Transistores bipolares. Para Dummies. ¿Cómo funciona un transistor y dónde se utiliza?

Hubo un tiempo en que los transistores reemplazaron a los tubos de vacío. Esto se debe a que tienen dimensiones más pequeñas, alta confiabilidad y menores costos de producción. Ahora, transistores bipolares.son los elementos básicos en todos los circuitos de amplificación.

Es un elemento semiconductor que tiene una estructura de tres capas, que forma dos uniones electrón-hueco. Por lo tanto, el transistor se puede representar como dos diodos consecutivos. Dependiendo de cuáles serán los principales portadores de carga, se distinguen pnp Y npn transistores.

Base– una capa semiconductora, que es la base del diseño del transistor.

emisor llamada capa semiconductora cuya función es inyectar portadores de carga en la capa base.

Coleccionista llamada capa semiconductora, cuya función es recoger los portadores de carga que pasan a través de la capa base.

Normalmente, el emisor contiene una cantidad mucho mayor de cargas principales que la base. Esta es la condición principal para el funcionamiento del transistor, porque en este caso, cuando la unión del emisor está polarizada directamente, la corriente estará determinada por los portadores principales del emisor. El emisor podrá realizar su función principal: inyectar portadores en la capa base. Por lo general, intentan hacer que la corriente inversa del emisor sea lo más pequeña posible. Se logra un aumento en los portadores mayoritarios emisores utilizando una alta concentración de dopante.

Haz la base lo más delgada posible.. Esto se debe a la vida útil de las cargas. Los portadores de carga deben cruzar la base y recombinarse lo menos posible con los portadores de la base principal para llegar al colector.

Para que el recolector pueda recolectar más completamente los medios que pasan por la base, intentan ensancharla.

Principio de funcionamiento del transistor.

Veamos el ejemplo de un transistor p-n-p.

En ausencia de tensiones externas, se establece una diferencia de potencial entre las capas. Se instalan barreras potenciales en los cruces. Además, si el número de orificios en el emisor y en el colector es el mismo, entonces las barreras potenciales tendrán el mismo ancho.

Para que el transistor funcione correctamente, la unión del emisor debe tener polarización directa y la unión del colector debe tener polarización inversa.. Esto corresponderá al modo activo de funcionamiento del transistor. Para establecer tal conexión, se necesitan dos fuentes. Una fuente con voltaje Ue está conectada con el polo positivo al emisor y el polo negativo a la base. Una fuente con voltaje Uк está conectada con el polo negativo al colector y el polo positivo a la base. Además, Ue< Uк.

Bajo la influencia del voltaje Ue, la unión del emisor está polarizada en dirección directa. Como se sabe, cuando la transición electrón-hueco está polarizada directamente, el campo externo se dirige en dirección opuesta al campo de transición y, por tanto, lo reduce. Los portadores mayoritarios comienzan a pasar a través de la transición; en el emisor hay de 1 a 5 huecos y en la base, de 7 a 8 electrones. Y dado que el número de agujeros en el emisor es mayor que el número de electrones en la base, la corriente del emisor se debe principalmente a ellos.

La corriente del emisor es la suma del componente hueco de la corriente del emisor y el componente electrónico de la base.

Dado que sólo el componente del orificio es útil, intentan hacer que el componente electrónico sea lo más pequeño posible. La característica cualitativa de la unión del emisor es relación de inyección.

Intentan acercar el coeficiente de inyección a 1.

Los agujeros 1-5 que han pasado a la base se acumulan en el límite de la unión del emisor. Por lo tanto, se crea una alta concentración de orificios cerca del emisor y una baja concentración cerca de la unión del colector, como resultado de lo cual comienza el movimiento de difusión de los orificios desde el emisor hasta la unión del colector. Pero cerca de la unión del colector, la concentración de agujeros permanece cero, porque tan pronto como los agujeros llegan a la unión, su campo interno los acelera y son extraídos (jalados) hacia el colector. Los electrones son repelidos por este campo.

