Los transistores de unión bipolar, BJT (Bipolar Junction Transistor) o comúnmente transistores bipolares, son dispositivos electrónicos fabricador con cristales de elementos semiconductores como el Germanio, o más frecuentemente el Silicio.
Los elementos químicos semiconductores como el Germanio, con número atómico 32 y el Silicio, con número atómico 14, tienen 4 electrones de valencia en su capa más externa.
Recordar que los electrones de valencia son los electrones que "le faltan o le sobran" a un átomo para conseguir una configuración estable de 8 electrones en su capa más externa.
Sin embargo, los elementos químicos buenos conductores de la electricidad, como el Cobre que tiene 29 de número atómico, tienen 1 electrón de valencia en su última capa.
Los átomos de estos últimos elementos crean enlaces atómicos de tipo metálico, ya que se ordenan formando una estructura cristalina, en la cual se mueven libremente los electrones de valencia que "les sobra" a los átomos. Esto último es lo que les confiere la propiedad de buenos conductores de la electricidad.
En cambio, los semiconductores forman enlaces covalentes en los que los átomos comparten y "fijan" los electrones de valencia de sus capas más externas, con el fin de conseguir una configuración estable de 8 electrones en estas últimas capas.
Se forma una estructura cristalina pura en la que todos los electrones de valencia están compartidos y "fijados" a los átomos de Silicio, impidiéndose la conducción eléctrica.
Pero, si a esta estructura se le añade impurezas como átomos de Arsénico, con número atómico 33 y 5 electrones de valencia en su última capa; o de átomos de Boro, con número atómico 5 y 3 electrones de valencia en su capa más externa, conseguiremos una estructura cristalina en la que "sobran" o "faltan" electrones para una configuración estable.
De esta forma el cristal puro que no conduce la electricidad se convierte en un cristal con impurezas que sí lo hace.
El cristal con impurezas de Arsénico tendrá exceso de electrones, por lo que estará cargado negativamente. Se le denomina cristal N.
El cristal con impurezas de Boro a falta de electrones, tendrá "huecos" para ellos. Estará cargado positivamente y se le denomina cristal P.
Los diodos están construidos con 2 cristales, uno N y otro P.
Los transistores están construidos con 3 cristales semiconductores: 2 N y 1 P (transistores NPN) o 2 P y 1 N (transistores PNP).
Los tiristores están construidos con 4 cristales semiconductores.
Los transistores NPN tienen un cristal N muy cargado de impurezas de Arsénico que se llama emisor, o terminal E; tienen otro cristal P, más estrecho, con alguna impureza de Boro, al que se le da el nombre de base, o terminal B y un tercer cristal con una cantidad media de impurezas de Arsénico al que se le denomina colector, o terminal C.
Cuando los 3 cristales semiconductores N, P y N se unen, los electrones libres de los cristales N se mueven hacia los huecos del cristal P y los huecos del cristal P se mueven hacia los cristales N para ser ocupado por otro electrón libre.
Pero cada vez que un electrón deja un átomo de Arsénico para moverse hacia el hueco de un átomo de Boro, el Arsénico se convierte en un ion positivo, pues le faltará un electrón y el Boro en un ion negativo, pues tendrá un electrón de más.
Hay que añadir que los iones positivos de Arsénico y los iones negativos de Boro están fijos en la estructura cristalina debido a los enlaces covalentes, lo que se mueve libremente son los electrones y los huecos que estos dejan al moverse.
Llega un momento en el que los iones positivos de Arsénico repelen a los huecos y los iones negativos de Boro repelen a los electrones y el movimiento de electrones y de huecos se detiene.
Se forma entonces una zona negativa con exceso de electrones en el cristal P y una zona positiva con iones positivos de Arsénico en el cristal N en un estado de equilibrio que produce una diferencia de potencial. A 25ºC esta diferencia de potencial es de 0,3 V para el Germanio y de 0,7 V para el Silicio.
Esto se produce en las zonas adyacentes de los cristales, o unión entre los cristales N y P. De ahí el nombre de transistores de unión bipolar.
No hay comentarios:
Publicar un comentario