Transistor para niños
Datos para niños Transistor |
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.jpg) Su tamaño y encapsulado definen cuánta potencia puede disipar.
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| Tipo | Semiconductor | |
| Invención | John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley (1947) | |
| Símbolo electrónico | ||
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| Terminales | Emisor, base y colector | |
Un transistor es un pequeño componente electrónico. Tiene al menos tres puntos de conexión, llamados terminales, que se unen a un circuito. Su función principal es controlar el paso de la corriente eléctrica. Imagina que es como una llave de agua: puede abrir o cerrar el paso de la corriente, o incluso regularla.
La palabra "transistor" viene de "transfer resistor", que significa "resistencia de transferencia". Esto se debe a que puede transferir una señal de un punto a otro, cambiando su resistencia.
Los transistores se usan de varias maneras:
- Como amplificadores de corriente: Una pequeña corriente que entra por un terminal puede controlar una corriente mucho más grande que sale por otros dos. Es como si una pequeña fuerza pudiera mover algo muy pesado.
- Como interruptores de corriente: Pueden encender o apagar el paso de la corriente. Si no hay corriente en el terminal de control, el circuito está "abierto" y no pasa nada. Si hay corriente, el circuito se "cierra" y la electricidad fluye.
- También pueden generar señales que se repiten (osciladores) o cambiar la dirección de la corriente (rectificadores).
Aunque algunos transistores se venden por separado, la mayoría están dentro de los circuitos integrados. Estos son como pequeños cerebros electrónicos que tienen millones de transistores en un espacio muy pequeño. Los transistores son tan importantes que se consideran uno de los inventos más grandes del Siglo XX.
Contenido
¿Quién inventó el transistor?
La idea de un dispositivo que controlara la electricidad de forma sólida, sin usar tubos de vacío, surgió hace mucho tiempo. En 1925, un físico llamado Julius Edgar Lilienfeld patentó una idea similar a los transistores actuales. Sin embargo, en ese momento no existían los materiales adecuados para construirlo.
Más tarde, en 1934, el inventor alemán Oskar Heil también patentó un dispositivo parecido. Otros científicos hicieron experimentos, pero no lograron que sus ideas fueran prácticas.
La invención clave ocurrió en los Laboratorios Bell en Estados Unidos. Entre noviembre y diciembre de 1947, los físicos John Bardeen y Walter Houser Brattain hicieron un descubrimiento importante. Observaron que al tocar un cristal de germanio con dos contactos de oro, la señal de salida era más fuerte que la de entrada.
William Bradford Shockley, líder de su equipo, se dio cuenta del gran potencial de este hallazgo. El nombre "transistor" fue sugerido por el ingeniero John R. Pierce.
En 1956, Shockley, Bardeen y Brattain recibieron el Premio Nobel de Física por su trabajo con los semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor.
Otros científicos también hicieron avances importantes. En 1948, los físicos alemanes Herbert Mataré y Heinrich Welker inventaron un transistor similar de forma independiente. En 1951, William Shockley patentó el transistor bipolar de unión, que es un tipo muy común hoy en día.
El primer transistor de silicio que funcionó fue desarrollado en 1954 por el químico Morris Tanenbaum en los Laboratorios Bell. Ese mismo año, Texas Instruments produjo el primer transistor comercial de silicio.
¿Cómo funciona un transistor?
Un transistor tiene tres partes principales, hechas de materiales especiales llamados semiconductores:
- El emisor: Libera pequeñas partículas eléctricas.
- El colector: Recoge esas partículas.
- La base (o compuerta en otros tipos): Está entre el emisor y el colector y controla cuántas partículas pueden pasar.
A diferencia de las antiguas válvulas, el transistor se controla con una corriente pequeña. Esta corriente en la base permite que una corriente mucho más grande fluya entre el colector y el emisor. Es como un grifo: la base es la manija que controlas, y el colector y el emisor son por donde fluye el agua.
Los transistores son componentes "activos" en los circuitos. Esto significa que pueden amplificar o controlar la energía, a diferencia de los componentes "pasivos" como las resistencias o los condensadores, que solo la usan o almacenan.
Existen diferentes tipos de transistores, y cada uno funciona de una manera ligeramente distinta para controlar la corriente.
Tipos de transistores
Transistor de contacto puntual
Fue el primer tipo de transistor, inventado en 1947. Tenía una base de germanio y dos puntas metálicas muy juntas que actuaban como emisor y colector. Era difícil de fabricar y frágil, por lo que ya no se usa.
Transistor de unión bipolar (BJT)
Este es uno de los tipos más comunes. Se fabrica con un cristal de material semiconductor como el silicio. Se le añaden "impurezas" de forma controlada para crear tres zonas: N-P-N o P-N-P.
- Las zonas N tienen muchas partículas eléctricas negativas (electrones).
- Las zonas P tienen "huecos" o falta de electrones, que se comportan como partículas positivas.
La letra del medio (P o N) siempre corresponde a la base. Las otras dos son el emisor y el colector. La forma en que estas zonas se unen permite que el transistor controle la corriente.
Transistor de efecto de campo (FET)
Los transistores FET controlan la corriente usando un voltaje, no una corriente. Tienen una "compuerta" que está aislada del canal por donde pasa la corriente. Al aplicar un voltaje a la compuerta, se crea un campo eléctrico que controla el flujo de partículas.
