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miércoles, 3 de septiembre de 2014

Concepto de Componentes Electrónicos: Los Transistores. Los Circuitos Integrados. Oposición Policía Nacional. Tema 24.

Continuamos el tema 24 del temario policía nacional, con el estudio de la Electrónica. Concepto de Componentes Electrónicos: Los Transistores. Los Circuitos Integrados. Suscríbete a la Guía de Formación Online  para recibir estas actualizaciones directamente en tu correo electrónico.

2. Concepto de componentes electrónicos

2.4. Los transistores

Los materiales, desde el punto de vista eléctrico, podemos clasificarlos en dos grandes grupos: conductores (como el cobre) y aislantes (como la cerámica).

Los transistores tienen su origen en los materiales semiconductores que tienen una conductividad intermedia, es decir, no son buenos conductores, ni tampoco buenos aislantes. La estructura de los semiconductores la de los aislantes: monocristalina.

En electrónica, los más utilizados son el germanio y el silicio. Son semiconductores puros o intrínsecos, que tienen la peculiaridad de que a temperaturas muy bajas se comportan como aislantes, pero que en  cambio, sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurenzas o en presencia de luz, su conectividad puede elevarse de modo espectacular (de hecho, pueden alcanzar niveles próximos a los de los metales). Para reducir su resistividad, los semiconductores puros son mezclados con impurezas, y entonces pasan a ser semiconductores extrínsecos o dopados, a los que se les ha añadido otros materiales con el objetivo de producir un exceso o una carencia de electrones libres.
En base a lo dicho, hay dos tipos de semiconductores:

- Tipo N: se le ha añadido un impureza con exceso de electrones (Arsenio).
- Tipo P: se le ha añadido una impureza con defecto de electrones (Galio o Indio).

Al unir un semiconductor tipo N y un semiconductor tipo P, se obtiene un diodo semiconductor. La base de su funcionamiento es algo complicada, ya que se fundamenta en el desplazamiento de las cargas negativas (los electrones) y positivas (huecos) hacia una zona intermedia entre las dos piezas, formando una barrera que impide la circulación de electrones y que solo puede desbloquearse con una polarización directa, o sea, aplicando tensión positiva a la parte P y negativa a la parte N.

La polarización inversa impide el paso de la corriente, por lo que en cuanto a su aplicación es similar a la válvula de diodo, y la rectificación de corriente es utilidad básica.
El empleo más práctico de los semiconductores se logró en 1948, cuando Brattain y Bardeen presentaron el primer transistor, denominado de puntas de contacto.

Un transistor es un aparato que ha sustituido a la válvula electrónica gracias a sus ventajas, entre ellas que es mucho más resistente y duro que la válvula (pues más sólido y compacto), es mucho más pequeño, y además no precisa un período de calentamiento para que se establezca la circulación de electrones.

El transistor se basa en la unión de tres partes semiconductoras de diferentes tipos, lo que da como resultado el llamado transistor bipolar, y que presenta las variedades siguientes:

- Transistor NPN: unión de un semiconductor tipo P y de dos semiconductores N adosados a los extremos del semiconductor tipo P.

- Transistor PNP: su disposición es contraria a la del transistor NPN.

Entonces, el transistor consta de tres partes fundamentales: la base (parte central), el emisor y el colector. Tiene cierto parecido, en su funcionamiento, con la válvula de tríodo puesto que, con ligeras tensiones suministradas a la base (rejilla), se logra regular la conducción de tensiones más elevadas entre el emisor o cátodo, y el colector o ánodo. Es por este motivo que su utilidad básica está en la fabricación de circuitos amplificadores. La unión emisor-base ha de estar directamente polarizada, y la unión colector-base, ha de estar inversamente polarizada.

2.5. Los circuitos integrados

El paso siguiente consistió en integrar los transistores y el resto de componentes electrónicos en un único circuito. Y fue así como nació el circuito integrado (CI), conocido comúnmente como chip, que integra todos los componentes activos y pasivos precisos para realizar una función. Otro nombre que reciben estos circuitos integrados es el de monolíticos, puesto que están fabricados sobre un solo cristal de silicio.

La fotolitografía permite al diseñador la creación de centenares de miles de transistores en un solo chip, colocando de modo adecuado las numerosas regiones tipo N y P, que son interconectadas por medio de minúsculos conductores.

Los chips precisan de mucho menos potencia y espacio. Además, su fabricación es mucho más barata que la de un circuito equivalente compuesto por transistores individuales.

En la integración a gran escala (LSI = Large Scale Integration) se combinan en torno a los 5000 elementos –como transistores y resistencias- en un cuadrado de silicio de unos 1,3 cm de lado. Una de las principales beneficiarias de todo esto, es sin duda la tecnología de los ordenadores. Así, a día de hoy, las funciones lógicas y aritméticas de una computadora se puede realizar mediante un único  chip con integración a escala muy grande (VLSI = Very Large Scale Integration) llamado microprocesador.

Casi todos los CI se dividen en familias lógicas. Todos los elementos pertenecientes a una familia lógica son compatibles entre sí, es decir, trabajan con el mismo voltaje y la salida de un elemento puede alimentar la entrada de otro.  Por este mismo motivo las distintas familias lógicas no suelen ser compatibles entre sí, aunque existen elementos auxiliares en cada familia lógica que interconexionan los circuitos de diferentes familias lógicas. De modo general, los componentes de los CI se suelen englobar dentro de uno de los dos siguientes grupos:

- TTL (Lógica Transistor- Transistor): diseñados para una alta velocidad.
- CMOS (Metal- Óxido- Semiconductor Complementario): diseñados para un bajo consumo.

Gracias a los circuitos integrados se han desarrollado muchos nuevos productos, como las computadoras, videojuegos, calculadoras personales y relojes digitales. También se han empleado para reducir el coste de muchos productos existentes (televisores, receptores de radio, equipos de alta fidelidad…). El empleo de circuitos integrados abarca ampliamente el campo de la industria, la medicina, comunicaciones, control de tráfico aéreo y terrestre, y control medioambiental.

4 comentarios:

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