Mientras los agujeros atraviesan la capa base, se recombinan con los electrones que allí se encuentran, por ejemplo, como el agujero 5 y el electrón 6. Y como los agujeros aparecen constantemente, crean un exceso de carga positiva, por lo que también deben entrar electrones, que son atraídos. a través del terminal base y forman una corriente base Ibr. Esta es una condición importante para el funcionamiento del transistor. – la concentración de huecos en la base debe ser aproximadamente igual a la concentración de electrones. En otras palabras Debe garantizarse la neutralidad eléctrica de la base.

El número de orificios que llegan al colector es menor que el número de orificios que salen del emisor por la cantidad de orificios recombinados en la base. Eso es, La corriente del colector se diferencia de la corriente del emisor por la cantidad de corriente de base.

Desde aquí aparece coeficiente de transferencia transportistas, que también intentan acercar a 1.

La corriente de colector del transistor se compone del componente hueco Icr y de la corriente de colector inversa.

La corriente inversa del colector surge como resultado de la polarización inversa de la unión del colector, por lo que está formada por los portadores minoritarios del hueco 9 y el electrón 10. Precisamente porque la corriente inversa está formada por portadores minoritarios, depende únicamente del proceso de generación térmica. es decir, sobre la temperatura. Por eso a menudo se le llama corriente térmica.

La calidad del transistor depende de la magnitud de la corriente térmica; cuanto menor sea, mejor será el transistor.

La corriente del colector está conectada al emisor. coeficiente de transferencia actual.

Las corrientes en el transistor se pueden representar de la siguiente manera.

Transistor(transistor): un elemento semiconductor con tres terminales (generalmente), uno de los cuales ( coleccionista) se suministra una corriente fuerte, y el otro ( base) servido débil ( controlar la corriente). A una cierta intensidad de la corriente de control, es como si una válvula se "abriera" y la corriente del coleccionista comienza a fluir en tercera salida ( emisor).

Es decir, un transistor es una especie de válvula, que, a una determinada intensidad de corriente, reduce drásticamente la resistencia y envía la corriente más lejos (del colector al emisor). Esto sucede porque, en determinadas condiciones, los huecos que tienen un electrón lo pierden, aceptan uno nuevo, etc. en un círculo. Si no se aplica corriente eléctrica a la base, el transistor estará en un estado equilibrado y no pasará corriente al emisor.

En los chips electrónicos modernos, el número de transistores números en miles de millones. Se utilizan principalmente para cálculos y constan de conexiones complejas.

Los materiales semiconductores utilizados principalmente en los transistores son: silicio, arseniuro de galio Y germanio. También hay transistores. nanotubos de carbon, transparente para pantallas LCD Y polímero(el más prometedor).

Tipos de transistores:

Bipolar– transistores en los que los portadores de carga pueden ser tanto electrones como “huecos”. La corriente puede fluir como hacia el emisor, entonces hacia el coleccionista. Para controlar el flujo, se utilizan ciertas corrientes de control.

– Dispositivos muy extendidos en los que el flujo eléctrico se controla mediante un campo eléctrico. Es decir, cuando se forma un campo más grande, captura más electrones y no puede transferir más cargas. Es decir, este es un tipo de válvula que puede cambiar la cantidad de carga transferida (si el transistor de efecto de campo está controlado pag-norte— transición). Una característica distintiva de estos transistores es su alto voltaje de entrada y su alta ganancia de voltaje.

Conjunto– transistores con resistencias combinadas u otros transistores en una carcasa. Sirven para diversos fines, pero principalmente para aumentar la ganancia actual.

Subtipos:

Biotransistores– se basan en polímeros biológicos que pueden utilizarse en medicina y biotecnología sin dañar los organismos vivos. Se han realizado estudios sobre metaloproteínas, clorofila A (derivada de la espinaca) y virus del mosaico del tabaco.

