muy baja (30 Ω a 500 Ω).

· Impedancia de salida muy alta (superior a 500k Ω).

· No hay inversión de fase para la señal amplificada.

4.1.2.15 Diversas formas de polarizar un transistor

En las curvas del transistor vistas anteriormente se observaba como construir la recta de carga a partir de la resistencia de carga que se colocaba en el colector del transistor. Después se marcaba el denominado punto «Q» que se consideraba el adecuado para que trabajase el transistor.

Para obtener este punto de trabajo del transistor se debe tener en cuenta:

· La tensión de alimentación del circuito.

· El tipo de transistor empleado.

· El valor de la resistencia de carga que se monte.

Teniendo en cuenta estos datos, se calcula el potencial que deberá tener la base con respecto al emisor, esto es, la tensión de entrada, en estado de reposo para que la corriente que circule por la base sea la que se contempla en las curvas, en el punto «Q».

El transistor puede trabajar en 4 zonas diferentes:

Zona ACTIVA: VE en Directa y VC en Inversa. AMPLIFICADORES

Zona de SATURACIÓN: VE en Directa y VC en Directa. CONMUTACIÓN

Zona de CORTE: VE en Inversa y VC en Inversa. CONMUTACIÓN

Zona ACTIVA INVERTIDA: VE en Inversa y VC en Directa. SIN UTILIDAD

Algunas formas de polarizar los transistores son las siguientes:

· Polarización por divisor de tensión.

· Polarización por divisor de tensión desde el colector.

· Polarización por divisor de tensión desde el colector con desacoplo.

· Polarización por corriente de base.

· Polarización por corriente de base procedente desde el colector.

· Polarización por corriente de base procedente desde el colector con desacoplo.

4.1.2.16 Polarización por divisor de tensión

La polarización de un transistor con un divisor de tensión es un sistema de polarización sencillo, pero poco usado debido a que presenta ciertos inconvenientes. Se consigue la tensión de polarización de la base, mediante dos resistencias montadas como divisor de tensión.

4.1.2.17 Polarización por divisor de tensión desde el colector

En este método de polarizar la base del transistor, la tensión de la cual se alimenta el divisor de tensión, no es la alimentación del circuito, sino que se toma la tensión del colector.

La ventaja que tiene este método de polarización es que el transistor se estabiliza térmicamente.

4.1.2.18 Polarización por divisor de tensión de colector con desacoplo

En el método de polarización anterior, se vio como las variaciones de tensión en el colector provocaba una realimentación negativa que afectaba a la amplificación.

Para evitar este fenómeno, se coloca un divisor de tensión en la resistencia R2.

4.1.2.19 Polarización por corriente de base

La polarización de la base, se consigue en este caso mediante una resistencia que se coloca entre la fuente de alimentación y la base.

4.1.2.20 Polarización por corriente de base procedente del colector

Se trata en este caso de una polarización por corriente de base, pero esta vez se toma la tensión del colector.

4.1.2.21 Polarización por corriente de base procedente del colector con condensador de desacoplo

En la polarización por divisor de tensión, se observaba que se podía evitar el inconveniente de la realimentación, dividiendo la resistencia R1 en dos, de forma que en el punto central del divisor se coloca un condensador que actuará como desacoplo del circuito.

4.1.2.22 Los distintos tipos de transistores bipolares

Existen diversos tipos de transistores: desde los muy pequeños hasta los mayores que llegan a tener algunos centímetros de diámetro o incluso más.

Estructuralmente todos los transistores están formados por trozos de materiales semiconductores (P y N) dispuestos de forma alternada.

Tamaño de transistores es función de la potencia.

Existen dos técnicas básicas para depositar capas sobre el silicio:

· Técnica PVD (del inglés Physical Vapor Deposition): los átomos que se depositan sobre el sustrato de silicio proceden de un material que ha sido disgregado por métodos físicos. Por ejemplo, el aluminio se puede evaporar en el vacío por un incremento súbito de temperatura, y los átomos así disgregados caen y se depositan sobre el silicio.

· Técnica CVD (del inglés Chemical Vapor Deposition): los átomos que se depositan sobre el silicio son el producto de una reacción química entre dos gases. La reacción química tiene lugar sobre el silicio y el producto de la reacción cae sobre el silicio. Así por ejemplo, se puede depositar una capa de nitruro de silicio (Si3N4) haciendo reaccionar Amóníaco (NH3) con silano (SiH4).

