Componentes electrónicos - Transistores

Bueno, para ir ampliando conocimientos y aportar algo de teoría pongo mi manual sobre transistores, el cual es susceptible de ser corregido/ampliado por cualquiera que esté interesado en hacerlo.

El Transistor: Una maravilla moderna

Prólogo:
Imaginaos el mundo si no existiera el más simple de los transistores........las radios tendrían todas como mínimo el tamaño de una tostadora, los teléfonos móviles tendrían el tamaño de una lavadora y el ordenador más rápido que existe en la actualidad tendría el tamaño de ¡¡¡¡LA ISLA DE IBIZA!!!!
Los transistores fueron desarrollados como una alternativa a las válvulas de vacío. Los dos usos mayoritarios de los transistores (o ya puestos, también de las válvulas) son: amplificar señales o como interruptor electrónico de señales. Debido a su pequeño tamaño tiene otra ventaja: necesita bastante menos energía que una válvula para realizar el mismo trabajo.
Con un poco de creatividad e imaginación, se puede usar un transistor en un circuito para conmutar o amplificar tensiones. Este divertido trabajo con circuitos puede llevarte muchas veces a confusiones si estás trabajando con circuitos que llevan transistores. Los transistores son unos pequeños bichos muy complejos, así que sólo voy a tratar los tipos más comunes que nos vamos a encontrar cuando empezamos a trabajar con ellos en este mundillo del DIY, qué aspecto tienen y otras cosas que son básicas y que hay que saber.

Las características de los transistores

Las resistencias, condensadores e incluso los diodos suelen tener unas características bastante simples, peeeeeeeeeero amigo, el transistor tenía que ser más difícil. Estos cachivaches se pueden clasificar por un número de criterios tan amplio que necesitaría un subforo entero para explicarlos todos y ése no es el objetivo de este manual de componentes.......así que simplemente vamos a hablar de las características más importantes que hay que conocer que son:

a) Tensión colector-base.
b) Tensión colector-emisor.
c) Intensidad máxima de colector.
d) Disipación máxima que soporta el componente.
e) Frecuencia máxima de operación del componente.
f) Ganancia del componente (en la hoja de características se denomina como hfe).

Ninguna de esas características está escrita en el transistor -sería demasiado fácil- así que para conocer esas características hay que consultar la llamada hoja de características del fabricante del transistor indicado. Como normalmente trabajamos con proyectos que ya nos dicen el transistor que tenemos que usar no necesitamos investigar sus características, pero siempre nos viene bien saber que existen......

¡¡¡No soy sólo un número, soy un transistor con nombre y apellido!!!

Tirando por lo bajo........actualmente tenemos a nuestra disposición varios miles de transistores distintos producidos por más de dos docenas de fabricantes distintos. ¿Cómo identificarlos?
Cada transistor tiene una denominación, nombre o código único, como por ejemplo el 2N3055 o el BC547, que identifica cada transistor. Si estás haciendo un circuito que has visto en internet o en un libro (aún existen, jejejejee) bastará con que compres el que se indica en el esquema. En caso de no encontrarlo en la tienda tendrás que buscar en libros de equivalencias o por internet un transistor sustituto equivalente. Hay que tener mucho cuidado a la hora de usar un sustituto ya que aún teniendo las mismas características que el transistor sustituído el patillaje del equivalente puede ser distinto, siempre es aconsejable echarle un vistazo a la hoja de características del transistor para conocer el patillaje.
Todos los semiconductores tienen serigrafiados números y letras que especifican y describen de que tipo de dispositivo se trata. Existen varias nomenclaturas o códigos que pretenden darnos esta preciada información. De todas destacan tres: PROELECTRON (Europea) que consta de dos letras y tres cifras para los componentes utilizados en radio, televisión y audio o de tres letras y dos números para dispositivos industriales. La primera letra precisa el material del que está hecho el dispositivo y la segunda letra el tipo de componente. El resto del código, números generalmente, indica la aplicación general a la que se aplica. A continuación os pongo la nomenclatura:

La primera letra indica el material semiconductor utilizado en la construcción del dispositivo

A - Germanio

B - Silicio

C - Arseniuro de Galio

D - Antimoniuro de Indio

R - Material de otro tipo

La segunda letra indica la construcción y utilización principal del dispositivo

A - Diodo de señal (diodo detector, de conmutación a alta velocidad, mezclador).

