Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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Historia de los transistores de unión bipolar
El transistor (BJT) no fueron los primeros tres dispositivos terminales. Antes de que existieran los transistores, se usaban tubos de vacío. En electrónica, los triodos de tubos de vacío se utilizaron casi medio siglo antes de los BJT . La bombilla inventada por Thomas Edison a principios de la década de 1880 fue uno de los primeros usos de los tubos de vacío para aplicaciones eléctricas. Los triodos de tubos de vacío se utilizaron en varios diseños de computadora hasta principios de la década de 1950. Pero el problema principal era que, a medida que aumentaba la complicación de los circuitos, se requerían más triodos para integrarlos. En aquellos días, una computadora grande tenía muchos estantes llenos de tubos que ocupaban casi una habitación grande. El tamaño no era el único problema, los tubos consumían mucha energía y algunas veces tenían fugas, por lo que eran menos confiables.
Por lo tanto, los científicos e ingenieros comenzaron a pensar en formas de hacer algún otro tipo de tres dispositivos terminales. Entonces, en lugar de controlar un electrón en el vacío, comienzan a pensar en formas de controlarlo en materiales sólidos. En 1947, dos físicos John Bardeen y Walter Brattain que trabajaban en los laboratorios Bell descubrieron que al hacer contactos de dos puntos muy cerca uno del otro, en realidad podrían hacer un dispositivo de tres terminales. Por lo tanto, el primer transistor de contacto de punto se fabricó utilizando germanio, sujetapapeles y hojas de afeitar.
La figura siguiente muestra una réplica del mismo. Than Shockley desarrolló el transistor de unión (BJT) presionando juntas finas rebanadas de diferentes materiales semiconductores . Los transistores reemplazaron los tubos de vacío e hicieron un cambio dramático en el mundo de la electrónica. Bardeen y Brattain, junto con William Shockley, fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1956 por la invención del efecto transistor. Durante muchos años, los transistores se fabricaron como componentes individuales hasta finales de la década de 1950, después de lo cual aparecieron los circuitos integrados (IC) que colocaban todos los componentes en un solo chip. Esta es solo una parte de una historia interminable de BJT .
Aplicaciones del transistor de unión bipolar
Hay dos tipos de aplicaciones de transistor de unión bipolar , conmutación y amplificación.
Transistor como interruptor
Para aplicaciones de conmutación, el transistor está polarizado para operar en la región de saturación o corte. El transistor en la región de corte actuará como un interruptor abierto mientras que en saturación actuará como un interruptor cerrado.
Interruptor abierto
En la región de corte (ambas uniones tienen polarización inversa), el voltaje a través de la unión CE es muy alto. El voltaje de entrada es cero, por lo que tanto las corrientes de base como las de colector son cero, de ahí que la resistencia que ofrece el BJT sea muy alta (idealmente infinita).
Interruptor cerrado
En saturación (ambas uniones están polarizadas hacia adelante) se aplica un alto voltaje de entrada a la base. El valor de la resistencia de la base se ajusta de manera que fluya una gran corriente de base. Hay una pequeña caída de voltaje en la unión del emisor del colector del orden de 0.05 a 0.2 V y la corriente del colector es muy grande. Se produce una caída de voltaje muy pequeña en el BJT y se puede decir que es equivalente a un interruptor cerrado.
BJT como amplificador
Amplificador CE acoplado a RC de una sola etapa
La figura muestra un amplificador CE de una etapa. C 1 y C 3 son condensadores de acoplamiento, se utilizan para bloquear el componente de CC y pasar solo la parte de CA. También aseguran que las condiciones de base de CC del BJT permanezcan sin cambios incluso después de aplicar la entrada. C 2 es el condensador de derivación que aumenta la ganancia de voltaje y deriva la resistencia R 4 para señales de CA. El BJT está sesgado en la región activa utilizando los componentes de sesgo necesarios. El punto Q se estabiliza en la región activa del transistor . Cuando se aplica la entrada como se muestra a continuación, la corriente base comienza a variar hacia arriba y hacia abajo, por lo tanto, la corriente del colector también varía a medida que I
C = β × I B . Por lo tanto, el voltaje en R 3 varía a medida que la corriente del colector lo atraviesa. El voltaje a través de R 3 es el amplificado y está a 180 ° de la señal de entrada. Por lo tanto, el voltaje en R 3 se acopla a la carga y se produce la amplificación. Si se mantiene el punto Q en el centro de la carga, se producirá muy poca o ninguna distorsión de la forma de onda. El voltaje y la ganancia de corriente del amplificador CE son altos (la ganancia es el factor por el cual el voltaje de la corriente aumenta de entrada a salida). Se usa comúnmente en radios y como amplificador de voltaje de baja frecuencia.
Para aumentar aún más la ganancia se utilizan amplificadores multietapa. Se conectan mediante condensador , transformador eléctrico , RL o directamente acoplados según la aplicación. La ganancia general es el producto de las ganancias de las etapas individuales. La figura siguiente muestra un amplificador CE de dos etapas.
