electronica analogica
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ELECTRONICA ANALOGICA CARTILLA
MODULO I
INTRODUCCION
Desde el descubrimiento de la electricidad, el
hombre ha buscado siempre encontrarle
nuevas aplicaciones que buscan
fundamentalmente satisfacer necesidades
humanas y crear un mundo masmás
confortable para él.
El desarrollo de nuevas tecnologías que parten de los fenómenos
eléctricos como la electrónica que como campo de la de la ingeniería
y de la física ha tenido un avance tan vertiginoso que cada día
conocemos nuevos productos en todos los campos, de ahí la
importancia que como usuarios formados en un campo especifico de
ella, debemos conocer los principios básicos fundamentales
relativos a la identificación y aplicación de dispositivos, para la
generación, transmisión, recepción y almacenamiento de información
desde de una perspectiva netamente eléctrica electrónica.
La electrónica es una parte de la física que se encarga del estudio de
los sistemas eléctricos enfocados desde el punto de vista del
comportamiento individual del electrón (la mínima partícula
eléctrica).
La electrónica digital considera valores discretos de tensión, corriente
o cualquier otra medida; esto es valores concretos determinados,
mientras que la electrónica analógica considera y trabaja con
valores continuos de estas variables; pudiendo tomar infinitos valores
(teóricamente al menos).
La electrónica analógica considera y trabaja con valores continuos
pudiendo tomar valores infinitos, podemos acotar que trata con
señales que cambian en el tiempo de forma continua porque estudia
los estados de conducción y no conducción de los diodos y los
transistores que sirven para diseñar cómputos en el algebra con las
cuales se fabrican los circuitos integrados.
La Electrónica Analógica abarca muchos campos como por ejemplo, la
electrónica analógica dinámica que trata de un circuito que traslada
hondas o vibraciones a un sistema eléctrico, la analógica hidráulica la
cual es existente entre una corriente del agua de superficie plana o
un flujo bidimensional como ejemplo un reloj, el cual tiende a tene4r
engranaje de diferentes tipos los cuales son movidos por un
conductor el mueve los engranajes que son diferentes tamaños pero
cada uno para una función especifica como la de los segundos,
minutos y horas.
También podemos decir que la electrónica analógica define campos
más específicos tales como:
Conducción de semiconductores.
Diodos
Circuitos con diodos.
Transistor biopolarbipolar
Etapas transistorizadas.
Transistores de efecto de campo.
Amplificación y retroalimentación.
Amplificador operacional (I).
Amplificador operacional (II).
Al terminar de desarrollar la guía de aprendizaje el alumno
trabajador estará en capacidad de.
procesar la información básica, general y veraz sobre los
distintos dispositivos pasivos y activos electrónicos presentes
en equipos de red
Explicar los conceptos básicos de cada uno de los
dispostivosdispositivos electrónicos presentes en los equipos
de red.
Analizar los diferentes sistemas de diagramación.
Identificar la simbología propia de dispositivos electrónicos
fundamentales.
Identificar los diferentes componentes electrónicos de un
circuito electrónicos.
Realizar análisis básico de probables fallas de hardware en
equipos de red, partiendo de las características propias de
funcionamiento de sus componentes.
Realizar procesos de montaje de circuitos electrónicos básicos.
Interpretar planos electrónicos básicos
RESISTORES
Un resistor ideal es un componente
que posee dos terminales. Se caracteriza
porque la diferencia de potencial
instantánea entre los terminales es
directamente proporcional a la corriente
que circula por el mismo.
La constante de proporcionalidad R es la resistencia del elemento y
su unidad dimensional es el Ohm (W).
Código de colores
Es el código con el que se regula el marcado de el valor nominal y
tolerancia para resistores fijas de carbón y metálicas de capa
fundamentalmente.
I . R V
Tenemos que resaltar que con estos códigos lo que obtenemos es el
valor nominal de la resistencia pero no el valor real que se situará
dentro de un margen según la tolerancia que se aplique.
Código de colores para tres o cuatro bandas
Tolerancia: sin indicación +/- 20%
COLOR 1ª CIFRA 2ª CIFRA Nº DE CEROS TOLERANCIA (+/-%)
PLATA - - 0,01 10%
ORO - - 0,1 5%
NEGRO - 0 - -
MARRÓN 1 1 0 1%
ROJO 2 2 00 2%
NARANJA 3 3 000 -
AMARILLO 4 4 0000 -
VERDE 5 5 00000 -
AZUL 6 6 000000 -
VIOLETA 7 7 - -
GRIS 8 8 - -
BLANCO 9 9 - -
Código de colores para cinco bandas
COLOR 1ª CIFRA 2ª CIFRA 3ª CIFRA Nº DE CEROS TOLERANCIA (+/-%)
PLATA - - - 0,01 -
ORO - - - 0,1 -
NEGRO - 0 0 - -
MARRÓN 1 1 1 0 1%
ROJO 2 2 2 00 2%
NARANJA 3 3 3 000 -
AMARILLO 4 4 4 0000 -
VERDE 5 5 5 00000 0,5%
AZUL 6 6 6 000000 -
VIOLETA 7 7 7 - -
GRIS 8 8 8 - -
BLANCO 9 9 9 - -
Resistores de montaje superficial SMD (Surface Mounted
Device)
Identificar el valor de un resistor SMD es más sencillo que para un
resistor convencional ya que las bandas de colores son reemplazadas
por sus equivalentes numéricos y así se estampan en la superficie del
resistor, la banda indicadora de tolerancia desaparece y se la
"presupone" en base al número de dígitos que se indica, es decir: un
número de tres dígitos nos indica en esos tres dígitos el valor del
resistor, y la ausencia de otra indicación nos dice que se trata de un
resistor con una tolerancia del 5%. Un número de cuatro dígitos
indica en los cuatro dígitos su valor y nos dice que se trata de un
resistor con una tolerancia de error del 1%. fig.1 fig.2 -primer dígito:
corresponde al primer dígito del valor -segundo dígito: corresponde al
segundo dígito del valor -tercer dígito (5%): representa al exponente,
o "números de ceros" a agregar (fig. 1) -tercer dígito (1%):
corresponde al tercer dígito del valor (fig. 2) -cuarto dígito (1%):
representa al exponente, o "número de ceros" a agregar
Resistencias Variables
Estas resistencias pueden variar su valor óhmico dentro de unos
límites. Para ello se les ha añadido un tercer Terminal unido a un
contacto móvil que puede desplazarse sobre el elemento resistivo
proporcionando variaciones en el valor de la resistencia. Este tercer
Terminal puede tener un desplazamiento angular (giratorio) o
longitudinal (deslizante).
Según su función en el circuito, estas resistencias se denominan:
Potenciómetros: se aplican en circuitos donde la variación de
resistencia la efectúa el usuario desde el exterior (controles de audio,
video,etc.).
Trimmers, o resistencias ajustables: se diferencian de las anteriores
en que su ajuste es definitivo en el circuito donde van aplicadas. Su
acceso está limitado al personal técnico (controles de ganancia,
polarización, etc.).
Reóstatos: son resistencias variables en las que uno de sus
terminales extremos está eléctricamente anulado. Tanto en un
potenciómetro como un trimmer, al dejar unos de sus terminales
extremos al aire, su comportamiento será el de un reóstato, aunque
estos están diseñados para soportar grandes corrientes.
