Estructura del transistorUn transistor de unión bipolar consiste en tres regiones semiconductoras dopadas: la región del emisor, la región de la base y la región del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor NPN. Cada región del semiconductor está conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B) o colector (C), según corresponda. Corte transversal simplificado de un transistor de unión bipolar NPN. Donde se puede apreciar como la unión base-colector es mucho más amplia que la base-emisor. La base está físicamente localizada entre el emisor y el colector y está compuesta de material semiconductor ligeramente dopado y de alta resistividad. El colector rodea la región del emisor, haciendo casi imposible para los electrones inyectados en la región de la base escapar de ser colectados, lo que hace que el valor resultante de α se acerque mucho hacia la unidad, y por eso, otorgarle al transistor un gran β. El transistor de unión bipolar, a diferencia de otros transistores, no es usualmente un dispositivo simétrico. Esto significa que intercambiando el colector y el emisor hacen que el transistor deje de funcionar en modo activo y comience a funcionar en modo inverso. Debido a que la estructura interna del transistor está usualmente optimizada para funcionar en modo activo, intercambiar el colector con el emisor hacen que los valores de α y β en modo inverso sean mucho más pequeños que los que se podrían obtener en modo activo; muchas veces el valor de α en modo inverso es menor a 0.5. La falta de simetría es principalmente debido a las tasas de dopaje entre el emisor y el colector. El emisor está altamente dopado, mientras que el colector está ligeramente dopado, permitiendo que pueda ser aplicada una gran tensión de reversa en la unión colector-base antes de que esta colapse. La unión colector-base está polarizada en inversa durante la operación normal. La razón por la cual el emisor está altamente dopado es para aumentar la eficiencia de inyección de portadores del emisor: la tasa de portadores inyectados por el emisor en relación con aquellos inyectados por la base. Para una gran ganancia de corriente, la mayoría de los portadores inyectados en la unión base-emisor deben provenir del emisor. El bajo desempeño de los transistores bipolares laterales muchas veces utilizados en procesos CMOS es debido a que son diseñados simétricamente, lo que significa que no hay diferencia alguna entre la operación en modo activo y modo inverso. Pequeños cambios en la tensión aplicada entre los terminales base-emisor genera que la corriente que circula entre el emisor y el colector cambie significativamente. Este efecto puede ser utilizado para amplificar la tensión o corriente de entrada. Los BJT especialmente utilizados en aplicaciones de alta velocidad. Los primeros transistores fueron fabricados de germanio. Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N.pueden ser pensados como fuentes de corriente controladas por tensión. una pequeña parte de éstos (los transistores bipolares de heterojuntura) están hechos de arseniuro de galio. . Actualmente. pero son caracterizados más simplemente como fuentes de corriente controladas por corriente. Operación en el transistor cuando su configuración sea NPN NPN es uno de los dos tipos de transistores bipolares. pero la mayoría de los BJT modernos están compuestos de silicio. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN. La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo. o por amplificadores de corriente. debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores. debido a la baja impedancia de la base. permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación. en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.Operación en el transistor cuando su configuración sea PNP El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo . Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector. Pocos transistores usados hoy en día son PNP. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Despejando como: Como β >> 1. entre ellos podemos suponer una tensión constante. En esta configuración se tiene ganancia tanto de tensión como de corriente y alta impedancia de entrada. que es la de colector se calcula . se puede aproximar: entonces. y la impedancia de salida. y. y para frecuencias bajas. RE > 50 Ω. Entonces tenemos que la tensión de emisor es: VE = VB − Vg Y la corriente de emisor: . por RC Como la base está conectada al emisor por un diodo en directo. La corriente de emisor es igual a la de colector más la de base: La tensión de salida.Emisor común La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el colector. la ganancia en tensión se aproxima bastante bien por la siguiente expresión: . Vg. También supondremos que β es constante. En caso de tener resistencia de emisor. El emisor se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. . y la parte nos da la señal de salida. la ganancia queda: La corriente de entrada. Suponiendo que VB>>Vg. Finalmente.Que podemos escribir como Vemos que la parte es constante (no depende de la señal de entrada). que aproximamos por . . Es muy frecuente usar el modelo en pi. . podemos escribir: y la impedancia de entrada: Para tener en cuenta la influencia de frecuencia se deben utilizar modelos de transistor más elaborados. El signo negativo indica que la señal de salida está desfasada 180º respecto a la de entrada. debido a que parte de la corriente de emisor sale por la base. La base común se suele utilizar para adaptar fuentes de señal de baja impedancia de salida como. Si añadimos una resistencia de emisor. que puede ser la propia impedancia de salida de la fuente de señal. la base se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia sólo de tensión. micrófonos dinámicos. nos da la ganancia aproximada siguiente: .Base común La señal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector. por ejemplo. La impedancia de entrada es baja y la ganancia de corriente algo menor que uno. . un análisis similar al realizado en el caso de emisor común. Regiones operativas del transistor Los transistores de unión bipolar tienen diferentes regiones operativas. En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib). es un dato del fabricante) y de las resistencias que se encuentren conectadas en el colector y emisor. la región activa. Esta región es la más importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador de señal. pero no de tensión que es ligeramente inferior a la unidad. definidas principalmente por la forma en que son polarizados: Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la región de corte entonces está en una región intermedia.Colector común La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el emisor. . En esta configuración se tiene ganancia de corriente. Esta configuración multiplica la impedancia de salida por β. El colector se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. de β (ganancia de corriente. (Ic = Ie = 0) En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de alimentación del circuito. (recordar que Ic = β * Ib) Simbología del transistor .