IES Valle de Aller Electrónica analógica
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Sistemas electrónicos
La electrónica es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y
emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo
microscópico de los electrones bajo las siguientes condiciones:
• Trabaja con corriente continua
• Las tensiones de trabajo son bajas, existe una clara diferencia entre la
electricidad y la electrónica, mientras que en la primera se trabaja a 220V
(tensión domestica), 380 V (tensión industrial) y pocas veces se superan los
12V, así como con intensidades del orden y superiores a un amperio, en
electrónica hablamos de tensiones máximas de 12V e intensidades del orden de
los miliamperios.
• Muchos componentes electrónicos están construidos con materiales
semiconductores Podemos dividir a los semiconductores en dos tipos
diferenciados, los semiconductores intrínsecos y los extrínsecos.
Intrínsecos más utilizados son el Germanio y el Silicio. Son semiconductores
puros, que no se encuentran mezclados con ningún otro material.
Extrínsecos son el resultado de añadir a un semiconductor intrínseco pequeñas
cantidades de otros materiales, llamados impurezas, para aumentar su
conductividad térmica., según sean estas se obtienen dos tipos:
Semiconductores tipo “N”, que se obtienen al añadir impurezas de fósforo,
arsénico o antimonio, con lo cual tienen tendencia a ceder electrones (tienen
electrones libres, carga ligeramente negativa).
Semiconductores tipo “P”, que se obtienen al añadir impurezas de boro, indio o
galio, con lo cual tienen tendencia a captar electrones (tienen defecto de
electrones, carga ligeramente positiva).
Señales eléctricas
Una corriente eléctrica consiste básicamente en un flujo de
electrones que circula a través de un elemento conductor,
por ejemplo un cable de cobre.
Cuando los electrones se mueven siempre en el mismo
sentido, el flujo se denomina corriente continua.
Si los electrones se mueven siempre en el mismo sentido
pero su cantidad o número varía en el tiempo estamos ante
una corriente continua pulsante
Si los electrones cambian periódicamente de sentido,
tendremos una corriente alterna
La electricidad dio origen a la electrónica. En 1.883 Thomas A.
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Edison observó que al calentar un material metálico se producía una emisión de
electrones. A este fenómeno lo llamó efecto termoiónico. Se puede considerar que éste
fue el origen de lo que actualmente conocemos como electrónica.
Las señales utilizadas por los sistemas electrónicos pueden ser de dos tipos: analógicas
o digitales.
Una señal analógica es una señal continua, por lo que el número de valores que puede
tomar, entre el mínimo y el máximo es infinito.
Una señal digital es una señal discreta, es decir, sólo existe en determinados instantes.
Sólo puede tomar valores concretos, transmitidos habitualmente en el sistema de
codificación binario (dos bits o estados).
La conversión entre ambos tipos de señales es de vital importancia en los sistemas
electrónicos, existiendo los conversores analógico-digital y digital-analógico.
En general, todos los sistemas electrónicos constan de tres bloques funcionales
claramente diferenciados: bloques de entrada, bloques de proceso y bloques de salida.
• Bloque de entrada es aquel a través del cual se introduce la orden o señal, bien a
través de un elemento accionador (interruptor, pulsador, pedal,…) o bien a
través de sensores (finales de carrera, células fotoeléctricas, boyas,…).
• Bloque de proceso es aquel que se ocupa de transformar la señal de entrada en
otra (señal de salida) capaz de accionar el módulo de salida. Son los dispositivos
que deciden cuál es la acción a realizar.
• Bloque de salida se encarga de realizar la acción correspondiente para la que se
diseña, recibiendo la señal de salida del bloque de proceso para actuar (motores,
lámparas, timbres, altavoces,...).
Cualquier dispositivo electrónico de control recibe información directamente de los
elementos de entrada y de acuerdo con la información recibida actúa sobre los
elementos de salida para activar los dispositivos para los cuales ha sido diseñado.
Básicamente existen dos tipos de sistemas electrónicos, los de lazo abierto y los de lazo
cerrado.
Sistemas de lazo abierto son aquellos en los que la salida no tiene efecto sobre la acción
de control (es decir, que la señal de salida no tiene influencia en la señal de entrada). La
variable que queremos controlar puede ser muy difrente del valor deseado debido a la
presencia de perturbaciones externas.
