Fundamentos y Aplicaciones de Transistores, Diodos y Tiristores en Electrónica

Transistores

Los transistores son componentes fundamentales en electrónica que amplifican corriente y se utilizan comúnmente como interruptores. Operan en dos estados principales: saturación (conducción ON) y zona de corte (sin corriente, OFF). La cantidad amplificada de corriente se denomina ganancia de corriente (β).

Tipos de Transistores

Existen dos tipos principales de transistores:

• NPN: La mayoría de los transistores son de este tipo. Sus terminales se rotulan como base, colector y emisor.
• PNP

Nota: Los transistores pueden ser dañados por el calor al ser soldados. Un disipador de calor ayuda a evacuar el calor, transfiriéndolo por conducción al aire.

Prueba de un Transistor

• Base-emisor: Debe comportarse como un diodo y conducir en un solo sentido.
• Base-colector: Similar al diodo.
• Colector-emisor: No debería conducir en ningún sentido.

Modelo Funcional Transistor NPN

• La juntura base-emisor se comporta como un diodo.
• Una corriente de base fluye solo cuando el voltaje a través de la juntura base-emisor es superior a 0.7V.
• Cuando un transistor está conduciendo al máximo, se dice que está "saturado".
• En un transistor saturado, el voltaje colector-emisor es 0V.

Par Darlington

Consiste en dos transistores conectados juntos, donde la corriente amplificada por el primero es amplificada de nuevo por el segundo transistor. Los terminales son Base (B), Colector (C) y Emisor (E).

Transistor como Interruptor

• Apagado (OFF): No conduce corriente.
• Encendido (ON): Conduciendo, el voltaje entre colector-emisor es prácticamente 0, y solo puede pasar la corriente del colector.

Diodo de Protección

Permite al voltaje inducido conducir una breve corriente a través de la bobina, haciendo que el campo magnético se desvanezca rápidamente. Previene que el voltaje inducido se eleve lo suficiente como para causar daño a los dispositivos.

Conexión de Transistor a la Salida de un Circuito Integrado (CI)

Un transistor puede ser usado para permitir a un CI, conectado a una fuente con bajo voltaje, conmutar corriente para un dispositivo de salida con una fuente más alta y aislada. Las dos fuentes deben estar unidas. En este caso, se debe usar un NPN.

Transistor como Sensor

Un ejemplo es un LDR (sensor de luz) conectado de manera que el LED brille cuando el LDR está en oscuridad. Una resistencia variable permite ajustar el brillo para el cual el transistor se enciende (ON) y se apaga (OFF).

Transistor con Inversor

Los inversores (puertas NOT) están disponibles en CI lógicos. La señal de salida es la inversa de la señal de entrada:

• Cuando la entrada está en alto (+V), la salida está en bajo.
• Cuando la entrada está en bajo (0V), la salida está en alto (+V).

Diodo de Potencia

Un diodo semiconductor es una estructura P-N que permite la circulación de corriente en un único sentido. Son utilizados para componentes de mayor potencia, caracterizados por un área mayor (permite mayores corrientes) y mayor longitud (soporta tensiones inversas más elevadas). Un diodo de potencia es diferente a un diodo de señal, ya que posee una región N intermedia con un bajo dopaje, lo cual permite al componente soportar tensiones inversas más elevadas, presentando una significativa característica resistiva.

Recuperación Inversa

El paso de conducción a bloqueo no se efectúa instantáneamente. Cuando el diodo conduce una corriente (I) en polarización directa, la zona central de la unión está saturada. Aunque se fuerce la anulación de la corriente aplicando una tensión inversa, la corriente no cesa inmediatamente, sino que persiste durante un tiempo conocido como tiempo de recuperación.

Recuperación Directa

Cuando el diodo pasa de bloqueo a conducción, el proceso de puesta en conducción presenta inicialmente una respuesta de bloqueo a la corriente.

Tipos de Diodos

Diodo Schottky

Se utilizan cuando se necesita una caída de tensión directa muy pequeña (0.3V) para circuitos con tensiones reducidas de salida.

Diodos de Recuperación Rápida

Adecuados en circuitos de frecuencia elevada en combinación con interruptores controlables.

Diodos Rectificadores

La tensión en el estado de conducción (ON) de estos diodos es la más pequeña posible. Son capaces de bloquear varios kilovoltios (kV) y conducir varios kiloamperios (kA). Pueden conectarse en serie o en paralelo.

Tiristores

Engloba una familia de dispositivos semiconductores que tienen en común una estructura de cuatro capas semiconductoras P-N-P-N, presentando un funcionamiento biestable (OFF/ON) a través de una señal de control.

SCR (Rectificador Controlado de Silicio)

Tiene mayor capacidad para controlar potencia. Está formado por cuatro capas semiconductoras P-N-P-N y tiene tres terminales: ánodo, cátodo y puerta (G).

Triac

Es un tiristor bidireccional de tres terminales. Permite el paso de la corriente del terminal A1 al A2 y viceversa. Puede ser disparado con tensiones de puerta de ambos signos (corriente alterna).

Otros Dispositivos Semiconductores

MOSFET

Transistores controlados por tensión. Existen dos tipos de MOSFET: los de canal N y los de canal P.

IGBT

Es un dispositivo híbrido que aprovecha las ventajas de los transistores. Reúne la facilidad de disparo de los MOSFET y las pequeñas pérdidas en conducción de los BJT.