1. Introducci a lelectrnica Camps daplicaci Has estudiat diferents tcniques basades en fenmens elctrics, com lestudi dels circuits elctrics bsics, la producci i la generaci delectricitat i les mquines elctriques ms habituals. Totes aquestes tcniques sengloben dins el que sanomena electrotcnia, que t com a objectius fonamentals la producci, distribuci i utilitzaci de lenergia elctrica. Correlativa a lelectrotcnia hi ha una altra tecnologia, lelectrnica, les aplicacions de la qual sn, actualment, imprescindibles en qualsevol mbit productiu o social, sobretot en el de les comunicacions. Els objectius bsics de lelectrnica sn el tractament i la transmissi, no denergia, sin dinformaci a partir de senyals elctrics generalment febles, basats en el moviment dels electrons en el buit, en gasos o en slids. Lelectrnica s la part de la cincia i de la tcnica que tracta de lestudi dels electrons i de les seves aplicacions en el tractament i la transmissi dinformaci. Cal que tinguis present que a lelectrnica tamb li sn daplicaci tots els principis i lleis de lelectricitat.

2. Introducci a lelectrnica Una mica dhistria En el desenvolupament histric de lelectrnica podem destacar, principalment, tres etapes ben diferenciades: lelectrnica de les vlvules termoiniques de buit, lelectrnica dels transistors i lelectrnica dels circuits integrats. Lorigen de lelectrnica se sol situar a finals del segle XIX, quan, lany 1883, Thomas A. Edison va descobrir lefecte termoinic, en observar que quan sescalfava un material metllic es produa una emissi delectrons. J.A. Fleming va aprofitar aquest descobriment per construir, el 1904, la vlvula de buit, amb la qual va detectar senyals de rdio. Les vlvules termoiniques de buit, semblants a les lmpades dincandescncia i fonamentades en lemissi delectrons de part dun material incandescent, sn considerades el primer component electrnic i van afavorir nous descobriments: la rdio, la televisi, el radar, el control de sistemes, la construcci del primer ordinador (anomenat ENIAC) el 1941, Per no va ser fins al 1948 que comencen a ser substitudes per dodes i transistors fabricats amb materials semiconductors, com el silici o el germani. 3. Introducci a lelectrnica Una mica dhistria La utilitzaci dels dodes i transistors va representar un important salt qualitatiu en lelectrnica, ats que gaudien davantatges considerables: eren ms slids i robusts, ms resistents als cops, dun volum molt ms redut, duna vida til ms llarga i milloraven el tractament del senyal. Els dos principals inconvenients que tenien, dinici, eren la sensibilitat als canvis de temperatura i, tamb, que no podien subministrar potncies elevades. El 1960 va aparixer el primer circuit integrat (xip), la qual cosa va permetre miniaturitzar encara ms els equips electrnics. El 1971 lempresa Intel va fabricar el primer xip microprocessador i va donar un nou impuls al progrs tecnolgic i a la investigaci en electrnica. Tots aquests avenos de lelectrnica han estat fonamentals per al desenvolupament de diferents camps daplicaci industrial i domstica: automatitzaci, control i regulaci de processos, informtica, robtica, telecomunicacions, transports, electromedicina, investigaci cientfica i espacial, lser, electrnica de consum, electroacstica, etc. Lmbit dinvestigaci i de desenvolupament de lelectrnica consisteix a dissenyar nous circuits basats en el comportament dels electrons en els materials. s per aix que la seva evoluci prctica va lligada al coneixement tecnolgic dels materials. Circuit integrat (xip) Satllit de telecomunicacions 4. Introducci a lelectrnica Corrent altern i corrent continu Tot i que l'electricitat esttica fa ms de 2 000 anys que es coneix, no ha estat fins als dos darrers segles que s'ha aconseguit generar i utilitzar de forma til. Sens dubte, el progrs tecnolgic del darrer segle s degut en bona part a l'electricitat. Com ja has estudiat en cursos anteriors, podem considerar bsicament dos tipus de corrent elctric: el corrent continu i el corrent altern. El corrent continu es caracteritza pel fet que el desplaament d'electrons es fa sempre en el mateix sentit, amb una tensi i intensitat constants en el temps. s el corrent que proporcionen, per exemple, les piles i les bateries. En canvi, el corrent altern es distingeix pel fet de ser un corrent variable en qu les principals magnituds que el defineixen, tensi i intensitat, canvien contnuament de valor i de sentit. s el corrent que es fa servir ms majoritriament, tant als habitatges com a les indstries. Quan connectem un aparell a un endoll li estem subministrant corrent altern. 