5.1 - La Estructura del Transistor Unijuntura
El transistor unijuntura o unijunción consiste en un dispositivo electrónico de estado sólido de la familia de los tiristores, con las características que permiten que se aplique básicamente en los circuitos de la sincronización y los osciladores de baja frecuencia.
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Si bien este componente ya no se utiliza en aplicaciones modernas, sus características son de suma importancia para la comprensión de muchos más modernos circuitos y componentes, por lo que hemos incluido el UJT (Unjunction Transistor) en nuestro curso.
De hecho, existen hoy en día varios componentes con características similares al transistor de una juntura y se estudiarán más en esta lección y en otros volúmenes de nuestra serie de cursos.
En la figura 1 tenemos el símbolo adoptado para representar el transistor unijuntura y su estructura.
Como podemos ver en la estructura, un trozo de material semiconductor tipo N está conectado a dos elementos de conexión externa (electrodos) que reciben la denominación base 1 (B1) y base 2 (B2).
Como entre los dos puntos de conexión de estos elementos no hay junciones para la corriente que atraviesa, entre estos dos puntos tenemos una resistencia pura, es decir una resistencia óhmica.
Esta resistencia, que puede ser verificada con un multímetro en cualquier sentido de circulación da corriente o aplicación de las sondas, tiene un valor típico entre 4000 ohms y 15000 ohms.
Esta resistencia se llama "resistencia de Interbase" y se abrevia en los manuales por el acrónimo Rbb.
En el centro del material semiconductor N se difunde una región de tipo P de material semiconductor, de modo que entre ellos se forma una juntura que es la única juntura del transistor, y que le da nombre. En la región P se conecta el tercer electrodo del transistor unijuntura que recibe el nombre del emisor (E).
En la práctica, para operar el transistor de una Juntura, aplicamos una tensión positiva a la base 2 y conectamos la base 1 a la tierra, de modo que entre ellos circule una pequeña corriente, determinada solamente por la resistencia óhmica entre los dos puntos considerados, como el lector puede ver en la figura 2.
La región emisora, sin embargo, está en una posición en relación con el material, que tenemos en el lado del material N cierta tensión intermedia entre el positivo aplicado y cero volts. La Juntura se comporta como si tuviéramos un diodo conectado a un divisor de tensión, como se muestra en la figura 3.
La juntura entre RB1 y RB2, donde el diodo está conectado, representa la posición de la juntura del semiconductor en lo referente al material N.
La división de valores entre estas dos resistencias RB1 y RB2 fija una característica importante del transistor que es la relación intrínseca, abreviada por η . así, si la división de resistencia del material está exactamente en el centro, es decir, RB1 es igual a RB2 , la relación intrínseca será de 0,5.
Si la división es tal que el valor total de la resistencia de la interbase de RB1 es 70%, y RB2 con el 30%, la relación intrínseca será 0,7.
Para un transistor unijuntura común, tal como 2N2646, tendremos relaciones intrínsecas típicas entre 0,5 y 0,8. ¿Qué significa eso cuando usamos el transistor de una Juntura?
Si aplicamos una tensión positiva al emisor del transistor de una juntura, para hacer que la conducción actual suceda por este elemento, tendremos que superar dos obstáculos.
Lo primero es la juntura del diodo que existe en el sitio, que no es más que la juntura entre el emisor y el elemento donde se conectan las bases. Para pasar esta juntura necesitamos 0,6 V, puesto que el material es silicio.
El segundo obstáculo es la tensión que existe en el punto en el que se conecta el diodo, es decir, la juntura entre RB2 y RB1. El tensión en este punto es determinado precisamente por la relación intrínseca.
Así que si aplicamos 10 V al transistor, y su relación intrínseca es 0,6, eso significa que necesitamos 0,6 x 10 = 6 v de la relación intrínseca, y más 0,6 v de la juntura, para superar los obstáculos y hacer el transistor conducir.
Entonces necesitamos 6,6 V para hacer que esto suceda, como el lector puede ver en la figura 4.
Pero, ¿qué sucede cuando aplicamos una tensión creciente que, a partir de cero volts en el emisor, llega a este punto de conducir?