Un ejemplo de sistema de lazo abierto es una
lavadora. No existe ningún elemento de
control que nos garantice que la ropa va a salir
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limpia, por lo que la salida no tiene efecto sobre la entrada. Otros ejemplos son un grifo
para llenar un lavabo doméstico, un tostador de pan, un horno, un microondas, etc.
Sistemas de lazo cerrado son aquellos en los que hay realimentación. La salida tiene
efecto sobre la acción de control (es decir, que la señal de salida tiene influencia en la
señal de entrada). Se corrigen los efectos de las perturbaciones.
Un ejemplo de sistema de lazo cerrado es una plancha eléctrica. La entrada sería el
suministro de energía eléctrica, la salida es el calor de la superficie metálica y el
dispositivo de control es el
termostato. La función del
termostato es mantener el calor de la
plancha cercano al valor deseado.
Cuando la plancha alcanza el valor
deseado el termostato corta el
suministro de energía con lo cual la
temperatura comienza a bajar. Transcurridos unos instantes, cuando la temperatura de la
plancha baja por debajo de un determinado valor el termostato vuelve a conectar la
alimentación eléctrica y así sucesivamente. Como se puede ver la salida es utilizada
para modificar la entrada, con lo cual se regula la propia salida. Otros ejemplos son un
cámara de fotos con flash, un termostato para controlar la temperatura de una
habitación, etc.
Componentes electrónicos
Los circuitos electrónicos utilizan unos componentes que se clasifican en elementos
activos y pasivos. Los componentes pasivos, por sí solos, no amplifican ni generan señal
alguna. Estos son los elementos que actúan como cargas, de manera que pueden atenuar
señales y compensar o ajustar la señal eléctrica en un circuito. Como ejemplos de
elementos pasivos tenemos las resistencias, las bobinas inductancias y los
condensadores.
Resistencias eléctricas o resistores
Se trata de elementos pasivos que presentan oposición al
paso de la corriente eléctrica. Se usan para reducir la
corriente que circula por un punto determinado del
circuito o para dividir el valor total de la tensión. El grado
de oposición que puede llegar a presentar la resistencia se
mide en ohmios (Ω)
Resistencias fijas:
Los componentes electrónicos más sencillos, que tienen como función:
• Limitar la intensidad de corriente que pasa por una rama del circuito a un valor
deseado
• Provocar una caída de tensión para proteger elementos del circuito
Son resistencias lineales es decir las que cumplen la Ley de Ohm
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Una de las aplicaciones más comunes de las resistencias es el divisor de tensión, este se
construye con dos resistencias en serie y se puede utilizar, por ejemplo, para reducir la
tensión de alimentación de un aparato.
Las resistencias, se caracterizan por:
Valor óhmico: Puede estar indicado sobre la superficie de
la resistencia; o bien puede estar representado por unas
franjas de colores que tienen una equivalencia numérica
óhmica. Cuando el valor óhmico es muy elevado, se
expresa en múltiplos: kilo y mega.
Potencia que puede disipar: Según la intensidad que circula por la resistencia, se genera
una cantidad de calor que debe eliminarse. La potencia de la resistencia depende del
calor que ésta pueda ceder al medio sin deteriorarse. La unidad de potencia eléctrica es
el vatio (W). A más potencia, más tamaño tendrá la resistencia. Los valores más usuales
son de 1/3, 1/2, 1 y 2 W.
Tolerancia: Durante la fabricación de resistencias, es imposible obtener valores exactos.
El valor de la tolerancia es un factor de seguridad que se puede definir como la
diferencia máxima entre el valor nominal o teórico y el valor real de la resistencia. Se
expresa en porcentajes del nominal (2%, 5%,10%,20%).
Tipos de resistencias fijas:
Resistencias bobinadas: Estas resistencias presentan el valor óhmico impreso en
números. Se utilizan en las zonas de circuitos que necesitan una gran disipación de
potencia.
Resistencias de carbón o pirolíticas: son
resistencias con una tolerancia del 5%.