0 + V -V t (s ) S e n y a l c o n tin u 0 + V 0 0 -V t (s ) + V -V t (s ) + V -V t (s ) 0 + V -V t (s ) S e n y a ls a lte rn s 5. Introducci a lelectrnica Corrent altern i corrent continu Ja al final del segle XIX, i desprs de grans disputes sobre quin era el millor sistema de distribuci delectricitat, el corrent altern va guanyar la batalla al corrent continu pels seus avantatges pel que fa a producci, transport, distribuci i utilitzaci. s especialment avantatjs ls del corrent altern en el transport denergia elctrica, ja que permet minimitzar al mxim les prdues a la xarxa elctrica. Per reduir considerablement aquestes prdues, ats que els centres de producci delectricitat i els centres de consum estan situats a grans distncies, cal transportar el corrent a altes tensions. s per aix que, un cop produda lelectricitat a les centrals, cal elevar-ne el voltatge per al transport, i tornar-lo a disminuir per al consum, per mitj duns aparells, anomenats transformadors, que noms funcionen amb corrent altern. El corrent altern que produeixen els generadors a les centrals i que utilitzem habitualment s del tipus sinusodal. Es tracta dun senyal elctric peridic, s a dir, que es reprodueix en intervals de temps iguals. A casa fem servir corrent altern de 220 volts i 50 hertzs de freqncia. 6. Introducci a lelectrnica Corrent altern i corrent continu 0 + V -V 0 + V -V t (s ) t (s ) 1 c ic le 2 c ic le s p e ro d e (s ) T Els parmetres principals que defineixen el corrent altern sinusodal, alguns dels quals ja estudiats a la unitat 5 de 3r curs, sn els segents: Cicle. s la part del senyal que es va repetint en el temps. Un cicle complet est format per dos semicicles idntics, per de sentit contrari. Perode (T). s el temps de durada dun cicle complet. Es mesura en segons. Freqncia (f ). s el nombre de cicles que es produeixen o es repeteixen en un determinat interval de temps, normalment 1 segon. La seva unitat s l'hertz (Hz). La relaci entre el perode i la freqncia s: Valor instantani (v, i). s el valor que pren el senyal a cada instant de temps. La unitat de tensi s el volt (V), i la dintensitat, lampere (A). Valor mxim (Vmx ., Imx.). s el valor ms gran del senyal dins d'un perode. Tamb sanomena amplitud del senyal. Hi ha dos valors mxims, un de positiu (Vmx.) i un altre de negatiu (Vmx.). Valor efica (Vef o simplement V ). Equival al valor d'un corrent continu que produeix el mateix treball elctric en un receptor; s a dir, produiria, per exemple, els mateixos efectes calorfics en una estufa. Es tracta d'un dels parmetres ms importants del corrent altern. Aix, els aparells que mesuren la tensi o la intensitat en corrent altern indiquen els seus valors eficaos. La relaci entre el valor mxim i el valor efica s: Per defecte, quan parlem duna tensi alterna de 220 volts, ens referim al seu valor efica. T f 1 = 0 + V -V t (s ) Valormxim Valorefica f T 1 = 2 mx ef V V = 7. Introducci a lelectrnica Estudi i experimentaci de components electrnics bsics. Components passius El disseny, la fabricaci i lanlisi de circuits electrnics s lobjectiu de lelectrnica. El conjunt delements que integren aquests circuits sanomenen components electrnics, els quals es poden classificar en actius i passius. Els components electrnics passius sn aquells que, per si sols, no sn capaos damplificar o generar senyals elctrics, s a dir, que actuen com a crregues (elements receptors denergia elctrica), de manera que permeten reduir o ajustar el senyal elctric del circuit. Alguns exemples sn els resistors, els condensadors i les bobines. Components electrnics actius Els components electrnics actius, en canvi, sn capaos de generar, modificar i amplificar el valor del senyal elctric. Sn producte del descobriment dels materials semiconductors, com el silici i el germani. En destaquen els dodes i els transistors, que per la seva importncia estudiarem en els propers apartats. 8. Introducci a lelectrnica Components passius Els resistors sn components passius que ofereixen una determinada resistncia al pas del corrent elctric. s molt habitual trobar-los en circuits electrnics i es fan servir, sobretot, per limitar la intensitat del corrent elctric en un punt determinat del circuit o per dividir el valor total de la tensi. Circuit amb resistor limitador dintensitat Circuit divisor de tensi 9. Introducci a lelectrnica Components passius Hi ha una gran varietat de resistors, encara que els ms habituals sn els de pellcula de carb i els de fil bobinat. El seu valor, que es mesura en ohms (), pot estar escrit directament a la cara exterior del component, tot i que, generalment, es determina a partir dun codi internacional de colors. 