Transistores de un solo electrón– fueron creados por primera vez por científicos rusos en 1996. Podían funcionar a temperatura ambiente, a diferencia de sus predecesores. El principio de funcionamiento es similar al de un transistor de efecto de campo, pero más sutil. El transmisor de la señal es uno o más electrones. Este transistor también se llama transistor nano y cuántico. Usando esta tecnología, en el futuro esperan crear transistores con un tamaño menos de 10 nm, basado grafeno.

¿Para qué se utilizan los transistores?

Los transistores se utilizan en circuitos de amplificación, lámparas, motor electrico y otros dispositivos donde se requieren cambios rápidos en la corriente o la posición enapagado. El transistor puede limitar la corriente o suavemente, o por el método legumbres—pausa. El segundo se utiliza más a menudo para -control. Utilizando una poderosa fuente de energía, la conduce a través de sí misma, regulándola con una corriente débil.

Si la corriente no es suficiente para encender el circuito del transistor, utilice varios transistores con mayor sensibilidad, conectados en forma de cascada.

En amplificadores totalmente digitales basados ​​​​en se utilizan potentes transistores conectados en uno o más paquetes. A menudo necesitan enfriamiento adicional. En la mayoría de los esquemas, trabajan en modo clave(en modo de conmutación).

También se utilizan transistores. en sistemas de energía, tanto digitales como analógicos ( placas base, tarjetas de video, Fuentes de alimentación&etc).

Central procesadores, también constan de millones y miles de millones de transistores, conectados en un orden determinado para aplicaciones especializadas. cálculos.

Cada grupo de transistores codifica la señal de una manera determinada y la transmite para su procesamiento. todos los tipos y ROM Las memorias también constan de transistores.

Todo logros de la microelectrónica sería prácticamente imposible sin la invención y el uso de transistores. Es difícil imaginar al menos un dispositivo electrónico sin al menos un transistor.

El principio del control de la corriente eléctrica por semiconductores se conoció a principios del siglo XX. Aunque los ingenieros electrónicos sabían cómo funcionaba un transistor, continuaron diseñando dispositivos basados ​​en tubos de vacío. La razón de tal desconfianza hacia los triodos semiconductores fue la imperfección de los primeros transistores punto-punto. La familia de transistores de germanio no tenía características estables y dependía en gran medida de las condiciones de temperatura.

Los transistores monolíticos de silicio comenzaron a competir seriamente con los tubos de vacío recién a finales de los años 50. Desde entonces, la industria electrónica comenzó a desarrollarse rápidamente y los triodos semiconductores compactos reemplazaron activamente a las lámparas de alto consumo energético de los circuitos de dispositivos electrónicos. Con la llegada de los circuitos integrados, donde el número de transistores puede llegar a miles de millones, la electrónica semiconductora ha obtenido una victoria aplastante en la lucha por miniaturizar los dispositivos.

¿Qué es un transistor?

En su significado moderno, un transistor es un elemento de radio semiconductor diseñado para cambiar los parámetros de una corriente eléctrica y controlarla. Un triodo semiconductor convencional tiene tres terminales: una base, que recibe señales de control, un emisor y un colector. También existen transistores compuestos de alta potencia.

La escala de tamaños de los dispositivos semiconductores es sorprendente: desde varios nanómetros (elementos no empaquetados utilizados en microcircuitos) hasta centímetros de diámetro para potentes transistores destinados a centrales eléctricas y equipos industriales. Los voltajes inversos de los triodos industriales pueden alcanzar hasta 1000 V.

Dispositivo

Estructuralmente, el triodo consta de capas semiconductoras encerradas en una carcasa. Los semiconductores son materiales a base de silicio, germanio, arseniuro de galio y otros elementos químicos. Hoy en día se realizan investigaciones para preparar ciertos tipos de polímeros, e incluso nanotubos de carbono, para el papel de materiales semiconductores. Al parecer, en un futuro próximo conoceremos nuevas propiedades de los transistores de efecto de campo de grafeno.

Anteriormente, los cristales semiconductores estaban ubicados en cajas metálicas en forma de tapas con tres patas. Este diseño era típico de los transistores punto-punto.