B - Diodo de capacidad variable (varicap).

C - Transistor, para aplicación en baja frecuencia.

D - Transistor de potencia, para aplicación en baja frecuencia

E - Diodo túnel.

F - Transistor para aplicación en alta frecuencia.

L - Transistor de potencia, para aplicación en alta frecuencia

P - Dispositivo sensible a las radiaciones.

R - Dispositivo de conmutación o de control, gobernado eléctricamente y teniendo un efecto de ruptura (tiristor).

S - Transistor de aplicación en conmutación.

T - Dispositivo de potencia para conmutación o control, gobernado eléctricamente y teniendo un efecto de ruptura (tiristor).

U - Transistor de potencia para aplicación en conmutación

X - Diodo multiplicador (varactor).

Y - Diodo de potencia (rectificador, recuperador).

Z - Diodo Zener o de regulación de tensión.

La serie numérica consta:

a) De tres cifras (entre 100 a 999) para dispositivos proyectados principalmente en aparatos de aplicación doméstica (radio, TV, registradores, amplificadores).

b) Una letra (X,Y,Z), seguida de dos cifras (de 10 a 99) para los dispositivos proyectados para usos principales en aplicaciones industriales y profesionales.

En Estados Unidos se utiliza la nomenclatura de la JEDEC ( Joint Electronic Devices Engineering Council) regulado por la EIA (Electronic Industries Association), que consta de un número, una letra y un número de serie (este último sin significado técnico). El significado de los números y letras es el siguiente:

1N - Diodo o rectificador
2N - Transistor o tiristor
3N - Transistor de Efecto de Campo FET o MOSFET

Los fabricantes japoneses utilizan el código regulado por la JIS (Japanese Industrial Standards), que consta de un número, dos letras y número de serie (este último sin ningún significado técnico). El número y letras tienen el siguiente significado:

Número:

0 - Fototransistor
1 - Diodo, rectificador o varicap
2 - Transistor, tiristor
3 - Semiconductor con dos puertas.

Primera letra:

S - Semiconductor

Segunda letra:

A - Transistor PNP de A.F.
B - Transistor PNP de B.F.
C - Transistor NPN de A.F.
D - Transistor NPN de B.F.
F - Tiristor de puerta P
G - Tiristor de puerta N
J - FET de canal P
K - FET de canal N

Pastillas, cápsulas y otras especies.......

El material semiconductor que contiene un transistor es del tamaño de un grano de arena o menor (así a ojo, jejejeej). Sería complicado soldar cables en algo tan pequeño, por lo que los fabricantes lo alojan en un encapsulado plástico o metálico. Actualmente podemos encontrar -literalmente- varias docenas de tamaños y tipos de encapsulado para transistores, no voy a describirlos todos porque necesitaría otro subforo (y ya serían dos, jejjejeje), pero sí los más comunes:



- El TO-92: Este transistor pequeño es muy utilizado para la amplificación de pequeñas señales.



- El TO-18: Es un poco más grande que el encapsulado TO-92, pero es metálico. En la carcasa hay un pequeño saliente que indica que la patilla más cercana es el emisor.



- El TO-39: tiene le mismo aspecto que es TO-18, pero es mas grande. Al igual que el anterior tiene una saliente que indica la cercanía del emisor, pero también tiene la patilla del colector pegado a la carcasa, para efectos de disipación de calor.