1 0 0 0 5 % 1 0 0 0 W (1 k )W 4 7 0 0 0 0 0 1 0 % 4 7 0 0 0 0 0 W (4 ,7 M )W N E G R E 0 M A R R 1 V E R M E L L 2 T A R O N J A 3 G R O C 4 V E R D 5 B L A U 6 G R IS 8 B L A N C 9 1 a x ifra 2 a x ifra 3 a x ifra x 1 x 1 0 x 1 0 0 x 1 0 0 0 x 1 0 0 0 0 x 1 0 0 0 0 0 x 1 0 0 0 0 0 0 O R /1 0 P L A T A /1 0 0 T o le r n c ia 1 0 % 5 % 2 %V E R M E L L O R P L A T A V IO L E T A 7 E X E M P L E S 10. Introducci a lelectrnica Components passius A lhora de fer servir un resistor cal tenir present, essencialment, tres caracterstiques: el valor hmic, la tolerncia i la potncia que pot dissipar. Resistors de carboni amb codi de colors Quan circula intensitat per un resistor, sescalfa, ats que lenergia elctrica que absorbeix la dissipa en forma de calor. La potncia dun resistor depn de la calor que pot cedir sense que es deteriori. Com ms potncia t un resistor, ms gran sol ser. Els valors ms usuals de potncia sn des d1/8 de watt, fins a 2 watts (W).Circuits amb potencimetres Els potencimetres o restats sn resistors variables que es poden graduar manualment. Serveixen, per exemple, per variar el volum dun aparell de msica, la intensitat de llum duna bombeta o la velocitat dun motor. Circuits amb potencimetres 11. Introducci a lelectrnica Components passius Hi ha altres components electrnics resistius, anomenats genricament resistors no lineals, el valor de resistncia dels quals s variable i depn de les variacions de determinades magnituds com la llum o la temperatura. Un resistor LDR s sensible a la intensitat de llum que rep i, per tant, la seva resistncia varia segons la llum que hi incideix; com ms llum, menor resistncia. Un resistor NTC, en canvi, varia amb la calor; t un coeficient de temperatura negatiu, s a dir, quan augmenta la temperatura disminueix la seva resistncia. El resistor PTC es comporta de manera contrria a un NTC, incrementa la seva resistncia en augmentar la temperatura. Resistors LDR Resistors NTC 12. Introducci a lelectrnica Components passius Condensadors En electrnica s necessari, en ocasions, disposar de components capaos demmagatzemar electricitat temporalment i descarregar-la de cop en un determinat instant; per exemple, el flaix duna mquina fotogrfica. Aquests components sn els condensadors. El condensador s un component que serveix per emmagatzemar temporalment crregues elctriques sobre una superfcie relativament petita. La constituci interna dun condensador est formada bsicament per dues plaques metlliques paralleles, anomenades armadures, separades per un material allant (paper, cermica, polister, mica, plstic, etc.), anomenat dielctric. La seva capacitat depn de la superfcie de les plaques, la distncia que les separa i la naturalesa del dielctric. 13. Introducci a lelectrnica Components passius La capacitat demmagatzematge dun condensador, que s la relaci entre la crrega elctrica que rep i la diferncia de potencial que adquireix, es mesura en farad (F) en el Sistema Internacional (SI). Com que es tracta duna unitat de valor molt elevat, a la prctica sutilitzen submltiples. A lhora de fer servir un condensador cal tenir presents, essencialment, dues caracterstiques: el seu valor de capacitat i la tensi que suporta el dielctric del condensador. Per sobre daquest valor el condensador es fa malb. Els condensadors sn, desprs dels resistors, els components electrnics ms utilitzats. Es fan servir, entre altres aplicacions, en fonts dalimentaci, en filtres electrnics i en circuits de sintonitzaci de senyals de radiofreqncia. Prcticament tots els aparells electrnics empren condensadors: ordinadors, telfons mbils, televisors, walkmans, MP3, etc. 14. Introducci a lelectrnica Components passius Bobines Com es construeix un imant artificial: enrotllant un fil de coure allat o envernissat sobre un material ferromagntic, com ara un cargol. En circular corrent elctric pel fil, el cargol queda magnetitzat. Una bobina s precisament un component format per un conductor elctric allat i enrotllat sobre una superfcie cilndrica que serveix per crear un camp magntic quan un corrent elctric hi circula. Cada bobina, en funci de les especificacions constructives, tindr unes determinades caracterstiques magntiques i elctriques. La magnitud que determina aquest comportament per a cada bobina sanomena coeficient dautoinducci o inductncia. La seva unitat en el SI s lhenry (H). Les bobines sn presents en infinitat de dispositius i aplicacions: motors elctrics, filtres electrnics, aparells de rdio, televisors, etc. 15. Introducci a lelectrnica Components passius Rels Encara que lelement bsic de la constituci dun rel s una bobina, no sel sol classificar especficament com a component electrnic passiu, ats que es tracta dun element de caracterstiques singulars que sutilitza tant en circuits elctrics com electrnics. El rel s un interruptor elctric que sacciona per mitj dun electroimant. Est format per una bobina que, quan hi circula un corrent elctric, atreu una lmina metllica que acciona un contacte, el qual sobre o es tanca. Quan el corrent deixa de circular per la bobina de lelectroimant, una molla fa retornar la lmina metllica i el contacte a la seva posici original. Els rels sn molt tils i es fan servir molt, perqu, amb corrents de poca intensitat, permeten controlar altres circuits dintensitat molt ms gran, i tamb perqu poden ser governats a distncia. El corrent que circula per la bobina del rel rep el nom de corrent de maniobra o de comandament, mentre que el que circula pel segon circuit (s a dir, pels contactes) rep el nom de corrent principal o de potncia. Per exemple, un rel de 9 volts de CC el podem accionar fent servir una pila de 9 volts per al circuit de maniobra; en canvi, en el circuit de potncia, a travs dels contactes del rel, poden connectar una bombeta de 220 volts de corrent altern. 