Resistencias de película metálica: Tienen una
tolerancia del 1%, por lo que se utilizan en
circuitos en los que se necesitan valores
resistivos de mucha precisión, por ejemplo,
en informática.
Resistencias variables:
Tienen su valor ohmico
comprendido entre un valor
mínimo (cercana 0) y un valor máximo que especifica el fabricante.
Los reóstatos y potenciómetros son resistencias que permiten variar su valor según
las necesidades.
Su principal función es controlar la intensidad de corriente que circula por una rama
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Resistencias que dependen de un parámetro físico
a- Fotorresistencias o LDR: Se trata de resistencias que varían con la cantidad de luz
que reciben, al aumentar la luz disminuye el valor ohmico de la resistencia
Se emplean en sistemas detectores de luminosidad (farolas)
b- Termistores: Tipo de resistencia cuyo valor en ohmios depende de la
temperatura Pueden ser de dos tipos NTC y PTC
Resistencias NTC: El valor en ohmios de la resistencia disminuye
cuando la temperatura aumenta.
Resistencias PTC: El valor en ohmios de la resistencia aumenta cuando
la temperatura aumenta.
Su valor va marcado con un código de colores idéntico al utilizado para las resistencias.
Se suelen emplear en cualquier sistema cuyo funcionamiento sea dependiente de la
temperatura, como termómetros y termostatos digitales, protección contra el
calentamiento de motores, etc.
Su símbolo y su gráfica de funcionamiento es:
NTC PTC
c- Resistencias VDR: Tipo de resistencias cuyo valor óhmico varía según la tensión
aplicada.
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Asociación de resistencias Las resistencias eléctricas se pueden asociar en serie, en paralelo o de las dos formas a
la vez (es decir, de forma mixta)
Circuito serie: Las resistencias están conectadas una a continuación de otra. El valor de
la intensidad que circula por cada una de las resistencias es el mismo. Cada resistencia
tiene distinta caída de tensión, en función de su valor óhmico. La suma total de las
caídas de tensión nos da la tensión total que se aplica al circuito.
Rtotal= R1+R2+R3+…
V=V1+V2+V3 I= I1=I2=I3
Circuito paralelo: Las resistencias están conectadas entre sí por
los extremos; a su vez, los extremos están conectados al generador que los alimenta. El
valor de la intensidad que circula por cada una de las resistencias depende de su valor
óhmico. Cada resistencia tendrá la misma caída de tensión. La suma de
las intensidades que circulan por cada resistencia nos dará la
intensidad total que sale del generador.
1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +….. I=I1+I2+I3
V= V1 = V2=V3
Circuito mixto: Los circuitos mixtos están formados por grupos de
resistencias en serie y en paralelo. Tendremos que resolver los
distintos grupos para construir un circuito equivalente único y después resolverlo.
Condensadores
Después de las resistencias eléctricas, los condensadores son los componentes más
empleados en los circuitos electrónicos. Son componentes capaces de almacenar
temporalmente cargas eléctricas. Su constitución interna se fundamenta en dos placas
llamadas armaduras o electrodos, elementos separados entre sí por un material aislante
conocido como dieléctrico. La capacidad de un condensador viene determinada por la
superficie de las armaduras, la distancia que las separa y la naturaleza del dieléctrico.
El condensador en corriente continua sólo permite el paso de la corriente mientras dura
el proceso de carga. Una vez cargado el condensador, deja de pasar corriente por él. En
corriente alterna, su comportamiento es diferente. Se carga y se descarga
continuamente.
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El tiempo que tarda en cargarse o descargarse se determina por la siguiente expresión.
T = 5 RC
Las curvas de carga y descarga son
Características del condensador
Valor capacitivo: Es la capacidad de almacenamiento. La unidad de capacidad es el
faradio, que equivale a la capacidad de un condensador que, cargado con un culombio,
tiene entre sus placas una diferencia de potencial de un voltio. Como esta unidad resulta
excesivamente grande, recurrimos a los múltiplos picofaradio (10-12
), nanofaradio (10-9
),
microfaradio (10-6
). Viene indicado numéricamente sobre el componente o representado
mediante un código de franjas.
La capacidad de un condensador nos indica la cantidad de carga que es capaz de
almacenar el condensador cuando está conectado a un voltaje determinado.