(Ic = Ie = Imaxima) En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos. no hay caída de voltaje. Región inversa: Al invertir las condiciones de polaridad del funcionamiento en modo activo. (como no hay corriente circulando. ver Ley de Ohm. Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector β veces más grande. En este modo. el parámetro beta en modo inverso es drásticamente menor al presente en modo activo. Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0) Región de saturación: Un transistor está saturado cuando: corrientedecolector = corrientedeemisor = corrientemaxima. ver Ley de Ohm). las regiones del colector y emisor intercambian roles. Región de corte: Un transistor está en corte cuando: corrientedecolector = corrientedeemisor = 0. el transistor bipolar entra en funcionamiento en modo inverso. Debido a que la mayoría de los BJT son diseñados para maximizar la ganancia de corriente en modo activo. domótica. barco. ascensor. mientras que las características de conducción son como las del BJT. autobús. etc.Transistor IGBT El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT. control de la tracción en motores y cocina de inducción. combinando una puerta aisladaFET para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. Es usado en aplicaciones de altas y medias energía como fuente conmutada. avión.000 voltios. Los transistores IGBT han permitido desarrollos que no habían sido viables hasta entonces. . Grandes módulos de IGBT consisten en muchos dispositivos colocados en paralelo que pueden manejar altas corrientes del orden de cientos de amperios con voltajes de bloqueo de 6. electrodoméstico. metro. tren. del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor) es undispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturación del transistor bipolar. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET. en particular en los Variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en maquinas eléctricas y convertidores de potencia que nos acompañan cada día y por todas partes. Características El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20 kHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones. sin que seamos particularmente conscientes de eso:automóvil. Sistemas de Alimentación Ininterrumpida oSAI (en Inglés UPS). t elevisión. Esto es. El más común es el silicio. Las características del TFT basado en el silicio depende de su estado cristalino. como el Indio-Óxido de Estaño (ITO). Además. con la excepción de la estructura de la puerta que. lo que modula el transporte en curso a través del transductor semiconductor. trabajan continuamente y (casi) en tiempo real. Cuando las cadenas del ADN complementario hibridan los receptores. es que no requieren el marcaje de moléculas. los dispositivos TFT pueden hacerse completamente transparentes. La estructura de los DNAFET es similar a la de los MOSFET. Usando semiconductores y electrodos transparentes. Los DNAFET son altamente selectivos. Se pueden usar chips de DNAFET para detectar polimorfismos de nucleótido simple (que pueden causar varias enfermedades hereditarias) y para secuenciación de ADN. Una de las primeras aplicaciones de los TFTs son las pantallas de cristal líquido. cambia la distribución de la carga cerca de la superficie. Los TFTs también pueden ser fabricados usando materiales orgánicos (Organic TFT u OTFT). Su principal ventaja en comparación con los métodos de detección óptica de uso común actualmente. Otros materiales que pueden ser usados como semiconductores en TFTs son el seleniuro de cadmio (CdSe) y óxidos de metal como el Óxido de Zinc. es reemplazada por una capa de moléculas de cadenas sencillas de ADN que actúan como receptores de superficie.Transistor de ADN de efecto de campo Un transistor de ADN de efecto de campo (o DNAFET. en los DNAFET. silicio microcristalino o puede haber sido templado en un polisilicio. que la capa de semiconductor puede ser silicio amorfo. ya que sólo uniones específicas modulan el transporte de carga. es un tipo especial detransistor de efecto campo que se fabrica depositando finas películas de unsemiconductor activo así como una capa de material dieléctrico y contactos metálicos sobre un sustrato de soporte. . de DNA field-effect transistor) es un transistor de efecto de campo (o FET) que utiliza el efecto de campo generado por las cargas parciales de las moléculas de ADN para actuar como un biosensor. Los TFT se pueden fabricar con una gran variedad de materiales semiconductores. Thin-film transistor Thin-film transistor o TFT ("transistor de película fina"). Un sustrato muy común es el cristal. también conocidos comoHFET. radioastronomía y en general en cualquier aplicación que requiera de alta ganancia y bajo ruido a altas frecuencias .Transistores HEMT Los HEMT. AlGaAs. Las aplicaciones de estos transistores son similares a los transistores MESFET. radar. que a su vez es el acrónimo de Field Effect Trasistor. Existen transistores que contienen Indio. La composición más habitual de estos transistores es una combinación deArseniuro de galio. Modulation-doped FET (Transistor FET de dopado modulado) son un tipo de transistor de efecto de campo que incorporan una unión entre dos materiales con diferentes bandas prohibidas. aunque existe una gran variabilidad en función de la aplicación a la que se destine. acrónimo del inglés High electron mobility transistor(Transistor de alta movilidad de electrones). que generalmente presentan mejores rendimientos a altas frecuencias. telecomunicación en las bandas de microondas y de onda milimétrica. que presentan mejor rendimiento en alta potencia. GaAs. transistor de efecto de campo) o también MODFET. mientras que recientemente se han introducido transistores con Nitrito de Galio. acrónimo de Heterostructure FET (FET de Heteroestructura. con Arseniuro de galio-aluminio. como canal de conducción en vez de una región dopada como es generalmente el caso de los MOSFET. GaN. una heterounión.