- El TO-126: Se utiliza mucho en aplicaciones de pequeña a mediana potencia. Puede o no utilizar disipador dependiendo de la aplicación en se este utilizando. Se fija al disipador por medio de un tornillo aislado en el centro del transistor. Se debe utilizar una mica aislante o una almohadilla térmica.



- El TO-220: Este encapsulado se utiliza en aplicaciones en que se deba de disipar potencia algo menor que con el encapsulado TO-3, y al igual que el TO-126 debe utilizar una mica aislante o almohadilla térmica si va a utilizar disipador, fijado por un tornillo debidamente aislado.



- El TO-3: este encapsulado se utiliza en transistores de gran potencia. Como se puede ver en el gráfico es de gran tamaño debido a que tiene que disipar bastante calor. Está fabricado de metal y es muy normal ponerle un "disipador" para liberar la energía que este genera en calor. Este disipador no tiene un contacto directo con el cuerpo del transistor, pues este estaría conectado directamente con el colector del transistor (ver siguiente párrafo). Para evitar el contacto se pone una mica o almohadilla térmica para que sirva de aislante y a la vez de buen conductor térmico. El disipador de fija al transistor con ayuda de tornillos adecuadamente aislados que se introducen el los orificios que estos tienen. En el transistor con encapsulado TO-3 el colector esta directamente conectado al cuerpo del mismo (carcasa), pudiendo verse que sólo tiene dos pines o patillas. Estas patillas no están en el centro del transistor sino que están ligeramente a un lado.



- El TO-3P viene a ser una versión más moderna del TO-3 y se usa al igual que el anterior en transistores de gran potencia, como se ve en la figura, la diferencia con respecto al TO-220 es que la zona metálica es del mismo tamaño que el transistor y no sólo una aleta que sale del mismo. Obligatorio también el uso de disipador con este encapsulado, debidamente aislado con una mica o almohadilla térmica.

Haciendo amig.....digooooooooo conexiones

Normalmente los transistores tienen tres patillas de conexión, éstas son:

- Base
- Colector
- Emisor

Si simplificamos la explicación teórica podemos decir que al conectar la base a una tensión o corriente se activará o desactivara (según esté polarizado) el transistor.
Las patillas de emisor y colector se conectan a tensiones positivas, negativas o masa, según el circuito.
Algunos transistores incluyen una cuarta patilla, esta patilla lleva a masa el encapsulado del transistor hacia el chasis del circuito.

Tipos de transistor

En primer lugar, podemos clasificar los transistores como dispositivos NPN o PNP. esta misteriosa abreviatura se refiere al "sandwich" o unión de los materiales semiconductores en el interior del transistor.



A menos que tengas visión de rayos-X, jamás vas a distinguir a simple vista un transistor NPN de un PNP. De todas formas, en los esquemas y en las hojas de características sí que se ven las diferencias, así que no hay que preocuparse. Cuando hacemos un proyecto propio podemos usar un tipo de transistor u otro según nuestras necesidades: el tipo de fuente de alimentación que tenemos, la polaridad de la alimentación, la dirección de la señal, etc......pero hay que dejar claro que no podemos usar indistintamente a voleo uno u otro tipo.
Si en un esquema dice que usemos un PNP no podemos sustituírlo por un NPN sin esperar ver humo en alguna parte del circuito.........
Por si no había bastantes cosas que memorizar......aparte de por su tipo de unión, los transistores se pueden clasificar por cómo se creó la unión de los semiconductores en el proceso de fabricación. Los dos principales tipos que vais a encontraros son los transistores bipolares y los FET's.
Las diferencias entre uno y otro:

a) Bipolares: Son los más comunes. Se aplica una pequeña corriente de entrada en la base del transistor. Esto hace que varíe la corriente que circula entre el colector y el emisor.

b) FET's: Estos transistores también tienen tres conexiones, pero éstas se llaman: Puerta (Gate), Fuente (Source) y Drenador (Drain) en vez de base, colector y emisor. Aplicando una tensión en la puerta controlamos la corriente que circula entre la fuente y el drenador.
Hay dos tipos de FET: de canal-N (similar al NPN bipolar) y de canal-P (similar al PNP bipolar).