C = Q / V La capacidad equivalente de un circuito con condensadores en paralelo se calcula
sumando sus valores. Si se trata de un circuito en serie, la capacidad total se determina
haciendo la inversa de la suma de sus inversas.
C= C1+C2+C3+…… 1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 +…
Tensión de perforación del dieléctrico: Es el valor de tensión que soporta el dieléctrico
del condensador. Hay que procurar darle un margen de seguridad.
Tolerancia: Es la diferencia máxima entre el valor nominal o teórico y el valor rela del
condensador. Se expresa en porcentajes del valor nominal (5%, 10%, etc.). En
condensadores electrolíticos, la tolerancia puede alcanzar valores de 50%.
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Tipos de condensadores
Los condensadores pueden ser de capacidad fija o de capacidad variable
Existen distintos tipos de condensadores fijos según su construcción:
Estiroflex: Tiene una apariencia transparente y suele ser de poca capacidad (del orden
de picofaradios). La tolerancia suele ser un 10%. Con franjas se indica la tensión de
trabajo.
Poliester: Valor y tensión máxima escritos en el propio condensador (expresados en
nanofaradios).
Cerámicos: Suelen ser de poca capacidad, y aguantan menos tensión que los de
poliester. Sus valores se determinan mediante código de colores, en nanofaradios.
Electrolíticos: Son los más usados, sobre todo como filtro. Suelen aumentar mucho de
tamaño a medida que su tensión de trabajo es mayor. Tienen su polaridad. Capacidad en
microfaradios.
Inductancias (bobinas) Si enrollamos un hilo de cobre barnizado sobre una forma cilíndrica obtenemos una
bobina. Al circular una corriente continua por dicha bobina se genera un campo
magnético. Este efecto se podría comprobar con una brújula.
Hay muchas formas prácticas de presentación de las bobinas. Se pueden establecer dos
características fundamentales, según el valor de la autoinducción y según la frecuencia
de trabajo a la que van destinadas. La inductancia de las bobinas puede ser fija o
variable, según su construcción. La unidad de inductancia es el henrio (H), equivalente a
la inductancia que produce una fuerza electromotriz de un voltio cuando la corriente
eléctrica que recorre el circuito varía uniformemente a razón de 1 amperio por segundo.
Relés El relé es un elemento que se fundamenta en las propiedades del magnetismo para
formar imanes no permanentes. Si introduces un trozo de hierro dulce en el interior de la
bobina, cada vez que circule corriente eléctrica por ella se transformará en un imán.
Cuando circule corriente por la bobina, el hierro atraerá una pieza metálica que forma
parte del conjunto. Esta pieza podrá bascular por uno de los extremos, de tal manera que
el otro quedará libre y podrá cerrar o abrir un circuito. Cuando la corriente deje de
circular, un muelle hará que esta pieza metálica vuelva a su estado inicial. De esta
forma, según circule o no corriente, podremos abrir o cerrar circuitos eléctricos. Existen
relés que, en función del número de contactos, puedan cerrar o abrir uno o más circuitos
a la vez.
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Transformadores
El transformador es un componente basado en la disposición de dos bobinas acopladas
magnéticamente con un núcleo de material ferromagnético, constituido de ferrita. La
bobina por donde entra la corriente recibe el nombre de primario, y por donde sale,
secundario. Se pueden utilizar transformadores para elevar su amplitud o disminuirla, o
bien para adaptar entre sí otros componentes.
Un transformador reduce la tensión cuando el secundario tiene menos espiras que el
primario. Todo ello se produce por la variación de la intensidad eléctrica.
Componentes activos, de la válvula a los semiconductores
Los componentes activos son capaces de generar, modificar y ampliar el valor de una
señal eléctrica. Entre ellos destacan los semiconductores por su facilidad de uso. La
tecnología del semiconductor es posterior a la de la válvula de vacío, fundamentada en
la emisión termoiónica o de electrones por parte de un material incandescente.
Diodos
. El diodo se basa en la propiedad que tienen algunos materiales de producir una
emisión de electrones cuando se los somete a una temperatura próxima a la
incandescencia. Este efecto termoiónico fue aplicado por Edison en la construcción de
la lámpara de incandescencia.
