El transistor y circuitos integrados

Universidad del Valle de Guatemala
Taller de introducción a la Mecatrónica
Oscar Alessandro Reyes Lico
Sección: 20
Otto Girón
Carnet: 09565
Fecha: 9/09/2009
Investigación 1
Introducción:
La presente investigación es una introducción a lo que son los transistores y los circuitos
integrados. En la presente se da relevancia a lo importante que han sido los transistores para el
desarrollo de la tecnología, así mismo se aborda el tema de circuitos integrados que son una
mezcla formada de transistores, resistencias, diodos, condensadores, etc. que vinieron a mejorar
aún la variedad de aparatos electrónicos. Los circuitos integrados se formaron por la necesidad de
mejorar el transistor, añadiéndole aún más semiconductores, a menor precio sin que fuera un
empaquetado muy grande. Con el transcurso de los años esto se ha ido desarrollando de mejor
forma. En esta investigación se puede observar la importancia que dio la creación del transistor, ya
que desde ese momento comenzó a desarrollarse la tecnología, dependiendo de estos los circuitos
integrados que con esa teoría vinieron a cambiar al mundo entero. En la presente se entrará en
más detalle con estos dos conceptos, y para su mayor comprensión se tocarán temas de la
historia, funcionamiento, tipos, simbología, características, etc.
El Transistor
Historia
El transistor fue descubierto en diciembre de 1947 y dado a conocer en Junio de 1948, en los
Laboratorios Bell por Bardeen, Brattain y Shockley. Estos científicos buscaban un sustituto de los
tubos de vacío, comúnmente llamados válvulas. Descubrieron el transistor de punta de contacto.
Más tarde Shockley creó el transistor de unión. En Julio de 1951 los Laboratorios Bell anuncian la
creación de este dispositivo y en Septiembre del mismo año patentaron su tecnología de
fabricación para ambos tipos de transistor vendiéndolas a 25000 dólares. Este fue el principio de la
industria del transistor. Los primeros en comprarlas fueron RCA, Raytheon, General Electric, Texas
Instruments y Transitron.
Los primeros transistores fueron de germanio, sin embargo, conocidas las propiedades del silicio
en cuanto a voltaje y disipación térmica, desbancó a este. En 1955 se fabricaron los primeros
transistores de silicio.
Aplicaciones
Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran:
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Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación).
Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de radiofrecuencia).
Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación
conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM).
Detección de radiación luminosa (fototransistores).
Funcionamiento:
El transistor bipolar es un dispositivo de tres terminales gracias al cual es posible controlar una
gran potencia a partir de una pequeña. En la figura 1.1 se puede observar un ejemplo cualitativo
del funcionamiento del mismo. Entre los terminales de colector (C) y emisor (E) se aplica la
potencia a regular, y en el terminal de base (B) se aplica la señal de control gracias a la que
controlamos la potencia. Con pequeñas variaciones de corriente a través del terminal de base, se
consiguen grandes variaciones a través de los terminales de colector y emisor. Si se coloca una
resistencia se puede convertir esta variación de corriente en variaciones de tensión según sea
necesario.
Figura 1.1: Ejemplo de funcionamiento del transistor
Los transistores de unión tienen 3 terminales llamados Base, Colector y Emisor, que dependiendo
del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas.
Por otro lado, los Transistores de Efecto de Campo (FET) tienen también 3 terminales, que son
Puerta (Gate), Drenador (Drain) y Sumidero (Sink), que igualmente dependiendo del encapsulado
que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas.
Tipos de transistores y Simbología
Existen varios tipos que dependen de su proceso de construcción y de las aplicaciones a las que se
destinan. A continuación se muestra una tabla con los tipos de transistores de uso más frecuente y
su respectiva simbología:
Transistor Bipolar de Unión (BJT)
Transistor de Efecto de Campo, de
Unión (JFET)
Transistor de Efecto de Campo, de
Metal-Óxido-Semiconductor (MOSFET)
Fototransistor
Circuitos Integrados
Un circuito integrado es un circuito formado por elementos tales como diodos, transistores,
resistencias y condensadores, los cuales están interconectados y ubicados en una pastilla de silicio.
Es de unas dimensiones muy reducidas y sus elementos no se pueden separar. Es decir, el sistema
electrónico está formado por circuitos completos y cada uno de ellos contiene centenas de
elementos, todos ellos situados en el cristal de silicio. Los circuitos integrados surgieron en 1959,
con el fin de ahorrar dinero en el empaquetamiento individual de cada componente, en mano de
obra y espacio. Las conexiones entre los distintos elementos suelen hacerse evaporando películas
metálicas sobre el cristal; todos los componentes se fabrican conjuntamente. Los circuitos
integrados se fabrican mediante la difusión de impurezas en silicio monocristalino, que sirve como
material semiconductor, o mediante la soldadura del silicio con un haz de flujo de electrones.
