Explicación de las especificaciones del transistor

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Hay muchas especificaciones de transistor diferentes que definen aspectos del transistor de rendimiento de un transistor bipolar para permitir una elección informada del transistor adecuado para cualquier circuito.

 

Hay un gran número de transistores bipolares disponibles, tanto con plomo como dispositivos de montaje en superficie. Estos han sido diseñados para cumplir con una variedad de aplicaciones diferentes en todas las áreas de la electrónica.

Para definir los parámetros de un transistor se utilizan muchas especificaciones diferentes. Cada una de estas especificaciones de transistores define un aspecto del rendimiento del transistor.

Los fabricantes de transistores emiten hojas de especificaciones para sus transistores que normalmente se encuentran en Internet, aunque hace años los ingenieros solían estudiar libros de datos para averiguar la información.

Para el diseño de circuitos electrónicos, seleccionar el transistor correcto necesitará varios de los parámetros del transistor para que coincidan con los requisitos para el circuito. Por lo tanto, una variedad de parámetros tendrán que coincidir cuidadosamente.

No todos los parámetros son eléctricos, aspectos como el tamaño del paquete y si el dispositivo es un transistor de montaje en superficie, es decir, un dispositivo de montaje en superficie. Con la mayoría de los ensamblajes de PCB que ahora utilizan tecnología de montaje en superficie para ayudar a la fabricación electrónica automatizada de productos y equipos, la mayoría de los transistores fabricados en estos días son transistores SMD.

Transistor 2N3553 en una lata de metal TO39
Transistor 2N3553 en una lata de metal TO39

Mientras que la mayoría de los transistores fabricados en estos días son transistores SMD debido a las técnicas automatizadas de ensamblaje de PCB utilizadas, todavía hay muchos dispositivos con plomo también. Los números de pieza específicos de los transistores normalmente están disponibles como versiones con plomo y también para transistores SMD con las mismas especificaciones eléctricas, aunque aspectos como la disipación de calor diferirán debido a los diferentes estilos de paquete.

Parámetros de especificación del transistor

Hay una serie de parámetros estándar con abreviaturas que se utilizan para definir el rendimiento de un transistor. Las definiciones de estos parámetros se describen en la siguiente tabla:

  • Número de tipo: El número de tipo del dispositivo es un identificador único dado a cada tipo de transistor. Esto permite comprobar los datos completos sobre sus especificaciones en la hoja de datos del transistor del fabricante para investigar su rendimiento.

    Hay tres esquemas internacionales que se utilizan ampliamente: el esquema europeo Pro-Electron; JEDEC de EE. UU. (los números comienzan con 2N para transistores); y el sistema japonés (los números comienzan con 2S).

    Además de simplemente dar un número de tipo estandarizado a los transistores, estos esquemas pueden proporcionar información sobre el rendimiento del transistor. El esquema europeo Pro-Electron es particularmente bueno para esto, ya que distingue entre diferentes tipos de transistores, por ejemplo, un BC109 es un transistor de baja potencia de frecuencia de audio de silicio, y un BFR90 es un transistor de RF de baja potencia.

  • Polaridad: Hay dos tipos de transistores: transistores NPN y transistores PNP. Es importante elegir el tipo correcto, de lo contrario todas las polaridades del circuito estarán equivocadas.

    Los transistores NPN se utilizan más ampliamente. Como porque ofrecen un mejor rendimiento que los transistores PNP porque los electrones son los portadores mayoritarios y su movilidad es mayor que la de los agujeros que son los portadores mayoritarios en los transistores PNP. Los circuitos básicos para transistores NPN también encajan bien con la tierra negativa normalmente utilizada en los sistemas de CC.

  • Material: Una especificación clave del transistor que se dará para cualquier transistor es el material del que se fabrica t. El principal tipo de material utilizado para los dispositivos semiconductores es el silicio.

    Aunque hay otros materiales como el germanio y el arseniuro de galio, el silicio es el más popular porque es más barato de procesar y, además de esto, los procesos son más avanzados que para otros materiales. Como se utiliza para muchos otros dispositivos semiconductores, hay muchos beneficios de escala y tecnología disponibles.

    El silicio ofrece un buen rendimiento general con una tensión de encendido de unión del emisor base de alrededor de 0,6 voltios – es de 0,2 a 0,3 voltios para el germanio.

  • VCBO: Este parámetro es el colector para la tensión de ruptura base de un transistor bipolar. Es la tensión base máxima del colector – de nuevo generalmente se mide con el circuito abierto izquierdo del emisor. Este valor no debe excederse en el funcionamiento del circuito.

    Este parámetro es importante porque alguna corriente de fuga fluirá entre el colector y la base, haciendo que la pieza se caliente. Alternativamente, el voltaje excesivo puede dañar la unión base del colector. Como se pueden producir daños terminales en el transistor bipolar, esta clasificación no debe excederse e idealmente el transistor debe funcionar con un buen margen en la mano.

    En funcionamiento, la unión colector-base está sesgada inversamente y fluirá una pequeña corriente inversa (ICBO. A medida que aumenta el voltaje inverso, el campo eléctrico en la región de agotamiento de la unión base del colector aumenta, y la corriente inversa comienza a aumentar a medida que los portadores minoritarios ganan suficiente energía para generar pares de electrones de agujero que luego aumentan la corriente inversa. Eventualmente se produce una ruptura de avalanchas. Esto limita el voltaje máximo que se puede aplicar al transistor.

    VCBO es típicamente más alto que VCEO porque con el terminal base del BJT abierto, cualquier corriente de fuga también será la misma que la corriente base aplicada externamente, y esto es amplificado por el transistor. Esto hará que fluya aún más corriente a través del dispositivo, calentándolo y por esta razón, VCEO a menudo es más bajo que VCBO.

