LOS TRANSISTORES:
Es
dispositivo semiconductor activo que tiene tres o más electrodos. Los tres
electrodos principales son emisor, colector y base. La conducción entre estos
electrodos se realiza por medio de electrones y huecos. El germanio y el
sicilio son los materiales más frecuentemente utilizados para la fabricación de
los elementos semiconductores. Los transistores pueden efectuar prácticamente
todas las funciones de los antiguos tubos electrónicos, incluyendo la
ampliación y la rectificación, con muchísimas ventajas.
EL TRANSISTOR BIPOLAR O BJT:
BJT,
de transistor bipolar de unión (del ingles, Bipolar
Junction Transistor).
El
transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos,
puede ser de germanio o silicio.
Existen
dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la
corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada
tipo de transistor.
El
transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base
(B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla
que tiene la flecha en el gráfico de transistor.
El
transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le
introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el
entregará por otra (emisor), una cantidad mayor a ésta, en un factor que se
llama amplificación.
•EMISOR: Que se diferencia de las otras dos por estar
fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta
terminal funciona como emisor de portadores de carga.
•BASE: La intermedia, muy estrecha, que separa el
emisor del colector.
•COLECTOR: De
extensión mucho mayor.
Tipos de Transistor de Unión Bipolar:
NPN
NPN
es uno de los dos tipos de transistores bipolares.La mayoría de los
transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del
electrón es mayor .
Los
transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la
"base")es positivo, entre dos capas de material dopado N que es
negativo .
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. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a
que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.
Los
transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre
dos capas de material dopado P. 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. Una pequeña corriente
circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el
emisor hacia el colector.
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.
APLICACIONES
DE LOS TRANSISTORES:
Los
transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran:
· *Amplificación
de todo tipo (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 por anchura de impulsos PWM)
· *Detección
de radiación luminosa (fototransistores)
· *Los
transistores de unión (uno de los tipos más básicos) tienen 3 terminales
llamados Base, Colector y Emisor, que dependiendo del encapsulado que tenga el
transistor pueden estar distribuidos de varias formas.
EL TRANSISTOR DE
EFECTO DE CAMPO:
FET:
De efecto de campo de unión (FET), también llamado transistor unipolar, fue el
primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de
material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra
se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo
tipo N de la forma más básica.
Se
empezaron a construir en la década de los 60. Existen dos tipos de transistores
de efecto de campo los JFET (transistor de efecto de campo de unión) y los
MOSFET. Los transistores MOS respecto de los bipolares ocupan menos espacio por
lo que su aplicación más frecuente la encontramos en los circuitos integrados.
Es
un componente de tres terminales que se denominan: Puerta (G, Gate), Fuente (S,
Source), y Drenaje (D, Drain). Según su construcción pueden ser de canal P o de
canal N. Sus símbolos son los siguientes:
CURVA CARACTERÍSTICA:
Los
parámetros que definen el funcionamiento de un FET se observan en la siguiente
figura:
Parámetros de FET de canal N Parámetros de FET de canal P
La
curva característica del FET define con precisión como funciona este
dispositivo. En ella distinguimos tres regiones o zonas importantes:
*ZONA LINEAL.- El FET se comporta como una resistencia cuyo valor depende de la
tensión VGS.
*ZONA DE SATURACIÓN.- A diferencia de los transistores bipolares en esta zona, el
FET, amplifica y se comporta como una fuente de corriente controlada por la
tensión que existe entre Puerta (G) y Fuente o surtidor (S) , VGS.
*ZONA DE CORTE.- La intensidad de Drenador es nula.
CARACTERÍSTICAS DE
SALIDA :
Al variar la tensión entre drenador y
surtidor varia la intensidad de drenador permaneciendo constante la tensión
entre puerta y surtidor.
*En la zona óhmica o lineal se observa como al
aumentar la tensión drenador surtidor aumenta la intensidad de drenador.
*En la zona de saturación el aumento de la
tensión entre drenador y surtidor produce una saturación de la corriente de
drenador que hace que esta sea constante. Cuando este transistor trabaja como
amplificador lo hace en esta zona.
*La zona de corte se caracteriza por tener una
intensidad de drenador nula.