Los chips digitales más pequeños contienen varios componentes sencillos como compuertas,
inversores y flip-flops. Los más grandes contienen circuitos y sistemas completos como
contadores, memorias, microprocesadores, etc. La mayoría de los circuitos integrados digitales
vienen en presentación tipo dip (dual in-line package) o de doble hilera. Los ci más comunes tipo
dip son los de 8, 14, 16, 24, 40 y 64 pines.
Historia
El primer circuito Integrado fue creado por Jack Kilby en la empresa Texas Instruments en el año
de 1959; poco más de una década después de la invención del transistor en los laboratorios Bell en
1947.
A partir de 1966 los Circuitos Integrados comenzaron a fabricarse por millones y en la actualidad
se considera una pieza esencial en los aparatos electrónicos.
Primer Circuito Integrado
Circuito Actual
Función y Aplicación
Los Circuitos Integrados son unos pequeños circuitos electrónicos fabricados con una función
específica como pueden ser: Operaciones Aritméticas, funciones lógicas, amplificación,
codificación, decodificación, controladores, etc.
Estos Circuitos Integrados por lo general se combinan para formar sistemas mucho más complejos
que pueden ser desde una calculadora, un reloj digital, un videojuego, hasta una computadora,
etc.
Características
La característica más notable de un Circuito Integrado es su tamaño; ya que puede contener 275
mil transistores, además de una multitud de otros componentes como son transistores, diodos,
resistencias, condensadores y alambres de conexión, y medir desde menos de un centímetro a
poco más de tres centímetros.
Otra de las características de los circuitos integrados es que rara vez se pueden reparar; es decir si
un solo componente de un circuito integrado llegara a fallar, se tendría que cambiar la estructura
completa; esto se debe al tamaño diminuto y los miles de componentes que poseen.
Tipos
Familias Bipolares:
RTL (Lógica de resistencia-transistor).
DTL (Lógica de diodo-transistor).
TTL (Lógica de transistor-transistor).
ECL (Lógica de emisores-acoplados).
HTL (Lógica de alto umbral).
IIL (Lógica de inyección integrada).
Familias MOS:
PMOS (Metal oxido semiconductor canal P).
NMOS (Metal oxido semiconductor canal N).
CMOS (Metal oxido semiconductor complementario).
Simbología
Conclusiones:
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Los transistores, han reemplazado casi completamente al tubo de vacío en la
mayoría de sus aplicaciones.
Al incorporar un conjunto de materiales semiconductores y contactos eléctricos, el
transistor permite las mismas funciones que el tubo de vacío, pero con un coste,
peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad.
El desarrollo de los circuitos integrados ha revolucionado los campos de las
comunicaciones, la gestión de la información y la informática.
Los circuitos integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el
consiguiente descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento de los
sistemas.
Referencias:
Aladro, J. 2000. Los transistores. Tema 2. Centro de residencias Eibar. Visitado el 7 de septiembre
de 2009 del sitio web: http://www.planetaelectronico.com/cursillo/tema2/tema2.6.html
Electronred. Fecha desconocida. Historia de los transistores. Visitado el 7 de septiembre de 2009
del sitio web: http://electronred.iespana.es/transistorantiguos.htm
Geocities. Fecha desconocida. Tipos de circuitos integrados. Visitado el 7 de septiembre de 2009
del sitio web: http://www.geocities.com/evaristgalois/Tareas/Vocacional3/Circuito001/circuito
001p7.html
Martínez J. et al. Fecha desconocida. Transistores y Circuitos Integrados. Visitado el 7 de
septiembre de 2009 del sitio web: http://74.125.113.132/search?q=cache:sR7iDznqpbAJ:campus
global.uc3m.es/asignaturas/C8.52.10004-31/TCITIG/presentacionesalumnos/TransistoresCircuitos
Integrados.pps+historia+de+los+circuitos+integrados&cd=5&hl=es&ct=clnk&gl=gt&client=firefox-a
Scribd. Fecha desconocida. El transistor bipolar. Visitado el 7 de septiembre de 2009 del sitio web:
http://www.scribd.com/doc/6703320/011-Funcionamiento-Del-Transistor-Bipolar