El potenciómetro
Los potenciómetros y los reóstatos se diferencias
entre si, entre otras cosas, por la forma en que se
conectan. En el caso de los potenciómetros, estos
se conectan en paralelo al circuito y se comporta
como un divisor de tensión..
El Reóstato
En el caso del reóstato, éste va
conectado en serie con el circuito y se debe tener cuidado de que su
valor (en ohmios) y su la potencia (en Watts (vatios)) que puede
aguantar sea el adecuado para soportar la corriente ( I en amperios
(ampere) que por el va a circular por él).
Como regla general:
Los potenciómetros se utilizan para variar niveles de voltaje
y los reóstatos para variar niveles de corriente
Las resistencias también se pueden dividir tomando en cuenta otras
características:
- Si son bobinadas.
- Si no son bobinadas.
- de débil disipación.
- de fuerte disipación.
- de precisión.
Resistores no lineales
Estas resistores se caracterizan porque su valor ohmico, que varía de
forma no lineal, es función de distintas magnitudes físicas como
puede ser la temperatura, tensión, luz, campos magnéticos, etc.. Así
estasestos resistores están consideradasconsiderados como sensores.
Entre las más comunes podemos destacar las siguientes:
Termistores
En estasestos resistores, cuyo valor ohmico cambia
con la temperatura, además de las características típicas en
resistores lineales fijas como valor nominal, potencia nominal,
tolerancia, etc., que son similares para los termistores, hemos de
destacar otras:
Autocalentamiento: este fenómeno produce cambios en el valor de
la resistencia al pasar una corriente eléctrica a su través. Hemos de
tener en cuenta que también se puede producir por una variación en
la temperatura ambiente.
Resistores NTC
Esta resistencia se caracteriza por su disminución del
valor resistivo a medida que aumenta la temperatura, por tanto
presenta un coeficiente de temperatura negativo.
Entre sus características se pueden destacar: resistencia nominal de
10 ohmios a 2M, potencias entre 1 microvatio y 35W, coeficiente de
temperatura de -1 a -10% por ºC; y entre sus aplicaciones:
regulación, compensación y medidas de temperaturas, estabilización
de tensión, alarmas, etc.
Resistores PTC
Estas, a diferencia de las anteriores, tiene un coeficiente de
temperatura positivo, de forma que su resistencia aumentará como
consecuencia del aumento de la temperatura (aunque esto sólo se da
en un margen de temperaturas).
Varistores
Estos dispositivos (también llamados
VDR) experimentan una disminución en su valor de resistencia a
medida que aumenta la tensión aplicada en sus extremos. A
diferencia de lo que ocurre con las NTC y PTC la variación se produce
de una forma instantánea.
Las aplicaciones más importantes de este componente se encuentran
en: protección contra sobretensionessobre tensiones, regulación de
tensión y supresión de transitorios.
Fotoresistores
Estas resistores, también conocidas como LDR, se
caracteriza por su disminución de resistencia a medida que aumenta
la luz que incide sobre ellas. Las principales aplicaciones de estos
componentes: controles de iluminación, control de circuitos con relés,
en alarmas, etc..
Evidencia de conocimiento
RESISTORES
1. Mencione cinco principales características de resistores fijos
2. Cuales son las principales características de resistores no lineales.
3. Realice un cuadro comparativo entre las diferencias y similitudes
un potenciómetro, un reóstato y un trimmer.
4. Mencione el valor.
Rojo-rojo-azul-café * verde
Azul-amarillo-rojo * plateado
Naranja-verde-café * dorado
5. Mencione el valor en tecnología SMD y la tolerancia
323 - 222 - 1423 - 000 - 122 - 423 1211
CONDENSADORES
Un condensador es un componente electrónico formado por dos
placas metálicas paralelas, llamadas armaduras, separadas entre sí
por aire o cualquier material aislante, llamado dieléctrico.
Tienen como función almacenar carga eléctrica para cederla en el
momento que se necesite. La descarga se produce cuando las placas
se ponen en contacto.
Su capacidad se mide en faradios y nos indica la cantidad de carga
que es capaz de almacenar el condensador cuando está conectado a
cierta tensión. La formula con la que se expresa es: C = Q:V
TIPOS DE CONDENSADORES
Los condensadores fijos, a su vez, se clasifican según el tipo
de material usado como dieléctrico. Así tenemos condensadores
de papel, de plástico, de mica, cerámicos y electrolíticos.
Los condensadores variables están formados por un grupo
de placas fijas y otro de placas móviles, que se pueden
introducir entre las fijas sin tocarlas . tocarlas. Cuando se gira
un mando las placas movilesmóviles entran y salen entre las
fijas, haciendo asi que el condensador que forman los dos
grupos de placas tengan mas o menos superficie. Como la
capacidad esta relacionada con la superficie, la capacidad del
conjunto se puede variar.
Condensadores mas habituales
Condensador ajustable
Condensador en el que un dispositivo mecánico (un tornillo, por
ejemplo) permite regular su capacidad al hacer desplazarse unas
armaduras móviles entre unas fijas.
Condensador cerámico
Condensador constituido por un dieléctrico cerámico revestido en sus
dos caras de capas metálicas, normalmente plata, que actúan como
armaduras. Gracias a la alta constante dieléctrica de las cerámicas,
se consiguen grandes capacidades con un volumen muy pequeño.
Condensador de papel
Condensador cuyo dieléctrico está constituido por papel, por lo
general impregnado de una cera mineral o un aceite (mineral o
sintético).
Condensador electrolítico
Condensador, generalmente polarizado, que contiene dos electrodos,
uno de ellos formado por un electrolito, que bajo la acción de una
corriente eléctrica hace aparecer una capa de dieléctrico por
oxidación del ánodo. Existen dos bases oxidableoxidables principales;
el aluminio y el tantalio dando origen a los condensadores de óxido
de aluminio y los condensadores de óxido de tantalio.
CCondensador de plástico
Condensador que utiliza como dieléctrico una fina capa de material
plástico. Existen varios plásticos con propiedades dieléctricas:
Poli estireno, Polipropileno, Politetrafluoretileno (Teflón), Tereftalato
de polietileno (Poliéster), Poli carbonato, Triacetato de celulosa,
Poliparaxileno
De todos ellos el más utilizado es el poliester ya que admite su
metalización consiguiéndose condensador de tamaño muy reducido y
bajo precio.
Condensador variable
Condensador con dos juegos de armaduras móviles una con respecto
a la otra. Su uso implica una variación continua de la capacidad.
Condensador de mica
Condensador que utiliza como material dieléctrico una capa de mica.
Aplicaciones típicas
Los condensadores suelen usarse para:
Baterías, por su cualidad de almacenar energía
Memorias, por la misma cualidad
Filtros
Adaptación de impedancias, haciéndoles resonar a una
frecuencia dada con otros componentes
Demodular FM, junto con un diodo
Tipos de condensadores
Condensadores de tántalo.
