Transistores bipolares, FET, IGBT y tiristor SCR: funcionamiento y aplicaciones

Resumen

El documento presenta los principales dispositivos semiconductores de la electrónica: transistores bipolares, transistores de efecto de campo (FET), transistores IGBT y el tiristor SCR. Describe su estructura, sus ventajas, los tipos de polarización de los bipolares y el funcionamiento del SCR como elemento de control de potencia.

Puntos clave

Los transistores bipolares regulan la corriente que circula por ellos y se usan como amplificadores.
Los transistores bipolares no sufren desgaste, no tienen partes móviles y pueden integrarse por millones en un chip.
Los circuitos de polarización proveen la corriente continua necesaria para el funcionamiento de los transistores.
El FET controla la corriente mediante un campo eléctrico y tiene una impedancia de entrada muy alta.
Los IGBT combinan la ganancia de los bipolares con la alta impedancia de entrada de los FET y trabajan con tensiones y corrientes elevadas.
El SCR está formado por cuatro capas alternadas P y N y se dispara mediante una tensión positiva en la compuerta.

Ponte a prueba

Transistores Bipolares: Fundamentos y Aplicaciones

Los transistores bipolares son dispositivos cuya resistencia interna puede variar en función de la señal de entrada. Esta variación de resistencia los hace capaces de regular la corriente que circula a través de ellos. Están formados por cristales semiconductores y exteriormente presentan tres terminales de conexión, cada uno conectado a su capa semiconductora. El conjunto formado se encierra en un cuerpo llamado encapsulado.

Los transistores son ampliamente utilizados como amplificadores, aumentando el valor de una corriente pequeña hasta lograr alimentar grandes cargas.

Ventajas de los Transistores Bipolares

Evitan el rebote de contactos cuando reemplazan una llave.
No necesitan mantenimiento porque no sufren desgaste.
Son dispositivos de estado sólido, es decir, no tienen partes móviles.
Los transistores se pueden integrar y colocar por millones dentro de un chip.

Circuitos de Polarización de Transistores

En la práctica, los circuitos de polarización utilizan una sola batería y existen diversos tipos. Estos proveen a los transistores de la corriente continua (CC) necesaria para su funcionamiento. Algunos tipos comunes incluyen:

Polarización por divisor de tensión
Polarización fija
Autopolarización
Autopolarización con RB

Transistor de Efecto de Campo (FET)

El Transistor de Efecto de Campo (FET) es un dispositivo semiconductor que combina bajo consumo de potencia con una elevada impedancia de entrada. Su funcionamiento principal es controlar la corriente mediante un campo eléctrico. Existen dos tipos principales de FET:

JFET (Transistor de Efecto de Campo de Unión o FET común)
IGFET (Transistor de Efecto de Campo de Compuerta Aislada), también conocido como MOS o MOSFET.

Ventajas de los Transistores de Efecto de Campo (FET)

Posee una resistencia de entrada muy alta.
Es relativamente inmune a la radiación.
Es térmicamente estable.

Transistores IGBT: La Última Generación

Los Transistores Bipolares de Compuerta Aislada (IGBT) son la última generación de transistores. Combinan en un solo componente la elevada ganancia de los transistores bipolares con la alta impedancia de entrada de los FET. Son transistores de potencia que pueden trabajar con valores elevados de tensión y corriente. Existen dos tipos principales:

Canal N
Canal P

Tiristor (SCR): Control de Potencia

El Tiristor, comúnmente conocido como Rectificador Controlado de Silicio (SCR), es un dispositivo semiconductor formado por cuatro capas alternadas de material P y N. Este dispositivo se comporta como un diodo rectificador común, evitando que la tensión inversa alcance la tensión de ruptura y su destrucción.

Cuando se le aplica polarización directa, el SCR entra en estado de no conducción hasta que se aplica una tensión positiva en la compuerta, llamada tensión de disparo. Una vez disparado, la compuerta pierde el control sobre la conducción. Para devolverlo al estado de bloqueo, la tensión VAK (ánodo-cátodo) debe disminuir por debajo de la tensión de mantenimiento y la corriente entre ánodo y cátodo debe ser inferior a la corriente de mantenimiento (IH).

El comportamiento del SCR se puede comparar con el de una llave que permite bloquear la circulación de corriente por la carga.

Ventajas y Desventajas del Tiristor

Ventaja: Utilizan circuitos simples.
Desventaja: Pueden reducir el torque del motor en ciertas aplicaciones.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un transistor de efecto de campo (FET)?

Es un dispositivo semiconductor que combina bajo consumo de potencia con una elevada impedancia de entrada, y controla la corriente mediante un campo eléctrico. Existen dos tipos principales: JFET y IGFET o MOSFET.

¿Qué es un IGBT?

Es un transistor bipolar de compuerta aislada que combina la elevada ganancia de los bipolares con la alta impedancia de entrada de los FET. Es un transistor de potencia que puede trabajar con valores elevados de tensión y corriente.

¿Cómo se apaga un tiristor SCR?

Para devolverlo al estado de bloqueo, la tensión ánodo-cátodo debe disminuir por debajo de la tensión de mantenimiento y la corriente entre ánodo y cátodo debe ser inferior a la corriente de mantenimiento (IH).