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7/21/2019 Manual Electronica Basica Vehiculo Semiconductores Diodos Transistor Circuitos Microcomputador

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ELECTRÓNICA BASICA

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ELECTRÓNICABASICA

http://www.mecanicoautomotriz.org/



ELECTRÓNICA BASICA

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PREFACIO

Este manual de entrenamiento y servicio ha sido preparado para los técnicos de los Servicio

Autorizado para familiarizarlos con la electrónica básica del vehículo. Es nuestra intención

aumentar el nivel de destreza y conocimiento del personal de servicio para permitir el

diagnóstico de los problemas efectiva y eficientemente, facilitando el diagnóstico y la

reparación.




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CONTENIDOS

1. Generalidades ·············································· 4 8. Termistor ·················································· 42

2. Composición / esencia de electricidad................... 5 8.1 Tipo NTC.......................................................... 42

3. Conductor & no conductor ···························· 6 8.2 Tipo PTC......................................................... 43

4. Semiconductores ········································· 8 9. Celda Fotoconductiva........................................ 44

4.1 ¿Qué es un semiconductor ……………………….. 8 10. Elemento Piezo-eléctrico ··························· 46

4.2 Material del semiconductor................................... 9 11. Efecto Hall............................................................ 47

4.3 Clasificación de los semiconductores.................... 10 12. Circuito Integrado ………………………………… 49

5. Diodos……….………………………………………….14 12.1 Generalidades del Circuito Integrado………….49

5.1 Generalidades de los Diodos…………………….. 14 12.2 C.I Análogo...................................................... 50

5.2 Uso de Diodos & Simbología………….…............ 14 12.3 C.I. Digital………………………………………. 51

5.3 Operación de Diodos…….................................... 15 12.4 Diferentes circuitos lógicos……………………. 52

5.4. Características del diodo...................................... 17 13. Microcomputador………………………………… 57

5.5 Operación del Diodo Rectificador……….............. 18 14. Comprender el circuito electrónico................. 61

5.6 Ejemplo del uso de diodos en el automóvil….........20 APENDICE ……..………………………………………. 65

5.7 Método de chequeo de diodo usando multímetro. 22

6. Diodos especiales de tipo semiconductor…...... 24

6.1 Diodo Zener………………………………………… 24

6.2 Foto diodo…………………………………………… 26

6.3 LED (Diodo Emisor de Luz).................................. 27

7. Transistor …… ………………………………………… 29

7.1 ¿Qué es un transistor? ……………………………. 29

7.2 Operación Básica de un transistor....................... 30

7.3 Análisis de un transistor bueno/malo......................39

1. Generalidades




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Hoy en día en el automóvil, existen campos de aplicación esenciales que utilizan la electricidad y la

electrónica, iniciándose con el simple uso de un interruptor ON/OFF de un foco hasta dispositivos del

sistema de control del motor (EMS), sistema de frenos antibloqueo (ABS), sistema de control de

tracción (TCS), sistema de airbag, sistema de instrumentos, sistema electrónico de la carrocería

(BCM), etc., requiriendo el uso de un microcomputador.

Debido al uso de muchos equipos eléctricos sofisticados y partes electrónicas, aparecen también

muchos defectos electrónicos en comparación a los defectos mecánicos tradicionales, como causas

de problemas en el automóvil. El conocimiento y aprendizaje básico de electricidad y electrónica

aparecen como una exigencia adicional para el servicio y mantención del automóvil.

Esperamos que esta sea la oportunidad para entender los principios básicos y aprender como ellos se

aplican en el automóvil, sin considerar la complicada estructura o cualquier teoría académica.

Se espera que sea una pequeña ayuda en una mantención más eficiente y la reparación de los

problemas.




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2. Composición y esencia de la electricidadLa materia está compuesta de moléculas, las cuales a su vez están compuestas químicamente de

átomos.

Ejemplo: molécula de agua (H2O) = dos átomos de hidrógeno (H2) + un átomo de oxígeno (O)

Como se muestra en la figura de arriba, los electrones están girando rápidamente alrededor del

núcleo en conformidad con las órbitas respectivas, como la tierra y los planetas están girando

alrededor del sol.

Sólo ciertos números de electrones pueden existir en cada órbita (K: 2, L: 8, M: 18,...) mientras

que cada elemento tiene un número característico de electrones (por ejemplo: hidrógeno 1,

carbono 6, oxígeno 8,...).

Generalmente, el núcleo tiene electricidad positiva (+) y el electrón tiene electricidad negativa (-),

estos dos tienen características de atracción mutua, por lo que el átomo se mantiene

eléctricamente neutro (cantidad de electricidad positiva = cantidad de electricidad negativa).