Un diodo es un componente electrónico que permite el paso de la corriente eléctrica en
un sentido y lo impide en sentido contrario. Está formado por la unión de dos materiales
semiconductores, uno del tipo “P” y otro del tipo “N”. Por tanto está provisto de dos
terminales denominados ánodo (+) y cátodo (‐). Como norma general, el sentido de
circulación de la corriente en un diodo va del ánodo al cátodo. Su símbolo es:
Cuando un diodo se conecta a una tensión eléctrica, se dice que está polarizado. Esta
polarización puede ser directa o inversa.
Un diodo polarizado directamente deja pasar la corriente eléctrica, mientras que un
diodo polarizado inversamente no deja pasar la corriente eléctrica.
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La curva general de funcionamiento de un diodo es la siguiente: Se puede observar que
en la región de polarización directa (la situada arriba y a
la derecha de los ejes) a partir de la tensión Vγ se
obtiene una conducción del diodo prácticamente lineal.
Se trata de una recta que relaciona la tensión aplicada
con la intensidad que recorre el diodo mediante la
resistencia interna del diodo. La tensión Vγ se
denomina umbral de conducción. Habitualmente
utilizaremos diodos cuya tensión umbral será de 0,7
voltios, lo que quiere decir que si aplicamos al diodo
una tensión superior a 0,7V, el diodo se comportará
como una resistencia (polarización directa). En la región
de polarización inversa (abajo y a la izquierda de los
ejes) existe una tensión VRM, que se denomina tensión
de ruptura del diodo, de tal manera que si la superamos
el diodo quedará destruido. Existen unos diodos especiales que se diseñan para trabajar
en dicha zona de ruptura. Son los diodos Zener. Tienen una curva característica como la
que se representa a continuación. P N Estos diodos cuando son polarizados directamente
se comportan como un diodo normal, pero cuando son polarizados inversamente, y la
tensión aplicada es la VZ (ya no se llama tensión de ruptura, sino tensión zener),
conducen también la corriente eléctrica. Son diodos fundamentalmente empleados en
fuentes de alimentación como elementos estabilizadores
de tensión, ya que como se puede ver en la curva, aunque
la intensidad que los atraviese varíe de manera
considerable, la tensión en sus extremos será
prácticamente constante e igual a la VZ. El símbolo que
los caracteriza puede ser el representado arriba de la
curva o el siguiente:
Otro tipo de diodos muy empleados son los LED (Light
Emitting Diode) o diodos emisores de luz, los cuales, al
igual que cualquier diodo, sólo dejan pasar la corriente en
un sentido, pero además, cuando son atravesados por una
corriente eléctrica, emiten luz, por lo que se suelen
utilizar como pilotos de señalización de la actividad en un
circuito.
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Tipos de diodos
De entre los innumerables tipos, seleccionamos los siguientes:
Diodo de germanio: Fue uno de los primeros diodos semiconductores. Reciben el
nombre de diodos de punta de contacto porque el extremo de un conductor, muy
delgado, se apoya sobre un pequeño cristal de germanio. A partir de una diferencia de
potencial de 0,2 V se vuelve conductor. Se pueden distinguir por estar encapsulados en
vidrio, de modo que se ve su interior.
Una de las aplicaciones más generalizadas de los diodos de germanio es su buena
capacidad para trabajar con señales de elevada frecuencia, por ejemplo, con señales de
radio. Estos diodos son de pequeño tamaño, lo cual facilitó su incorporación a los
primeros receptores de audio, llamados superheterodinos.
Diodo de silicio: Recibe el nombre de diodo de unión. Está hecho con material a base de
silicio. Es muy útil para tensiones e intensidades mucho más elevadas que las que
soporta un diodo de germanio. Se vuelve conductor con una diferencia de potencial de
0,6 V. Está formado por la unión de dos zonas PN con silicio, al que se le han añadido
impurezas.
Diodo Zener: Es un tipo especial de diodo. Está diseñado para trabajar con tensiones
inversas y su función es la de estabilizador de tensión. El Zener se coloca en la fase final
de una fuente de alimentación.