Técnicamente los FET se dividen en dos subtipos: MOSFET y JFET, no me voy a extender más en este manual para explicar las diferencias entre uno y otro, pero siempre viene bien saber que existen.



Un consejo: cuando tratamos con transistores FET hay que tener cuidado ya que son sensibles a las descargas de electricidad estática. Por so es conveniente que mientras no los usemos los tengamos guardados en un envoltorio antiestático y no sacarlos hasta que vayamos a usarlos.
Salu2.

dios.. no hay palabras.. dejame que lo lea entero y ya hablamos.. jeje

+1!

Impresionante, ahi te ha caido un +1.

excelente conguito... lo añado a teoria electronica....
ahora estaria bien algun montaje tipo para explicar someramente como actua etc

por supuesto el +1

Dame tiempo, que con esto que he puesto llevo 2 o 3 días liado, ahora voy a meter las configuraciones típicas: base común, colector común, emisor común.......tranquilo que iré ampliando.
Salu2.

Espectacular Conguito, a ver si mañana me pongo un poco con estos manuales de componente, que hace tiempo queria echarles una leída. Por lo pronto un +1, que parece ser un excelente aporte

Un abrazo

Vamos a por la segunda parte del tema transistores, habrá más, pero poco a poco, así que no os preocupéis.

Antes de seguir con la segunda parte de los transistores voy a aclarar unos conceptos para que nadie se líe leyendo las explicaciones de los circuitos que vienen a continuación.
En los circuitos que vamos a ver trabajamos con dos tensiones: una alterna (CA) y otra contínua (CC), la contínua es la proporcionada por la fuente de alimentación y la tensión alterna es la señal que nosotros le "inyectamos" al circuito y que puede venir de la guitarra o de un micrófono. Aunque sea una señal pequeña y no sea de 50Hz como la de los enchufes, no deja de ser corriente alterna, por lo tanto cuando en las explicaciones veáis palabras como señal, componente alterna, etc......tenéis que tener en cuenta que se trata de la señal que proviene de nuestra guitarra o micrófono, al ser un circuito que trabaja con dos tipos de tensión (CC y CA) puede haber confusiones, por lo que he intentado explicar de la forma más clara posible cuál es el camino que sigue la señal de la guitarra y cual es el comportamiento de la corriente contínua. Hay que tener en cuenta que la acción conjunta de los dos tipos de corriente son los que hacen que los circuitos se comporten de la forma en que lo hacen y que no sería posible si faltara uno de los dos tipos de corriente, en este tema es importante leer con mucha atención la explicación y fijarse cuando nos referimos a CC o CA ya que una mala comprensión del texto nos puede llevar a errores en la interpretación del funcionamiento del circuito.
En los circuitos con transistores en los que se trabaja con señal el funcionamiento básico sería el siguiente:
Usamos la CC para fijar el punto de trabajo óptimo del transistor, ese punto de trabajo es diferente para cada transistor, incluso diría que es diferente aún entre dos transistores del mismo modelo debido a la alta tolerancia que se permite en la fabricación de algunos transistores, sin ir más lejos en la propia hoja de características de cualquier transistor podéis ver que su ganancia está "entre" una cifra y otra, la diferencia a veces puede ser de más del 100% entre el mínimo y el máximo, como por ejemplo en los BC546-BC549 pone que tienen una ganancia mínima de 110 y una máxima de 800.......con matices.....veréis, existen los BC546A, BC546B y BC546C, los A tienen una ganancia de entre 110 y 220, los B una ganancia de entre 200 y 450 y los C tienen una ganancia de entre 420 y 800, como véis las variaciones pueden ser enormes incluso entre dos BC546C.....
El punto de trabajo del transistor se fija principalmente según tres de sus características:
Tensiones máximas de trabajo, corrientes máximas de trabajo y ganancia del transistor.
El hecho de fijar el punto de trabajo del transistor en su punto óptimo es lo que nos permitirá amplificar una señal sin distorsiones ni recortes en la onda de la misma, algo muy importante cuando hablamos de transistores.
Hay que tener en cuenta que un transistor puede tener tres estados:
corte, saturación y trabajo.
Dentro de la zona de trabajo de un transistor hay que buscar el punto óptimo de esa zona que nos proporcione una amplificación máxima sin que recorte la señal.
Próximamente me adentraré a fondo en explicar cómo se polariza un transistor, cómo se fija el punto de trabajo óptimo y algunas cosas más que hay que saber, pero al tratarse de explicaciones de un nivel ya no básico sino intermedio prefiero ir paso a paso en el manual y explicar las configuraciones básicas ya que antes de explicar como se polariza un transistor o como se fija su punto de trabajo es necesario explicar como leer la hoja de características de un transistor y eso también puede ser una explicación larga, por lo que es mejor ir poco a poco e ir pisando sobre terreno firme.