En este caso, lo que pasa es que la conducción no se hace sin problemas, sino más bien abruptamente; El transistor tiene repentinamente su resistencia reducida entre el emisor y la base 1, así siendo capaz de conducir una corriente muy intensa. Esta resistencia que, como hemos visto, puede tener valores entre 4 000 ohms hasta 15 000 ohms o más, cae repentinamente a un valor que puede ser tan bajo como algunos ohms solamente. Un valor típico para esta resistencia, en 2N2646, es solamente 20 ohms.
Podemos decir que, dependiendo de lo que se vio, el transistor de una juntura se componen como un interruptor accionado por tensión. En el momento de disparar, su la resistencia cae bruscamente caracterizando una curva en la que tenemos una resistencia negativa, como el lector encuentra en la figura 5.
Este comportamiento hace el transistor unijuntura ideal para el uso en un tipo especial de oscilador que veremos en las lecciones siguientes.
El Transistor Programable Unijuntura o PUT
El PUT o Programmable Unijunction Transistor, que traduciendo nos conduce al Transistor Programable Unijuntura, es un dispositivo semiconductor de la familia de los tiristores.
Es un dispositivo semiconductor elaborado alrededor de 4 camadas de materiales de polaridad alterna, de modo que su circuito equivalente puede ser dado por dos transistores en una llave regenerativa como se muestra en la figura 6.
Esto nos lleva al símbolo del PUT que se muestra en la figura 7.
En el PUT, podemos programar el punto de disparo, y se va a comportar como un transistor de unijuntura (UJT) en el cual el gatillo es determinado por los resistores externos R1 y R2, como se muestra en la figura 8. En esta figura también tenemos los procedimientos de cálculo para determinar los resistores.
Así, haciendo una analogía ahora con el transistor unijuntura, los resistores externos, determinan la relación intrínseca del componente, o sea, la tensión de emisor en la cual ocurre el disparo.
Por estas características, estos componentes son excelentes para la elaboración de osciladores de relajación, que estudiaremos en las próximas lecciones.
5.2 - Otras Aplicaciones para los Transistores Unijuntura
Además de los osciladores, que se estudiarán en lecciones separadas de este curso, la luz de que el transistor unijuntura única producirá un pulso sólo después de que el capacitor C alcance cierta tensión entre sus armaduras, podemos usarlo como un temporizador o retardo, como se muestra en la figura 9, donde tenemos un circuito de retardo para un relé.
Cuando encendemos la alimentación, no hay polarización para el transistor común que dispara el relé. Al mismo tiempo, C carga lentamente a través del resistor de R, hasta que el transistor unijuntura dispara.
Con el transistor disparando, tenemos un pulso corto que polariza Q2, así que el Relé se energiza momentáneamente. El cierre momentáneo del relé hace que se trabe, y con ello se mantiene la carga alimentada.
En la figura 10 el lector podrá ver un circuito que convierte una señal de cualquier forma de onda en pulsos de duración e intensidad constante.
La señal se aplica en la entrada del circuito y, con esto, causa variaciones de la tensión en el emisor del transistor unijuntura. En las excursiones positivas de la señal de entrada, cuando se alcanza el tensión de disparo de la unidad, este componente "liga" y causa la descarga del capacitor con la producción de un pulso.
El capacitor debe ser calculado para ser cargado rápidamente antes de que los disparos ocurran de acuerdo a la frecuencia de la señal de entrada.
5.3 – Los transistores de efecto de campo de juntura (JFET)
El transistor de efecto de campo TEC, abreviado de español, o incluso la abreviatura de inglés FET (transistor del efecto de campo), es un dispositivo semiconductor muy útil en electrónica, dadas sus características.
Encontramos el FETs en muchos puntos en los circuitos de las computadoras y sus periféricos. Existen dos tipos básicos de transistores de efecto de campo. Lo que vamos a estudiar inicialmente es el transistor de efecto de campo de juntura o J-FET (JFET).
En la figura 11, el lector puede ver la estructura básica de un transistor de este tipo, así como su símbolo.
La región del canal puede ser de material p o N, que determina dos tipos de efectos de campo en cuanto a la polaridad: canal N o canal P.
En el material que forman el canal se conectan dos electrodos llamados fuente (abreviado por S de "Source" en inglés) y Dreno (abreviado por D de "DRAIN"). En el medio de este material se implementa una segunda región semiconductora del material de carga opuesto (p en material n y n en el material p) que forma un estrecho paso a la corriente, que va desde la fuente hasta el desagüe. Esta región es la de la puerta, abreviada por G (de "Gate" en inglés).