Diodo LED: Los diodos LED son unos dispositivos semiconductores constituidos por
dos uniones que, polarizadas directamente, son capaces de
emitir radiaciones luminosas (fotones). Los primeros
diodos LED eran rojos y aún hoy siguen siendo los más
difundidos y económicos. El color rojo corresponde a las
frecuencias más bajas de la banda óptica, las cuales
necesitan una energía más reducida para emitir un fotón. A
los colores amarillo, azul y verde corresponden energías
más elevadas, por lo que hay que utilizar materiales que, de
momento, son más costosos. Por otro lado, las tensiones de
polarización tienen que ser más elevadas para proporcionar
la energía necesaria a los fotones. Sin embargo, desde hace
algunos años, algunos fabricantes han potenciado los LED
amarillos, naranja y verdes.
El diodo LED dispone de dos terminales, el más largo
corresponde al ánodo y el más corto al cátodo. Otra forma
de identificarlos es mirar la cápsula de la que salen las
patillas. El terminal más cercano a la zona achaflanada o
plana es el cátodo.
La precaución más importante a la hora de instalar un diodo LED es que en sus
terminales el voltaje que debe existir no tiene que sobrepasar los 2 V, por lo que es muy
frecuente ponerlo en serie con una resistencia, de tal manera que la corriente que lo
atraviese sea de unos 15 mA (0,015 A).
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Fotodiodos: Son dispositivos detectores de luz. Consisten en un diodo encerrado en una
cápsula con una lente mediante la cual se hace incidir la luz. Tienen la propiedad de
convertir la señal de luz recibida en señales eléctricas, por lo que podríamos decir que se
comportan básicamente como generadores de corriente eléctrica.
Aplicaciones de los diodos Una de las aplicaciones más importante es la de rectificación de corriente alterna,
convirtiéndola en continua, para los diversos usos en aparatos electrónicos. Para ello
existen diversos circuitos característicos de rectificadores de media onda y onda
completa.
Transistor El transistor es un elemento en el cual se puede gobernar la intensidad de corriente que
circula entre dos de sus tres terminales, a través de la acción de una pequeña corriente,
mucho más baja, en el tercer terminal. Los dos primeros terminales se llaman emisor y
colector, y el tercero base.
Los transistores son componentes electrónicos que generalmente se emplean para
amplificar impulsos eléctricos, es decir, para obtener corrientes de salida de mayor
intensidad que las corrientes de entrada.
Está formado por la unión de tres semiconductores, que pueden ser:
- Dos tipo “P” y uno tipo “N”, en cuyo caso el transistor se denomina PNP.
- Dos tipo “N” y uno tipo “P”, en cuyo caso el transistor se denomina NPN.
Un transistor dispone de tres patillas de conexión, que se denominan colector (C), base
(B) y emisor (E).
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Un transistor puede trabajar al corte en activa y en
saturación.
En este caso está trabajando al corte, el interruptor
impide que llegue ninguna corriente a la base del
transistor, se observa que el amperímetro marca 0A
y no circula corriente desde el colector hasta el
emisor, esto se demuestra porque el LED está
apagado
En la zona de corte el transistor se comporta como
un interruptor abierto, es decir, no deja pasar
corriente entre el colector y el emisor. En esta zona la intensidad de base es nula.
En este caso esta en activa, si cerramos el interruptor,
comenzar a circular corriente hasta la base del
transistor, el amperímetro marca 233µA, comienza a
circular corriente desde el colector hasta el emisor el
LED se ilumina
En la zona activa dependiendo de la intensidad de
base permitirá el paso de una mayor o menor
corriente entre colector y emisor. Esta es la zona
utilizada para amplificación.
En este caso esta trabajando en saturación, si
sustituimos la pila de 3V por una de 4.5 y aumenta la
intensidad de corriente que llega hasta la base del
transistor hasta 381µA, la corriente circula libremente
desde el colector al emisor, el LED está
completamente encendido
En la zona de saturación el transistor se comporta
como un interruptor cerrado, es decir, deja pasar
corriente entre el colector y el emisor. En esta zona la
intensidad de base es la máxima admisible.
Dichas zonas de funcionamiento se pueden ver en la
siguiente gráfica, típica de los transistores bipolares.