16. Introducci a lelectrnica Components passius El rel s un tipus particular dinterruptor o commutador, accionat elctricament, que es pot controlar de maneres molt diverses: amb llum, emprant un LDR; amb calor, fent servir un NTC; amb sensor magntic; amb un detector dinfraroig, a travs del telfon; amb programador horari; per so; etc. Hi ha rels, per, que incorporen ms dun contacte. 17. Introducci a lelectrnica Components passius Els dodes Els dodes sn uns components electrnics actius que permeten el pas del corrent en un nic sentit. Es fonamenten en les propietats fsiques que presenten els semiconductors, uns materials slids que, en la taula peridica dels elements, tenen una valncia electrnica de 4 i que, a temperatura ambient, tenen una resistncia que es troba entre els materials allants i els materials conductors. El dode es basa en la uni de dos materials semiconductors, silici o germani, un de tipus P i un altre de tipus N. Al de tipus P, shi afegeix un determinat nombre dimpureses (elements de valncia 3, com el bor) capaces dacceptar electrons. Al de tipus N, en canvi, shi afegeixen impureses (elements de valncia 5, com el fsfor) capaces de cedir electrons. Aquest procs dafegir impureses a un material semiconductor sanomena dopatge. El dode s segurament el component semiconductor ms senzill. T dos terminals, anomenats node (zona P) i ctode (zona N). Si es connecta el born positiu duna pila o font dalimentaci a lnode i el negatiu al ctode, el dode condueix (estat de conducci) i permet el pas del corrent a travs seu. Quan es troba en aquest estat, el dode t polaritzaci directa i podem dir que es comporta com un interruptor tancat. 18. Introducci a lelectrnica Components passius Si invertim la polaritat, el positiu el connectem al ctode i el negatiu a lnode, el dode no condueix (estat de blocatge) i no permet el pas de corrent a travs seu. El dode es troba en polaritzaci inversa i es comporta com un interruptor obert. Els dodes sn molt utilitzats en fonts dalimentaci com a rectificadors, s a dir, per convertir en corrent continu el corrent altern de la xarxa elctrica. Tamb sutilitzen en circuits limitadors, en funcions lgiques i com a elements de protecci. Circuit amb dode en polaritzaci directa i circuit elctric equivalent Circuit amb dode en polaritzaci inversa i circuit elctric equivalent 19. Introducci a lelectrnica Components passius Els dodes sn molt utilitzats en fonts dalimentaci com a rectificadors, s a dir, per convertir en corrent continu el corrent altern de la xarxa elctrica. Tamb sutilitzen en circuits limitadors, en funcions lgiques i com a elements de protecci. En el dode cal destacar dos valors lmits importants que s convenient respectar per no fer-lo malb: el mxim corrent directe (IFmx), que s la mxima intensitat que pot suportar el dode en polaritzaci directa, i la mxima tensi inversa (VAKr), que s la mxima tensi que pot suportar el dode quan es troba en polaritzaci inversa i no condueix. Aquests valors estan indicats en els manuals de caracterstiques. A ttol dexemple, hem posat al marge els valors duns dodes ds corrent. Els dodes poden presentar, bsicament, dos tipus davaries: el curt circuit, que succeeix quan el dode condueix en ambds sentits, i lobertura, que es dna quan el dode no condueix en cap dels dos sentits. 20. Introducci a lelectrnica Components passius El ctode dun dode sidentifica a simple cop dull, perqu t inscrit algun tipus de marca, normalment una lnia o franja circular. Amb un hmmetre tamb es poden identificar els terminals dun dode, ats que la seva resistncia en polaritzaci directa s molt menor que en polaritzaci inversa. 