Hoy en día, los diseños de la mayoría de los dispositivos semiconductores planos, incluidos los de silicio, se fabrican a base de un solo cristal dopado en determinadas partes. Se prensan en cajas de plástico, metal-vidrio o metal-cerámica. Algunos de ellos tienen placas metálicas que sobresalen para la disipación del calor, que están unidas a los radiadores.

Los electrodos de los transistores modernos están dispuestos en una fila. Esta disposición de las patas es conveniente para el montaje automático de tableros. Los terminales no están marcados en las carcasas. El tipo de electrodo se determina a partir de libros de referencia o mediante mediciones.

Para los transistores se utilizan cristales semiconductores con diferentes estructuras, como p-n-p o n-p-n. Se diferencian en la polaridad del voltaje en los electrodos.

Esquemáticamente, la estructura de un transistor se puede representar como dos diodos semiconductores separados por una capa adicional. (Ver Figura 1). Es la presencia de esta capa la que le permite controlar la conductividad del triodo semiconductor.

Arroz. 1. Estructura de los transistores

La Figura 1 muestra esquemáticamente la estructura de los triodos bipolares. También existe una clase de transistores de efecto de campo, que se analizarán a continuación.

Principio de funcionamiento básico

En reposo, no fluye corriente entre el colector y el emisor de un triodo bipolar. La corriente eléctrica se evita mediante la resistencia de la unión del emisor, que surge como resultado de la interacción de las capas. Para encender el transistor, es necesario aplicar un pequeño voltaje a su base.

La Figura 2 muestra un diagrama que explica el principio de funcionamiento de un triodo.

Arroz. 2. Principio de funcionamiento

Controlando las corrientes base, puede encender y apagar el dispositivo. Si se aplica una señal analógica a la base, cambiará la amplitud de las corrientes de salida. En este caso, la señal de salida repetirá exactamente la frecuencia de oscilación en el electrodo base. En otras palabras, la señal eléctrica recibida en la entrada será amplificada.

Por tanto, los triodos semiconductores pueden funcionar en modo de conmutación electrónica o en modo de amplificación de señal de entrada.

El funcionamiento del dispositivo en modo llave electrónica se puede entender en la Figura 3.

Arroz. 3. Triodo en modo interruptor

Designación en diagramas.

Designación común: "VT" o "Q", seguido de un índice posicional. Por ejemplo, VT 3. En diagramas anteriores puede encontrar designaciones obsoletas: "T", "PP" o "PT". El transistor se representa como líneas simbólicas que indican los electrodos correspondientes, rodeados o no. La dirección de la corriente en el emisor se indica con una flecha.

La Figura 4 muestra un circuito ULF en el que los transistores se designan de una manera nueva, y la Figura 5 muestra imágenes esquemáticas de diferentes tipos de transistores de efecto de campo.

Arroz. 4. Ejemplo de un circuito ULF que utiliza triodos

Tipos de transistores

Según su principio de funcionamiento y estructura, los triodos semiconductores se distinguen:

• campo;
• bipolar;
• conjunto.

Estos transistores realizan las mismas funciones, pero existen diferencias en el principio de funcionamiento.

Campo

Este tipo de triodo también se llama unipolar debido a sus propiedades eléctricas: transportan corriente de una sola polaridad. Según su estructura y tipo de control, estos dispositivos se dividen en 3 tipos:

1. Transistores con unión p-n de control (Fig. 6).
2. Con cancela aislada (disponible con canal incorporado o inducido).
3. MIS, con estructura: metal-dieléctrico-conductor.

Una característica distintiva de una puerta aislada es la presencia de un dieléctrico entre ella y el canal.

Las piezas son muy sensibles a la electricidad estática.

Los circuitos de triodos de campo se muestran en la Figura 5.

Arroz. 5. Transistores de efecto de campo
Arroz. 6. Foto de un triodo de efecto de campo real.

Preste atención a los nombres de los electrodos: drenaje, fuente y compuerta.

