El modelo hidráulico del transistor (ART1137S)

Todos sabemos que hoy toda la electrónica se basa en los transistores. Estos pequeños componentes, que están formados por un pequeño cristal de silicio (también germanio en los antiguos tipos!) Funcionan como amplificadores y llaves electrónicas. Sin embargo, su principio de funcionamiento puede ser mucho mejor entendido si usamos un modelo hidráulico. Sí, de la misma forma que es posible montar circuitos electrónicos amplificadores y conmutadores con transistores es posible hacer lo mismo con modelos hidráulicos. Es justamente lo que veremos en este artículo.

   Para entender cómo es posible simular un transistor a partir de un modelo hidráulico, será interesante partimos del modelo electrónico que tiene la estructura y el circuito básico de funcionamiento mostrado en la figura 1.

 

Figura 1- Modelo electrónico del Transistor
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   Como podemos ver, una fuente de alimentación (B1) está conectada entre el colector y el emisor de ese componente, teniendo una carga, que puede ser una pequeña lámpara.

   Una batería secundaria se conecta entre el emisor y la base (B2) para poder forzar por la base del componente una cierta corriente.

   Lo que la corriente de base hace es controlar la corriente principal de colector del transistor. Así, una corriente muy pequeña en la base del transistor puede hacer que una corriente mucho mayor fluya por el colector encendiendo la lámpara.

   Esta diferencia entre las corrientes es que caracteriza la capacidad de amplificación del transistor: con corrientes muy pequeñas circulando por la base, podemos controlar una corriente mucho mayor circulando entre el colector y el emisor.

   Para un modelo hidráulico, sustituimos las baterías por bombas capaces de "empujar" un líquido, por ejemplo, el agua a través de canalizaciones. Tenemos entonces una bomba potente (B1) y una bomba más débil (B2) que justamente equivalen a las baterías B1 y B2 del circuito electrónico.

   Los hilos eléctricos se sustituyen por las canalizaciones, siendo las más gruesas para conducir el flujo principal de líquido y las más finas para conducir el flujo de la bomba más débil. La carga será una pequeña turbina que girará cuando el agua (u otro líquido circular a través de ella).

   El transistor propiamente dicho, en su modelo hidráulico está formado por un conjunto de depósitos que corresponden al emisor, colector y base y algunas válvulas que son accionadas por un sistema de poleas, como muestra la figura 2.

 

Figura 2- El modelo hidráulico del transistor
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   Cuando la bomba pequeña (B2) no está funcionando, no hay líquido entrando en el depósito B (base) y con ello la válvula V1 se mantiene cerrada ya través de la polea también mantiene la válvula secundaria (V2) cerrada. De esta forma no puede circular ningún líquido entre el depósito C (colector) y el depósito (E). En lenguaje técnico decimos que cuando el transistor no está conduciendo, él está en el "corte".

   Cuando un pequeño flujo de líquido se establece en el tubo más fino (base), acciona la válvula de paso en B y al mismo tiempo abre la válvula V2 permitiendo que un flujo mayor de líquido se establezca entre el colector y el emisor (C y C) E).

   Se observa que la corriente en este conductor principal es mayor que la pequeña corriente que se establece en la base, lo que caracteriza la amplificación del dispositivo. Como la corriente pequeña controla toda la corriente principal de líquido decimos que el dispositivo está saturado.

   En este modo de funcionamiento, el transistor tanto en su versión electrónica como hidráulica funciona como una llave conectando y apagando una gran corriente a partir de una pequeña corriente.

   El transistor también puede funcionar como amplificador, lo que se muestra en la figura 3, para la versión electrónica.

 

Figura 3 - El transistor como amplificador
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   En ella, la variación de una pequeña corriente en la base del transistor se traduce en una variación de mucho mayor amplitud en la corriente que circula entre el colector y el emisor. En otras palabras, la señal aplicada a la base del transistor es amplificada.

   Para la versión hidráulica, mostrada en la figura 4 tenemos lo mismo: variaciones de la corriente que fluye por el conductor de base se traducen en variaciones proporcionales del líquido que fluye por el conductor de colector.

 

Figura 4 - El amplificador hidráulico
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   Esto significa que el transistor en su versión hidráulica también puede ser utilizado como un dispositivo amplificador del flujo de líquido que circula por su base.

 

Conclusión

   La idea de un dispositivo amplificador basado totalmente en las propiedades eléctricas de los materiales semiconductores nos llevó al transistor, componente que es la base de prácticamente todo lo que existe en electrónica.

   Sin embargo, como analizamos no se trata de idea exclusiva ya que podemos tener el modelo hidráulico y con él podemos elaborar "circuitos hidráulicos" importantes que pueden ser empleados en automatización y muchas otras aplicaciones.

De la misma forma, podemos tener equivalentes del transistor usando recursos mecánicos, neumáticos e incluso ópticos. ¿Los lectores serían capaces de imaginarlos?