21. Introducci a lelectrnica Components passius El dode LED Hi ha un tipus especial de dode, anomenat dode LED (Light Emitting Diode) o dode emissor de llum, molt popularitzat i utilitzat com a indicador llumins de lestat dun aparell (encs, apagat, en espera, etc.), que t com a caracterstica principal lemissi de llum quan condueix. El LED s un component electrnic que emet llum quan s travessat per un corrent elctric. Es tracta dun dode semiconductor, semblant a efectes electrnics al que has estudiat, per que t la propietat de transformar lenergia elctrica en energia lluminosa. Els avantatges ms importants que presenten els LED, respecte de les bombetes pilot de filament, sn: alt rendiment energtic, poca producci de calor, vida til molt elevada, mida reduda, carcassa resistent, disponibilitat de diversos colors i consum baix. 22. Introducci a lelectrnica Components passius Els LED ms usuals funcionen amb intensitats compreses entre 10 i 30 mA. La llum que desprenen depn de la seva intensitat. Es poden connectar a qualsevol tensi, sempre que no se sobrepassi el mxim corrent directe i la mxima tensi inversa que poden suportar. s per aix que sempre es connecten amb un resistor en srie que t la funci de limitar la intensitat de corrent que travessa el LED. Al marge pots veuren el circuit tpic daplicaci. Considerant que els LED tenen una caiguda de tensi, entre node i ctode, daproximadament 1,6 volts, el valor en ohms del resistor limitador per a una intensitat de 20 mA (0,020A) es calcula de la manera segent: A V 020,0 6,1 = = CCAKCC V I VV R Per tant, per a una tensi de 9 volts, el resistor limitador de corrent haur de ser duns 370 ohms. Si no existeix comercialment el valor de resistncia calculat, utilitzarem limmediatament superior. 23. Introducci a lelectrnica Components passius Hi ha una gran varietat de LED en diversos colors (vermell, groc, verd, blau, blanc...) i amb formes diferents (rodons, rectangulars, triangulars...). Tamb sutilitzen per construir indicadors numrics, com els anomenats indicadors de set segments, que sapliquen mpliament en dispositius i instruments electrnics. Els LED tenen mltiples aplicacions. Sn molt emprats en aparells diversos (televisors, vdeos, ordinadors, equips de msica, rentadores, cmeres fotogrfiques, carregadors de bateries, etc.) per indicar lestat de funcionament. Tamb sutilitzen en semfors, rtols lluminosos, pantalles de gran format, i en comandaments a distncia que serveixen per emetre llum de freqncia no visible i raigs lser en lectors ptics de CD i DVD. Per facilitar la identificaci dels terminals dun dode LED, el fabricant sol indicar el ctode amb una osca o zona plana en lencapsulat i fent-ne el terminal ms curt. 24. Introducci a lelectrnica Components passius El transistor El descobriment del transistor, lany 1948, va representar un aven important, tal com va succeir prviament amb el dode semiconductor, que va ampliar els camps de lelectrnica i va iniciar una gran modernitzaci dels components electrnics de nombrosos aparells ds quotidi. Va permetre, a ms, una gran evoluci tecnolgica fins a arribar als circuits integrats i els microprocessadors. Avui dia, per exemple, hi caben milions de transistors en un xip. El transistor s un component electrnic format per material semiconductor que consta de tres parts ben diferenciades: emissor (E), base (B) i collector (C). Fsicament, la base sempre est enmig de lemissor i el collector. La combinaci daquestes parts de semiconductor de classe P o N dna lloc a dos tipus de transistors: transistor NPN i transistor PNP. 25. Introducci a lelectrnica Components passius El transistor, per tant, s una espcie de sandvitx entre capes de material semiconductor de signe oposat (P o N). La zona intermdia es la base i, les dues extremes, lemissor i el collector. Amb laplicaci dun petit corrent a travs de la uni base-emissor, sestableix un corrent molt ms gran entre la uni collector-emissor. El poder amplificador del transistor es basa precisament en el fet que febles variacions de corrent entre la base i lemissor controlen fortes variacions entre lemissor i el collector. Bsicament, la intensitat de base s la que controla lestat del transistor. El seu valor s molt petit en relaci amb la intensitat de collector i emissor. Transistor NPN Transistor PNP Per tant, en un transistor podrem establir dos circuits: el circuit de govern o comandament i el circuit principal o dutilitzaci. En el circuit de comandament amb un transistor NPN, el corrent entra per la base i surt per lemissor. En el circuit dutilitzaci, hi arriba pel collector i en surt per lemissor. La intensitat de base s molt petita en relaci amb les intensitats de collector i demissor. 26. Introducci a lelectrnica Components passius En un transistor NPN, la intensitat demissor IE s igual a la suma de les intensitats de base IB i de collector IC: IE = IB + IC En un transistor, si considerem que la intensitat de base IB actua com a corrent dentrada i la intensitat de collector IC com a corrent de sortida, podem establir una relaci entre aquestes dues intensitats: IC = IB , on el parmetre multiplicador , anomenat guany de corrent, ens indica la capacitat damplificaci de corrent del transistor per un determinat punt de treball. En alguns manuals, el guany de corrent sanomena hFE. Hi ha milers de transistors amb caracterstiques i aplicacions diferents. Alguns es diferencien externament per la forma de la cpsula i per la distribuci de les potes. Per conixer les seves caracterstiques, per, cal consultar els manuals o handbooks especfics. Actualment, hi ha moltes pgines web que donen tamb aquest tipus dinformaci. 