Hay dos métodos para conseguirlo:

· El grabado húmedo consiste en sumergir la oblea con la fotorresina revelada en un líquido que disuelve el material de la capa a grabar pero no la fotorresina.

4.1.2.23.5 Difusión

La difusión de estado sólido es uno de los mecanismos habituales para introducir impurezas en el interior de un semiconductor.

4.1.2.23.6 Implantación iónica

La implantación iónica es otro proceso de introducción de impurezas dentro de un semiconductor. Consiste en ionizar los átomos de dopante, acelerarlos mediante campos eléctricos y magnéticos y dirigirlos contra la superficie del semiconductor.

4.1.2.28 Transistores de conmutación

Los transistores de esta familia se caracterizan por una elevada capacidad para pasar rápidamente del estado de no conducción (corte) a la plena conducción (saturación) sirviendo pues como conmutadores.

Para esta rapidez de conmutación es preciso que tengan carácterísticas especiales que van desde la ganancia elevada hasta la baja capacidad entre sus elementos. 

Una carácterística importante de las especificaciones de estos transistores es el tiempo en que pasan de la no conducción a la conducción, se da en nanosegundos (10-9 segundos).

Entre ellos destacamos en primer lugar los denominados «de banda ancha» que son transistores que se destinan a la operación con señales de frecuencias muy altas, en la banda de UHF y microondas.

En la nomenclatura europea estos transistores que trabajan con señales de frecuencias muy altas, aparecen con la sigla «BFQ, BFT, BFW y BFX».

Para los de origen americano, se tiene siempre la denominación «2N»; la averiguación de su verdadera finalidad queda por cuenta de una consulta en los manuales específicos.

En la elección de un transistor para una determinada aplicación se deben tener en cuenta sus carácterísticas y su capacidad de operar convenientemente en dicha aplicación.

4.1.2.31 Efectos de la temperatura en los transistores

Un factor muy importante, capaz de desestabilizar a los transistores es la temperatura. Los semiconductores pueden permitir el paso de corriente, pero necesitan una pequeña ayuda; se les puede dopar, o aumentar la temperatura, para que circulen los electrones de la última capa.

La primera solución que se puede utilizar para evitar que se produzca un aumento de la temperatura es colocar un ventilador, o algo que baje la temperatura cuando esta aumente y la mantenga siempre constante.

Pero esto tiene dos inconvenientes, el primero es que resulta muy costoso y el segundo que ocupa mucho espacio, y al diseñar un circuito electrónico siempre se tiende a reducir el espacio al máximo.

La segunda solución es colocar una resistencia RE en el emisor. Al aumentar la corriente del colector, IC, también se incrementa la corriente del emisor. Si se pone una resistencia, se va a producir una caída del potencial, luego la tensión en el emisor va a ser menor.

4.1.2.32 Comprobación de transistores

La mejor forma de identificar un transistor es anotar su referencia y, posteriormente, consultar las especificaciones técnicas del fabricante, o en un libro de carácterísticas de transistores.

Mediante un método sencillo se puede determinar si un transistor desconocido es del tipo PNP o NPN. Este método consiste en tomar varias medidas con el polímetro, utilizado como óhmetro, de las resistencias que aparecen entre los diferentes terminales del transistor. La medición de un transistor es análoga a la de un diodo. Tanto entre base y emisor como también entre base y colector deben obtenerse resultados como un diodo normal.

Primeramente, se determina cuál de los terminales del transistor corresponde a la base. Esto se consigue midiendo la resistencia en el óhmetro entre los diferentes terminales. En un transistor en buen estado, la resistencia entre el colector y el emisor es siempre muy alta, cualquiera que sea la polaridad aplicada por el óhmetro (las puntas del polímetro actúan como una fuente de tensión); cuando se haga esta verificación, el otro terminal corresponderá a la base.

Una vez localizada la base, se conecta la punta de prueba positiva en la misma y la negativa en cualquiera de los otros dos terminales del transistor: si la resistencia obtenida es muy alta (se ha polarizado la uníón de uno de los diodos por el efecto de tensión positiva aplicada con el óhmetro a la base P) se trata de un transistor NPN; si se obtiene una resistencia muy baja (no se ha polarizado la uníón) se trata de un transistor PNP.