Debido a la fuerza de atracción del núcleo atómico que va hacia los electrones de la órbita más

externa (valencia de electrones) es el más débil, estos electrones se escapan fácilmente desde la

órbita con estímulos externos (calor, electricidad, luz....) moviéndose a otras órbitas. Estoselectrones que salieron de la órbita, son llamados electrones libres, los cuales son la esencia de

la electricidad. El movimiento de estos electrones libres produce directamente la corriente eléctrica.

Esto significa que el movimiento que iniciaron estos electrones libres corresponde al flujo de

corriente eléctrica.

Modelo del Atomo

Electrón

Protón

Neutrón

Orbita K

Orbita L

Orbita M

Núcleo Atómico




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3. Conductor y no conductor La materia se clasifica eléctricamente y puede dividirse en conductores, que transmiten la electricidad

y no conductores que no transmiten bien la electricidad, además de los semiconductores con

características intermedias, estando estas determinadas por la configuración electrónica de acuerdo a

la estructura del material.1) Conductor : donde la electricidad fluye bien

Aquí se encuentran la mayoría de los metales, los electrones libres pueden moverse bien en el

interior del material. El orden de una buena conductividad de electricidad es: Plata Cobre

Oro Aluminio Tungsteno Zinc Níquel....

2) No conductor : donde la electricidad no fluye bien

Es llamado aislante, los electrones libres se generan fácilmente, por ejemplo: cerámica, vidrio,

goma, plástico, madera, etc .

3) Semiconductor : tiene las características medias entre el conductor y el no conductor.

Entre estos están el silicio (Si), germanio (Ge), selenio (Se) etc . los que son usados como

materia prima de la parte electrónica.

El cableado del automóvil del tipo de alambres multiples está recubierto por una funda, donde

el cobre (aleación) es principalemte usado como el material conductor. El grosor del alambre

está determinado por la cantidad de corriente eléctrica, carga, continuidad, temperatura, etc.

Mientras mayor es la corriente eléctrica, mayor será el tiempo de flujo de electrones y de mayor

espesor debe ser el cable eléctrico.

Tabla de Especificaciones Generales

Area(mm2)

Diámetrodel

alambre

N° dealambr

es

Diámetroexterior

del cable

Corrientepermisible

(A)0.5 0.32 7 2.2 9

0.85 0.32 11 2.4 12

1.25 0.32 16 2.7 15

2 0.32 26 3.1 20

3 0.32 41 3.8 27

5 0.32 65 4.6 37

8 0.45 50 5.5 47

15 0.45 84 7.0 59

20 0.8 41 8.2 84

0.32 mm

2.2 mm

0.5 mm2 (Corriente

eléctrica permisible= 9 A)




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MEMO




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4. Semiconductor 4.1 ¿Qué es un semiconductor?

En la materia, hay conductores donde la corriente eléctrica fluye con facilidad, y no conductores

donde es difícil que el flujo de corriente. El semiconductor denota un material de mediana

propiedad entre el conductor y el aislante. Particularmente, en este, la corriente eléctrica no fluyecon facilidad como en el conductor, ni difícil como en el no conductor. El semiconductor es un

material que tiene ciertas propiedades eléctricas, por lo tanto el semiconductor es un material que

tiene características medias entre el conductor y el no conductor.

4.2 Material del Semiconductor




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La resistencia específica del cobre usado como conductor eléctrico es de 10-6Ωcm (la más baja) y la

resistencia específica del Ni-Cr usado como cable eléctrico es de 10-4Ωcm, estos materiales son

llamados conductores, porque conducen la electricidad con facilidad. Si la resistencia específica es

más de 1010Ωcm entonces se puede conducir muy poca electricidad, de manera que este material

es usado como aislante. El material entre el conductor y aislador, que no pertenece a los materialesconductores ni a los no conductores, reciben el nombre de semiconductores, entre los que están el

germanio y el silicio, los que son utilizados en la fabricación del diodo y el transistor.

EstadoResistenciaespecífica

Material

Conductor

10-6 Plata, Cobre

Platino10-4 Cromo Níquel

Electrodo de carbón10-2

Semi conductor

Pirita

1Germanio

102

Silicio104

10 Dióxido de cobre

108

1010 Baquelita

1012

1013 Mica, diamante

1014

1015 Cristal

1016

1018

Cristal de Cuarzo

No conductor




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Los Semiconductores juegan el rol de conductores o no conductores de acuerdo a la condición

específica (relación entre el voltaje, corriente eléctrica, temperatura, etc.). Los elementos principales

que se utilizan comúnmente usados son el silicio (Si) y el germanio (Ge), algunos semiconductores

de alta pureza son llamados intrínsecos. El silicio y el germanio respectivamente tienen cuatro

electrones en la órbita más externa.Particularmente, en su estructura de cristal, cada átomo comparte sus propios cuatro electrones con

su átomo par. Debido a tal enlace covalente, el material es un aislador eléctrico y tiene un valor de

utilización eléctrica bajo, de modo que no puede ser usado independientemente como

semiconductor. Por lo tanto, es usado como semiconductor agregando una pequeña cantidad de

impurezas, en forma proporcional a otros elementos del átomo.