27. Introducci a lelectrnica Components passius Si en un circuit volem obtenir ms amplificaci que la proporcionada per un nic transistor, podem acoblar dos transistors de tal manera que la base del segon transistor salimenti amb el corrent amplificat del primer transistor, tal com es mostra a la figura. Aquest tipus dacoblament es coneix per connexi o parell Darlington. Aix, si el guany de cada transistor s de 100, el guany resultant ser aproximadament el producte de tots dos, s a dir, 10 000. 28. Introducci a lelectrnica Components passius Funcionament del transistor Fonamentalment, el transistor pot funcionar de dues maneres diferents: en commutaci i en mode lineal. El mode no lineal o en commutaci del transistor es caracteritza perqu noms es fan servir dos estats ben definits: Estat obert, de bloqueig o de no-conducci (OFF). La resistncia entre els terminals emissor- collector del transistor s molt alta o infinita. Estat tancat o de conducci mxima (ON). La resistncia collector-emissor s prcticament zero. El funcionament del transistor en aquesta forma de treball s semblant al dun interruptor, t dos nics estats ben definits: obert i tancat. Mentre en un interruptor el seu estat es controla manualment, accionant una palanca o basculant, en el transistor, el seu estat es governa elctricament a travs del terminal de la base. Lanomenat interruptor del transistor est constitut pel circuit format pels terminals collector-emissor. Tamb es pot fer lanalogia del transistor treballant en commutaci amb un rel. El circuit de comandament (base-emissor) en un rel s la bobina, i el circuit dutilitzaci (collector-emissor) sn els terminals del contacte normalment obert del rel. Semblana dun transistor amb un interruptor Semblana dun transistor amb un rel 29. Introducci a lelectrnica Components passius Algunes aplicacions del transistor en mode commutaci sn els sistemes digitals, molts tipus dautomatismes, etc. El mode lineal del transistor es caracteritza perqu les intensitats i tensions de sortida (de collector-emissor) sn funci de les intensitats i tensions dentrada (de base-emissor), les quals poden adoptar mltiples valors i punts de treballs. Per tant, aquest mode de treball del transistor permet, per exemple, regular gradualment la lluminositat duna bombeta, la velocitat dun motor de CC o el volum dun amplificador. s un sistema encara molt utilitzat, especialment en sistemes analgics (no digitals), com ara amplificadors, aparells de mesura analgics, reguladors, aparells de rdio i televisi, etc. 30. Introducci a lelectrnica Muntatges electrnics bsics Exemple de funcionament dels transistors Per illustrar aquests dos sistemes de treball del transistor, en commutaci i en mode lineal, vegem ara un parell dexemples per controlar i regular la llum duna bombeta. 1) En primer lloc, analitzarem un circuit senzill amb el transistor funcionant en commutaci, per fer un control tot o res de la bombeta, s a dir, per encendre-la o apagar-la. En aquesta figura hi ha representats dos circuits equivalents. En ambds casos, el transistor es troba en estat de blocatge (OFF) i, per tant, la bombeta est apagada. En el circuit 1, la base del transistor no rep corrent dentrada, ja que est connectada directament al pol negatiu a travs de linterruptor 1, que est tancat. En el circuit 2, la base tampoc no rep corrent, ja que linterruptor 2 est obert i per tant el seu terminal s a laire. En aquests dos circuits, en lloc de linterruptor podrem haver fet servir altres dispositius, com ara un final de cursa o un detector magntic. Encara que els dos circuits sn similars i puguin funcionar de forma satisfactria, en el circuit 2 el transistor pot presentar problemes dinestabilitat quan la base s a laire (estat OFF, interruptor obert), ja que llavors s molt sensible als parsits, s a dir, el terminal de base fa dantena, i pot succeir que la bombeta no quedi totalment apagada. En canvi, el circuit 1 no presenta aquests possibles problemes dinestabilitat perqu el terminal de base mai no s a laire i sempre rep algun tipus de polaritat, de signe negatiu quan linterruptor est tancat o b de signe positiu a travs del resistor de polaritzaci RB quan linterruptor est obert. 