Qué es un transistor y para qué sirve: tipos, historia y usos

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Si hoy llevas un móvil en el bolsillo, escuchas música con un equipo compacto o te conectas a Internet desde un ordenador ultrafino, es gracias a un pequeño gran invento: el transistor. Desde su irrupción a finales de los 40, este dispositivo semiconductor ha impulsado la miniaturización y la potencia de la electrónica moderna. En estas líneas te contamos con detalle qué es un transistor y para qué sirve, cómo funciona por dentro, qué tipos existen, qué parámetros importan de verdad y por qué su historia marcó un antes y un después.

Aunque su definición básica cabe en una frase, su alcance es enorme: un transistor controla o modifica el flujo de corriente entre dos terminales atendiendo a una señal aplicada en un tercer terminal. Por eso sirve como amplificador, conmutador, oscilador o incluso rectificador, desde un altavoz doméstico hasta un escáner médico. Vamos paso a paso.

¿Qué es un transistor?

La palabra transistor procede de la expresión inglesa transfer resistor («resistencia de transferencia»). En la práctica, es un componente semiconductor de al menos tres terminales capaz de dejar pasar más o menos corriente entre dos de ellos en función de lo que ocurra en el tercero. Ese control sobre la corriente o la conductancia del canal es el que permite amplificar señales débiles o actuar como un interruptor muy rápido.

En su forma clásica, el transistor bipolar de unión (BJT) tiene emisor, base y colector. Una pequeña corriente que entra por la base gobierna una corriente mucho mayor entre emisor y colector. En el caso de los transistores de efecto de campo (FET), el control se hace por tensión en la puerta, modulando la conductancia de un canal entre fuente y drenador con una impedancia de entrada altísima.

Se fabrican mayoritariamente en silicio, aunque también existen en germanio, arseniuro de galio (GaAs) o aleaciones silicio-germanio, embebidos de forma masiva en circuitos integrados (microchips) o empaquetados como piezas discretas. Su encapsulado suele ser hermético, con carcasa de plástico o metálica y tres patillas, y es el elemento activo básico de casi toda la electrónica actual.

Un poco de historia imprescindible

El sueño de controlar corrientes en estado sólido es anterior a su realización industrial. En 1925, Julius Edgar Lilienfeld registró patentes en Canadá y más tarde en EE. UU. para dispositivos que anticipaban el FET, pero faltaba calidad en los materiales semiconductores para llevarlos a la práctica. En 1934, Oskar Heil patentó algo similar en Europa, y se multiplicaron los experimentos con cristales. Aún así, no fue hasta 1947 cuando John Bardeen y Walter Brattain, en los Laboratorios Bell, observaron ganancia de señal con dos puntas de oro sobre un cristal de germanio.

En los meses siguientes, William Shockley profundizó en la física de semiconductores y propondría el transistor bipolar de unión, cuya primera solicitud de patente llegó en 1948. Ese mismo año, en Francia, Herbert Mataré y Heinrich Welker desarrollaron independentemente el «transistron» para la red telefónica. Poco después, en 1953, Philco presentó un primer transistor de alta frecuencia (hasta 60 MHz), y en 1954 se logró el primer transistor operativo de silicio en Bell (Morris Tanenbaum) y el primer modelo comercial en Texas Instruments (Gordon Teal).

La siguiente gran revolución fue el MOSFET, construido en 1960 por Dawon Kahng y Martin Atalla, clave para integrar millones de transistores por centímetro cuadrado. En reconocimiento al hito, Shockley, Bardeen y Brattain obtuvieron el Nobel de Física en 1956 por sus investigaciones y el descubrimiento del efecto transistor. Desde entonces, la electrónica vivió una explosión en la línea del tiempo de la historia de la computadora: de las radios portátiles a los ordenadores, pasando por telecomunicaciones y medicina.

Estructura, señales y cómo funciona un BJT

Un BJT está formado por tres regiones dopadas que crean dos uniones PN: emisor, base y colector. Se construyen como NPN o PNP (la letra central indica el tipo de la base) y el dopado de cada zona se cuida al detalle: normalmente el emisor va más fuertemente dopado que el colector. En funcionamiento, la corriente de colector resulta aproximadamente proporcional a la de base según el parámetro beta (β) o ganancia de corriente.