4.1.2.33 Detección de averías en circuitos con transistores

Dos tipos de averías comunes se pueden presentar normalmente en un circuito con transistores, que la base este abierta o que la base se encuentre cortocircuitada:

● Resistencia de base abierta.

En el caso de tener la resistencia de base abierta el transistor no conduce la corriente entre el emisor y el colector, excepto una pequeña corriente ICE0 que para efectos prácticos se puede despreciar.

● Resistencia de base en cortocircuito

En el caso de la base en cortocircuito, al no tener una resistencia que amortigüe la intensidad que llega a la base, se puede estropear la uníón base-emisor.

4.1.2.34 Nomenclatura de transistores

A menudo, no es fácil reconocer un transistor como tal. El criterio de las tres patillas no es suficiente, ya que hay más componentes electrónicos que poseen este número de patillas.

El código PROELECTRON que se presenta a continuación es utilizado para la designación de semiconductores. Este código consta de dos letras seguidas por un número de serie para los tipos comerciales, y de tres letras seguidas por un número para los tipos industriales y militares. Las letras tienen los siguientes significados: (VER LIBRO)

Un número indica la tensión Zener nominal. Se utiliza la uve (V) como separador decimal.

Ejemplo: BZY74-C6V3 es un diodo Zener de 6’3 V y 5% de tolerancia.

Los diodos supresores de transitorios utilizan los sufijos como los Zener, pero carecen de la letra indicadora de tolerancia. Una B final indica un dispositivo bidireccional. El número indica la máxima tensión inversa continua recomendada (VR).

Diodos convencionales de avalancha controlada y tiristores utilizan un número, tras un guion, indica la menor entre la tensión inversa de pico repetitiva (VRRM) o la tensión repetitiva de pico en estado de no conducción o bloqueo (VDRM). La polaridad inversa es indicada por la letra R después del número. En los transistores de potencia de alta frecuencia, el número indica la tensión de alimentación.

Los detectores de radiación llevan un número precedido de guión (-). El número indica la capa de deplexión. Un número precedido de barra (/) indica cuántos dispositivos básicos están agrupados.

Observación: los dispositivos semiconductores que comienzan por 1N o 2N (1N para diodos y 2N para transistores) siguen el sistema de nomenclatura americano, y no sigue la norma que se acaba de presentar.

4.1.2.35 Amplificación de señales

La amplificación de señales es uno de los usos más comunes de los transistores en los circuitos. El fenómeno de la amplificación, se basa en la obtención de unos valores de tensión, corriente o potencia a la salida del amplificador, que manteniendo las formas de onda de las señales de entrada, sean mayores en magnitud a la salida.

Tipos de amplificadores:

· Amplificadores de tensión, en los cuales el factor que se amplifica es la tensión, no obteniendo grandes aumentos de corriente.

· Amplificadores de corriente, en estos la tensión de entrada y salida no son muy distintas, pero en cambio la corriente experimenta grandes aumentos entre la entrada y la salida.

· Amplificadores de potencia, en estos amplificadores, se producen apreciables incrementos tanto en la tensión como en la corriente.

La ganancia de tensión se utiliza generalmente para describir la operación de un amplificador de ganancia pequeña. En este tipo de amplificador, el voltaje de la señal de salida es mayor que la tensión de la señal de entrada.

La ganancia de potencia, por otro lado, se utiliza generalmente para describir el funcionamiento de los grandes amplificadores de señal. En el caso de amplificadores de ganancia de potencia, la ganancia no se basa en la tensión, sino en los vatios de potencia.

Un amplificador de potencia es un amplificador en el que la potencia de la señal de salida es mayor que la potencia de la señal de entrada. La mayoría de los amplificadores de potencia se utilizan como finales de etapa de amplificación y conductores (drivers) del dispositivo de salida.

Los conductores (drivers) para servos de piloto automático a veces se encuentran en unidades sustituibles en línea (LRU) llamadas amplificadores de piloto automático. Estas unidades toman los comandos de baja señal desde el sistema de guía de vuelo y amplifican las señales a un nivel utilizable para accionar los servomotores capaces de mover superficies de vuelo.

Para la comprensión de las clases de amplificación se utilizará la configuración de emisor común, que es la más usual y la que mejores prestaciones de ganancia en tensión y corriente tiene.