Actualmente estos condensadores no usan el código de colores (los
más antiguos, si). Con el código de marcas la capacidad se indica en
microfaradios y la máxima tensión de trabajo en voltios. El Terminal
positivo se indica con el signo +:
MODULO II
SIMBOLOGIA CONDENSADORES
simbología
Sistema de
Gestión de la Calidad
Centro de Gestión Comercial y Mercadeo Regional Distrito Capital
Estructura curricularTELEINFORMATICA
MODULO DE FORMACIÓNTECNOLOGIA BASICA TRANSVERSAL
Fecha: JULIO 2006
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Evidencia de conocimiento
RESISTORES
1. Mencione cinco principales características de resistores fijos2. Cuales son las principales características de resistores no lineales.3. Realice un cuadro comparativo entre las diferencias y similitudes un potenciómetro, un
reóstato y un trimmer.4. Mencione el valor.
Rojo-rojo-azul-café * verde Azul-amarillo-rojo * plateado Naranja-verde-café * dorado
5. Mencione el valor en tecnología SMD y la tolerancia 323 - 222 - 1423 - 000 - 122 - 423 1211 -
CONDENSADORES
1. Establezca una relación de similitudes y diferencias entre los
distintos tipos de condensadores.
2. clasifique de tres formas diferentes los condensadores
3. Mencione los usos de los condensadores.
4. Identifique el símbolo con el nombre del condensador.
5. complete la tabla
Condensadore
s
Clasificación característica
s
Posibles
fallas
Fijos
Variables
6. Escoja 5 tipos de condensadores mostrados en las figuras
anteriores y menciones sus características eléctricas y su uso.
7. Justifique la posible importancia que representaría para usted el
conocimiento sobre condensares en su titulación.
8. Mencione cinco aplicaciones básicas y especificasespecíficas de
condensadores en equipos electrónicos concretos.
BOBINAS
INTRODUCCIÓN
Teniendo como base fundamental los principios básicos de la corriente
eléctrica, es de vital importancia que el alumno trabajador realice procesos de
asimilación, análisis y montaje de circuitos electrónicos básicos cuyo objetivo
principal será el que identifique las principales características de cada uno de
los dispositivos que lo componen.
La presente guía presenta las principales características de las bobinas y
presenta una breve reseña de lo que son los diodos como elementos activos
en un circuito electrónico.
A partir del desarrollo de esta guía y sus diferentes actividades el alumno podrá
identificar, analizar y realizar procesos de identificación, montaje y medición de los
distintos dispositivos electrónicos formando parte de distintos tipos de circuitos.
CONOCIMIENTO Y COMPRENSION
ELECTRONICA ANALOGICA: Bobinas, transformadores, resistores,
condensadores, diodos, transistores, circuitos integrados.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN EVIDENCIAS DE APRENDIZAJE
Identifica y describe el
funcionamiento básico de los
distintos componentes electrónicos
de un equipo de red.
De conocimiento
Informe de laboratorio, de
consulta, realización de guías y
presentación de pruebas
verbales y escritas.
Identifica la simbología con que se
representan los distintos
dispositivos electrónicos dentro de
un plano.
De conocimiento/Desempeño.
Presentación de prácticas y
montajes de laboratorio de tipo
eléctrico/electrónico.
Realiza procesos de montaje y
medición de las distintas
magnitudes eléctricas presentes en
circuitos electrónicos básicos.
LA BOBINA
Cierto número de vueltas de cable que introducen inductancia
magnética en un circuito eléctrico para producir flujo magnético o
para reaccionar mecánicamente a variaciones de flujo magnético. Son
componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo
magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica.
Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material
ferromagnético o al aire.
Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional pero
se suelen emplear los submúltiplos mH y µH.
Existen bobinas de diversos tipos según su núcleo y según tipo de
arrollamiento.
Su aplicación principal es como filtro en un circuito electrónico,
denominándose comúnmente, choques.
CARACTERÍSTICAS
1. Permeabilidad magnética (m).- Es una característica que tiene
gran influencia sobre el núcleo de las bobinas respecto del valor de la
inductancia de las mismas. Los materiales ferromagnéticos son muy
sensibles a los campos magnéticos y producen unos valores altos de
inductancia, sin embargo otros materiales presentan menos
sensibilidad a los campos magnéticos.
El factor que determina la mayor o menor sensibilidad a esos campos
magnéticos se llama permeabilidad magnética.
Cuando este factor es grande el valor de la inductancia también lo es.
2. Factor de calidad (Q).- Relaciona la inductancia con el valor
óhmico del hilo de la bobina. La bobina será buena si la inductancia
es mayor que el valor óhmico debido al hilo de la misma.
TIPOS DE BOBINAS
1. FIJAS
Con núcleo de aire.- El conductor se arrolla sobre un soporte
hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto
parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas.
Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere
en el aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que
no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se
precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas
intermedias, en este caso se pueden considerar como 2 o más
bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie.
Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.
Con núcleo sólido.- Poseen valores de inductancia más altos
que los anteriores debido a su nivel elevado de permeabilidad
magnética. El núcleo suele ser de un material ferromagnético.
Los más usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se
manejan potencias considerables y las frecuencias que se
desean eliminar son bajas se utilizan núcleos parecidos a los de
los transformadores (en fuentes de alimentación sobre todo).
Así nos encontraremos con las configuraciones propias de estos
últimos. Las secciones de los núcleos pueden tener forma de
EI, M, UI y L.
Bobina de ferrita
Bobina de ferrita de nido de abeja
Bobinas de ferrita para SMD
Bobinas con núcleo toroidal
Las bobinas de nido de abeja se utilizan en los circuitos
sintonizadores de aparatos de radio en las gamas de onda media y
larga. Gracias a la forma del bobinado se consiguen altos valores
inductivos en un volumen mínimo.
Las bobinas de núcleo toroidal se caracterizan por que el flujo
generado no se dispersa hacia el exterior ya que por su forma se crea
un flujo magnético cerrado, dotándolas de un gran rendimiento y
precisión.
La bobinas de ferrita arrolladas sobre núcleo de ferrita,
normalmente cilíndricos, con aplicaciones en radio es muy
interesante desde el punto de vista práctico ya que, permite emplear
el conjunto como antena colocándola directamente en el receptor.
Las bobinas grabadas sobre el cobre, en un circuito impreso tienen la
ventaja de su mínimo coste pero son difícilmente ajustables mediante
núcleo.
Bobina * Bobina
Bobina
núcleo Fe-
Si
Bobina
blindada
Bobina
núcleo de
Ferroxcube
Bobina con
tomas
de corriente
Bobina
ajustable
Bobina
variable
Bobina
variable
Bobina
variable
Bobina de
núcleo
saturable
Bobina
variable por
pasos /
escalones
Bobina
electroimán
Bobina
electroimán *
Bobina
de
deflexión
Bobina con
tomas fijas
Solenoide
Bobina de
choque
Inductancia
2. VARIABLES
También se fabrican bobinas ajustables. Normalmente la variación de
inductancia se produce por desplazamiento del núcleo.
Las bobinas blindadas pueden ser variables o fijas, consisten encerrar
la bobina dentro de una cubierta metálica cilíndrica o cuadrada, cuya
misión es limitar el flujo electromagnético creado por la propia bobina
y que puede afectar negativamente a los componentes cercanos a la
misma.
EL TRANSFORMADOR
Es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de
corriente alterna que tiene a su entrada en otro diferente que entrega
a su salida.
El transformador se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se
han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor.
Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominan:
Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de
entrada y Bobina secundaria o Secundario" a aquella que entrega el
voltaje transformado.
La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por
ella, una corriente alterna.
- Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro
- Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo
de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste.
- Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del
"Secundario", se generará por el alambre del secundario una tensión.
En este bobinado secundario habría una corriente si hay una carga
conectada (el secundario está conectado a una resistencia por
ejemplo)
La razón de la transformación del voltaje entre el bobinado "Primario"
y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada
uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario.
En el secundario habrá el triple de voltaje.
La fórmula:
Entonces: Vs = Ns x Vp / Np
Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del
número de espiras de cada bobinado.
La única manera de mantener la misma potencia en los dos
bobinados es que cuando el voltaje se eleve la corriente se disminuya
en la misma proporción y viceversa. Entonces:
Así, para conocer la corriente en el secundario cuando tengo la
corriente Ip (corriente en el primario), Np (espiras en el primario) y Ns
(espiras en el secundario) se utiliza siguiente fórmula:
Is = Np x Ip / Ns
Evidencia de conocimiento
BOBINAS Y TRANSFORMADORES
1. Cuales son las principales funciones de una bobina en circuito
electrónico.
2. Cuales son las principales diferencias a nivel funcional entre:
Bobina fija y Bobina variable, bobina con núcleo ferroso y
bobina con núcleo de aire.
3. Realice un cuadro comparativo entre:
BOBINA FORMA FUNCION
Con núcleo de aire
Con núcleo sólido
Nido de abeja
De núcleo toroidal
Ferrita arrolladas
sobre núcleo de
ferrita
4. Despeje las demás variables presentes en la igualación para
poder realizar calculo de transformadores.
5. Determine las demás variables presentes en las ecuaciones
planteadas por el instructor en cuanto a reactancia inductiva y
capacitiva se refieren.
6. Determine cual es el efecto cuando la reactancia capacitiva e
inductiva son iguales y se hallan en una configuración en
paralelo.
7. Realice un análisis del tipo de bobinas presentes en equipos de
computo, identifique el tipo de bobina al que pertenece y el
símbolo que lo represente.
BOBINA EQUIPO QUE LO
CONTIENE
CARACTERISTICAS Y
SIMBOLO
EL SEMICONDUCTOR
Elemento GrupoElectrones en
la última capa
Cd II A 2 e-
Al, Ga, B, In III A 3 e-
Si, Ge IV A 4 e-
P, As, Sb V A 5 e-
Se, Te, (S) VI A 6 e-
Semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o
como aislante dependiendo del campo eléctrico en el que se
encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla
periódica se indican en la tabla siguiente.
El elemento semiconductor más usado es el silicio, aunque idéntico
comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los
grupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa, PIn,
AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). De un tiempo a esta parte se ha
comenzado a emplear también el azufre. La característica común a
todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una
configuración electrónica s²p².
Conductividad eléctrica del cristal
Para que la conducción de la electricidad sea posible es necesario que
haya electrones que no estén ligados a un enlace determinado
(banda de valencia), sino que sean capaces de desplazarse por el
cristal (banda de conducción). La separación entre la banda de
valencia y la de conducción se llama banda prohibida, por que en
ella no puede haber portadores de corriente. Así podemos considerar
tres situaciones:
Los metales, en los que ambas bandas de energía se
superponen, son conductores.
Los aislantes (o insuladores), en los que la diferencia existente
entre las bandas de energía, del orden de 6 eV impide, en
condiciones normales el salto de los electrones.
Los semiconductores, en los que el salto de energía es
pequeño, del orden de 1 eV, por lo que suministrando energía
pueden conducir la electricidad; pero además, su conductividad
puede regularse, puesto que bastará disminuir la energía
aportada para que sea menor el número de electrones que salte
a la banda de conducción; cosa que no puede hacerse con los
metales, cuya conductividad es constante, o más propiamente,
poco variable con la temperatura
SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
Cuando el silicio se encuentra formado por átomos del tipo explicado
en el apartado anterior, se dice que se encuentra en estado puro o
más usualmente que es un semiconductor intrínseco
Una barra de silicio puro está formada por un conjunto de átomos en
lazados unos con otros según una determinada estructura geométrica
que se conoce como red cristalina
Si en estas condiciones inyectamos energía desde el exterior, algunos
de esos electrones de los órbitas externas dejarán de estar enlazados
y podrán moverse. Lógicamente si un electrón se desprende del
átomo, este ya no está completo, decimos que está cargado
positivamente, pues tiene una carga negativa menos, o que ha
aparecido un hueco. Asociamos entonces el hueco a una carga
positiva o al sitio que ocupaba el electrón.
El átomo siempre tendrá la tendencia a estar en su estado normal,
con todas sus cargas, por lo tanto en nuestro caso, intentará atraer
un electrón de otro átomo para rellenar el hueco que tiene.
Toda inyección de energía exterior produce pues un proceso continuo
que podemos concretar en dos puntos:
Electrones que se quedan libres y se desplazan de un átomo a
otro a lo largo de la barra del material semiconductor de silicio.
Aparición y desaparición de huecos en los diversos átomos del
semiconductor.
Queda así claro que el único movimiento real existente dentro de un
semiconductor el de electrones. Lo que sucede es que al aparecer y
desaparecer huecos, "cargas positivas", en puntos diferentes del
semiconductor, parece que estos se mueven dando lugar a una
corriente de cargas positivas. Este hecho, movimiento de huecos, es
absolutamente falso. Los huecos no se mueven, sólo parece que lo
hacen.
SEMICONDUCTOR DOPADO
Si aplicamos una tensión al cristal de silicio, el positivo de la pila
intentará atraer los electrones y el negativo los huecos favoreciendo
así la aparición de una corriente a través del circuito
Sentido del movimiento de un electrón y un hueco en el silicio
Ahora bien, esta corriente que aparece es de muy pequeño valor,
pues son pocos los electrones que podemos arrancar de los enlaces
entre los átomos de silicio. Para aumentar el valor de dicha corriente
tenemos dos posibilidades:
Aplicar una tensión de valor superior
Introducir previamente en el semiconductor electrones o
huecos desde el exterior
La primera solución no es factible pues, aún aumentando mucho el
valor de la tensión aplicada, la corriente que aparece no es de
suficiente valor. La solución elegida es la segunda.
En este segundo caso se dice que el semiconductor está "dopado".
El dopaje consiste en sustituir algunos átomos de silicio por átomos
de otros elementos. A estos últimos se les conoce con el nombre de
impurezas. Dependiendo del tipo de impureza con el que se dope al
semiconductor puro o intrínseco aparecen dos clases de
semiconductores.
Semiconductor tipo P
Semiconductor tipo N
SEMICONDUCTOR TIPO N
Si en una red cristalina de silicio (átomos de
silicio enlazados entre sí). sustituimos uno de
sus átomos (que como sabemos tiene 4
electrones en su capa exterior) por un átomo
de otro elemento que contenga cinco
electrones en su capa exterior, resulta que
cuatro de esos electrones sirven para enlazarse con el resto de los
átomos de la red y el quinto queda libre.
Semiconductor dopado tipo N
A esta red de silicio "dopado" con esta clase de
impurezas se le denomina "Silicio tipo N"
En esta situación hay mayor número de electrones que de huecos.