Entre base y emisor se comporta como un diodo en directa, con tensión típica V_BE de 0,6-0,8 V en silicio y ~0,4 V en germanio. Ese diodo hace que la base sea el mando que abre o cierra el paso de portadores desde el emisor hacia el colector. Conceptualmente, la base regula un «grifo» de electrones o huecos, de forma que una pequeña corriente de control gestiona una más grande en la salida.

Modos de operación: activa, corte y saturación

El transistor puede trabajar como amplificador lineal en región activa, donde deja pasar un caudal proporcional a la excitación de base. Si la base no recibe excitación suficiente, el dispositivo entra en corte y no conduce. Si la excitación es alta, se sitúa en saturación y deja pasar la corriente máxima que permite el circuito. Esta versatilidad lo convierte en un conmutador rápido o en un amplificador de señales débiles.

NPN vs PNP en dos pinceladas

En un NPN, los electrones fluyen típicamente del colector al emisor y el dispositivo se activa al aumentar la corriente en base con referencia positiva; en un PNP, el sentido práctico se invierte (emisor a colector) y la lógica de polarización es complementaria, lo que permite configuraciones simétricas en muchas etapas analógicas o de conmutación.

Tipos de transistores que te vas a encontrar

La familia es amplia, pero todos responden a la misma idea de control del flujo eléctrico. Estos son los más habituales y algunos históricos que conviene conocer:

• De contacto puntual: el pionero (1947), con dos puntas sobre germanio. Difícil de fabricar, frágil y ruidoso, pero demostró por primera vez la ganancia. Hoy es pieza de museo.
• Transistor de unión bipolar (BJT): el clásico NPN/PNP sobre monocristal semiconductor, dopado con impurezas donantes (arsénico, fósforo) o aceptoras (aluminio, indio, galio). Es un dispositivo controlado por corriente.
• Transistores de efecto de campo (FET): JFET (puerta por unión PN), IGFET y MOSFET (puerta aislada por óxido). Son controlados por tensión, con altísima impedancia de entrada; piedra angular de la integración a gran escala.
• Fototransistores: sensibles a la luz, donde la iluminación actúa como corriente de base; perfectos para detección a distancia por radiación electromagnética.
• IGBT: bipolar de puerta aislada, muy usado en potencia por combinar ventajas de BJT y MOSFET.
• Pareja Darlington: dos BJT en cascada dentro del mismo encapsulado para aumentar mucho la ganancia global.

Parámetros y materiales que marcan la diferencia

Cuando eliges un transistor, no solo importa su tipo; también sus parámetros eléctricos: tensiones de ruptura (colector-emisor, base-emisor, colector-base), potencia máxima, disipación térmica, frecuencia de trabajo, β, y resistencias dinámicas internas. En BJTs de pequeña señal, β suele oscilar entre 100 y 300. La V_BE disminuye con la temperatura aproximadamente a razón de −2,1 mV/°C en silicio, así que hay diseños que incorporan sensores o compensaciones térmicas.

El material también cuenta: el germanio ofrece movilidades más altas que el silicio, pero su fuga y temperatura admisible son peores; el silicio domina por robustez y facilidad de fabricación; el GaAs brilla en alta frecuencia gracias a su movilidad electrónica. Sobre GaAs/AlGaAs nacen dispositivos como los HEMT, con bajísimo ruido y gran velocidad, usados en receptores satelitales en torno a 12 GHz y, con nitruros, en aplicaciones de potencia de última generación.

Otra forma útil de ver a un BJT es el modelo de Ebers-Moll: dos diodos, uno base-emisor en directa y otro base-colector en inversa. Esto ayuda a intuir por qué aparece una V_BE típica (0,6-0,8 V Si) y cómo se comporta fuera de la región lineal. En JFET y MOSFET manda la tensión de puerta: al hacer más negativo el JFET-GS, el canal se estrangula; en MOSFET, la puerta no consume corriente en DC idealmente, y la señal controla la conductancia del canal entre fuente y drenador.

