El transistor

Sistemas electrónicos

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.

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.

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 no lineal o de commutación: 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.

Diferentes encapsulados de transistorFuente: Profe Tolocka

Aprende haciendo

Esta actividad la puedes continuar en tu memoria. No olvides incluir al menos:

  • Enunciados
  • La captura de pantalla de cada actividad a partir de la 2.
  • Las respuestas a las preguntas que se plantean y opcionalmente otras observaciones que quieras realizar.

Encendido de una lámpara cuando se detecta luz en el sensor

Vamos a experimentar con un circuito en el que activaremos un led cuando la LDR reciba luz.

Guía de montaje en Tinkercad

  1. Monta el siguiente circuito en TinkerCAD.
  2. Coloca los cables de forma que no se crucen. Elige los colores de los cables como puedes ver en el esquema.
  3. Fíjate en los valores de las resistencias y el potenciómetro y en los terminales del transistor: base, emisor y colector.
  4. Inicia la simulación y ajusta el potenciómetro como puedes ver en el esquema.

Actividades

(1) Enciende la fuente de alimentación y asegúrate de que el voltaje está seleccionado a 9V. Haz clic en la LDR y mueve del deslizador para simular que se hace de día o de noche.

(2) En lugar de activar un LED y la resistencia de 470, vamos a activar un relé. Quita el LED y la resistencia de 470 ohms del circuito anterior y fíjate en la forma de conectar la bobina.

Recuerda adjuntar una captura de pantalla de cada actividad en tu memoria.

(3) Ahora vamos a añadir un motor en los terminales del relé. El motor se pondrá en marcha cuando la LDR se ilumine.

(4) Y por qué no aprovechar que tenemos un relé doble para invertir el sentido de giro al motor?