Historia de los transistores de unión bipolar
El transistor (BJT) no era los tres primeros dispositivos terminales. Antes de que existieran los transistores se usaban tubos de vacío. En la electrónica, los triodos de tubos de vacío se utilizaron casi durante medio siglo antes de que BJTs. La bombilla inventada por Thomas Edison a principios de 1880 fue uno de los primeros usos de los tubos de vacío para cualquier aplicación eléctrica. Los triodos del tubo de vacío se utilizaron en varios diseños de ordenador hasta principios de los 50. Pero el mayor problema era que, a medida que aumentaba la complicación de los circuitos, se requería integrar más y más triodos. En aquellos días una gran computadora tendría muchos estantes llenos de tubos que casi ocupaban una gran habitación. El tamaño no era el único problema, los tubos consumían mucha energía y a veces tenían fugas, por lo que eran menos fiables.
Por lo tanto, los científicos e ingenieros comenzaron a pensar en formas de hacer algún otro tipo de tres dispositivos terminales. Así que en lugar de controlar un electrón en el vacío, comenzaron 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 haciendo dos contactos puntuales muy cercanos entre sí, podían hacer un dispositivo de tres terminales. Así, el primer transistor de punto de contacto se hizo usando germanio, clip y hojas de afeitar.
La figura de abajo muestra una réplica de la misma. Entonces Shockley desarrolló el transistor de unión (BJT) presionando juntos finos trozos de diferentes semiconductor materiales. Los transistores sustituyeron a 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 transistores se fabricaron como componentes individuales hasta finales de los años 50, después de lo cual circuitos integrados (ICs) que colocaron todos los componentes en un solo chip. Esto es solo una parte de un interminable historia de BJT.
Aplicaciones del transistor de unión bipolar
Hay dos tipos de aplicaciones del transistor de unión bipolar…la conmutación y la amplificación.
El transistor como un interruptor
Para las aplicaciones de conmutación el transistor está sesgado para operar en la región de saturación o de corte. El transistor en la región de corte actuará como un interruptor abierto mientras que en la saturación actuará como un interruptor cerrado.
Abrir el interruptor
En la región de corte (ambas uniones están sesgadas al revés) la voltaje a través de la unión CE es muy alta. El voltaje de entrada es cero, así que tanto las corrientes de base como las de colector son cero, por lo que el resistencia ofrecido por el BJT nosotros muy alto (idealmente infinito).
Interruptor cerrado
En la saturación (ambas uniones están sesgadas hacia adelante) se aplica un alto voltaje de entrada a la base. El valor de la resistencia de la base se ajusta de tal manera que fluye una gran corriente de base. Hay una pequeña Caída de tensión a través de la unión del emisor del colector del orden de 0,05 a 0,2 V y la corriente del colector es muy grande. Una caída de voltaje muy pequeña tiene lugar a través de la BJT y se puede decir que es equivalente a un interruptor cerrado.
BJT como amplificador
Amplificador CE acoplado RC de una etapa
La figura muestra un amplificador CE de una sola etapa. C1 y C3 son condensadores de acoplamiento, se utilizan para bloquear el componente de CC y pasar sólo la parte de CA, también aseguran que las condiciones de base de CC de la BJT permanezcan inalteradas incluso después de aplicar la entrada. C2 es el condensador de derivación que aumenta la ganancia de voltaje y desvía el R4resistencia para las señales de CA.
El BJT está sesgada en la región activa utilizando los componentes de sesgo necesarios. El punto Q se hace estable en la región activa de la transistor. Cuando la entrada se aplica como se muestra debajo de la base actual comienza a variar hacia arriba y hacia abajo, por lo que la corriente del colector también varía a medida que IC = IB. Por lo tanto voltaje a través de R3 varía a medida que la corriente colectora pasa a través de ella. El voltaje a través de R3 es el amplificado y es 180o aparte de la señal de entrada. Por lo tanto, el voltaje a través de R3 está acoplado a la carga y la amplificación ha tenido lugar. Si el punto Q se mantiene en el centro de la carga, la distorsión de la forma de onda será menor o nula. La ganancia de voltaje así como de corriente del amplificador CE es alta (la ganancia es el factor por el cual el voltaje de la corriente aumenta de la entrada a la salida). Se utiliza comúnmente en radios y como amplificador de voltaje de baja frecuencia.
Para aumentar aún más la ganancia se utilizan amplificadores multietapa. Están conectados a través de condensador, transformador eléctrico, R-L o directamente acoplado dependiendo de la aplicación. La ganancia global es el producto de las ganancias de las etapas individuales. La figura de abajo muestra un amplificador CE de dos etapas.