Configuraciones de amplificador más usadas

Con BJTs, lo habitual es pensar en tres topologías clásicas. Cada una optimiza una cualidad distinta (tensión, corriente o impedancias) y por eso siguen en todos los libros y proyectos.

• Emisor común: ganancia de tensión y corriente, con inversión de fase; es el caballo de batalla. Una resistencia de emisor estabiliza y, si se puentear con un condensador, recupera ganancia en AC.
• Colector común (seguidor de emisor): ganancia de tensión cercana a 1, impedancia de entrada alta y salida baja; ideal como adaptador de impedancias.
• Base común: ganancia de corriente, sin inversión de fase y impedancia de entrada muy baja; brilla con fuentes de señal de baja impedancia, como micrófonos dinámicos en ciertos montajes.

Un ejemplo práctico (emisor común polarizado con divisor)

Imagina que diseñas una etapa con V_CC=20 V, I_CQ=10 mA, V_CEQ=8 V y β=100. Si fijas la tensión de emisor en torno a 1/10 de V_CC (2 V), obtienes R_E≈200 Ω. La caída en R_C sería V_RC=V_CC−V_CE−V_E=10 V, con I_C=10 mA, luego R_C=1 kΩ. La base queda a V_B=V_E+V_BE≈2,7 V. Si dimensionas el divisor con una corriente unas diez veces la de base, sale R₂≤ 2 kΩ y, por proporción con V_CC, R₁≈12,8 kΩ.

Para pequeña señal, la resistencia dinámica del emisor interno (r_e) a 10 mA es ~26 mV/I≈2,6 Ω, lo que da una ganancia de tensión ideal aproximada A_v≈−R_C/r_e≈−385. Con carga de 5 kΩ en el colector, la impedancia de salida efectiva ronda 830 Ω y la ganancia cae a ≈−319. La impedancia vista en la base es r_e·β≈260 Ω, y la de entrada total, considerando divisor y base en paralelo, es ≈226 Ω. Los condensadores de acoplo y de emisor se eligen para que su reactancia sea despreciable en banda de trabajo.

Este ejemplo resume la idea de recta de carga y punto Q: escoges un punto de reposo (a menudo V_CE≈V_CC/2 sin R_E) que permita excursión simétrica de la señal. A partir de ahí, ajustas ganancia, impedancias y estabilidad según la aplicación.

FET y MOSFET: control por tensión

En los FET no hay corriente de base propiamente dicha, sino una tensión de puerta que controla la anchura del canal. El JFET básico parte de una barra de material tipo N o P, con contactos óhmicos en sus extremos (drenador y fuente) y dos regiones difusas que forman la puerta. A medida que la tensión de puerta se hace más negativa (en un JFET-N), el canal se estrangula y cesa la conducción.

El MOSFET, por su parte, aísla la puerta con un dieléctrico de óxido y logra una impedancia de entrada enorme. Esto, unido a su proceso de fabricación compatible con la integración, explica por qué es el rey del chip moderno y por qué impulsó las generaciones de procesadores: permite integrar desde cientos de miles hasta miles de millones de transistores interconectados por centímetro cuadrado en varias capas.

Aplicaciones prácticas: de lo cotidiano a la industria

Enumerarlas todas es imposible, pero conviene recordar las más representativas. Como amplificadores, los transistores elevan señales en radios, televisores o equipos de audio. Como conmutadores, gobiernan fuentes conmutadas, controladores de motor o sistemas de iluminación. En osciladores, generan señales de radiofrecuencia para comunicaciones. Y, por supuesto, son el ladrillo básico de los circuitos integrados en ordenadores, smartphones y toda clase de dispositivos digitales.

En el ámbito profesional, su papel es crítico en telecomunicaciones, electrónica médica, automatización industrial o robótica. Su capacidad para hacer circuitos más pequeños y eficientes ha cambiado la forma de diseñar y fabricar productos, con equipos más portátiles, potentes y de bajo consumo.