4.3 Clasificación del semiconductor

El Semiconductor está mayoritariamente constituido de dos formas.

Está el semiconductor intrínseco que no contiene impurezas en el material de cristal y el

semiconductor que se le agregan impureza de materias específicas al interior del semiconductor

intrínseco para mejorar la conductividad.

Generalmente el diodo y el transistor pertenecen al tipo de semiconductor con impurezas.

Este semiconductor con impurezas se clasifica de acuerdo a rol del material añadido como impureza,

en dos tipos.

El material agregado como impureza aumenta en el semiconductor el número de:

- Electrones libres dentro del semiconductor

- Huecos dentro del semiconductor

Por lo tanto los semiconductores que añaden impurezas para aumentar el número de electrones libres

son llamados semiconductores de tipo negativo, mientras que aquellos que añaden impurezas para

aumentar el número de huecos son llamados semiconductores tipo positivo.

<Unión Covalente de Silicio>

<Estructura del átomo de Silicio>

Bloque externo

de la órbita




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4.3.1 Semiconductor Intrínseco

El semiconductor intrínseco no contiene ningún material impuro en su estructura de cristal.

La pureza del semiconductor intrínseco es refinada en alrededor de 99.999999999 %

El Germanio y el Silicio pertenecen a este tipo.

4.3.2 Semiconductor de Impurezas

Este semiconductor agregada materiales de impureza específica dentro del semiconductor

intrínseco para mejorar la conductividad.

Los semiconductores comunes como el diodo o transistor pertenecen a este tipo de

semiconductor.

Clasificación de semiconductores de impureza

a. El semiconductor tipo N agrega impurezas para aumentar el número de electrones libres en el

semiconductor .

b . El semiconductor tipo P agrega impureza para aumentar el número de huecos en el

semiconductor .

1) Semiconductor tipo P

Es fabricado agregando algunos materiales que tienen tres electrones de valencia (Ga : galio; In:

galio; B: boro) en el semiconductor intrínseco. Aunque el silicio tiene un electrón de cuatro capas

externas, si estos dos tipos de materiales se encuentran entre ellos, entonces el átomo de silicio

desde estos dos tipos de átomos, no pueden compartir un electrón, de modo que la corriente

eléctrica puede fluir mas fácil, mientras que este espacio disponible en el octeto es llamado hueco.

Por lo que recibe el nombre de semiconductor tipo P (positivo) porque asume la electricidad positiva

(+) por deficiencia de electrones. Cuando se aplica voltaje, el electrón llena el espacio hueco, por lo

que el hueco se mueve continuamente hacia abajo; la corriente eléctrica entonces fluye a través del

hueco en el semiconductor tipo P.

Estructura de ti o del Semiconductor “P”

Hueco




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2) Semiconductor tipo N

Es fabricado agregando materiales que tiene cinco capas externas de electrones (P : fósforo; As:

arsénico; Sb: antimonio) en el semiconductor intrínseco. Si el elemento de valencia 5 es agregado

como unión con el silicio, entonces un electrón permanece como exceso en el octeto, por lo tanto la

conductividad eléctrica puede ser realizada más fácilmente mediante la actividad de este electrón libre.Es llamado semiconductor tipo N (negativo) porque asume la electricidad negativa (-).

La corriente eléctrica fluye mediante el electrón en el semiconductor tipo N (portador : electrón).

3) Enlace P-N

Si el semiconductor tipo P y el semiconductor tipo N se unen químicamente unidos entre sí, habrá

una porción del portador donde no existen huecos, mientras que los electrones libres se enlazarán

en la parte angosta de la superficie de unión. Esta superficie de unión es llamada barrera iónica

mientras que el semiconductor enlazado así es llamado semiconductor de enlace PN o diodo. De

acuerdo a esto, existe carga eléctrica de distinta polaridad entre ellos en ambos lados de la barrera

iónica y allí se genera una pequeña cantidad de diferencia potencial eléctrica, la cual es llamada

barrera potencial eléctrica.

P N

Barrera IónicaHueco

Electrón

Electrón Libre

Estructura del semiconductor tipo “N”




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MEMO




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5 Diodo (Diodo para circuito rectificador)

5 1 Diodo general

Diodo es la parte sustancial del semiconductor donde la corriente eléctrica fluye siempre en una sola

dirección. Es decir, un semiconductor es llamado así porque tiene intrínsecamente este tipo depropiedad. Aunque el transistor es también un tipo de semiconductor, el diodo específicamente da a

entender que la corriente eléctrica fluye siempre en una sola dirección. El silicio como material

semiconductor es el utilizado, además del germanio y el selenio para este mismo propósito.

