El Cedazo

Dejamos el capítulo anterior de esta serie sobre el computador mágico con la gráfica genérica de un transistor:

En este capítulo vamos a ver cómo se produce ese efecto y cómo podemos aprovecharlo para nuestro ordenador.

El transistor más sencillo, como decíamos, es el BJT (Bipolar Junction Transistor, transistor de unión bipolar) o simplemente transistor bipolar. Hoy en día no es el tipo de transistor más utilizado en la industria para hacer microchips, pero es mucho más sencillo de explicar que otros más comunes y nos sirve para entenderlo cualitativamente y seguir avanzando hacia arriba hasta el computador. Cuando llegue el momento de utilizar transistores de otro tipo, los introduciremos y veremos las diferencias respecto a este transistor BJT.

Un transistor bipolar se construye simplemente poniendo tres pedazos de semiconductor de los dos tipos que conocíamos (N y P). Cómo no los disponemos en geometrías sofisticadas ni les añadimos más materiales entre medias ni nada, solo podemos disponerlos de 2 formas distintas: PNP y NPN. Bien, pues esa es la forma en que se llaman precisamente los dos tipos de transistor que podemos construir de este modo: transistor bipolar PNP y transistor bipolar NPN. Vamos a empezar explicando el NPN y luego contaremos las poquitas diferencias que hay con el PNP (en un artículo posterior).

Transistor bipolar NPN: disposición y esquema eléctrico

Entonces, si simplemente cogemos un pedazo de material de tipo P y le ponemos a ambos lados unos pedazos de material de tipo N, y luego le “soldamos” unos conectorcillos de cobre, de modo que cada uno de los tres tenga una patilla… pues ya tenemos un transistor bipolar NPN. Al terminal del centro se le llama Base, al de arriba Colector y al de abajo Emisor.

Vuelve arriba ahora y revisa la gráfica general de funcionamiento del transistor. Verás que tiene 3 partes claramente diferenciadas: la parte inicial, donde la salida es cero; la parte final, donde la salida es máxima; y la parte central, donde la salida es proporcional a la entrada. En el transistor bipolar esas 3 zonas se llaman: zona de corte, zona de saturación y zona lineal.

Para describir esas 3 zonas de forma estricta hay que describir cómo se relacionan las tensiones entre Base y Emisor, entre Colector y Emisor y entre Colector y Base, y las corrientes por Colector, Emisor y Base (aunque algunas de ellas se deducen de las ecuaciones de Kirchoff, y no de las ecuaciones de transistor propiamente dichas). Pero en los montajes más habituales del transistor, y en particular para los que necesitaremos para seguir avanzando en esta serie, siempre se pone el Colector conectado de alguna forma al polo positivo de una pila, y el Emisor de alguna forma conectado al polo negativo. Es probable que alrededor del transistor, entre sus terminales y los polos de la pila, se pongan otros componentes, como resistencias, condensadores u otros transistores, pero el Colector siempre suele acabar conectado, aunque sea indirectamente, al positivo de la pila; y el Emisor suele acabar conectado, aunque sea indirectamente, al negativo de la pila. Además, la entrada siempre viene por la Base. Ojo, que esta es la forma que necesitamos para explicar los siguientes componentes que necesitaremos, y es verdad que es la más habitual, pero no es la única forma en que puede usarse un transistor.

Fíjate en que no se suele dibujar la pila con sus dos terminales, sino que se suele indicar con Gnd o el símbolo de la rayas el terminal negativo de la pila (Gnd por ground, tierra en inglés; las rayas reprensentan a la tierra); y con Vcc o un simple punto gordo el terminal positivo. A veces también se indica el valor de la tensión de alimentación. Si por ejemplo estamos alimentando el circuito con 5V, a veces se pone +5V en vez de Vcc, y muy especialmente se pone cuando hay partes del circuito que se alimentan por ejemplo con 5V y otras con 12V. Pero como no es nuestro caso, vamos a obviar esto.^[1]

Pero el resumen es que la tensión entre Colector y Emisor es siempre positiva, y en general lo bastante grande como para que, en el análisis cualitativo que vamos a hacer, nos podamos desentender de ella.

También es muy habitual suponer que la corriente que entra por la Base es muy pequeña. La mayor parte de las veces simplemente diremos que es 0A, pero incluso cuando no, siempre podremos decir sin miedo que es mucho menor que la corriente que entra por el Colector y sale por el Emisor.

Por lo tanto, podemos describir las tres zonas del transistor cualitativamente del siguiente modo:^[2]

• Zona de corte: ocurre cuando la tensión entre la Base y el Emisor es pequeña.
• Zona de saturación: ocurre cuando la tensión entre la Base y el Emisor es grande.
• Zona lineal: ocurre cuando estamos… pues más o menos en medio de las dos. Ni muy grande, ni muy pequeña. A veces también se la llama zona activa.

Eso en cuanto a la entrada. ¿Qué ocurre en cuanto a la salida?

• Zona de corte: no circula corriente por ninguno de los terminales del transistor. Es decir, cuando estemos en zona de corte, podemos simplemente quitar el transistor y no poner nada, dejar un circuito abierto.
• Zona de saturación: circula corriente infinita por el Colector. Lógicamente, eso de “infinito” es algo que no cuadra muy bien con el mundo físico, así que lo que quiere decir en realidad es que la cantidad de corriente que entre no estará limitada por el transistor, sino por esas “Otras cosas” que ponemos en el dibujo. Es decir, cuando estemos en zona de saturación, podemos simplemente quitar el transistor y poner un cable que una al Colector con el Emisor (recuerda que hemos dicho que la corriente por la Base es completamente despreciable).
• Zona lineal: la corriente que circula por el Colector es proporcional a la corriente que circula por la Base. Además, esa constante de proporcionalidad, que se suele llamar beta, es muy grande (depende del transistor concreto, pero factores de 100, o incluso mucho mayores, no son raros). Fíjate en que tenemos una situación un poco extraña: necesitamos saber cuánto es la corriente que entra por la Base para multiplicarla por beta y así calcular la corriente que entra por el Colector. Pero por otro lado, decimos que la corriente que circula por la Base es 0 (o al menos despreciable), de modo que todo lo que entra por el Colector sale por el Emisor. Es un poco extraño, pero es así. Es el problema de las simplificaciones: que son válidas hasta que dejan de serlo.

En el próximo artículo veremos cómo combinar eso para lograr dos efectos: un conmutador y un amplificador. Por cierto: al igual que con el diodo, a lo mejor te queda el regustillo de querer saber no solo cómo se comporta el transistor sino por qué. Te recuerdo que veremos eso en un apéndice más adelante.

1. A veces también ocurre que en lugar de alimentarse entre 0V y 5V, se alimenta por ejemplo entre -5V y +5V… pero eso, de nuevo, no hace falta para lo que queremos contar. [↩]
2. Recuerda que estamos simplificándolo mucho. [↩]

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