El flujo de cargas entre la fuente y el dreno puede ser controlado por la tensión aplicada a la puerta, responsable por cargas estáticas capaces de actuar con un campo en esta región. El lector puede ver lo que sucede en la figura 12.
Así tomando un FET de canal N, como se muestra en la figura, la corriente entre el dreno y la fuente es máxima cuando la tensión entre la compuertay la fuente es cero. Aplicando, desde este punto, una tensión inversa al que polariza la juntura del transistor, el canal para el paso de la corriente entre el dreno y la fuente, será reducido por la presencia de cargas eléctricas, lo que significa la reducción de la intensidad de la corriente.
Vea que no podemos aplicar una tensión que polarice directamente la juntura, porque entonces tenemos la simple conducta de esta corriente, no el control de la corriente entre el dreno y la fuente.
Para una cierta gama de tensiones entre el dreno y la fuente, la proporcionalidad entre la corriente del dreno y el tensión de la compuertaes casi linear, lo que permite utilizar este dispositivo como amplificador de señal tal como el transistor. En la figura 13, el lector puede observar una "familia" de curvas de un transistor de efecto de campo de este tipo.
La ganancia de un transistor de efecto de campo se expresa por una magnitud llamada transconductancia (abreviada por gm), correspondiente a la relación que existe entre la variación de la corriente de dreno en relación a la variación del tensión de la puerta o gate.
Así, si el gm de un transistor de efecto de campo es 2 mA/V, eso significa una variación de 1 V en el tensión de la puerta, causa una variación de 2 mA en la corriente entre el dreno y la fuente.
Por lo tanto, también era costumbre expresar la transconductancia de un transistor de efecto de campo en una unidad llamada "mho", que es precisamente la palabra "Ohm" deletreado al revés! Actualmente, en lugar de esta unidad, usamos otra que es el Siemens, abreviado por S y sus submúltiplos. Esto significa que 2 mA por volt se expresa realmente como 2 mS (Léase dos milisiemens).
Para usar un transistor de efecto de campo de juntura necesitamos polarizarlo. Las configuraciones son también los mismos que podemos conseguir con los transistores bipolares. Estas configuraciones se pueden ver en la figura 14.
Entonces tenemos las configuraciones comunes de la fuente común, dreno común y puerta común. Na figura 15, tenemos dos circuitos de polarización de un FET para la configuración de fuente común.
En la primera, tenemos la llamada polarización automática donde el resistor utilizado tiene valores típicos entre 500 k ohms y 10 M ohms. Ver que esta es la impedancia de entrada del amplificador, que es mucho más grande que la obtenida con transistores bipolares.
Esta es una característica importante de los circuitos que utilizan los transistores de efecto de campo, y que los acerca mucho más a las características obtenidas para las válvulas comunes, que las transistores comunes.
En el segundo caso, tenemos una polarización por fuente de corriente constante, donde mejora la estabilidad de funcionamiento del circuito.
Los transistores de efecto de campo común más comunes son actualmente de baja potencia, de propósito general, pero también se pueden utilizar en circuitos de RF a frecuencias de hasta unos pocos cientos de megahertz. A continuación podemos utilizarlos en amplificación de señalización, generación de señales en PCS y periféricos, en equipos de uso común como preamplificadores de antenas para ondas largas, cortas e incluso VHF, radios, amplificadores de sonido, etc.
En la figura 16 el lector puede ver un preamplificador de audio típico con este tipo de transistor.
El capacitor C1 da paso a la señal de audio, permitiéndole llegar al gate (puerta) del transistor, donde se aplica. El resistor de 2,2 Mohms en la puerta del transistor hace su polarización.
En el (los) origen (es) tenemos un resistor y un capacitor. El resistor hace la polarización de modo que, mantenemos en la fuente (s) del transistor una tensión mucho más alta que la polarización de la puerta, esto es, mantenemos la compuerta negativa en relación a este elemento lo que es importante para una operación en la región lineal del transistor.
El capacitor en paralelo desenlaza la señal, dándole paso a la tierra. En el dreno (d) del transistor tenemos una resistencia de carga desde donde, desde un capacitor (C3), quitamos la señal de audio para una aplicación a otro paso de amplificación.