Ventajas frente a las válvulas termoídionicas (y por qué aún se usan a veces)

Antes del transistor mandaban las válvulas. Pero necesitaban altas tensiones peligrosas, consumían mucha energía, eran voluminosas y pesadas (chasis y transformadores), fallaban más por calor y tardaban en entrar en régimen por el calentamiento del filamento. Además, padecían efecto microfónico y trabajaban a impedancias elevadas. Los transistores trajeron bajo consumo, baja tensión, compacidad, robustez y menor coste desde el principio.

Un dato histórico ilustra la diferencia: la ENIAC, una de las primeras computadoras digitales, pesaba más de 30 toneladas y consumía unos 200 kW para alimentar ~18.000 válvulas, con averías diarias. Aun así, las válvulas sobrevivieron en nichos concretos: algunos amplificadores de radio o de audio de alta potencia (por su linealidad a gran nivel y el carácter de sus armónicos), equipos endurecidos frente a impulsos electromagnéticos y aplicaciones de potencia extrema. Con el tiempo, la electrónica de estado sólido también conquistó gran parte de esas fronteras.

Características y detalles de construcción

Como regla general, un transistor discreto es un dispositivo semiconductor sellado con tres terminales visibles. Puede configurarse en etapas que funcionen como amplificador, interruptor, oscilador o rectificador. En muchos diseños se prefiere el silicio por sus propiedades térmicas y de fuga, pero también hay familias de germanio y compuestos para tareas específicas, como microondas o muy alta velocidad.

En BJTs, al aumentar la temperatura, se reduce la tensión directa de la unión y pueden crecer corrientes de fuga, por lo que la disipación térmica y la elección de la potencia máxima son claves. En FETs de potencia, el proceso de fabricación puede crear diodos parásitos (como el Schottky entre fuente y drenador), algo a tener en cuenta en el diseño del circuito.

Comparativa rápida de materiales

Si te preguntas por qué algunos materiales son más rápidos que otros, piensa en la movilidad de electrones y huecos. El Ge tiene movilidades altas, pero peor temperatura máxima, mayor fuga y menor tolerancia a altas tensiones; el Si ofrece un equilibrio excelente y temperaturas de unión típicas de 150-200 °C; el GaAs sube el listón en alta frecuencia, aunque su fabricación es más exigente. Por eso, cada uno reina en su segmento.

Uso digital: del interruptor perfecto a la lógica

En conmutación digital, un transistor opera alternando entre corte y saturación, donde se comporta idealmente como un circuito abierto o cerrado. Esa velocidad de cambio y su consumo reducido hacen posibles las compuertas lógicas y el sistema binario, y, en cascada, las CPUs y memorias. Con MOSFETs y tecnología CMOS, el consumo estático es bajísimo porque la puerta no conduce en DC y solo se consume en las transiciones.

Ventajas prácticas en instalaciones y dispositivos

Para el día a día, los transistores suponen tamaño reducido (equipos más cómodos de transportar e integrar), larga vida útil (menos mantenimiento), velocidad (clave en procesadores y comunicaciones), bajo coste (abarata sistemas) y eficiencia energética (menores pérdidas). En un hogar, todo suma: desde fuentes reguladas estables hasta automatización y ahorro.

Preguntas frecuentes que conviene despejar

¿Un transistor sirve solo para amplificar? No. También es un conmutador ultrasilencioso y ultrarrápido, un ladrillo de circuitos lógicos, un detector de luz (fototransistor) o parte de un oscilador. Su versatilidad es su gran ventaja.

¿En qué industrias es crítico hoy? Prácticamente en todas: telecomunicaciones y redes, equipos médicos, automoción, energía, manufactura y electrónica de consumo. La combinación de potencia, miniaturización y control ha multiplicado su impacto.

¿Por qué hay quien habla de «activado/no activado»? Es una forma coloquial de referirse a estados de corte (apagado) y conducción (ya sea activa o saturada). En la práctica, son las posiciones lógicas que permiten encender o apagar el paso de corriente.

Setenta y tantos años después de su nacimiento, el transistor sigue siendo el corazón de la electrónica: del primer contacto puntual sobre germanio a los MOSFET de última generación caben miles de hitos, pero la idea central no ha cambiado: controlar con precisión cómo fluye la electricidad para crear señales más fuertes, más limpias o lógica fiable dentro de espacios cada vez más pequeños.

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