(10) El transistor
El transistor es un componente formado por material semiconductor. Es uno de los componentes que más aplicaciones ha tenido y tiene en el desarrollo de los circuitos electrónicos, y cada vez más los equipos los incluyen en forma de circuitos integrados. Estos elementos están formados por miles (o millones) de transistores situados en pequeños trozos de silicio.
Breve historia del transistor.
El transistor Bipolar o BJT
Uno de los transistores más importantes es el llamado transistor bipolar o BJT (bipolar junction transistor).
El transistor considerado individualmente está constituido por tres partes de semiconductor, que se denominan colector, base y emisor. Físicamente la base siempre está entre el emisor y el colector.
La combinación de los dos tipos de semiconductor da lugar a dos tipos de transistor bipolar, el NPN y el PNP.
El transistor empieza en el min 3:23
Transistor NPN
Transistor PNP
NPN
En un transistor NPN:
La corriente de emisor (Ie) sale del transistor.
La corriente de colector (Ic) entra al transistor.
La corriente de base (Ib) entra al transistor.
PNP
En un transistor PNP:
La corriente de emisor (Ie) entra al transistor.
La corriente de colector (Ic) sale del transistor.
La corriente de base (Ib) sale del transistor.
Funcionamiento del transistor
El transistor puede funcionar de dos formas que permiten diferentes aplicaciones:
Modo lineal: se utiliza en amplificadores de señal, reguladores, instrumentación analógica, etc. Estas aplicaciones se caracterizan porque las tensiones o intensidades de salida son función de las tensiones o intensidades de entrada. Las técnicas de diseño y cálculo para obtener aplicaciones fiables y con pocos errores suelen ser complejas.
Modo de commutación o no lineal: se utiliza en aplicaciones basadas en dos estados estables o binarios, en los sistemas digitales y una buena parte de automatismos. Este es el modo que vamos a analizar y trabajar.
Modo de conmutación
El transistor en modo de conmutación es equivalente a un interruptor formado por los terminales colector y emisor, en el que se controla su estado a través del terminal de la base.
Estado de SATURACIÓN (CONDUCCIÓN)
En estado de saturación el transistor se comporta como un interruptor cerrado, controlado por una pequeña corriente de base, la corriente conmutada por el transistor pasa entre el colector y el emisor (NPN), y el voltaje entre colector y emisor es cero.
Estado de CORTE (BLOQUEO)
En estado de corte la situación del transistor cambia, no hay corriente de base, por lo que la conducción no existe, entre colector y emisor (NPN) no es posible que haya corriente, en consecuencia el transistor se comporta como un interruptor abierto.
Las intensidades en los diferentes terminales del transistor
Las intensidades del transistor siguen una relación numérica que se cumple en los dos modos de funcionamiento y en los dos tipos de transistor:
IE = IB + IC
El transistor, a efectos de la corriente, se comporta como un nudo donde entran o salen dos corrientes (Ib y Ic) y otra corriente que circula al revés de las otras (IE)
La intensidad de la base, que es la que controla el estado del transistor, es muy pequeña en relación a las otras dos, IE y IC. Por aproximación se puede decir que estas intensidades tienen prácticamente el mismo valor: IE = IC
Características, modelos y encapsulados
Según las particularidades de fabricación se obtienen transistores con diversas características de funcionamiento. Así de esta manera de este componente hay miles de tipos con características y aplicaciones diferentes. También se diferencian por la forma exterior de la cápsula y la distribución de los terminales.
Para conocer las características, la cápsula y la distribución de las patas hay que consultar su hoja de características o un manual de transistores. Igualmente para realizar la substitución de un transistor por otro equivalente hay que consultar las tablas de equivalencias que suelen incluir estos manuales.
Actividades
1
Detector de llenado de un depósito de agua
En el llenado de depósitos es esencial detectar los niveles en los que se encuentra el agua para detener o activar las diferentes bombas o alarmas. Si el nivel de agua en el recipiente sube, tocará los cables que hacen de sonda y se encenderá. La corriente pequeñísima que atraviesa el agua hace que el transistor se ponga en conducción.
Monta el siguiente circuito y comprueba que funciona. Si no tienes un recipiente con agua, prueba a tocar los cables con tus dedos.
Ayúdate del siguiente esquema para identificar en el esquema eléctrico los terminales de colector, base y emisor.
📝 Explica brevemente por qué el led se enciende cuando los cables tocan el agua (o cualquier otro medio que tenga algo de conductividad eléctrica). En tu explicación incluye las palabras emisor, base y colector.
📹 Graba un pequeño vídeo del funcionamiento y pásalo a GIF para insertarlo en tu cuaderno.
2
Encendido de un LED cuando se detecta luz en el sensor
Vamos a experimentar con un circuito en el que activaremos un led cuando la LDR reciba luz.
En este circuito, en función de la luz que incida sobre la LDR, el transistor se pondrá en conducción, lo que alimentará el LED. En el lugar del LED podríamos colocar un relé para activar dispositivos de mayor voltaje.
Simulación con TinkerCAD.
Primero vamos a simularlo con TinkerCAD.
Coloca los cables de forma que no se crucen. Elige los colores de los cables como puedes ver en el esquema.
Fíjate en los valores de las resistencias y el potenciómetro y en los terminales del transistor: base, emisor y colector.
Inicia la simulación y ajusta el potenciómetro aprox. al 50%
📝 Comprueba lo que ocurre al variar el valor de luz en la LDR y coméntalo en tu cuaderno. Observa también que ocurre al variar el valor del potenciómetro y su efecto sobre el funcionamiento de este circuito.
📸 Realiza un captura de pantalla del circuito en TinkerCAD y añádela a tu cuaderno.
Montaje del circuito
El circuito que has simulado en TinkerCAD vamos ahora a montarlo en la placa.
Asegúrate antes de encenderlo de que el potenciómetro está al 50%. Tapa la LDR con la mano para simular que se hace de noche y verifica que se apaga el LED.
📝 Explica brevemente en tu cuaderno por qué el led se enciende cuando se ilumina la LDR y qué función realiza el potenciómetro en este circuito. Recuerda que el transistor realiza una función clave en este circuito. ¿De qué forma lo hace?
📹 Graba un pequeño vídeo del funcionamiento y pásalo a GIF para insertarlo en tu cuaderno.
3
Encendido de una farola nocturna
En el circuito 2 que has realizado en el apartado anterior, se enciende el led cuando la LDR recibe luz, y lo desactiva cuando la luz exterior disminuye. Si queremos aprovechar este circuito para encender una farola nocturna nos interesa que funcione a la inversa y el LED se encienda cuando se hace de noche.
📝 ¿Cómo podríamos lograr este funcionamiento?
Modifica el circuito de TinkerCAD del apartado 2 (mejor hazte una copia) para lograr que el LED se encienda cuando se hace de noche.
📸 Adjunta una captura de pantalla del circuito de TinkerCAD.
📹 Graba un pequeño vídeo del funcionamiento y pásalo a GIF para insertarlo en tu cuaderno.
