¿Cuáles son las características del transistor?

Los transistores son componentes en dispositivos electrónicos que controlan y amplifican el flujo de electricidad en el dispositivo y se consideran uno de los inventos más importantes en el desarrollo de la electrónica moderna. Las características importantes del transistor que afectan el funcionamiento del transistor incluyen la ganancia, estructura y polaridad del transistor, así como los materiales de construcción. Las características del transistor pueden variar ampliamente según el propósito del transistor.

Los transistores son útiles porque pueden usar una pequeña cantidad de electricidad como señal para controlar el flujo de cantidades mucho mayores. La capacidad del transistor para hacer esto se denomina ganancia del transistor, que se mide como la relación entre la salida que produce el transistor y la entrada requerida para producir esa salida. Cuanto mayor sea la salida en relación con la entrada, mayor será la ganancia. Esta relación se puede medir en términos de potencia, voltaje o corriente de la electricidad. La ganancia disminuye a medida que aumenta la frecuencia de operación.

Las características del transistor varían según la composición del transistor. Los materiales comunes incluyen los semiconductores silicio, germanio y arseniuro de galio (GaAs). El arseniuro de galio se usa a menudo para transistores que funcionan a altas frecuencias porque su movilidad de electrones, la velocidad a la que los electrones se mueven a través del material semiconductor, es mayor. También puede funcionar de manera segura a temperaturas más altas en transistores de silicio o germanio. El silicio tiene una movilidad de electrones más baja que los otros materiales de transistores, pero se usa comúnmente porque el silicio es económico y puede operar a temperaturas más altas que el germanio.

Una de las características más importantes del transistor es el diseño del transistor. Un transistor de unión bipolar (BJT) tiene tres terminales llamadas base, colector y emisor, con la base situada entre el colector y el emisor. Pequeñas cantidades de electricidad se mueven desde la base al emisor, y el pequeño cambio en el voltaje provoca cambios mucho mayores en el flujo de electricidad entre las capas del emisor y el colector. Los BJT se llaman bipolares porque usan electrones cargados negativamente y agujeros de electrones cargados positivamente como portadores de carga.

En un transistor de efecto de campo (FET), solo se usa un tipo de portador de carga. Cada FET tiene tres capas semiconductoras llamadas compuerta, drenaje y fuente, que son análogas a la base, colector y emisor de BJT, respectivamente. La mayoría de los FET también tienen un cuarto terminal denominado cuerpo, volumen, base o sustrato. Si un FET usa electrones o huecos de electrones para transportar cargas depende de la composición de las diferentes capas de semiconductores.

Cada terminal semiconductor en un transistor puede tener polaridad positiva o negativa, dependiendo de las sustancias con las que se haya dopado el material semiconductor principal del transistor. En el dopaje de tipo N, se agregan pequeñas impurezas de arsénico o fósforo. Cada átomo del dopante tiene cinco electrones en su capa externa. La capa externa de cada átomo de silicio tiene solo cuatro electrones, por lo que cada átomo de arsénico o fósforo proporciona un electrón en exceso que puede moverse a través del semiconductor, dándole una carga negativa. En el dopaje de tipo P, en su lugar se utilizan galio o boro, los cuales tienen tres electrones en su capa externa. Esto le da al cuarto electrón en la capa externa de los átomos de silicio nada con lo que unirse, produciendo portadores de carga positiva correspondientes llamados agujeros de electrones dentro de los cuales pueden moverse los electrones.

Los transistores también se clasifican según la polaridad de sus componentes. En los transistores NPN, el terminal central, la base en BJT, la puerta en FET, tiene polaridad positiva, mientras que las dos capas a cada lado son negativas. En un transistor PNP, lo contrario es el caso.