La entrada del amplificador en configuración de emisor común anterior se efectúa por el condensador C1.

Un amplificador clase «A» es aquel en el que el punto de reposo del transistor se encuentra en el centro de la recta de carga.

4.1.2.37 Amplificación en clase «B»

La polarización de un transistor para amplificar en clase «A» tenía un inconveniente en cuanto al rendimiento, debido al consumo elevado en reposo. Este problema se intenta resolver con la polarización para amplificar en clase «B», en la cual, la polarización de base del transistor se lleva al punto de corte, de forma que en ausencia de señal no se tendrá corriente de colector. Por tanto en este punto la tensión de colector será la de alimentación.

Cuando se tiene presente en la entrada del amplificador clase «B» una tensión alterna, el ciclo positivo de esta, hará que el transistor se polarice en conducción, cuando esta tensión sea suficientemente elevada, a partir de este punto, conforme aumente la corriente de base, también lo hará la de colector, provocando una caída progresivamente mayor en la resistencia de carga, por tanto la tensión de colector irá siendo progresivamente menor.

Cuando lo que esté presente en la entrada de la etapa sea el ciclo negativo de la tensión, provocará que la tensión de corte del transistor sea menor aun que la que se tenía presente en el punto «Q», de forma que el transistor no conducirá y por tanto no se reproducirá en la salida este semiciclo negativo.

Este tipo de polarización de los transistores, tiene la ventaja como ya se ha apuntado, de que en ausencia de señal no se tienen consumos en el transistor al estar en corte.

Se encuentran, por el contrario, dos graves inconvenientes en los amplificadores clase «B»:

· Son necesarias dos etapas amplificadoras para poder reproducir un ciclo completo de señal, ya que cada una de ellas reproduce uno solo de los dos semiciclos de la señal.

· Se provoca una distorsión ya que el transistor no comienza a conducir nada más aparecer el ciclo positivo o negativo, sino que necesita una cierta tensión de polarización, la necesaria para que el diodo base-emisor se polarice en conducción, en ausencia de la cual no se tiene corriente de base.

4.1.2.38 Amplificación en clase «AB»

Cuando se ha estudiado en el punto anterior, los amplificadores clase «B», presentan una deformación de la señal de salida, debido a la inercia de conducción de los transistores, que no empiezan a conducir hasta que la tensión de base no logra romper la barrera de potencial de la uníón base-emisor.

Para resolver este inconveniente, se puede utilizar la polarización para amplificar en clase «AB», en la cual, el punto «Q» de la recta de carga se elige en la zona en la que el transistor no conduce, como en el caso del clase «B», pero el punto de polarización de base no es «0», sino que la base tendrá una tensión, que sin ponerla en conducción, es tal, que cualquier pequeña tensión que llegue a ella, hará que comience a conducir.

De esta forma, el ciclo completo de tensión tanto negativa como positiva, necesitará dos transistores para que sea reproducido, pero cada uno de ellos amplificará el semiciclo completo que tenga asignado y sin que se produzcan zonas de distorsión.

Con la configuración de polarización de base que se corresponde con la amplificación de clase «AB» se dispone de las carácterísticas de optimización de potencia propia de los amplificadores clase «B», pero sin los inconvenientes de distorsión que estos producían.

4.1.2.39 Amplificación en clase «C»

En algunas aplicaciones electrónicas, es conveniente que la parte del ciclo que se reproduzca sea únicamente la parte superior del semiciclo positivo o negativo. Esto se obtiene con una polarización de base, en la cual el punto «Q» se sitúa en la zona de corte del transistor, en donde el transistor no conduce.

4.1.2.40 Distorsión en los circuitos amplificadores

La distorsión es un fenómeno que produce cambios no deseados en los amplificadores y otros dispositivos electrónicos, y que se fundamenta en las variaciones que se producen en la señal que se obtiene a la salida de estos dispositivos respecto a la señal que se le entregó.

Las variaciones producidas por la distorsión no son cambios buscados, sino que son debidos a interferencias indeseables que estos elementos introducen en la señal.

Se tienen por los tanto distintos tipos de distorsión:

· Distorsión de la forma de onda. Consiste en que la forma de onda de la señal de salida, no se corresponde con la señal de entrada, en aquel parámetro que no se desea modificar. Cuando se quiere amplificar una señal, se pretende obtener a la salida del amplificador una mayor amplitud, pero conservando la forma de onda original. Esta es la distorsión que se puede encontrar en los amplificadores en clase «B».