  • VCEO: Voltaje de ruptura del colector al emisor. Esta especificación de transistor es la tensión máxima que se puede colocar desde el colector hasta el emisor. Normalmente se mide con el circuito abierto base, de ahí la letra «O» en la abreviatura. Durante la etapa de diseño del circuito electrónico es esencial garantizar que este valor no se exceda en funcionamiento, de lo contrario pueden producirse daños. Idealmente, el transistor debe funcionar con un buen margen en la mano.

    A menudo, solo se debe permitir que la tensión máxima aumente al 50 o 60% del valor máximo para un funcionamiento confiable. Tenga en cuenta que para los circuitos que utilizan inductores en el circuito del colector, la tensión del colector puede aumentar al doble de la tensión del carril.

    Si la tensión aplicada entre los terminales del colector y el emisor es alta, y el mayor número de portadores comienza a difundirse en la región del colector desde la base. Esto hace que el diodo emisor base en el transistor bipolar comience a inclinarse hacia adelante, y esto hace que la corriente fluya entre el colector y el emisor, a pesar de que no se ha aplicado ninguna corriente base externa. Cuando se alcanza un cierto voltaje, VCEO, el transistor puede encenderse completamente, y en algunos casos esto puede resultar en daños terminales al dispositivo.

  • IC: La especificación de corriente del colector del transistor se define normalmente en miliamperios, pero los transistores de alta potencia se pueden citar en amperios. El parámetro importante es el nivel máximo de corriente del colector. Esta cifra no debe excederse de lo contrario el transistor puede estar sujeto a daños.
  • VCEsat: El voltaje de saturación del emisor del colector, es decir, el voltaje a través del transistor (colector al emisor) cuando el transistor se enciende duro. Normalmente se cita para una base en particular y valores de corriente de recopilador.

    En estas circunstancias, el voltaje entre el colector y el emisor es menor que el de la unión del emisor base, a menudo es de alrededor de 0,2 voltios.

  • hFE & hfe: Esta es la ganancia de corriente para un transistor expresada como parámetro h o parámetro híbrido. La letra «f» indica que es una característica de transferencia hacia adelante, y la letra «e» indica que es para una configuración común del emisor. El valor de hfe es aproximadamente el mismo que β.

    Se ven dos versiones de este parámetro: hFE se refiere al parámetro medido en condiciones de CC, mientras que hfe se refiere al parámetro para señales de CA.

  • FT: Transición de frecuencia – esta especificación de transistor detalla la frecuencia donde la ganancia de corriente cae a la unidad. El transistor normalmente debe funcionar muy por debajo de esta frecuencia.
  • Ptot: Disipación total de energía para el dispositivo. Normalmente se cita para una temperatura exterior ambiente de 25 °C a menos que se indique lo contrario. La disipación real a través del dispositivo es la corriente que fluye a través del colector multiplicada por el voltaje a través del propio dispositivo.
  • Tipo de paquete: Los transistores se pueden montar en una variedad de paquetes según sus aplicaciones. Hay los dispositivos con plomo estándar que aparecen en una variedad de paquetes – estos paquetes normalmente se ajustan a los estándares JEDEC y comienzan con las letras TO, que significan contorno del transistor. Esto es seguido por un guión y un número que normalmente es de hasta tres dígitos.

    Los tamaños de componentes con plomo populares incluyen TO5 (caja metálica, diámetro de tapa de 8,1 mm), TO18 (caja metálica con diámetro de tapa de tapa es de 4,5-4,95 mm) y TO92 (también conocido como SOT54, caja de plástico de diferentes tamaños, pero espaciado de plomo de línea recta de 1,27 mm).

    Los transistores de montaje en superficie, los transistores SMD se utilizan en grandes cantidades porque la mayoría de la fabricación electrónica y el montaje de PCB se realizan utilizando técnicas automatizadas y la tecnología de montaje en superficie se presta a esto. Los tamaños populares incluyen los contornos SOT-23 y SOT-223.

  • Esquemas de codificación y marcado de transistores: La mayoría de los transistores que se utilizan tienen números de pieza que se ajustan a los esquemas JEDEC o Pro-Electron. Números como BC107, BC109, 2N2222A y muchos más son muy familiares para cualquier persona involucrada en el diseño y la fabricación de electrónica.

    Sin embargo, cuando se utilizan técnicas automatizadas de ensamblaje de PCB y dispositivos de montaje en superficie, se encuentra que muchos transistores son demasiado pequeños para llevar el número completo que podría utilizarse en una hoja de datos. Como resultado, se ha desarrollado un sistema de codificación bastante arbitrario, por el cual el paquete de dispositivos lleva un simple código de identificación de dos o tres caracteres.

    Esto normalmente se puede acomodar en los pequeños paquetes de diodos de montaje en superficie. Sin embargo, identificar el número de tipo del fabricante de un diodo SMD del código del paquete puede no ser fácil a primera vista. Hay algunos libros de códigos SMD útiles disponibles que proporcionan los datos para estos dispositivos.

 

Hay muchos elementos diferentes en las especificaciones del transistor, tanto los transistores con plomo como los de montaje en superficie. Para satisfacer la demanda de fabricación de electrónica hay una gran variedad de transistores entre los que elegir. Sin embargo, sigue siendo relativamente fácil elegir un transistor cuando se utiliza un conocimiento básico de las diferentes especificaciones y parámetros del transistor.

Para aplicaciones de propósito general, muchos transistores serán suficientes, pero para aplicaciones más especializadas es esencial seleccionar el tipo correcto de transistor.

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