El lector puede ver en la figura 17 una versión de amplificador para señales de radio usando un FET que puede ser, por ejemplo, el BF245. La entrada está sintonizada y el circuito LC puede acoplarse fácilmente a la entrada de alta impedancia del FET, sin necesidad de tomas, u otras características que hemos visto necesarias en los circuitos mediante transistores comunes.
5.4 – Transistores de efecto de campo MOS
El nombre transistor de efecto de campo, o MOS-FET, proviene de su denominación en inglés “Metal Oxide Semicondutor Field-Effect Transistor", O traducir, transistor del efecto de campo de óxido de metal semiconductor.
Mientras que es un transistor del efecto de campo, en su estructura básica y operación, diferencia considerablemente en algunos puntos de los transistores de efecto de campo de junción, así requiriendo una explicación separada.
Vea en la figura 18 las estructuras y símbolos adoptados para representar los dos tipos principales de MOS-FETs.
La base de montaje de semiconductores es un sustrato, en el caso del material P que, como su nombre indica, sólo sirve de soporte físico para el ensamblaje de los otros elementos. En este sustrato se encuentran dos regiones de material semiconductor tipo N que están interconectadas por un trozo de material conductor formando el "canal".
Sobre el canal se coloca una placa metálica de película y, al aislarla del material conductor del canal, hay una delgada capa de óxido de silicio. Los electrodos conectados al material N reciben los nombres de fuente (abreviado por s de "source" del inglés), y el dreno (abreviado por d de "drain"). En el material aislado por la cubierta de óxido de silicio tenemos un electrodo que recibe el nombre de puerta o compuerta (gate o abreviado g del término en inglés).
De la misma manera que en un transistor de efecto de campo de juntura, podemos controlar el paso de la corriente entre la fuente y el desagüe, de un tensión aplicado a la puerta.
El hecho de que la puerta, que es el electrodo de control, está prácticamente aislada del canal a través del cual esta corriente fluye, hace que este dispositivo presente una alta impedancia de entrada. La única corriente que fluye en el electrodo de la puerta la de fuga, da orden de millonésimas de ampère, que no es significativa en una aplicación práctica común.
Pero si la cubierta delgada del óxido asegura esta característica importante que es la alta impedancia de la entrada, es también responsable de la sensibilidad extrema que el dispositivo presenta a las altas tensiones.
La simple carga acumulada en el cuerpo de una persona que camina sobre una alfombra, o que simplemente trabaja en un lugar seco, el simple toque de una herramienta que está conectada a una fuente de tensión más alta, puede causar un destello entre la puerta y el canal , destruyendo la cubierta del óxido y así el componente, como el lector puede en la figura 19.
Para el transistor de efecto de campo MOS, es importante nunca manejarlos tocando directamente en sus terminales, tocándolos con herramientas conectadas a la red eléctrica, por ejemplo: una pistola de soldar.
Muchos transistores de efecto de campo de este tipo están equipados con un anillo de conductor en sus terminales, colocándolos en cortocircuito para permitir la manipulación y soldadura cuando, entonces, en el circuito con elementos que evitan la aparición de tensiones peligrosas, pueden ser removidos.
Para el transporte, las esponjas conductoras o incluso el empaquetado antiestático se pueden utilizar como el lector puede ver en la figura 20.
Una manera de proteger este componente contra estas tensiones externas, que pueden "perforar" la cubierta de óxido que aísla la puerta del canal, es a través de diodos en la configuración que se puede ver en la figura 21.
Los diodos están conectados de tal manera que cuando la tensión excede un valor que es peligroso para la integridad del componente, entran en conducción, desviando la corriente eventual que puede perforar la cubierta del óxido.
En el transistor de efecto de campo que estudiamos, la tensión de control actúa para empobrecer el canal con respecto a los portadores de carga, esto es, el control de la corriente se hace disminuyendo la cantidad de portadores de carga del canal. En inglés se utiliza el término "depletion" (depleción), Para designar este tipo de transistor de efecto de campo MOS.
Podemos, sin embargo, fabricar otro tipo de transistor de efecto de campo en el que el control de la corriente se hace por el aumento o enriquecimiento de los portadores de carga, utilizando el término “Enhancement" (enriquecimiento) Para designarlos. En la figura 22 el lector puede ver los símbolos utilizados para representar a estos transistores.
Los MOSFETs, además de su entrada de alta resistencia, que puede alcanzar en algunos casos a más de 100 000 000 000 000 ohms (¡100 terohms!), son también dispositivos muy altas velocidad de funcionamiento.
