Transistor

Transistor

Transistor

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El tamaño de un transistor guarda relación con la potencia que es capaz de manejar.

Tipo Semiconductor

Fecha de invención John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley (1947)

Símbolo electrónico

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Configuración Emisor, base y colector

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada. 1 Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistencia de transferencia»). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, entre otros.

INTRODUCCION

El transistor produce resultados que pueden ser comparables a los de un tubo de vacío, pero hay una diferencia básica entre los dos dispositivos.

El tubo de vacío es un dispositivo controlado por tensión mientras que el transistor es un dispositivo controlado por corriente. Un tubo de vacío funciona normalmente con su rejilla polarizada en el sentido negativo, o de alta resistencia, y su placa está polarizada en sentido positivo, o de baja resistencia. El tubo conduce sólo por medio de electrones, y su contrapartida en cuanto a conducción es el transistor NPN, cuyos portadores mayoritarios son siempre electrones. No hay equivalente de tubo de vacío para los transistores PNP, cuyos portadores mayoritarios son los huecos.

El transistor se puede conmutar en corte y conducción variando la polarización en el electrodo de base con respecto al potencial de emisor. Ajustando la polarización a un punto situado aproximadamente a mitad de camino entre el corte y la saturación se situará el punto de trabajo del transistor en la región activa de funcionamiento. Cuando funciona en esta región el transistor es capaz de amplificar. Las características de un transistor polarizado en la región activa se pueden expresar en términos de tensiones de electrodo y de corrientes lo mismo que en los tubos de vacío.

El comportamiento del transistor se puede analizar en términos matemáticos por medio de ecuaciones que expresan las relaciones entre sus corrientes, tensiones, resistencias y reactancias. Estas relaciones se denominan parámetros híbridos y definen los valores instantáneos de tensión y de corriente que existen en el circuito sometido a examen. Los parámetros permiten predecir el comportamiento del circuito en particular sin construirlo realmente.

Historia

El desarrollo de los dispositivos con semiconductores ha sido muy rápido desde que fue descubierto el funcionamiento del transistor por Bardeen y Brattain, en los Estados Unidos en 1948. Desde un princicipio se vió claro que los transistores tenían la ventaja sobre las válvulas debido a su pequeño tamaño y robustez mecánica; que la alimentación de calefacción era innecesaria y hacia posible la amplificación con voltajes bajos de alimentación.

Los desarrollos continuos en el diseño del transistor han mejorado su capacidad en el manejo de potencia, en el rango de frecuencia, características de ruido, vida útil, y tolerancias en el manufacturado, así es que hoy en día se fabrican transistores en masa para sustituir a las válvulas en la mayor parte de los sistemas electrónicos. Muchos de los dispositivos en uso son transistores de unión; se obtienen mediante técnicas diferentes para las distintas aplicaciones, y, por supuesto, difieren considrablemente de sus características; pero la acción de transistor básico de unión es común en todos ellos.

En el año 1883, cuando Thomas A.Edison descubrió que si ponía un alambre en las proximidades de un filamento en incandescencia, se formaba un flujo de electricidad entre ambos a través del espacio que los separaba. Como Edison no vió utilidad a éste fenómeno para sus aplicaciones inmediatas, la generación de luz a partir de la electricidad, simplemente registró el hecho y siguió con sus trabajos en pos de una lámpara eléctrica eficiente. Fue hasta 1904 cuando John Ambrose Fleming, aplicó el efecto que descubrió Edison rodeando un filamento incandescente con un cilindro metálico que llamó placa, encontrando que aunque la placa se cargara alternativamente de positiva y negativa, la corriente resultante siempre era en un sólo sentido. J.A.Fleming construyó un dispositivo con capacidad de rectificar una corriente eléctrica, la primera válvula de vacío que, en un sentido más estricto, en realidad era un diodo (término derivado de su construcción a partir de "dos electródos": el filamento y la placa). En 1907 Lee De Forest agregó un tercer elemento, una rejilla, que también podía ser cargada eléctricamente para incrementar o disminuir de forma controlada el flujo de electrones entre el filamento y la placa, inventó así el Triodo, el primer dispositivo con capacidad amplificadora de corriente. Estos trabajos mostraron que los electrones en el vacío son más finamente regulables que cuando forman una corriente eléctrica en un conductor por lo que pueden realizar tareas que son impensables en un mecanismopuramente eléctrico. Nació la Electrónica.

