tema 18: TRANSISTORES

 

TRANSISTORES

Los transistores son dispositivos semiconductores fundamentales en la electrónica moderna.
Se utilizan como interruptores, amplificadores de señal y como elementos clave en circuitos digitales y analógicos.

Un transistor controla una corriente grande mediante una corriente o voltaje pequeño aplicado en una de sus terminales.

1. Tipos principales de Transistores

Existen dos grandes familias:

A. Transistores BJT (Bipolar Junction Transistor)

Funcionan por corriente.

  • Tienen tres terminales:

    • Base (B)

    • Colector (C)

    • Emisor (E)

  • Dos tipos:

    • NPN

    • PNP

Los BJT amplifican o conmutan la corriente que pasa entre colector y emisor, controlada por la corriente que entra a la base.


Diagrama E: El Transistor en Modo de Autopolarización (Self-Bias)

Este circuito muestra una configuración de Emisor Común. Es el bloque básico de un amplificador.

  • Funcionamiento: La resistencia de base (base bias) permite que una pequeña corriente fluya hacia la base del transistor. Esto "enciende" el transistor, permitiendo que una corriente mayor pase del colector al emisor a través de la carga (load).

  • Punto de Reposo: En diseño académico, se busca que el voltaje en el colector sea la mitad del voltaje de la fuente (en este caso, 2.5V de un total de 5V). Esto permite que la señal pueda oscilar hacia arriba y hacia abajo sin recortarse, logrando un equilibrio dinámico.

Diagrama F: El Transistor como Interruptor Sensible

Aquí se utiliza el cuerpo humano como parte del circuito.

  • Funcionamiento: Al tocar los dos cables con el dedo, la resistencia de la piel permite el paso de una corriente muy pequeña hacia la base. El transistor amplifica esa corriente lo suficiente como para encender el LED.

  • Interactividad: Si presionas más fuerte, la resistencia de tu piel disminuye, entra más corriente a la base y el transistor permite más paso de corriente al LED, aumentando su brillo.

Diagrama G: Configuración Darlington (Alta Ganancia)

Este circuito añade un segundo transistor para multiplicar el efecto del primero.

  • Funcionamiento: La pequeña corriente amplificada por el primer transistor se inyecta directamente en la base del segundo.

  • Resultado: Si cada transistor amplifica 100 veces, ¡la ganancia total es de 10,000! Esto hace que el LED brille con mucha más intensidad incluso con un toque muy ligero de los dedos.

Diagrama H: El Capacitor como Bloqueo de Corriente Continua (Base)

Aquí introducimos un capacitor en la entrada de la base.

  • Funcionamiento: Los capacitores solo permiten el paso de corriente mientras se están cargando. Al tocar los cables, el capacitor se carga rápidamente; durante ese breve instante, fluye corriente a la base y el LED da un destello.

  • Efecto: Una vez que el capacitor está lleno, se comporta como un interruptor abierto y bloquea la corriente. El LED se apaga aunque sigas tocando los cables. Para repetir el efecto, hay que descargar el capacitor.

Diagrama I: El Capacitor en la Salida (Temporización)

En este caso, el capacitor se coloca en serie con el LED en la etapa de salida.

  • Funcionamiento: Aunque los transistores estén enviando señal, el LED solo encenderá mientras el capacitor de salida se esté llenando de energía.

  • Diferencia: A diferencia del diagrama G (donde el LED queda encendido), aquí el LED solo parpadea una vez al cerrar el circuito con el dedo, debido a la saturación del componente de almacenamiento.

Regiones de operación del BJT:

  • Corte: no conduce (interruptor abierto).

  • Saturación: conduce totalmente (interruptor cerrado).

  • Activa: amplifica señales.

B. Transistores FET (Field Effect Transistor)

Funcionan por voltaje.

  • Terminales:

    • Gate (G)

    • Drain (D)

    • Source (S)

  • Tipos:

    • JFET

    • MOSFET → el más usado actualmente

En los FET, el voltaje en la compuerta controla la resistencia del canal, regulando la corriente entre drenador y surtidor.

Ventajas de los MOSFET:

  • Alta eficiencia

  • Gran velocidad de conmutación

  • Muy usados en fuentes conmutadas, control de motores, microcontroladores

2. Símbolos de Transistores

BJT NPN

  • La corriente fluye del colector al emisor

  • Se activa con corriente que entra a la base

BJT PNP

  • La corriente fluye del emisor al colector

  • Se activa con corriente que sale de la base

MOSFET canal N y canal P

  • Canal N → Se activa con un voltaje positivo en Gate

  • Canal P → Se activa con un voltaje negativo en Gate

3. Transistor como Interruptor

El uso más común en electrónica digital.

En BJT (NPN):

  • Base en 0 V → Corte → LED apagado

  • Base en 5 V → Saturación → LED encendido

En MOSFET canal N:

  • Gate en 0 V → OFF

  • Gate en > 3 V o 5 V → ON

Permite controlar cargas como motores, relés o lámparas usando señales pequeñas de microcontrolador.

4. Transistor como Amplificador

En región activa, los BJT se usan para amplificar señales pequeñas:

  • Audio

  • Radiofrecuencia

  • Sensores analógicos

El transistor convierte una señal pequeña en una más grande.

5. Parámetros importantes

  • β (ganancia) en BJT

  • VCE(sat) (voltaje de saturación)

  • VBE (0.7 V típica para NPN)

  • IDmáx (corriente máxima en FET)

  • RDS(on) (resistencia del MOSFET cuando está ON)

  • FGate / Capacitancia (velocidad de conmutación)

6. Aplicaciones de los Transistores

  • Etapas de amplificación

  • Puentes H para motores

  • Reguladores de voltaje

  • Osciladores y fuentes conmutadas

  • Circuitos lógicos

  • Conmutación de relés

  • Señalización y control con microcontroladores

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