Estos pueden amplificar o generar señales con una facilidad de hasta 500 MHz.
5.5 – Cuidados con la ESD
No es necesario ir demasiado lejos en una encuesta para encontrar que las descargas electrostáticas (ESD) causan pérdidas anuales de millones a la industria. Un estudio realizado muestra que el 60% de las fallas en los componentes es causada por ESD.
Cuando hablamos de ESD, no nos referimos simplemente a descargas que pueden dañar un componente solo, pero que pueden dañarlo en varias fases de su uso en la fabricación de un producto.
Como se muestra en la figura 23, dependiendo de la fase de uso del componente, los daños causados por una lesión por ESD pueden variar del costo del componente cuando se ve afectada antes de su uso en más de 1 000 veces ese costo, si ocurre cuando el componente ya está siendo utilizado en una aplicación instalada.
Por lo tanto, se justifica la serie de medidas que cualquier usuario de componentes electrónicos toma para evitar problemas de descargas estáticas.
La mayoría de las cargas estáticas, que se vuelven potencialmente peligrosas para la integridad de los componentes electrónicos, son producidas por fricción. El simple caminar a una persona en un piso aislante puede generar tensiones estáticas de 15 000 volts.
Tenemos la percepción de estas cargas cuando tocamos un objeto, con la posibilidad de desagüe para la tierra y descargamos, sintiendo un fuerte choque. Son los grifos de "que dan choque" y las perillas de las puertas que hacen lo mismo. La percepción de las cargas acumuladas en una persona varía dependiendo del tensión acumulada.
Hasta 3 500 volts no notamos la descarga. Más de 3 500 volts, ya hemos sentido un choque. Con 5 000 V es ya posible oír la descarga y con 8 000 V la descarga llega a ser ya visible. (¡una blusa de lana en un cuarto oscuro y usted verá y oirá las chispas producidas por las descargas estáticas!).
Para que el lector tenga una idea del peligro potencial que representa para los componentes electrónicos, la mayoría de ellos pueden ser dañados con tensiones en el rango de 100 a 1 000 volts.
La carga acumulada sobre objetos y personas depende mucho de la humedad relativa del aire (recomendamos mantener un higrómetro en los lugares de trabajo con componente para tener un control preciso del peligro potencial que la ESD representa para los componentes). La tabla siguiente muestra cómo el tensión acumulada varía con la humedad relativa:
| Evento | 10% de humedad relativa (V) | 40% de humedad relativa (V) | 55% de humedad relativa (V) |
| Caminar sobre la alfombra | 35 000 | 15 000 | 7 500 |
| Paseo en piso de vinilo | 12 000 | 5 000 | 3 000 |
| Movimientos individuales sin aterramiento | 6 000 | 800 | 400 |
| Abriendo una bolsa de plástico | 25 000 | 20 000 | 7 000 |
El daño al componente se produce mediante la transferencia de cargas de un objeto cargado (que está bajo un cierto potencial) a otro que está descargado, o con un potencial diferente.
Prevención
No se debe usar ropa común cuando se trabaja con materiales sensibles a ESD. Estas ropas pueden acumular cargas estáticas intensas. Es el caso de una blusa de lana, que hemos citado como ejemplo, capaz de causar chispas incluso visibles en la oscuridad cuando se irritan. Al trabajar con componentes sensibles, se debe utilizar ropa especial, así como técnicas que incluyan el uso de equipos de protección.
Hay varias técnicas que se pueden adoptar a un costo relativamente bajo para evitar los problemas de ESD. Básicamente se centran en tres puntos clave:
Evitar la generación de cargas
Eliminar cargas de trabajo estáticas desde el escritorio (disipación o neutralización)
Proteja los componentes correctamente evitando los campos estáticos.
Hay varios tipos de equipos que se pueden adoptar para evitar los problemas de descargas estáticas a medida que se originan. Así que tenemos:
a) Prevención de la Generación de Cargas
Las pulseras protectoras se utilizan generalmente. Estas pulseras están puestas a tierra eliminando las cargas que eventualmente se acumulan en el cuerpo, como se muestra en la figura 24.
Esta característica elimina dos tipos de cargas: las cargas de origen tribu - eléctrica, que se originan cuando se friccionan dos materiales, y las cargas por capacitancia, que son inducidas por la aproximación del cuerpo de un objeto cargado.