Los transistores de efecto de campo consumen muy poca energía. Pueden funcionar durante más de un año con una batería pequeña o una batería recargable. Por lo tanto, se utilizan ampliamente en dispositivos electrónicos modernos como controles remotos, dispositivos móviles, etc.

Bipolar

Mucho se ha dicho sobre este tipo de transistores en la subsección "Principio de funcionamiento básico". Sólo notemos que el dispositivo recibió el nombre de "Bipolar" debido a su capacidad de pasar cargas de signos opuestos a través de un canal. Su característica es la baja impedancia de salida.

Los transistores amplifican señales y actúan como dispositivos de conmutación. Se puede conectar una carga bastante potente al circuito colector. Debido a la alta corriente del colector, se puede reducir la resistencia de carga.

Veamos la estructura y el principio de funcionamiento con más detalle a continuación.

Conjunto

Para lograr ciertos parámetros eléctricos mediante el uso de un elemento discreto, los desarrolladores de transistores inventan diseños combinados. Entre ellos están:

• con resistencias integradas y su circuito;
• combinaciones de dos triodos (estructuras iguales o diferentes) en un paquete;
• diodos lambda: una combinación de dos triodos de efecto de campo que forman una sección con resistencia negativa;
• diseños en los que un triodo de efecto de campo con una puerta aislada controla un triodo bipolar (utilizado para controlar motores eléctricos).

Los transistores combinados son, de hecho, un microcircuito elemental en un solo paquete.

¿Cómo funciona un transistor bipolar? Instrucciones para tontos

El funcionamiento de los transistores bipolares se basa en las propiedades de los semiconductores y sus combinaciones. Para comprender el principio de funcionamiento de los triodos, comprendamos el comportamiento de los semiconductores en los circuitos eléctricos.

Semiconductores.

Algunos cristales, como el silicio, el germanio, etc., son dieléctricos. Pero tienen una característica: si se les añaden ciertas impurezas, se convierten en conductores con propiedades especiales.

Algunos aditivos (donantes) conducen a la aparición de electrones libres, mientras que otros (aceptores) crean "agujeros".

Si, por ejemplo, se dopa silicio con fósforo (donante), obtenemos un semiconductor con exceso de electrones (estructura n-Si). Al añadir boro (un aceptor), el silicio dopado se convertirá en un semiconductor conductor de huecos (p-Si), es decir, su estructura estará dominada por iones cargados positivamente.

Conducción unidireccional.

Realicemos un experimento mental: conectemos dos tipos diferentes de semiconductores a una fuente de energía y suministremos corriente a nuestro diseño. Algo inesperado sucederá. Si conecta el cable negativo a un cristal tipo n, el circuito se completará. Sin embargo, cuando invertimos la polaridad, no habrá electricidad en el circuito. ¿Por qué está pasando esto?

Como resultado de conectar cristales con diferentes tipos de conductividad, se forma entre ellos una región con una unión p-n. Algunos electrones (portadores de carga) de un cristal de tipo n fluirán hacia un cristal con conductividad de huecos y recombinarán los huecos en la zona de contacto.

Como resultado, surgen cargas no compensadas: en la región de tipo n, de iones negativos y en la región de tipo p, de iones positivos. La diferencia de potencial alcanza valores de 0,3 a 0,6 V.

La relación entre voltaje y concentración de impurezas se puede expresar mediante la fórmula:

φ= VT*en( nn* Notario público)/n 2 i , donde

VT – valor de la tensión termodinámica, nn Y Notario público – la concentración de electrones y huecos, respectivamente, y n i denota la concentración intrínseca.

Al conectar un positivo a un conductor p y un negativo a un semiconductor tipo n, las cargas eléctricas superarán la barrera, ya que su movimiento se dirigirá contra el campo eléctrico dentro de la unión p-n. En este caso, la transición está abierta. Pero si se invierten los polos, la transición quedará cerrada. De ahí la conclusión: la unión p-n forma una conductividad unidireccional. Esta propiedad se utiliza en el diseño de diodos.

Del diodo al transistor.