*La zona de ruptura indica la máxima tensión
que soportará el transistor entre drenador y surtidor.
Es de destacar que cuando la tensión entre
puerta y surtidor es cero la intensidad de drenador es máxima.
CARACTERÍSTICAS DE TRANSFERENCIA
Indican la variación entre la intensidad de
drenador en función de la tensión de puerta.
TRANSISTOR DE INDUCCIÓN
ESTÁTICA
(SIT).
Componente electrónico de recién creación el
cual es usado en diferentes aplicaciones, es de alta potencia y frecuencia. El
mismo es muy similar a los JFET, excepto por su construcción vertical y su
compuerta enterrada. Se los utiliza en amplificadores de potencia lineal en
audio, DHF, UHF y microondas. No se los utiliza como conmutador por la alta
caída de tensión en sus terminales.
DESCRIPCIÓN:
El Dispositivo más importante bajo desarrollo
es el transistor de inducción estática (SIT. se muestra una sección
transversal. El SIT es un dispositivo portador mayoritario (unipolar) en el que
el flujo de electrones de la fuente al drenaje es controlado por un potencial
de barrera en el semiconductor de dos dimensiones con forma de silla de montar
entre las compuertas metálicas. Debido a que la corriente se incrementa
exponencialmente conforme el potencial de barrera es disminuido, las
características de la salida del SIT son usualmente no saturadas o de manera de
tríodo, pareciéndose a un tríodo de tubo al vacío. Los electrones fluyen de la
fuente al drenaje a través de un punto ensillado de potencial electrostático
entre los electrodos de compuerta. El mismo cuenta con tres terminales la
Puerta (G), Drenador (D) y Surtidor (S).
Fabricación
La fabricación del SIT requiere un grabado
anisotrópico de pared recta de zanjas de 23 µm de profundidad usando una
grabado reactivo de ion (RIE, por sus siglas en inglés) seguida por una
deposición de Metalización de Shottky en la zanja del fondo sin cubrir la zanja
lateral. Las dimensiones laterales entre las zanjas de compuerta oscilan en el
orden de 0.5 a 1.5 µm. Los contactos de baja resistencia óhmica son
establecidos a las regiones de la fuente en el techo de las uniones. El voltaje
de compuerta cambia desde cero(arriba de la curva) a 18 V (debajo de la curva)
en cambios de 2V.La escala Horizontal es de 20V / div. El máximo voltaje de
drenaje es de 200 V.
CARACTERÍSTICAS
*Bajo nivel de ruido
*Baja distorsión
*Alta capacidad de potencia en audio
frecuencia.
*Los tiempos de activación y desactivación
son muy pequeños, típicamente 0,25us.
*La caída de tensión en estado activo es
alta,tipicamente de 90volt para un dispositivo de 180A y de 18Volt para uno de
18A.
*Estos pueden llegar hasta 300A y 1200V.
*Velocidad de conmutación tan alta como
100kHz
*Baja resistencia en serie de compuerta
*Baja capacitancia compuerta fuente
Resistencia térmica pequeña
TRANSISTOR BIPOLAR DE COMPUERTA AISLADA(IGBT):
Es un
dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor
controlado en circuitos de electrónica de potencia. Componente electrónico
diseñado para controlar principalmente altas potencias, en su diseño está
compuesto por un transistor bipolar de unión BJT y transistor de efecto de
campo de metal oxido semiconductor MOSFET.
Durante mucho se tiempo se busco la forma de
obtener un dispositivo que tuviera una alta impedancia de entrada y que fuera
capaz de manejar altas potencias a altas velocidades. Los transistores IGBT han
permitido desarrollos que no habían sido viables hasta entonces y se
describirán más adelante.
El IGBT es un dispositivo semiconductor de
cuatro capas que se alternan (PNPN) que son controlados por un
metal-óxido-semiconductor (MOS), estructura de la puerta sin una acción
regenerativa. Un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) celular se
construye de manera similar a un MOSFET de canal n vertical de poder de la
construcción, excepto la n se sustituye con un drenaje + p + capa de colector,
formando una línea vertical del transistor de unión bipolar de PNP.
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, combinando
una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como
interruptor en un solo dispositivo. El circuito de excitación del IGBT es como
el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del
BJT. En la figura II se observa la estructura interna de un IGBT, el mismo
cuenta con tres pines Puerta (G), Emisor (E) y Colector (C).