Se pueden utilizar otras características de aterramiento de personas que trabajan con componentes sensibles. Además de las pulseras, polainas pueden ser utilizadas, y sólo se debe observar que para que estos recursos sean eficientes, deben estar en contacto con la piel. También hay zapatos especiales que tienen suelas capaces de mantener el contacto con locales aterrados, de modo que ninguna carga se pueda acumular en el cuerpo de la persona.
En la figura 25 le mostramos cómo usar estas pulseras. El letrero va, no hay problema, de una persona a otra.
b) Disipación de cargas
Una manera más lenta pero también eficiente de quitar cargas eléctricas y de un ambiente está con la disipación. Para este propósito se utilizan los materiales disipativos especiales. Estos materiales son intermedios entre los conductores y los aislantes.
Su resistencia es lo suficientemente alta como para poder trabajar con una placa de circuito impresa en ella, y alimentarla sin corrientes sensibles circulando, afectando su funcionamiento o poniéndolo en cortocircuito, pero lo suficientemente bajo como para permitir la eliminación de cargas estáticas acumulada.
Las sillas, que son utilizadas por las personas que trabajan con los componentes, también deben ser aterradas.
c) Neutralización de cargas
La terminología utilizada se refiere a los efectos de la ionización en materiales no conductivos. Podemos citar como ejemplo, las tazas de café de plástico. Debido a que no son conductores, acumulan miles de volts de cargas estáticas, que no pueden ser neutralizadas por la puesta a tierra, precisamente porque no son conductores. La mejor manera de neutralizar la carga acumulada en un objeto con estas características es a través del aire ionizado.
En la figura 26 tenemos un ejemplo de un ventilador de ionización que se utiliza en este tipo de neutralización de cargas. Este equipo está alimentado por un transformador de 24 V, emitiendo cantidades iguales de cargas positivas y negativas. Es un ionizador "auto-balanceado".
d) Blindajes
El blindaje se utiliza para proteger los componentes y las placas. Se emplean bolsas de materiales especiales para el transporte y el almacenamiento. Estos paquetes tienen al menos una capa intermedia de material conductivo (conductividad casi metálica). Tenga en cuenta que las bolsas de plástico o embalaje rosado no ofrecen protección. Las que ofrecen protección son el color gris o plateado.
5.5 – Polarización y circuitos con transistores de efecto de campo MOS
De la misma manera que los transistores bipolares y los transistores de efecto de campo de Juntura, para calcular los componentes de polarización, estamos basados en sus curvas características, esto es, en su familia de curvas. En la figura 27 tenemos una familia curvas de un MOSFET.
E estas gráficas se dan las curvas de la corriente de dreno (ID) en función de la tensión de dreno (ED) para varias tensiones de la puerta (por ejemplo).
En este curso básico, sin embargo, no vamos a tener los procedimientos de cálculos de polarizaciones de una manera más profunda, sino sólo una visión general de cómo funcionan. Los cálculos precisos se estudian en cursos más avanzados.
Los MOSFETs se polarizan de tal manera que mantengan su puerta bajo una tensión cero o negativa relativa al terminal (s) de la fuente, como el lector puede ver en el circuito de la figura 28.
La resistencia de polarización también sirve como protección en algunos circuitos. Su valor varía típicamente entre 500 k ohms y 10 M ohms.
De la misma manera que en el caso de los transistores de efecto de campo de juntura, podemos tener ajustes comunes de compuerta, fuente común y dreno común.
En la figura 29, el lector puede acceder a un circuito típico de un amplificador de alta frecuencia utilizando un transistor MOS.
En la figura 30 tenemos una variación de este tipo de transistor que es el MOS de doble compuerta, es decir, un transistor en el que podemos controlar el flujo de corriente entre el dreno y la fuente, a partir de dos compuertas de operación independiente.
Este tipo de transistor puede ser utilizado, con gran eficiencia, para mezclar señales tanto de baja como de alta frecuencia. En el uso de tal transistor, la puerta inutilizada se puede guardar a un potencial bajo A través de una resistor de polarización, como puede ver el lector en la figura 31.
Una simple aplicación para un transistor de este tipo se puede ver en la figura 32.
Lo que tenemos es un electroscopio, un circuito sensible capaz de detectar cargas eléctricas en los objetos. El sensor es un simple trozo de alambre, o una hoja metálica, que funciona como una "antena".