Por ello a estos últimos se les denomina "portadores minoritarios" y
"portadores mayoritarios" a los electrones
Las Impurezas tipo N más utilizadas en el proceso de dopado son el
arsénico, el antimonio y el fósforo
Está claro que si a un semiconductor dopado se le aplica tensión en
sus Bornes, las posibilidades de que aparezca una corriente en el
circuito son mayores a las del caso de la aplicación de la misma
tensión sobre un semiconductor intrínseco o puro.
MODULO III
SEMICONDUCTOR TIPO P
Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre
sí) ....
.... sustituimos uno de sus átomos (que como
sabemos tiene 4 electrones en su capa exterior) por un átomo de otro
elemento que contenga tres electrones en su capa exterior, resulta
que estos tres electrones llenarán los huecos que dejaron los
electrones del átomo de silicio, pero como son cuatro, quedará un
hueco por ocupar. O sea que ahora la sustitución de un átomo por
otros provoca la aparición de huecos en el cristal de silicio. Por tanto
ahora los "portadores mayoritarios" serán los huecos y los electrones
los portadores minoritarios.
A esta red de silicio dopada con esta clase de impurezas se le
denomina "silicio tipo P"
Semiconductor dopado tipo P
DIODOS
Diodo semiconductor
Es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar,
prácticamente en cualquier circuito electrónico. Los diodos se
fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.
Constan de dos partes una llamada N y la otra llamada P, separados
por una juntura también llamada barrera o unión. Esta barrera o
unión es de 0.3 voltios en el germanio y de 0.6 voltios
aproximadamente en el diodo de silicio.
Símbolo del diodo ( A - ánodo K - cátodo)
El diodo se puede puede hacer funcionar de 2 maneras diferentes:
Polarización directa: Es cuando la corriente que circula por el diodo
sigue la ruta de la flecha (la del diodo), o sea del ánodo al cátodo. En
este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad
comportándose prácticamente como un corto circuito.
Diodo en polarización directa
Polarización inversa: Es cuando la corriente en el diodo desea circular
en sentido opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o se del cátodo al
ánodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta
prácticamente como un circuito abierto.
Diodo en polarización inversa
Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal,
esto quiere decir que el diodo se toma como un elemento perfecto
(como se hace en casi todos los casos), tanto en polarización directa
como en polarización inversa.
APLICACIONES DEL DIODO:
Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de la más comunes
es el proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente
continua (C.C.). En este caso se utiliza el diodo como rectificad
TIPOS DE DIODOS
DE FRECUENCIA DE LÍNEA
El voltaje de conducción para el que se fabrica es aquel tan pequeño
como sea posible con un trigger muy alto, para aplicaciones a la
frecuencia de 60 Hz. Con especificaciones de voltaje de bloqueo de
varios kilovoltios y corriente de varios kiloamperios. Se conectan en
serie o en paralelo.
DE RECUPERACIÓN RÁPIDA:
Utilizados en circuitos de alta frecuencia combinados con
transistores. Soporta niveles de potencia de algunos cientos de voltios
y de amperios.
SCOTTKY:
Utilizados en aplicaciones donde es necesario un voltaje de
polarización directa y pequeño. El voltaje de bloque se limita a 50 -
100 V., de bajo valor de conducción y con un solo tipo de
semiconductor. Sus pérdidas en conducción son menores que en un
diodo de juntura. El almacenamiento de carga es despreciable. Son
utilizados en conmutación de alta velocidad. Producen una gran
corriente de polarización directa. Cuando se utiliza un diodo de dicho
tipo en un circuito, el diodo produce una señal de media onda
perfecta incluso a frecuencias mayores de 300 Mhz. Tiene una
respuesta notable a altas frecuencias.
PIN
Diodo con aplicaciones en circuitos de frecuencias muy altas como
VHF, UHF y MW (microondas). Se comporta como un interruptor
cerrado al aplicarle polarización directa y a la inversa si le aplicamos
polarización inversa, o sea, como un interruptor abierto.
DIODOS ZENER
Aprovechan, para su funcionamiento, una propiedad muy interesante
que presenta la unión semiconductora cuando se polariza
inversamente por encima de un determinado nivel. Un diodo que
recibe polarización inversa (positivo en el cátodo y negativo en el
ánodo), no permite el paso de corriente o deja pasar una intensidad
debilísima. Al alcanzar una determinada tensión, denominada tensión
ZENER se produce un aumento de la cantidad de corriente, de forma
que esta diferencia de potencial entre sus extremos se mantiene
prácticamente constante, aunque se intente aumentar o disminuir
variando la intensidad que lo atraviesa. Regulan o estabilizan el
voltaje en un circuito. Llamado a veces diodo de rompimiento, los
diodos zener son la esencia de los reguladores de voltaje; los cuales
son circuitos que mantienen el voltaje casi constante sin importar que
se presenten en los voltajes de línea y la resistencia de carga. Se
polarizan en forma inversa.
DIODOS LED
(Emisores de Luz): Diodo que cuando se le aplica tensión, polarizado
directamente, emite luz. Se fabrica con un compuesto formado por
Galio, Arsénico y Fósforo.
Empleado en aparatos electrónicos como indicador luminoso,
prácticamente esta presente en televisores, equipos de música etc...,
el color dependerá del material en que se ha fabricado.
El cátodo se conoce por ser la patilla que tiene una zona plana.
Es un diodo que presenta un comportamiento parecido al de un diodo
rectificador, sin embargo, su tensión umbral, se encuentra entre 1.3V
y 4 V dependiendo del color del diodo.
Color tensión en directo
Infrarojo 1.3V
Rojo 1.7V
Naranja 2.0V
Amarillo 2.5V
Verde 2.5V
Azul 4.0V
Normalmente se coloca una resistencia en serie que limita la
intensidad de corriente que pasa por él. Se utilizan como señal visual
y en el caso de los infrarrojos en los mandos a distancia.
DISPLAY:
Es una combinación de diodos LED que permiten visualizar letras y
números. Se denominan comúnmente displays de 7 segmentos. Se
fabrican en dos configuraciones: ánodo común y cátodo común.
FOTODIODO:
Diodo que se vuelve conductor si está polarizado directamente al
recibir luz, se utiliza como sensor de mandos a distancia emisores de
rayos infrarrojos, sería lo contrario a un LED.
VARACTOR O VARICAP
Se trata de un condensador electrónico compuesto a base de
semiconductores. Utilizado con polarización inversa, si le aplicamos
tensión en sus extremos, almacena carga eléctrica como si se tratara
de un condensador. La capacidad es inversamente proporcional al
voltaje aplicado. Se utiliza en sintonizadores de canales
principalmente. Los diodos varactores son diodos de silicio diseñados
para aprovechar su capacitancia variable , como la capacitancia esta
controlada por el voltaje. Se usa como sintonizadores en los
receptores de televisión y en los radios para automóvil
DIODO TUNEL
E n este tipo de diodos se conoce un efecto conocido como una
resistencia negativa, esto significa que al aumento en el voltaje de
polarización directa produce una disminución en la corriente. La
resistencia negativa de los diodos túnel es útil en circuitos de alta
frecuencia llamados osciladores.
TRIODO.
Si entre la placa y el cátodo se intercala un tercer electrodo llamado
rejilla tendremos un Tríodo. Según la tensión que se aplique a la rejilla
se obtienen variaciones de intensidad que pueden hacer que el tríodo
ejerza una acción amplificadora, o se le haga mantener las
oscilaciones en un circuito oscilante. Un circuito amplificador tríodo
consta de un tríodo ya definido arriba y de un reóstato de carga,
baterías y una fuente de tensión variable.