· Distorsión de fase. Este tipo de distorsión es muy difícil de controlar, y aparece cuando el amplificador se le utiliza para que amplifique distintas frecuencias. En él hay dispositivos capacitivos o inductivos. El comportamiento de estos dispositivos provoca un adelanto o retraso de la corriente respecto a la tensión que no va a tener misma magnitud a cualquier frecuencia, por lo que hace que la respuesta del amplificador no sea uniforme en todas las señales de entrada.

· Distorsión en amplitud. Ocurre por ejemplo cuando en un amplificador clase «A» satura la señal de entrada. Se lleva la respuesta del amplificador a los extremos de la recta de carga, donde esta no es uniforme, y por tanto los picos de la señal serán deformados.

· Distorsión debida a la frecuencia. Este fenómeno lo provocan los elementos capacitivos, que permiten una menor impedancia a las altas frecuencias que a las bajas, por tanto la amplificación de las gamas altas de frecuencia será mejor que las bajas frecuencias. También los elementos inductivos crean una discriminación de las señales en función de la frecuencia de estas, siendo más baja su impedancia cuanto más baja sea la frecuencia de estas.

4.1.2.50 Amplificadores de corriente continua

El concepto de amplificación de corriente continua, se puede considerar como un caso particular, se trata por tanto de una corriente cuya frecuencia es muy baja o bien de 0 ciclos por segundo.

En la amplificación en corriente continua, se busca que las variaciones que se producen en la entrada del amplificador, y que sean de muy pequeña magnitud, se reproduzcan a la salida de este con un nivel de tensión apreciable.

En amplificadores de corriente continua, solo algunos de los tipos de acoplamiento entre etapas serán aplicables.

Cuando lo que se pretende transmitir de una etapa a otra es corriente continua, la presencia de los condensadores, hace que esta transferencia sea imposible debido a que la impedancia es infinita.

El acoplamiento inductivo de una etapa a otra, en corriente continua, tampoco es posible, ya que los transformadores no trabajan en corriente continua.

Por tanto, cuando se trabaja con señales en continua, solo se puede emplear para su amplificación el acoplamiento directo.

En los circuitos amplificadores de corriente continua, los acoplamientos entre etapas siempre son directos, unas veces con resistencias de atenuación y otras en acoplamientos directos puros. El circuito de la figura siguiente representa un amplificador en continua.

RT representa un termistor NTC cuya resistencia disminuirá cuándo aumente la temperatura a que esté sometido. Un termistor es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura.

4.1.2.52 Amplificador Darlington de corriente continúa

El amplificador Darlington de corriente continua es un amplificador de alta ganancia que se emplea habitualmente en las etapas finales de amplificación en continua.

Este amplificador es un dispositivo capaz de aportar una ganancia muy elevada, de forma que se obtiene a su salida una gran intensidad capaz de activar los dispositivos de los automatismos para los que ha sido diseñado el amplificador.

Como se puede observar en el circuito siguiente, se tienen dos transistores amplificando la señal, conectados en una configuración llamada «en cascada», en la cual los colectores de los dos transistores están unidos, y el emisor del transistor T1 es la corriente de base del transistor T2.

En un amplificador Darlington, con los transistores conectados en cascada, la ganancia β de los dos elementos amplificadores se multiplican.

La señal de entrada en este circuito se introduce al transistor T1 a través de la resistencia RB, que polariza al transistor. En este transistor se cumple que:

IC1 = β1 x IB1

La intensidad de colector del transistor T1 es aproximadamente igual a la intensidad de emisor, y la corriente de emisor del transistor T1 es la de base del transistor T2

IC1 = IE1 = IB2

Por tanto, se puede decir que la intensidad de base del transistor T2 es: 

IB2 = β1 x IB1

A partir del dato de la corriente de base del transistor T2, se puede calcular la corriente de colector de este transistor que será: IC2 = β2 x IB2

Esto implica que: IC2 = β2 x β1 x IB1

Este tipo de componente, se puede encontrar encapsulado como un elemento compacto, en el que se tiene acceso a un terminal que será la base del transistor T1, otro terminal será el emisor del transistor T2 y por fin el tercer terminal será el del colector de del transistor T2.