31. Introducci a lelectrnica Muntatges electrnics bsics En canvi, en tots dos circuits, quan saccionen els respectius interruptors, la base rep corrent a travs del resistor de polaritzaci RB i sestableix el corrent de base-emissor IBE. El transistor, aleshores, condueix entre collector-emissor (ICE) encn la bombeta. Transistors en estat de conducci (ON) 32. Introducci a lelectrnica Muntatges electrnics bsics 2) Ara analitzarem un circuit simple amb el transistor funcionant en mode lineal, per en aquest cas no noms encendrem i apagarem la bombeta, sin que a ms podrem regular-ne la intensitat lluminosa a voluntat nostra. En aquest circuit, a travs del potencimetre podem regular la intensitat de base. El transistor, en funci daquest corrent de base, regular el corrent del collector, que s el que travessar la bombeta i generar una lluminositat determinada. Quan el cursor del potencimetre es trobi a lextrem inferior (vegeu lesquema), el corrent de base ser zero (IB = 0) i el transistor es trobar en estat de blocatge. A mesura que anem movent el cursor cap a lextrem superior, el corrent de base cada cop ser ms gran i la bombeta anir subministrant ms llum perqu la travessar ms intensitat de collector i rebr ms tensi. Quan el cursor estigui a lextrem superior, la conducci del transistor i la illuminaci de la bombeta seran mximes. 33. Introducci a lelectrnica Muntatges electrnics bsics Temporitzador Una altra aplicaci electrnica bsica s la que mostra el circuit de la figura. Es tracta dun senzill circuit temporitzador retardat a la connexi. Un circuit temporitzador s aquell que actua en funci del temps. Per tant, en aquest circuit, en prmer el polsador, es produir un retard de temps abans no condueixi el transistor i sencengui el LED. Inicialment el condensador C est descarregat i el transistor es troba en estat de blocatge (OFF). En donar tensi al circuit, el condensador C sanir carregant a travs del resistor R1, fins que arribar un moment que la tensi en extrems del condensador tindr un valor suficient per fer conduir el transistor i encendre el LED. Per tornar a activar el temporitzador, noms caldr prmer el polsador, el qual descarregar el condensador, apagar el LED i posar el transistor en estat de blocatge. En deixar de prmer el polsador es repetir loperaci de temporitzaci descrita anteriorment. 34. Introducci a lelectrnica Muntatges electrnics bsics Circuit de regulaci electrnica de llum Per ltim, et presentem el circuit dun llum regulable electrnicament, el qual tamb pot servir per variar la velocitat dun petit motor de CC, sempre que el consum no superi la intensitat mxima de collector ICmax del transistor. En el BC337, la ICmax s de 0,5A.Quadre resum de simbologia En aquest circuit, en el qual podrem regular la lluminositat de la bombeta a voluntat nostra, pretenem que el transistor treballi en mode lineal. El potencimetre, connectat com a divisor de tensi, permet regular la intensitat de base i, per tant, les condicions de treball del transistor. Quan el cursor del potencimetre est situat a lextrem inferior o esquerre (a prop del pol negatiu), el corrent de base s prcticament zero i el transistor no condueix. Quan movem el cursor cap a laltre extrem (a prop del pol positiu), la intensitat de base augmenta i el transistor condueix cada cop ms, i fa que la lluminositat de la bombeta augmenti progressivament. Quan el cursor es troba a lextrem superior o dret, la intensitat de base i la conducci del transistor sn mximes, i la bombeta illumina amb la mxima intensitat. 35. Introducci a lelectrnica Quadre resum de simbologia 36. Introducci a lelectrnica El circuit integrat Sens dubte, el circuit integrat, anomenat popularment xip, ha estat lelement bsic de la revoluci tecnolgica de la segona meitat del segle XX. El trobem present en multitud daparells ds quotidi: ordinadors, televisors, telfons, aparells d'udio i vdeo, equips de msica, electrodomstics, autombils, rellotges I fins i tot, trobem petits xips (microxips) en algunes targetes intelligents, com ara targetes de crdit, moneder, telefniques, passaports, etc. Un circuit integrat o xip s un dispositiu electrnic de petites dimensions consistent en un conjunt delements, com ara dodes, transistors, resistors i condensadors, connectats permanentment i ntimament a un material semiconductor (generalment, silici), que formen un circuit miniaturitzat. El circuit electrnic integrat en el xip s capa de realitzar les mateixes funcions que un circuit electrnic convencional complet, per ocupa molt menys espai. El primer circuit integrat va aparixer l'any 1958 amb l'objectiu de miniaturitzar al mxim els equips electrnics i d'estalviar diners en m d'obra i en l'empaquetament individual de cada component. Des d'aleshores, el circuit integrat ha tingut un paper fonamental en el funcionament i el desenvolupament dels sistemes de comunicaci, la informtica, la microelectrnica, la robtica, l'aeronutica o la indstria de l'autombil. 37. Introducci a lelectrnica El circuit integrat Quins avantatges aporten els circuits integrats? El principals avantatges que aporten els circuits integrats respecte dels circuits electrnics fets amb components discrets o independents sn: Cost menor. Major nivell de miniaturitzaci. Ms fiabilitat i efectivitat. Menys consum denergia. Millors especificacions tcniques. 