Este flujo se controla aplicando tensión negativa a la rejilla desde la
batería C. Cuanta mayor tensión negativa tenga la rejilla, menos
electrones fluirán de cátodo a ánodo.
Los cambios en la tensión de la rejilla provenientes de una señal de
radio o de sonido (fuente S) producirán variaciones en el flujo de
corriente de cátodo a ánodo y por tanto en el resto del circuito.
DIODO DETECTOR
El diodo detector es un dispositivo que se emplea en circuitos de
radio y televisión para producir un efecto de rectificación conocido
como detección de audio o de modulación. Con ellos una señal de
audio se separa de la señal portadora de alta frecuencia, Las señales
portadoras se utilizan en radio y televisión y otros sistemas de
comunicación. Su aplicación se basa HF, VHF y UHF. Por el tipo de
unión que tiene, posee una capacidad muy baja, así como una
resistencia interna en conducción que produce una tensión máxima
de 0.2 a 0.3 V.
DIODO DE CORRIENTE CONSTANTE
Funcionan inversamente a los diodos zener. En vez de mantener
constante el voltaje, mantienen constante la corriente, conocidos
como diodos de corriente constante. Mantienen la corriente que
circula a través de ellos en un valor fijo.
DIODOS RECTIFICADORES
Soportan elevadas temperaturas ( 200 grados centígrados), siendo su
resistencia muy baja y la corriente en tensión inversa muy pequeña.
Se pueden construir diodos de pequeñas dimensiones para potencias
relativamente grandes. Sus aplicaciones van desde elemento
indispensable en fuentes de alimentación como en televisión,
aparatos de rayos X y microscopios electrónico, donde deben
rectificar tensiones altísimas.
FOTODIODO
Es un dispositivo semiconductor sensible a la incidencia de la luz
visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se
polarizarán inversamente, con lo que producirán una cierta
circulación de corriente cuando sean excitados por la luz.
DIODO LASER
Es dispositivo semiconductor similar a los diodos LED pero que bajo
las condiciones adecuadas emite luz láser. A veces se los denomina
diodos láser de inyección, o por sus siglas inglesas LD o ILD
Cuando un diodo convencional o LED se polariza en directa, los
huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la
zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen
la corriente que circula por el diodo. Si los electrones y huecos están
en la misma región, pueden recombinarse cayendo el electrón al
hueco y emitiendo un fotón con la energía correspondiente a la banda
prohibida (véase semiconductor). Esta emisión espontánea se
produce en todos los diodos, pero sólo es visible en los diodos LED
que tienen una disposición constructiva especial con el propósito de
evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, y
una energía de la banda prohibida coincidente con el espectro visible;
en el resto de diodos, la energía se disipa en forma de radiación
infrarroja.
En condiciones apropiadas, el electrón y el hueco pueden coexistir un
breve tiempo, del orden de milisegundos, antes de recombinarse, de
forma que si un fotón con la energía apropiada pasa por casualidad
por allí durante ese periodo, se producirá la emisión estimulada
(láser), es decir, al producirse la recombinación el fotón emitido
tendrá igual frecuencia, polarización y fase que el primer fotón.
En los diodos láser, el cristal semiconductor tiene la forma de una
lámina delgada lográndose así una unión p-n de grandes
dimensiones, con las caras exteriores perfectamente paralelas. Los
fotones emitidos en la dirección adecuada se reflejarán
repetidamente en dichas caras estimulando a su vez la emisión de
más fotones, hasta que el diodo comienza a emitir luz láser, que al
ser coherente debido a las reflexiones posee una gran pureza
espectral
SIMBOLOGIA DIODOS
Diodo rectificador * Diodo rectificador
Diodo rectificador Diodo zener
Diodo zener Diodo zener
Diodo zener Diodo zener *
Diodo varicap * Diodo varicap
Diodo varicap Diodo Gunn Impatt
Diodo supresorde tensión *
Diodo supresorde tensión
Diodo de corrienteconstante
Diodo de recuperacióninstantánea, Snap
Diodo túnel * Diodo túnel
Diodo rectificador túnel
Diodo Schottky
Diodo Pin * Diodo Pin
FotodiodoLEDDiodo emisor de luz
Fotodiodobidireccional NPN
Fotodiodo de dossegmentos cátodocomún PNP
Fotodiodo de dossegmentos cátodocomún PNP
Diodo laser
Diodo magnéticoDiodo sensible a latemperatura
Diodo de roturabidireccional PNP
Diodo de roturabidireccional NPN
Puente rectificador Puente rectificador *
Indicador con LEDalfanumérico 5 x 7Letra A de ejemplo
MODULO III
TRANSISTORES
El transistor es un dispositivo
electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador,
oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la
contracción en inglés de transfer resistor (resistencia de
transferencia).
Los transistores son componentes esenciales para nuestra civilización
porque toda la electrónica moderna los utiliza, ya sea en forma
individual (discreta) como también formando parte de circuitos
integrados, analógicos o digitales, de todo tipo: microprocesadores,
controladores de motores eléctricos, procesadores de señal,
reguladores de voltaje, etc.
Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los enseres
domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadores,
reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavarropas
automáticos, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes
de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas
fluorecentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, etc.
Elementos de un transistor o transistores:
El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas que
consiste de dos capas de material tipo n y una capa tipo p, o bien, de
dos capas de material tipo p y una tipo n. al primero se le llama
transistor npn, en tanto que al segundo transistor pnp.
EMISOR, que emite los portadores de corriente, (huecos o
electrones). Su labor es la equivalente al CATODO en los tubos
de vacío o "lámparas" electrónicas.
BASE, que controla el flujo de los portadores de corriente. Su
labor es la equivalente a la REJILLA cátodo en los tubos de vacío
o "lámparas" electrónicas.
COLECTOR, que capta los portadores de corriente emitidos por
el emisor. Su labor es la equivalente a la PLACA en los tubos de
vacío o "lámparas" electrónicas.
Ventajas de los transistores electrónicos
El consumo de energía es sensiblemente bajo.
El tamaño y peso de los transistores es bastante menor que los
tubos de vacío.
Una vida larga útil (muchas horas de servicio).
Puede permanecer mucho tiempo en deposito
(almacenamiento).
No necesita tiempo de calentamiento.
Resistencia mecánica elevada.
Los transistores pueden reproducir otros fenómenos, como la
fotosensibilidad.
Tipos de Transistores
Transistores Bipolares de unión, BJT. ( PNP o NPN )
El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los
diodos, puede ser de germanio o silicio.
Existen dos tipos transistores: el NPN y el
PNP, y la dirección del flujo de la corriente
en cada caso, lo indica la flecha que se ve
en el gráfico de cada tipo de transistor.
El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes
nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el
emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor.
Transistor NPN Transistor PNP
El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si
le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas
(base), el entregará por otra (emisor) , una cantidad mayor a ésta, en
un factor que se llama amplificación.
Este factor se llama b (beta) y es un dato propio de cada transistor.
Entonces:
- Ic (corriente que pasa por la patilla
colector) es igual a b (factor de
amplificación) por Ib (corriente que pasa
por la patilla base).