Si bien las vávulas de vacío - los bulbos - tuvieron el papel principal hasta los años '40 en el desarrollo de las transmisiones de radio y televisión, llevaron a los aliados a desarrollar el radar que les ayudó a ganar la Segunda Guerra Mundial y permitieron la construcción de máquinas computadoras como la gigantesca ENIAC con sus 18.000 tubos al vacío, pero aún adolescían de varias desventajas: para poder contener los elementos necesarios el tubo no podía ser más reducido, era frágil, requería un tiempo de calentamiento hasta que el filamento puediera empezar a emitir electrones y consumía mucha potencia. Seguramente no hubiéramos llegado muy lejos - no hablemos ni siquiera de la Luna - usando sólo tubos de vacío y relevadores electromecánicos que en aquellos tiempos formaban los primeros sistemas de procesamiento de información.

La revolución llegó en Dicembre de 1947, cuando Walter Brattain y John Bardeen, un par de físicos investigadores de Bell Laboratories que trabajaban bajo la dirección de William Bradford Shockley, utilizaron una pequeña pieza de germanio y una delgada tira de una hoja de oro montadas en una estructura de plástico, para formar un arreglo capaz de amplificar una señal eléctrica sin la utilización de un tubo al vacío. Nació el primer amplificador basado en un material semiconductor: el Transistor, como habría de ser llamado, y que se dió a conocer oficialmente al mundo en una conferencia de prensa de Laboratorios Bell, el 30 de Junio de 1948. Así, aunque en un inició la Electrónica surgió como una rama de la física dedicada al estudio del comportamiento de los electrones en el vacío, ahora trasladaba su dominio a los semiconductores, iniciando la era de la electrónica de estado sólido que rige hasta nuestros días.

En realidad la historia es un poco más compleja. Al finalizar la Segunda Guerra Mundial, Shockley, reinició sus interrumpidas investigaciones sobre cristales semiconductores, pero sus diseños de amplificadores nunca funcionaron; entonces dejó la tarea en manos de Bardeen, el cerebral matemático profundo, y Brattain, hábil en la implementación técnica de las ideas imaginativas que Shockley les llevaba; el producto fue el transistor de punto de contacto de Bardeen y Brattain. Algo frustrado por no haber obtenido él mismo el primer diseño funcional, Shockley creó en 1948 el transistor de unión, dispositivo más fácil de fabricar y de usar y que finalmente se impuso sobre su predecesor. La relación entre estos tres investigadores se volvió algo difícil por la presunción de Shockley de su superioridad. Así, Bardeen dejó Bell Labs en 1951 para tomar un puesto académico en la Universidad de Illinois y Brattain, por su parte, se trasladó a otras áreas donde pudiera conducir sus propias investigaciones; en 1955 Shockley fundó su propia compañía llamada Shockley Semiconductor Laboratory en un valle al norte de California, la primera de tantas empresas que hoy forman el mundialmente famoso Silicon Valley. Los caminos de Shockley, Bardeen y Brattain se cruzaron de nuevo en 1956, cuando compartieron el Premio Nobel de Física por su invención.

Para 1954 los transistores eran una curiosidad de laboratorio de aplicaciones muy especializadas en centros de investigación e instalaciones de comunicaciones militares, hasta que a inicios de los años 60 una empresa de Dallas empezó a producir transistores para radios portátiles; Sin embargo, Texas Instruments abandonó luego este mercado para ver como una pequeña compañía japonesa, Sony, empezó a construir radios más pequeños y televisiones de transistores.

La electrónica de consumo había llegado a los hogares de quienes podían permitírselo, pero apareció otro problema en ámbitos menos mundanos: teóricamente los transistores permitían la construcción de computadoras muy potentes, el detalle es que hacer manualmente las conexiones de varios transistores era caro, se necesitaba hacer conexiones redundantes para minimizar los errores y la velocidad de estas máquinas todavía enormes se veía mermada por la longitud de los conductores necesarios para interconectar sus múltiples transistores.

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