Por último decir que si alguien tiene cualquier tipo de pregunta con respecto a alguno de estos circuitos que vamos a ver, que no dude en hacerla, le responderé gustosamente si está dentro de mis posibilidades y conocimientos.

Hay tres configuraciones básicas para el uso del transistor con señales.
El emisor puede ser el común para la señal.
La base puede ser el común para la señal.
El colector puede ser el común para la señal.

Configuración de emisor común

Probablemente la configuración más usada es el circuito de emisor común. "Común" significa "masa para la señal". La configuración básica se muestra en el siguiente dibujo:



Un terminal puede ser masa para la señal pero tener una tensión en corriente contínua. En el circuito podemos ver que C1 hace de cortocircuito para la señal, por lo que el emisor sería la masa de la señal.. Pero R1 hace que el emisor tenga una cierta cantidad de tensión positiva con respecto a masa (o negativa si se usa un transistor PNP). La tensión de contínua exacta del emisor depende del valor de R1 y de la polarización del transistor (también llamado bias).
La polarización depende de las resistencias R2 y R3. Puede ser desde 0V hasta lo que dé la fuente de alimentación (en este caso 12V). Normalmente suele haber un par de voltios.
Los condensadores C2 y C3 bloquean el paso de corriente contínua a la entrada y a la salida del circuito, mientras que permiten libremente el paso de la señal. La resistencia R4 evita que haya fugas de señal a través de la fuente de alimentación.
La señal entra en el circuito a través de C2, lo que provoca un pequeño cambio en la corriente de base Ib. Este pequeño cambio en la intensidad de base crean una gran variación en la corriente de colector Ic. Esta corriente pasa por R4, haciendo que haya tensión contínua en esta resistencia. La parte alterna de esta tensión sale sin oposición a través de C3 a la salida del circuito.
Esta configuración es la base de muchos amplificadores, desde frecuencias de audio hasta altas frecuencias de radio. La configuración de emisor común es la que más ganancia produce de cualquiera de las tres configuraciones posibles. La señal sale con un desfase de 180º con respecto a la señal de entrada.

Configuración de base común

Como su nombre indica, en el circuito de base común es la base la que hace de masa para la señal.
El esquema básico es el siguiente:



La polarización del transistor se hace igual en este circuito que en el de emisor común. La diferencia es que la señal de entrada se aplica en el emisor en vez de en la base. Esto provoca variaciones en la tensión en R1, provocando a su vez variaciones en la intensidad de base Ib. El resultado de este pequeño cambio en la corriente de base es un gran cambio en la corriente de colector que pasa a través de R4. Como os habréis dado cuenta, en este circuito también buscamos la variación en la corriente de base, pero en vez hacerlo inyectando la señal en la base lo hacemos inyectando la señal en el emisor. Por eso, en la configuración de base común la señal de salida está en fase con la de entrada.
La señal entra a través de C1. La resistencia R1 evita que la señal se vaya hacia masa. La polarización se hace con R2 y R3. El condensador C2 mantiene la base como masa para la señal. La resistencia R4 evita que haya fugas de señal a través de la fuente de alimentación. La salida de señal es a través de C3.
El circuito en base común proporciona algo menos de ganancia que el de emisor común, pero es más estable que la configuración de emisor común en algunas aplicaciones, especialmente en amplificadores de potencia de radiofrecuencia.

Configuración de colector común

El circuito de colector común trabaja usando el colector como masa para la señal. El esquema básico es el siguiente:



La entrada de señal es a través de la base igual que en la configuración de emisor común.
La señal entra a través de C2 hacia la base del transistor. Las resistencias R2 y R3 fijan la polarización de la base. La resistencia R4 limita la corriente a través del transistor. El condensador C3 mantiene al colector como masa para la señal. Una corriente contínua variable circula a través de R1 y aparece una tensión contínua variable en esta misma resistencia. La componente alterna de esta tensión pasa a través de C1 hacia la salida. Debido a que la salida sigue la dirección de la corriente de emisor este circuito también es conocido como seguidor de emisor.
La señal de salida de este circuito está en fase con la señal de entrada.
La impedancia de entrada de este circuito es alta y la impedancia de salida es baja. Por este motivo, el circuito de colector común se puede usar para adaptar altas impedancias a bajas impedancias. Si está bien diseñado, un seguidor de emisor (o colector común) trabaja en un amplio rango de frecuencias y es una alternativa de bajo coste a los transformadores adaptadores de impedancias.

Esto es todo lo que da de si la segunda parte del manual, manténganse atentos a su pantalla......próximamente la tercera parte.
Salu2.

hola, que increíble el mundo de los transistores, de verdad aquí hay gente que sabe muchísimo, y que buen foro por lo demás...

No soy muy electrónico, y he tenido que entrar en este mundo por una pieza. El D315E-6F Sanyo transistor, de un equipo análogo precioso...que lamentablemente dejó de funcionar por un error de voltaje, y estos transistores fueron quemados.
He estado casi un año buscando, incluso los pedí a USA y me dieron unos de plástico, que no resisten...todo mal.
Este es el que me enviaron Imagen no disponible
Y este es el original que necesito Imagen no disponible
Si se fijan la apariencia es muy distinta. Y el sufijo "E" no está registrado en el de plástico. Me dijeron que tal letra es el material con el cual está hecho. Ya no se a quien creer.
Por favorrr...!....como puedo encontrar la equivalencia a este transistor?.....ha pasado tanto tiempo y he perdido tantas horas y dinero Alguien me puede ayudar???........plis!!!!!....se lo agradecería muchisimo!

Hola, soy nuevo en el foro y me interesa entrar en esto del mundo DIY. Como veo saben bastante del tema electrónica, donde vivo es muy difícil conseguir componentes electrónicos. Pero poseo varios transistores con esta nomenclatura: 2N 2369, TG 294, BF 305, BC 209C. Y me pregunto si ellos sirven para fabricar algún pedal o circuito relacionado al mundo de la electrónica de la guitarra. O si tal vez estos no sirven para aplicaciones de audio. Desde ya les agradezco por todo que he aprendido en el foro. Saludos.

Muy bueno. +1

+1 Por la lección magistral

muy bueno tu aporte, gracias.. soy estudiante de ing. mecatronica y me gusta mucho la parte aplicativa de los transistores. Para cuanto publicas la tercera parte de tu manual¿? estoy interesado en eso. O ya la has publicado en otro lado?... Porque veo que tus publicaciones son hace mas de dos años, espero que aun visiste este foro y responda. de verdad gracias por lo antes publicado