-Ic = β * Ib
- Ie (corriente que pasa por la patilla
emisor) es del mismo valor que Ic, sólo que, la corriente en un caso
entra al transistor y en el otro caso sale de el, o viceversa.
Según la fórmula anterior las corrientes no dependen del voltaje que
alimenta el circuito (Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente
Ib cambia ligeramente cuando se cambia Vcc. Ver figura.
En el segundo gráfico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para
poder entender que a mas corriente la curva es mas alta
Regiones operativas del transistor
- Región de corte: Un transistor esta en corte cuando:
corriente de colector = corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0)
En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el
voltaje de alimentación del circuito. (como no hay corriente
circulando, no hay caída de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso
normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)
- Región de saturación: Un transistor está saturado cuando:
corriente de colector = corriente de emisor = corriente máxima, (Ic =
Ie = I máxima)
En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de
alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el
colector o el emisor o en ambos, ver ley de Ohm. Este caso
normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo
suficientemente grande como para inducir una corriente de colector β
veces más grande. (recordar que Ic = β * Ib)
- Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de
saturación ni en la región de corte entonces está en una región
intermedia, la región activa. En esta región la corriente de colector
(Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de β
(ganancia de corriente de un amplificador, es un dato del fabricante)
y de las resistencias que hayan conectadas en el colector y emisor).
Esta región es la mas importante si lo que se desea es utilizar el
transistor como un amplificador.
Configuraciones: Hay tres tipos de configuraciones típicas en los
amplificadores con transistores, cada una de ellas con características
especiales que las hacen mejor para cierto tipo de aplicación. y se
dice que el transistor no está conduciendo. Normalmente este caso se
presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0)
- Emisor común
- Colector común
- Base común
El Transistor Darlington
El transistor Darlington es un tipo especial de transistor que tiene una
alta ganancia de corriente. Está compuesto internamente por dos
transistores que se conectan es cascada. Ver la forma en la figura.
El transistor T1 entrega la corriente que sale por su emisor a la base
del transistor T2.
La ecuación de ganancia de un transistor típico es: IE= β x IB
(Corriente de colector es igual a beta por la corriente de base).
Entonces:
- Ecuación del primer transistor es: IE1 = β1 x IB1 (1),
- Ecuación del segundo transistor es: IE2 = β2 x IB2 (2)
Observando el gráfico, la corriente de emisor del transistor (T1) es la
misma que la corriente de base del transistor T2. Entonces IE1 = IB2
(3)
Utilizando la ecuación (2) y la ecuación (3)
IE2 = β2 x IB2 = β2 x IE1
Reemplazando en la ecuación anterior el valor de IE1 (ver ecuación
(1)) se obtiene la ecuación final de ganancia del transistor Darlington.
IE2 = β2 x β1 x IB1
Como se puede deducir, este amplificador tiene una ganancia mucho
mayor que la de un transistor corriente, pues aprovecha la ganancia
de los dos transistores. (Las ganancias se multiplican).
Como probar un transistor
Para probar transistores hay que
analizar un circuito equivalente de
este, en el que se puede utilizar lo
aprendido al probar diodos.
Se puede ver que los circuitos equivalentes de los transistores
bipolares NPN y PNP están compuestos por diodos y se puede seguir
la misma técnica que se sigue al probar diodos comunes. La prueba
se realiza entre el Terminal de la base (B) y el Terminal E y C. Los
métodos a seguir en el transistor NPN y PNP son opuestos. Al igual
que con el diodo si uno de estos "diodos del equivalentes del
transistor" no funcionan cono se espera hay que cambiar el transistor.
Transistores de efecto de campo. ( JFET, MESFET,
MOSFET )
- JFET, De efecto de campo de unión (JFET): También llamado
transistor unipolar, fue el primer transistor de efecto de campo en la
práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de
tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto
óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la
forma más básica.
- MESFET, transistores de efecto de campo metal semiconductor.
- MOSFET, transistores de efecto de campo de metal-oxido
semiconductor. En estos componentes, cada transistor es formado
por dos islas de silicio, una dopada para ser positiva, y la otra para
ser negativa, y en el medio, actuando como una puerta, un electrodo
de metal.
Transistores HBT y HEMT.
Las siglas HBT y HEMT pertenecen a las palabras Heterojuction
Bipolar Transistor (Bipolar de Hetereoestructura) y Hight
Electron Mobility Transistor ( De Alta Movilidad). Son
dispositivos de 3 terminales formados por la combinación de
diferentes componentes, con distinto salto de banda prohibida
Simbología transistores
Estos símbolos se pueden representar con o sin círculo.
TransistorNPN
TransistorPNP
Transistor NPNcon colector unidoa la cubierta
TransistorNPN tunel
UJT- nUniunión
UJT- pUniunión
FototransistorNPN
MultiemisorNPN
Transistor de avalancha NPN
TransistorSchottky NPN
Transistor JFETcanal N *
Transistor JFETcanal N
Transistor JFETcanal P *
Transistor JFETcanal P
PUT Uniunión Programable
Darlington NPN
AMPLIFICADORES ELECTRONICOS
El tipo más común de amplificador es el amplificador electrónico,
usado en casi todos los aparatos electrónicos, como emisores y
receptores de radio y televisión, ordenadores, equipos de
comunicación, instrumentos musicales, etc.
Un amplificador electrónico es un dispositivo para incrementar la
corriente, el voltaje o la potencia de una señal. El amplificador realiza
esta función tomando potencia de una fuente de alimentación y
controlando la salida para hacer coincidir la forma de onda de la señal
de entrada con la de salida, pero con una amplitud mayor.
Podríamos decir, en sentido figurado, que un amplificador ideal sería
un pequeño trozo de hilo conductor con ganancia, de forma que la
salida es una réplica exacta de la entrada pero más grande.
La relación que existe entre la entrada y la salida del amplificador
(normalmente expresada en función de la frecuencia de la señal de
entrada) se le denomina función de transferencia del amplificador y a
su magnitud ganancia. Como su amplificación depende de la
frecuencia, se les suele hacer funcionar en un determinado rango de
frecuencias, normalmente donde la amplificación es constante o
lineal.
El componente clave de estos amplificadores es el elemento activo,
que puede ser un tubo de vacío o un transistor (normalmente [BJT],
aunque también se emplean MOSFET). La función del BJT es la de
amplificar la corriente eléctrica que haya en su base un determinado
valor en el colector y en el emisor. El valor de amplificación depende
del tipo de transistor y del diseño del circuito (valores de los
componentes, configuración en base común, colector común, etc).
Con transistores se pueden hacer dispositivos más complejos que
también cumplan la función de amplificar, como los amplificadores
operacionales, y éstos a su vez otros como los amplificadores de
instrumentación.
Otro tipo de amplificadores electrónicos son los diseñados
específicamente para audio, en ellos se suelen preferir las válvulas de
vacío a los transistores por sus mejores características sonoras. Estos
amplificadores para audio son los preamplificadores y las etapas de
potencia.
Amplificador operacional
El Amplificador Operacional fue desarrollado para ser
utilizado en computadoras analógicas en los inicios de
los años 1940. Los primeros Amplificadores
Operacionales (Op. Amp.) utilizaban los tubos al vacío, eran de gran
tamaño y consumían mucha potencia.