FUNCIONAMIENTO:
Cuando se le es aplicado un voltaje VGE a la
puerta , el IGBT enciende inmediatamente, la corriente de colector IC es
conducida y el voltaje VCE se va desde el valor de bloqueo hasta cero. La
corriente IC persiste para el tiempo de encendido en que la señal en la puerta
es aplicada. Para encender el IGBT, el terminal C debe ser polarizado
positivamente con respecto a la terminal E. La señal de encendido es un voltaje
positivo VG que es aplicado a la puerta G.
Este voltaje, si es aplicado como un pulso de
magnitud aproximada de 15 volts, puede causar que el tiempo de encendido sea
menor a 1 s, después de lo cual la corriente de colector ID es igual a la
corriente de carga IL (asumida como constante). Una vez encendido, el
dispositivo se mantiene así por una señal de voltaje en el G. Sin embargo, en
virtud del control de voltaje la disipación de potencia en la puerta es muy
baja.
El IGBT se apaga simplemente removiendo la
señal de voltaje VG de la terminal G. La transición del estado de conducción al
estado de bloqueo puede tomar apenas 2 microsegundos, por lo que la frecuencia
de conmutación puede estar en el rango de los 50 kHz.
EL IGBT requiere un valor límite VGE (TH)
para el estado de cambio de encendido a apagado y viceversa. Este es usualmente
de 4 V. Arriba de este valor el voltaje VCE cae a un valor bajo cercano a los 2
V. Como el voltaje de estado de encendido se mantiene bajo, el G debe tener un
voltaje arriba de 15 V, y la corriente IC se autolimita.
APLICACIONES:
El IGBT es un dispositivo electrónico que
generalmente se aplica a circuitos de potencia. Este es un dispositivo para la
conmutación en sistemas de alta tensión. Se usan 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, sin que seamos
particularmente conscientes de eso: Automóvil, Tren, Metro, Autobús, Avión,
Barco, Ascensor, Electrodoméstico, Televisión, Domótica, Sistemas de
Alimentación Ininterrumpida o SAI (en Inglés UPS), etc.
CARACTERÍSTICAS:
El IGBT es adecuado para velocidades de
conmutación de hasta 100 kHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones. Es
usado en aplicaciones de altas y medias energía como fuente conmutada, control
de la tracción en motores y cocina de inducción. 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 6.000
voltios.
Se puede concebir el IGBT como un transistor
Darlington híbrido. Tiene la capacidad de manejo de corriente de un bipolar
pero no requiere de la corriente de base para mantenerse en conducción. Sin
embargo las corrientes transitorias de conmutación de la base pueden ser
igualmente altas. En aplicaciones de electrónica de potencia es intermedio
entre los tiristores y los mosfet. Maneja más potencia que los segundos siendo
más lento que ellos y lo inverso respecto a los primeros.
TRANSITORES COOLMOS:
El COOLMOS, es una tecnología nueva de MOSFET
de potencia para alto voltaje. Se implementa mediante una estructura de
compensación en la región vertical de desplazamiento de un MOSFET, para mejorar
la resistencia en estado activo. Para un mismo encapsulado, tiene menor
resistencia en estado activo en comparación con la de otros MOSFET. Las
perdidas de conducción son 5 veces menores, cuando menos en comparación con las
de la tecnología MOSFET convencional. El COOLMOS es capaz de manejar de dos a
tres veces mas potencia de salida que la de un MOSFET convencional en el mismo
encapsulado. El área activa de microcircuito de un COOLMOS es unas 5 veces
menor que la de un MOSFET normal.
El condensador es un componente eléctrico cuya función es la de
almacenar carga eléctrica y su aplicación más importante es la de corregir el
factor de potencia.
· Electrolíticos : Se hacen de formas y tamaños sumamente
variables, con recipientes de cartón o metálicos y distintos tipos de
terminales.
Condensador variable de Aire :Se usa mucho en los aparatos de radio, esta constituido de 2
series de laminas metalicas semicirculares que encajan unas dentro de las otras
; una de las series es movil alrededor de un eje y la otra es fija.
3.- Tiempo que mantengamos el consumidor conectado a la misma.