Una pequeña corriente entre base y emisor nos permite
controlar corrientes mayores entre colector y emisor
Por lo tanto, los transistores son componentes electrónicos
que generalmente se emplean para amplificar impulsos
eléctricos, es decir, para obtener corrientes de salida de
mayor intensidad que las corrientes de entrada.
La relación entre la corriente de salida y la de entrada es lo
que se conoce como amplificación o ganancia del
transistor.
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hfe= Ic /IB
Siendo:
hfe = Ganancia del transistor
IE= Corriente de emisor
IB = Corriente de base
IC= Corriente de colector
Un montaje típico entre transistores, con el fin de
aumentar la ganancia, es el conocido como par
Darlington, consistente en montar dos transistores según
el circuito de la figura:
Aplicaciones de los transistores
Las dos aplicaciones fundamentales del transistor son como amplificador y como
conmutador. Los amplificadores son dispositivos con dos terminales de entrada y dos de
salida. Si a la entrada se aplica una señal de pequeña amplitud, a su salida se obtendrá
otra señal con la misma forma que la de entrada pero de mayor amplitud.
También puede emplearse para circuitos temporizadores, como
el que se muestra en la figura vuelve a su posición inicial, el
condensador se va cargando a la tensión de alimentación y la
unión de emisor está polarizada en directa, con lo que el
transistor conduce y la lámpara está encendida. En el momento
en que el condensador se carga totalmente, la lámpara deja de
lucir.
Otra aplicación es en circuitos osciladores. Que son circuitos
electrónicos que generan señales alternas. Las oscilaciones se
pueden clasificar en dos grupos, teniendo en cuenta la frecuencia de la señal que
generan: osciladores de baja y de alta frecuencia. Pueden clasificarse también según la
forma de onda de la señal generada: sinusoidal, diente de sierra, cuadrada, rectangular,
triangular, etc.
Fototransistores
Son transistores que modifican su comportamiento en función de la
iluminación ambiental. En ellos la superficie sensible está situada en la base
del transistor, la cual genera pequeñas corrientes según la cantidad de luz recibida, la
cual es amplificada entre el colector y el emisor.
Optointerruptores Son componentes electrónicos formados por un diodo LED y un
fototransistor, de forma que la luz emitida por el diodo LED activa la base
del transistor.
Dispone de cuatro patillas, dos correspondientes al diodo LED y las otras
dos correspondientes al colector y emisor del fototransistor, las cuales
vienen señaladas en la carcasa del componente. Los hay con forma de “U”
de tal manera que cuando el rayo de luz se interrumpe, el fototransistor se activa o
desactiva.
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Se suele utilizar para captar el movimiento giratorio de una rueda ranurada y poder
controlar el número de vueltas (ratones y disquetes en ordenadores). Se puede emplear
también para controlar la subida o bajada de un nivel de líquido en el interior de un
tubo, etc.
Tiristor Se podría definir a un tiristor como un diodo que, mediante la incorporación de
otra patilla, podemos controlar el paso de corriente a través del mismo. De aquí
se deduce que un tiristor se comportaría como un diodo; sólo dejaría pasar la
corriente en un sentido. Pero con la variación respecto a éste de que, aplicándole
una tensión en la tercera pata que hemos introducido, éste conduciría; si a esta
patilla no le aplicamos tensión éste no conduciría.
Se podría pensar que es lo mismo que hace un transistor, mediante la corriente
de base, podríamos regular más o menos el paso del emisor al colector. En el
tiristor si hay tensión pasa toda la corriente, y si no la hay, en su tercera patilla,
no se dispara, no hay término medio como en el transistor. Podría decirse que un tiristor
es un interruptor controlado. Su símbolo es el de la figura.
Otra diferencia con el transistor es que cuando se dispara un tiristor aplicándole una
tensión en la puerta, si luego se le deja de aplicar esta tensión en este mismo punto, el
tiristor seguirá disparado, pues existe una realimentación interna que mantiene la
tensión en la puerta. Para hacer que el tiristor deje de conducir cuando ya está
disparado, bastaría con dejarle sin tensión en sus extremos, ánodo y cátodo, o invertir su
polaridad, con lo que quedaría otra vez preparado para ser disparado.