La aproximación de los objetos cargados de electricidad estática induce a la "antena" una carga que actúa sobre el transistor de efecto de campo, modificando la corriente circulando por el dispositivo. El instrumento conectado para mantener el equilibrio de la indicación sin carga entonces acusa esta variación de la corriente.
5.7 – Los transistores Power MOS o Power-MOSFETs o MOSFET de potencia
Con el uso de una técnica de difusión de la región de la porta sobre una superficie mucho más grande, podemos controlar corrientes mucho más intensas, obteniendo así el MOS de alta potencia.
En la figura 33 podemos ver la estructura básica de un transistor de este tipo, también llamado "V-MOS" en vista del formato v de la región portuaria y de canal.
Es uno de los primeros tipos de MOS de potencia que se han utilizado. Hoy en día, otras técnicas conducen a configuraciones que generalmente reciben el nombre de MOSFETs de potencia o MOSFETs. En la figura 34, tenemos otra estructura para transistores de este tipo.
Estos transistores pueden funcionar con tensiones de hasta más de 500 V, dependiendo del tipo y con corrientes muy intensas que, en algunos casos, Alcanzan varias docenas de ampères. Podemos entonces controlar potencias de carga de valores altos, con una ganancia muy alta, lo que hace que estos dispositivos sean ideales para su uso en fuentes de alimentación informática, amplificadores de audio, control de solenoide, motores, shields, relés y lámparas.
En la figura 35, el lector puede ver un ejemplo de una aplicación en la que una salida de audio con este transistor puede proporcionar una potencia de más de 100 W a un altavoz de un amplificador.
Es interesante notar que la calidad del audio obtenida por este tipo de transistor, en un amplificador es mejor que la obtenida por los transistores comunes, debido a la ausencia de distorsión por Crossover. Explicamos qué es esto:
A medida que estudiamos, un transistor bipolar común sólo comienza a conducir la corriente cuando el tensión en su base alcanza un 0,6 V. Esto significa que si tenemos una señal sinusoidal, cuando la tensión pasa a través del punto de cero volts, es decir, cruza la línea de cero volts, como el lector podrá figurar 36, el transistor no sigue esta variación de manera lineal.
En este cruzamiento, llamado “Crossover" en inglés, el transistor manifiesta esta incapacidad para trabajar con tensiones por debajo de 0,6 V, y con esto se produce una distorsión de la señal. Aunque pequeño, puede significar una pérdida de la fidelidad de la señal que en los amplificadores comunes puede permanecer entre 0,1 y el 2% típicamente.
Sin embargo, el MOS de potencia, al igual que todos los FETs, no presentan el punto de Crossover en condiciones normales de funcionamiento, lo que significa que este tipo de distorsión no se produce en la amplificación de las señales de audio.
El resultado es que, con estos transistores, podemos trazar pasos de amplificadores de audio con velocidades de distorsión tan bajas como 0,001%. Sin duda, una pequeña tasa de distorsión no puede ser percibida por el oído más sensible.
En la práctica
Los transistores de efecto de campo de potencia (Power-FETs, V-FET, D-FET y otros) pueden controlar corrientes muy intensas y, por lo tanto, encontrar algunas aplicaciones importantes en el equipo eléctrico común. Lo principal es el suministro de energía. Las fuentes de alimentación de una gran cantidad de equipos modernos son de tipo llaveado y funcionan con corrientes intensas.
En ellos, un transistor de alta potencia, usualmente un MOSFET, actúa como una llave que se abre y se cierra rápidamente, determinando la cantidad de corriente que pasa y con ella el tensión en la salida.
Un circuito apropiado determina el tiempo de cierre del transistor en función de la tensión de salida, es decir, regula. Un componente cuyas características son muy cercanas a las de los transistores de efecto de campo es la válvula pentodo.
En los viejos tiempos, las etapas de la salida de amplificadores de alta fidelidad fueron hechas con este tipo de válvula. En la figura 37 tenemos un paso típico en “push-pull ", como sabemos de las lecciones anteriores, pero con los transistores bipolares.
Sin embargo, junto con la calidad del sonido, garantizada por la no existencia de distorsiones por Crossover, tales pasos presentaron una serie de inconvenientes, además del hecho de que las válvulas necesitan mucha más energía para funcionar y ser componentes voluminosos.
Contenido
Lección 5 <--
