Los transistores son dispositivos semiconductores fundamentales en todo circuito electrónico. Los hay de distintos tipos y características, en este artículo haremos una introducción a los transistores bipolares, que son los mas comunmente utilizados en una gran variedad de aplicaciones.

El transistor bipolar (en inglés BJT o Bipolar Junction Transistor, Transistor Bipolar de Juntura) es básicamente es un amplificador de corriente, pero según como se lo conecte, es útil para muchas otras funciones.

Un transistor se fabrica a partir de un material semiconductor en el que se forman tres zonas distintas, lo que da lugar a dos posibilidades: dos zonas P y una N o dos zonas N y una P. Esto da lugar a dos tipos de transistores distintos, los llamados PNP y NPN. Cada una de estas zonas se conecta al exterior a través de un terminal, por lo que los transistores tienen 3 “patas”, denominadas “COLECTOR” (C), “BASE” (B) y “EMISOR” (E).

Transistor PNP y NPN

La amplificación de corriente se da cuando se polariza en forma directa el diodo que se forma entre Base y Emisor. Cuando eso ocurre, una pequeña variación de la corriente en el circuito Base-Emisor, da lugar a una variación de corriente mucho mayor en el circuito Colector-Emisor. La relación entre estas dos corrientes y por tanto el factor de amplificación,  es una característica de cada transistor y se representa con la letra β (beta).

Amplificación de corriente

Condiciones de operación

Según el valor de la corriente de Base-Emisor (entrada), el transitor puede estar operando en tres condiciones distintas: en el corte, en forma lineal o en saturación. Veamos que significa cada una de ellas.

Condición de corte: El transistor trabaja en esta condición cuando la corriente Base-Emisor es cero, por lo que la corriente entre Colector y Emisor también es cero.

Condición lineal: En esta condición, hay una corriente Base– Emisor y sus variaciones son amplificadas por el transistor según el valor de su ganancia (β), por lo que se cumple que:

Ic = β x Ib

Es decir, la corriente de Colector (C-E) es “beta” veces mayor que la corriente de Base (B-E).

Condición de saturación: El transistor llega a trabajar en esta condición si la corriente de Base-Emisor es muy grande y ya no puede ser amplificada. Es una condición no deseada si el transistor se utiliza para amplificar audio (porque se producen distorsiones) pero si se aprovecha cuando se emplea al transistor como un “interruptor” para controlar una carga.

Amplificador de audio a transistores

Encapsulados

El transistor es una pequeña pieza de silicio, pero según la potencia que deba manejar (tensión y corriente) se lo monta en el interior de distintas “cápsulas” o contenedores capaces de disipar mas o menos calor durante el funcionamiento. Cada encapsulado tiene propiedades térmicas y mecánicas propias, según el material del que esté construido, y un código que lo identifica. Así, tenemos encapsulados como el pequeño TO-92 de unos 5 mm de plástico, ampliamente usado para transistores de baja potencia o el TO-3, para transistores que deben soportar una potencia mas grande, de un par de centímetros y cuerpo metálico.

Distintos encapsulados de transistores

La distribución de terminales o “patas” del transistor (Colector, Base y Emisor) depende también del encapsulado, pero suele ocurrir que el mismo encapsulado tiene distintos “estilos” de distribución. Por ejemplo, dos transistores con capsula TO-92 pueden tener el Colector, Base y Emisor en posiciones diferentes. Es muy importante asegurarse cuál es la distribución correcta de los terminales cuando montamos un transistor, ya que si nos equivocamos, puede que el circuito funcione incorrectamente o que provoquemos la destrucción del transistor. Esta información, como así todas las características de cada transistor, se pueden encontrar en las hojas de especificaciones u hojas de datos (en inglés datasheet) del mismo.

Distribución de los terminales del transistor BC337

Los transistores y el calor

Como todos los semiconductores, los transistores son susceptibles al calor, y si alcanzan una temperatura demasiado elevada se pueden destruir. Es por eso que los transistores de potencias elevadas, generalmente emplean un disipador, una pieza realizada generalmente en aluminio, que lo ayuda a sacar al medio ambiente el calor que se genera en su interior.

Transistor montado sobre un disipador

El transistor como conmutador

Como ya se dijo antes, el transistor tiene una enorme cantidad de aplicaciones. En la imagen de mas arriba lo podemos ver en un amplificador de audio hecho con seis de ellos. Otra aplicación muy común es la de usar un transistor como conmutador, es decir, como una llave para controlar el encendido o apagado de distintos elementos, tales como un led, una lámpara o un relé que a su vez controla un elemento de mayor potencia. De esta forma y aprovechando la capacidad de amplificación del transistor, con una pequeña corriente en la base se puede controlar un elemento que requiere una corriente mayor, el que se conecta en el circuito de Colector-Emisor.

Un conmutador o interruptor tiene sólo dos posiciones o estados: “OFF” o apagado y “ON” o prendido. Cuando se usa un transistor para esta función, se lo hace trabajar en dos condiciones que ya vimos antes: al corte (no circula corriente, estado “OFF”) o a la saturación (circula la máxima corriente, estado “ON”).

 

Similitudes entre un transistor y un interruptor:
El Colector y Emisor son los contactos del interruptor y la Base hace las veces de la “palanca” que lo abre y cierra.

En la siguiente figura se puede ver un circuito típico de conmutación de un relé con un transistor. La bobina se conecta en el colector del mismo con un diodo en paralelo que tiene la misión de proteger al transistor contra sobretensiones producidas por la bobina cuando es conmutada. El circuito se controla aplicando una tensión entre la Base y el Colector.

Control de un relé con un transistor

En el siguiente video también se desarrollan algunos conceptos básicos sobre los BJT y los transistores en general

Y en este se cuenta la historia de la invención del transistor

Como siempre, espero que el artículo les sea de utilidad, cualquier duda o sugerencia, en los comentarios!