Hay otras tres formas de disparar un tiristor: por variación brusca de tensión entre ánodo
y cátodo, por aumento de tensión entre ánodo y cátodo, y por aumento de temperatura,
aunque nos son tan habituales como la explicada.
El tiristor fue obtenido por primera vez en 1.957, en los Estados Unidos, por la empresa
General Electric.
Triac o Triodo para Corriente Alterna
Es un dispositivo semiconductor, de la familia de los transistores. La diferencia con un
tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De
forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la
corriente alterna. Puede pasar de un estado de bloqueo a un estado de conducción en
ambos sentidos de polarización, volviendo de nuevo al estado de bloqueo por inversión
de la tensión o por disminución de la corriente que lo convierte en conductor.
Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR
en direcciones opuestas.
Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo)
y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta.
cátodo
puerta
ánodo
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Aplicaciones más comunes
• Su versatilidad lo hace ideal para el control de corrientes alternas.
• Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo muchas
ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y los relés.
• Funciona como interruptor electrónico y también a pila.
• Se utilizan TRIACs de baja potencia en muchas aplicaciones como atenuadores
de luz, controles de velocidad para motores eléctricos, y en los sistemas de
control computarizado de muchos elementos caseros. No obstante, cuando se
utiliza con cargas inductivas como motores eléctricos, se deben tomar las
precauciones necesarias para asegurarse que el TRIAC se apaga correctamente
al final de cada semiciclo de la onda de corriente alterna.
Debido a su poca estabilidad en la actualidad su uso es muy reducido.
Control de fase (potencia)
En la figura "control de fase" se presenta una
aplicación fundamental del triac. En esta
condición, se encuentra controlando la potencia
de ac a la carga mediante la conmutación de
encendido y apagado durante las regiones
positiva y negativa de la señal senoidal de
entrada. La ventaja de esta configuración es
que durante la parte negativa de la señal de entrada, se obtendrá el mismo tipo de
respuesta dado que tanto el diac como el triac pueden dispararse en la dirección inversa.
La forma de onda resultante para la corriente a través de la carga se proporciona en la
figura "control de fase". Al variar la resistencia R, es posible controlar el ángulo de
conducción. Existen unidades disponibles actualmente que pueden manejar cargas de
más de 10kW. (Boylestad)
Diac
Es un elemento simétrico que, por tanto, no posee
polaridad. Se utiliza en los variadores de potencia.
Proporciona los impulsos suficientes que convierten al
triac en conductor.
El DIAC (Diodo para Corriente Alterna) es un
dispositivo semiconductor de dos conexiones. Es un
diodo bidireccional disparable que conduce la corriente sólo tras haberse superado su
tensión de disparo, y mientras la corriente circulante no sea inferior al valor
característico para ese dispositivo. El comportamiento es fundamentalmente el mismo
para ambas direcciones de la corriente. La mayoría de los DIAC tienen una tensión de
disparo de alrededor de 30 V. En este sentido, su comportamiento es similar a una
lámpara de neón.
puerta
A1
A
2
A
A
Tri Dia
IES Valle de Aller Electrónica analógica
Dpto de Tecnología.
17
Los DIAC son una clase de tiristor, y se usan normalmente para disparar los triac.
Es un dispositivo semiconductor de dos terminales, llamados ánodo y cátodo. Actúa
como un interruptor bidireccional el cual se activa cuando el voltaje entre sus terminales
alcanza el voltaje de ruptura, dicho voltaje puede estar entre 20 y 36 volts según la
referencia.
DIAC de tres capas
Existen dos tipos de DIAC:
DIAC de tres capas: Es similar a un transistor bipolar sin conexión de base y con las
regiones de colector y emisor iguales y muy dopadas. El dispositivo permanece
bloqueado hasta que se alcanza la tensión de avalancha en la unión del colector. Esto
inyecta corriente en la base que vuelve el transistor conductor, produciéndose un efecto
regenerativo. Al ser un dispositivo simétrico, funciona igual en ambas polaridades,
intercambiando el emisor y colector sus funciones.
DIAC de cuatro capas. Consiste en dos diodos Shockley conectados en antiparalelo, lo
que le da la característica bidireccional