38. Introducci a lelectrnica El circuit integrat Com es fabriquen els xips? Per a la confecci de xips s'utilitzen cilindres de silici tipus-p, els quals s'obtenen a partir de minerals de quars. La base dels xips sn unes fines lmines o pastilles de silici tallades molt primes, de gruix inferior a 0,25 mm, sobre les quals, mitjanant processos fotogrfics, s'imprimeixen simultniament ms de cent xips, que posteriorment se separen individualment.Per mitj d'un procs fisicoqumic, que es repeteix diverses vegades, es van modelant les diferents capes del xip. Finalment, els xips se separen, s'encapsulen en una base de material plstic i s'afegeixen les potes o contactes per tal de permetre'n la manipulaci i connexi exterior. A les indstries on es fabriquen xips es treballa dins d'ambients molt nets, fins i tot ms que les zones estrils dels quirfans, ats que la ms mnima brossa de pols pot fer malb la fabricaci del xip. Per a la seva manipulaci s'utilitzen guants i roba especials. Els encapsulats ms utilitzats en la fabricaci de xips es poden classificar en dos grans grups: els de muntatge convencional i els de muntatge superficial. El tipus ms utilitzat en el muntatge convencional s l'anomenat DIL (dual in line). T dues fileres de potes paralleles, les quals es poden inserir directament en circuits impresos normalitzats o en scols.Xip amb encapsulat DIL (dual in line) Els avenos continuats en els processos tecnolgics d'integraci ha propiciat un augment espectacular del nombre de components incorporats en un sol xip. Dels menys de 100 components per circuit que s'integraven a comenament dels anys seixanta, s'ha passat, en l'actualitat, a integrar milions de components en un mateix xip. s el cas, per exemple, de qualsevol microprocessador d'un ordinador personal actual. 39. Introducci a lelectrnica El circuit integrat Tipus de xips Bsicament, podem distingir dos tipus de xips o circuits integrats, en funci del seu camp daplicaci: els analgics o lineals i els digitals. Xips analgics o lineals. Serveixen per gestionar imatges i sons, tractar i amplificar senyals analgics, regular tensi, etc. Solen dialitzar-se en televisors, equips d'udio, equips de control de velocitat de motors Un exemple de xip daquestes caracterstiques s lamplificador operacional 741, molt til en projectes escolars de tecnologia. Xips digitals. Dins daquesta categoria sapleguen tots aquells xips utilitzats en sistemes digitals i que basen el seu funcionament en la tecnologia digital o binria, en qu la informaci pot adoptar dos valors o estats diferents, anomenats 0 i 1. Els ms coneguts sn els microprocessadors dels ordinadors, els xips de memria o els microcontroladors utilitzats en nombrosos aparells i mquines. Tanmateix, hi ha xips mixtos que utilitzen les tecnologies analgica i digital per realitzar funcions especfiques. En aquest apartat podem destacar lNE555, molt verstil i til per muntar circuits temporitzadors o generadors d'audiofreqncia, emprat en alarmes, brunzidors, instruments musicals, etc. 40. Introducci a lelectrnica El circuit integrat Els dispositius PIC Els PIC (Peripehral Interface Controller) sn una famlia de xips microcontroladors, fabricats per lempresa Microchip Technology Inc., que porten integrat un microprocessador, memria per emmagatzemar el programa de control i les dades, aix com lelectrnica necessria per rebre i enviar senyals a lexterior. Avui en dia, s habitual trobar-los en infinitat de dispositius i aparells: comandaments a distncia, joguines, videoconsoles, MP3 i MP4, alarmes, etc. La seva espectacular expansi i el seu gran xit es deuen, bsicament, al seu baix cost, la seva gran flexibilitat i la facilitat de programaci. Darrerament, sestan popularitzant molt els microcontroladors PICAXE, una versi didctica dels PICs que sestan introduint rpidament tant a la indstria com a leducaci, en tractar-se de xips reprogramables molt econmics que poden utilitzar-se com a cervell de baix cost en nombrosos tipus de projectes electrnics. Una de les caracterstiques del sistema PICAXE s que els programes poden descarregar-se directament al microcontrolador per mitj dun cable sense el requeriment dequips programadors dalt cost. A ms, el programari s prou potent, de fcil s i gratis. A ladrea http:// www.rev-ed.co.uk/picaxe/es/index.htm trobars mplia informaci sobre aquests tipus de microcontroladors i podrs descarregar-te gratutament totes les eines per poder programar-lo. Un microcontrolador s un circuit integrat o xip que inclou al seu interior les tres unitats funcionals dun ordinador: CPU, memria i unitats dE/S, s a dir, es tracta dun petit ordinador complet en un sol xip.