Los transistores FET, especialmente los MOSFET, son los que han permitido crear los circuitos integrados tan pequeños y complejos que usamos hoy. ¡Se pueden fabricar cientos de miles de ellos en un solo centímetro cuadrado!
Algunos tipos de FET son:
- JFET: Transistor de efecto de campo de unión.
- IGFET: Transistor de efecto de campo de compuerta aislada.
- MOSFET: Donde "MOS" significa Metal-Óxido-Semiconductor. La compuerta es de metal y está separada del canal por una capa de óxido.
Fototransistor
Los fototransistores son especiales porque son sensibles a la luz. Su funcionamiento puede ser controlado por la luz que incide sobre ellos. Pueden funcionar como un transistor normal (controlado por corriente) o como fototransistor (controlado por la luz).
Transistores en la electrónica de potencia
Con el avance de la tecnología, los transistores se han vuelto capaces de manejar voltajes y corrientes muy altos. Por eso, se usan en aplicaciones de "potencia", como en los sistemas que convierten la energía eléctrica, en los controles de motores o en interruptores de alta potencia. Su uso principal sigue siendo amplificar la corriente dentro de un circuito.
¿De qué materiales se hacen los transistores?
Los primeros transistores se hicieron con germanio. Hoy en día, la mayoría se fabrican con silicio (Si). Sin embargo, para aplicaciones muy avanzadas, como en microondas o dispositivos de alto rendimiento, se usan materiales como el arseniuro de galio (GaAs) o la aleación de silicio-germanio (SiGe).
Cada material tiene sus propias características. Por ejemplo, el germanio permite que los electrones se muevan más rápido, lo que podría hacer transistores más veloces. Pero el germanio tiene desventajas:
- No soporta temperaturas muy altas.
- Tiene una corriente de fuga (pequeña corriente que se escapa) relativamente alta.
- No puede soportar voltajes muy altos.
- Es menos adecuado para fabricar circuitos integrados complejos.
Por estas razones, el silicio es el material más usado. El arseniuro de galio se usa en aplicaciones de alta frecuencia porque los electrones se mueven muy rápido en él.
El transistor como amplificador
Un transistor puede verse como dos diodos conectados. Uno entre la base y el emisor, y otro entre la base y el colector. En un transistor de silicio, la tensión entre la base y el emisor es de aproximadamente 0.6 a 0.8 voltios.
Lo más interesante es que la corriente que sale por el colector es mucho mayor que la corriente que entra por la base. Esta relación se llama "ganancia" (β). Para transistores comunes, la ganancia puede ser entre 100 y 300. Esto significa que una pequeña corriente en la base se multiplica muchas veces en el colector.
Existen tres formas básicas de conectar un transistor para que funcione como amplificador:
Emisor común
En esta configuración, la señal de entrada se aplica a la base y la señal de salida se toma del colector. El emisor se conecta a tierra. Aquí, el transistor amplifica tanto el voltaje como la corriente. La señal de salida está invertida respecto a la de entrada.
Base común
Aquí, la señal de entrada se aplica al emisor y la salida se toma del colector. La base se conecta a tierra. Esta configuración amplifica el voltaje, pero la corriente de salida es casi igual a la de entrada. Se usa para conectar fuentes de señal con baja resistencia, como algunos micrófonos.
Colector común
La señal de entrada se aplica a la base y la salida se toma del emisor. El colector se conecta a tierra. Esta configuración amplifica la corriente, pero el voltaje de salida es casi el mismo que el de entrada. Se usa para adaptar la resistencia de un circuito a otro.
Transistor vs. Válvula termoiónica
Antes de que existieran los transistores, los aparatos electrónicos usaban unas piezas llamadas válvulas termoiónicas (o tubos de vacío). Las válvulas hacían un trabajo similar a los transistores, controlando la corriente con un voltaje.
Pero los transistores reemplazaron a las válvulas por varias razones importantes:
- Voltaje: Las válvulas necesitaban voltajes muy altos (cientos de voltios), que eran peligrosos. Los transistores funcionan con voltajes mucho más bajos.
- Consumo de energía: Las válvulas consumían mucha energía, lo que las hacía poco prácticas para dispositivos que funcionaban con baterías. Los transistores son mucho más eficientes.
- Peso y tamaño: Las válvulas eran grandes y pesadas, y necesitaban transformadores grandes. Los transistores son diminutos y ligeros.
- Durabilidad: Las válvulas se dañaban más fácilmente y se quemaban con frecuencia debido al calor. Los transistores son mucho más duraderos.
- Tiempo de encendido: Las válvulas necesitaban calentarse para empezar a funcionar, lo que causaba un retraso. Los transistores funcionan al instante.
- Costo: Los transistores eran más baratos de fabricar y su precio siguió bajando con el tiempo.
Un ejemplo famoso es la primera computadora digital, la ENIAC. Pesaba más de treinta toneladas y usaba unas 18,000 válvulas, ¡consumiendo tanta energía como una pequeña ciudad! Además, algunas válvulas se quemaban cada día, lo que requería mucho mantenimiento.
Aunque los transistores reemplazaron a las válvulas en casi todo, las válvulas todavía se usan en algunos equipos de audio de alta calidad, como amplificadores de guitarra, porque algunos músicos y audiófilos prefieren el sonido que producen.
Galería de imágenes
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Recta de carga de un transistor en configuración de emisor común.
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Amplificador de emisor común.
Véase también
En inglés: Transistor Facts for Kids