Compliquemos el experimento. Agreguemos otra capa entre dos semiconductores con las mismas estructuras. Por ejemplo, entre las obleas de silicio tipo p insertamos una capa de conductividad (n-Si). No es difícil adivinar qué pasará en las zonas de contacto. Por analogía con el proceso descrito anteriormente, se forman regiones con uniones p-n que bloquearán el movimiento de cargas eléctricas entre el emisor y el colector, independientemente de la polaridad de la corriente.

Lo más interesante sucederá cuando apliquemos un ligero voltaje a la capa (base). En nuestro caso aplicaremos una corriente con signo negativo. Como en el caso de un diodo, se forma un circuito base-emisor a través del cual fluirá la corriente. Al mismo tiempo, la capa comenzará a saturarse de agujeros, lo que provocará una conducción de agujeros entre el emisor y el colector.

Mire la Figura 7. Muestra que los iones positivos han llenado todo el espacio de nuestra estructura condicional y ahora nada interfiere con la conducción de la corriente. Hemos obtenido un modelo visual de un transistor bipolar con estructura p-n-p.

Arroz. 7. Principio de funcionamiento del triodo.

Cuando se desenergiza la base, el transistor vuelve muy rápidamente a su estado original y la unión del colector se cierra.

El dispositivo también puede funcionar en modo amplificación.

La corriente del colector es directamente proporcional a la corriente de la base. : IA= ß* IB , Dónde ß – ganancia de corriente, IB – corriente base.

Si cambia el valor de la corriente de control, la intensidad de la formación de agujeros en la base cambiará, lo que implicará un cambio proporcional en la amplitud del voltaje de salida, manteniendo la frecuencia de la señal. Este principio se utiliza para amplificar señales.

Al aplicar pulsos débiles a la base, en la salida obtenemos la misma frecuencia de amplificación, pero con una amplitud mucho mayor (establecida por el voltaje aplicado al circuito colector-emisor).

Los transistores NPN funcionan de manera similar. Sólo cambia la polaridad de los voltajes. Los dispositivos con estructura n-p-n tienen conductividad directa. Los transistores del tipo pnp tienen conductividad inversa.

Queda por añadir que el cristal semiconductor reacciona de forma similar al espectro de luz ultravioleta. Al activar y desactivar el flujo de fotones, o ajustar su intensidad, se puede controlar el funcionamiento de un triodo o cambiar la resistencia de una resistencia semiconductora.

Circuitos de conexión de transistores bipolares.

Los diseñadores de circuitos utilizan los siguientes esquemas de conexión: con una base común, electrodos emisores comunes y conexión con un colector común (Fig. 8).

Arroz. 8. Diagramas de conexión para transistores bipolares.

Los amplificadores con base común se caracterizan por:

• baja impedancia de entrada, que no supera los 100 ohmios;
• buenas propiedades de temperatura y características de frecuencia del triodo;
• alto voltaje permitido;
• Se requieren dos fuentes de energía diferentes.

Los circuitos emisores comunes tienen:

• alta ganancia de corriente y voltaje;
• baja ganancia de potencia;
• inversión del voltaje de salida con respecto a la entrada.

Con esta conexión, una fuente de alimentación es suficiente.

El diagrama de conexión basado en el principio del “colector común” proporciona:

• alta resistencia de entrada y baja resistencia de salida;
• factor de ganancia de bajo voltaje (< 1).

¿Cómo funciona un transistor de efecto de campo? Explicación para tontos

La estructura de un transistor de efecto de campo se diferencia de uno bipolar en que la corriente que contiene no cruza la zona de unión p-n. Las cargas se mueven a través de un área controlada llamada puerta. El rendimiento de la puerta está controlado por voltaje.

El espacio de la zona p-n disminuye o aumenta bajo la influencia del campo eléctrico (ver Fig. 9). El número de soportes gratuitos cambia en consecuencia: desde la destrucción total hasta la saturación extrema. Como resultado de este efecto en la puerta, se regula la corriente en los electrodos de drenaje (contactos que emiten la corriente procesada). La corriente entrante fluye a través de los contactos de la fuente.