En 1967 la empresa "Fairchild Semiconductor" introdujo al
mercado el primer amplificador operacional en la forma de un circuito
integrado, logrando disminuir su tamaño, consumo de energía y su
precio. Este dispositivo es un amplificador lineal de alto rendimiento,
con una gran variedad de usos.
Básicamente el Amp. Op. (Op. Amp.) es un dispositivo amplificador de
la diferencia de sus dos entradas, con una alta ganancia, una
impedancia de entrada muy alta, (mayor a 1 Megaohm) y una baja
impedancia de salida (de 8 a 20 ohmios).
Con estas característica se deduce que las corrientes de entrada son
prácticamente nulas y que tiene la característica de poder entregar
corriente relativamente alta (ver datos del fabricante)
Internamente el Amplificador Operacional contiene un gran número
de transistores, resistores, capacitores, etc..
El Terminal + es el Terminal no inversor
El Terminal - es el Terminal inversor
Hay varios tipos de presentación de los amplificadores operacionales,
como el paquete dual en línea (DIP) de 8 pines o patitas.
Para saber cual es el pin 1, se ubica una muesca
entre los pines 1 y 8, siendo el # 1 el pin que
está a la izquierda de la muesca cuando se pone
el integrado como se muestra en el diagrama.
La distribución de los terminales del Amplificador operacional en el
Circuito integrado DIP de 8 patillas es:
- pin 2: entrada inversora ( - )
- pin 3: entrada no inversora ( + )
- pin 6: salida (out)
Para alimentar un amplificador operacional se utilizan 2 fuentes de
tensión:
- una positiva conectada al pin 7 y
- otra negativa conectada al pin 4
También hay otra presentación con 14 pines. En algunas versiones no
hay muesca, pero hay un circulo pequeño cerca de la patita # 1.
El amplificador inversor en corriente alterna
El amplificador inversor amplifica e invierte (ver el signo menos) una
señal de corriente alterna. En este caso la señal alterna de entrada
sale amplificada en la salida, pero también desfasada 180°
(invertida).
La ganancia de tensión se obtiene con la fórmula:
AV = - Vsal / Vent y
AV = - R2 / R1
Si Vent = 0.1 V = 100 mV y Vsal = 10 V,
entonces AV = - 10 / 0.1 = 100.
Las magnitudes de las señales alternas se pueden medir en tensión
pico, pico-pico o RMS.
CIRCUITOS INTEGRADOS
Un circuito integrado (CI) es una pastilla o chip muy delgado en el
que se encuentran miles o millones de dispositivos electrónicos
interconectados, principalmente diodos y transistores, y también
componentes pasivos como resistencia o capacitores. Su área puede
ser de un cm2 o incluso inferior. Algunos de los circuitos integrados
más avanzados son los microprocesadores que controlan múltiples
artefactos: desde computadoras hasta electrodomésticos, pasando
por los teléfonos móviles. Otra familia importante de circuitos
integrados la constituyen las memorias digitales.
El transistor actúa como un switch. Este puede encenderse
electrónicamente o apagarse, o también puede amplificar corriente.
Es utilizado por ejemplo en computadoras para almacenar la
información o en los amplificadores de un estéreo para hacer la señal
del sonido más fuerte.
primer CI fue desarrollado en 1958 por el ingeniero Jack Kilby justo
meses después de haber sido contratado por la firma Texas
Instruments. Se trataba de un dispositivo de germanio que integraba
seis transistores en una misma base semiconductora para formar un
oscilador de rotación de fase.
En el año 2000 Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física
por la contribución de su invento al desarrollo de la tecnología de la
información.
Atendiendo al nivel de integración - número de componentes - los
circuitos integrados se clasifican en:
SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: inferior a 12
MSI (Medium Scale Integration) medio: 12 a 99
LSI (Large Scale Integration) grande : 100 a 9999
VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande : 10 000 a 99
999
ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande : igual o
superior a 100 000
En cuanto a las funciones integradas, los circuitos se clasifican en
dos grandes grupos:
Circuitos integrados analógicos.
Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos,
sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como
amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio
completos.
Circuitos integrados digitales.
Pueden ser desde básicas puertas lógicas (Y, O, NO) hasta los
más complicados microprocesadores.
Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica
dentro de un sistema. En general, la fabricación de los CI es compleja
ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio
muy reducido de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo,
permiten grandes simplificaciones con respecto los antiguos circuitos,
además de un montaje más rápido.
Tipos de circuito integrados
Existen tres tipos de circuitos integrados:
Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo
monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en
germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los
circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes
difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos
conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología
híbrida hasta que progresos en la tecnología permitieron
fabricar resistencias precisas.
Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de
los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos
monolíticos sin cápsula (dices), transistores, diodos, etc, sobre
un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras.
Las resistencias se depositan por serigrafía y se ajustan
haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, tanto en
cápsulas plásticas como metálicas, dependiendo de la
disipación de potencia que necesiten. En muchos casos, la
cápsula no está "moldeada", sino que simplemente consiste en
una resina epoxi que protege el circuito. En el mercado se
encuentran circuitos híbridos para módulos de RF, fuentes de
alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.
Limitaciones de los circuitos integrados
Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los
circuitos integrados. Básicamente, son barreras que se van alejando
al mejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:
Disipación de potencia-Evacuación del calor
Los circuitos eléctricos disipan potencia. Cuando el número de
componentes integrados en un volumen dado crece, las exigencias en
cuanto a disipación de esta potencia, también crecen, calentando el
sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo. Además, en
muchos casos es un comportamiento regenerativo, de modo que
cuanto mayor sea la temperatura, más calor produce, fenómeno que
se suele llamar "empalamiento térmico" y, que si no se evita, llega
a destruir el dispositivo. Los amplificadores de audio y los reguladores
de tensión son proclives a este fenómeno, por lo que suelen
incorporar "protecciones térmicas".
Los circuitos de potencia, evidentemente, son los que más energía
deben disipar. Para ello su cápsula contiene partes metálicas, en
contacto con la parte inferior del chip, que sirven de conducto térmico
para transferir el calor del chip al disipador o al ambiente. La
reducción de resistividad térmica de este conducto, así como de las
nuevas cápsulas de compuestos de silicona, permiten mayores
disipaciones con cápsulas más pequeñas.
Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de
alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como cmos.
Aún así en los circuitos con más densidad de integración y elevadas
velocidades, la disipación es uno de los mayores problemas,
llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos.
Precisamente la alta resistividad térmica del arseniuro de galio es su
talón de Aquiles para realizar circuitos digitales con él.
Capacidades e autoinducciones parásitas
Este efecto se refiere principalmente a las conexiones eléctricas entre
el chip, la cápsula y el circuito donde va montada, limitando su
frecuencia de funcionamiento. Con patillas más pequeñas se reduce
la capacidad y la autoinducción de ellas. En los circuitos digitales
excitadores de buses, generadores de reloj, etc, es importante
mantener la impedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos
de radio y de microondas.
Límites en los componentes
Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas
limitaciones, que difieren de las de sus contrapartidas discretas.
Resistencias. Son indeseables por necesitar una gran cantidad
de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y, en
tecnologías mos, se eliminan casi totalmente.
Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a
costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador
operacional uA741, el condensador de estabilización viene a
ocupar un cuarto del chip.
Bobinas. Sólo se usan en circuitos de radiofrecuencia, siendo
híbridos muchas veces. En general no se integran.