Figura 9. Transistor de efecto de campo con unión p-n

Los triodos de campo con un canal incorporado e inducido funcionan según un principio similar. Viste sus diagramas en la Figura 5.

Circuitos de conexión de transistores de efecto de campo.

En la práctica, los diagramas de conexión se utilizan por analogía con un triodo bipolar:

• con una fuente común: produce una gran ganancia de corriente y potencia;
• los circuitos de compuerta comunes proporcionan baja impedancia de entrada y baja ganancia (tienen uso limitado);
• Circuitos de drenaje común que funcionan de la misma manera que los circuitos de emisor común.

La Figura 10 muestra varios esquemas de conexión.

Arroz. 10. Imagen de diagramas de conexión del triodo de campo.

Casi todos los circuitos son capaces de funcionar con voltajes de entrada muy bajos.

Vídeos que explican el principio de funcionamiento del transistor en un lenguaje sencillo.

¿Qué significa el nombre "transistor"?

El transistor no recibió de inmediato un nombre tan familiar. Inicialmente, por analogía con la tecnología de lámparas, se llamó triodo semiconductor. El nombre moderno consta de dos palabras. La primera palabra "transferencia" (aquí inmediatamente me viene a la mente "transformador") significa transmisor, convertidor, portador. Y la segunda mitad de la palabra se parece a la palabra "resistencia", una parte de los circuitos eléctricos, cuya propiedad principal es la resistencia eléctrica.

Es esta resistencia la que se encuentra en la ley de Ohm y en muchas otras fórmulas de ingeniería eléctrica. Por tanto, la palabra "transistor" puede interpretarse como un convertidor de resistencia. De manera muy similar a como ocurre en la hidráulica, los cambios en el flujo de fluido están regulados por una válvula. En un transistor, dicho "pestillo" cambia la cantidad de cargas eléctricas que crean una corriente eléctrica. Este cambio no es más que un cambio en la resistencia interna del dispositivo semiconductor.

Amplificación de señales eléctricas.

La operación más común realizada transistores, es amplificación de señales eléctricas. Pero esta no es una expresión del todo correcta, porque una señal débil del micrófono sigue siendo así.

La amplificación también es necesaria en la recepción de radio y televisión: una señal débil procedente de una antena con una potencia de milmillonésimas de vatio debe amplificarse lo suficiente como para producir un sonido o una imagen en una pantalla. Y esto ya es una potencia de varias decenas y, en algunos casos, de cientos de vatios. Por lo tanto, el proceso de amplificación se reduce a utilizar fuentes adicionales de energía recibidas de la fuente de alimentación para obtener una copia poderosa de una señal de entrada débil. En otras palabras, una influencia de entrada de baja potencia controla flujos de energía poderosos.

Fortalecimiento en otras áreas de la tecnología y la naturaleza

Estos ejemplos no sólo se pueden encontrar en los circuitos eléctricos. Por ejemplo, cuando pisas el pedal del acelerador, la velocidad del coche aumenta. Al mismo tiempo, no es necesario pisar el pedal del acelerador con mucha fuerza; en comparación con la potencia del motor, la fuerza con la que se pisa el pedal es insignificante. Para reducir la velocidad, tendrás que soltar un poco el pedal y debilitar la influencia de la entrada. En esta situación, la gasolina es una poderosa fuente de energía.

El mismo efecto se puede observar en la hidráulica: se utiliza muy poca energía para abrir una válvula electromagnética, por ejemplo en una máquina herramienta. Y la presión del aceite sobre el pistón del mecanismo puede crear una fuerza de varias toneladas. Esta fuerza se puede ajustar si se proporciona una válvula ajustable en la línea de aceite, como en un grifo de cocina normal. Lo cerré un poco: la presión disminuyó, la fuerza disminuyó. Si lo abría más, la presión aumentaba.

Girar la válvula tampoco requiere mucho esfuerzo. En este caso, la fuente externa de energía es la estación de bombeo de la máquina. Y se pueden ver muchas influencias similares en la naturaleza y la tecnología. Pero aún así, estamos más interesados ​​en el transistor, por lo que tendremos que considerarlo más a fondo...

Amplificadores de señal eléctrica

Érase una vez un receptor de radio llamado transistor, pero en nuestro artículo no hablaremos de un receptor de radio. Entonces, ¿qué es un transistor y cómo funciona?

Existe una clase de materiales llamados semiconductores por sus propiedades. Su característica distintiva es la conductividad: pueden ser tanto conductores de corriente eléctrica como dieléctricos, es decir. aislantes y no conducen corriente eléctrica.

Este es el material utilizado para fabricar el transistor, que se utiliza ampliamente en la industria y sirve como base para casi toda la electrónica moderna.

Sin tocar la tecnología de fabricación, los tipos de transistores y sus aplicaciones, simplemente observamos que existen transistores de diferentes tipos, por ejemplo, un transistor npn. Recibió este nombre por el material utilizado y el tipo de conductividad. Lo dicho es suficiente por ahora y no profundizaremos ahora en la tecnología de fabricación y variedad de transistores.

¿Cómo funciona un transistor? Está diseñado para controlar la corriente eléctrica, está fabricado estructuralmente en una caja de metal o plástico y tiene tres terminales, llamados emisor, base y colector. El nombre de los pines ya indica su finalidad: el emisor emite electrones, la base los controla y el colector los recoge. Todos estos procesos ocurren dentro del transistor.

Para entender cómo funciona un transistor, consideremos un ejemplo mucho más sencillo: un grifo de agua.

También tiene tres salidas: una por donde el agua fluye hacia el grifo, otra por donde sale del grifo y la tercera es una válvula que controla el funcionamiento del grifo. Cuando la válvula está abierta, el agua fluye libremente por el grifo; cuando la válvula está cerrada, el agua no fluye. Esta es una imitación de una de las opciones de funcionamiento de un transistor. Este modo de operación se llama modo clave: el transistor está abierto, tiene fugas o está cerrado, entonces no fluye corriente. Para abrir el transistor se aplica voltaje a la base; si hay voltaje, entonces el transistor está abierto, si no, entonces está cerrado. Todo sucede como si estuviera abierto: el agua fluye, la válvula está cerrada, no hay agua.

El funcionamiento de un transistor se analizó anteriormente cuando se utiliza como llave: ya sea cerrado o abierto. Sin embargo, existen otros modos de funcionamiento. Veamos nuevamente el grifo de agua como ejemplo. Si abrimos un poco la válvula, el agua del grifo fluirá constantemente y la presión del agua vendrá determinada por cuánto abramos el grifo.

El transistor tiene aproximadamente el mismo modo de funcionamiento. Se aplica voltaje a su base, se abre y la corriente fluye a través de ella. Al cambiar el voltaje en la base, puede regular la cantidad de corriente que pasa a través del transistor. Una analogía completa con la posición de la válvula en el grifo: más abierta, fluye más agua (es decir, corriente para el transistor); menos abierto: fluye menos agua (corriente para el transistor). Este modo de funcionamiento del transistor se denomina amplificación, cuando, utilizando un pequeño voltaje aplicado a la base, es posible controlar una corriente significativa extraída del colector.

En conclusión, cabe destacar que los transistores pueden ser de diferentes tipos, todo está determinado por el material utilizado en su fabricación. Pueden diferir en potencia y pueden controlar y pasar importantes flujos de corriente eléctrica. Los transistores pueden ser de diferentes diseños. Existen otros modos de funcionamiento de los transistores que se diferencian de los considerados. Pero la idea básica de cómo funciona un transistor se da arriba.

Todo lo dicho es aproximado, pero aún permite comprender el funcionamiento del transistor. De hecho, el funcionamiento de un transistor es mucho más complicado. Hay parámetros especiales con los que puede calcular y configurar el modo de funcionamiento requerido mediante fórmulas, pero este es un tema de discusión completamente diferente y para otro artículo.