5 2 Usos del diodo y símbolos de representación

La función principal del diodo es rectificar la corriente eléctrica para que fluya siempre en una sola

dirección. Pero es usado también en muchas otras funciones, estas funciones principales pueden

resumirse como sigue:

- Utilizado como rectificador de corriente eléctrica para cambiar la corriente alterna en corriente

continua en instalaciones de suministro eléctrico.

- Se usa como detector para sacar la señal desde la frecuencia de radio

- Usado como conmutador de control de corriente eléctrica ON/OFF

- Prevenir el flujo de corriente inversa

- Usado como protector de circuitos

Además es usado en un amplio rango de variedades de acuerdo al tipo de diodo y uso.

Ánodo Cátodo

Símbolo del Diodo Polaridad del diodo

Ánodo(－) cátodo(＋)




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5.3 Funcionamiento del Diodo

§ Diodo de avance para la polarización directa

§ Diodo de avance para polarización inversa

5.2.1 Polarización directa del diodoEl diodo tiene terminales conectados en ambos lados del semiconductor de enlace P-N, el que

posee características para que la corriente eléctrica siempre fluya en una sola dirección.

En dirección de avance como se muestra en la figura, si el voltaje positivo (+) es aplicado en el

semiconductor tipo P y el voltaje negativo (-) es aplicado en el semiconductor tipo N, el hueco y el

electrón repelen la fuente eléctrica, por lo tanto la barrera potencial eléctrica disminuye y también se

reduce la barrera iónica. En consecuencia, el hueco y el electrón pueden moverse entre ellos a

través de la superficie de enlace. De acuerdo a esto, la corriente eléctrica fluye por el movimiento

del hueco y el electrón.

Circuito del diodo de avance

La lámpara se enciende porque ha sido conectado en dirección de avance en el circuito.

Batería

＋－

Luz ON

< >

P N

Barrera iónica

Flujo de corriente

<Se produce suministro de voltaje directo / Flujo de corriente eléctrica>




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5.2.2 Polarización inversa del diodo

Esta vez conectamos en dirección inversa, el voltaje negativo (-) al semiconductor tipo P y el voltaje

positivo (+) al semiconductor tipo N. Entonces el hueco del semiconductor tipo P es atraído al lado

negativo (-) del suministro eléctrico, mientras que el electrón del semiconductor N es atraído al lado

positivo (+) del suministro eléctrico. En consecuencia la barrera de potencial eléctrico aumenta y deacuerdo con esto la barrera iónica se amplia impidiendo el movimiento entre los dos tipos de

semiconductores.

Como resultado, la corriente eléctrica no fluye.

Circuito en dirección inversa del diodo

La luz se apaga porque el diodo ha sido conectado en dirección inversa en el circuito.

Batería －＋

Luz OFF

< Se produce suministro de voltaje inverso / La corriente eléctrica no fluye >

No hay flujo de corriente

P N

Barrera iónica




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5.4 Característica del diodo

Se puede apreciar que, si el voltaje directo se incrementa gradualmente desde 0V, la corriente

eléctrica fluye abruptamente si alcanza un cierto voltaje. Particularmente, la corriente eléctrica sólo

fluye si el voltaje aplicado es de alrededor de 0.6~0.7 V (Diodo de Ge: 0.3~0.4 V). Si se aplica

voltaje inverso, la corriente eléctrica no fluye hasta un cierto valor de voltaje, pero fluyeabruptamente sobre este valor de voltaje. El Voltaje en este instante es llamado voltaje de ruptura.

Particularmente, el diodo se rompe, si es conectado en dirección inversa y se aplica un voltaje por

sobre el voltaje de ruptura.

Características de Voltaje-Corriente

Gráfico de Voltaje-Corriente directa característico del diodo: Flujo de corriente en el diodo al aplicar

voltaje.

Cuando el voltaje de polarización directa es aplicado bajo 0.7 V → fluye micro corriente: el diodo

no opera.

Cuando en polarización directa se aplica el voltaje del umbral, 0.7V → la corriente de operación del

diodo fluye: el diodo funciona

Caracter ísticas de voltaje del diodo de Silicio de polaridad directa

ID (mA)

VD (Volt)

Silicio: 0.6~0.7 volt

Dirección de avance

Dirección inversa

Voltaje de ruptura

Curva característica del diodo

•I [mA]

• Volt

Diodo de polaridad directa

Punto de conductividad del diodo




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5.5 Funcionamiento del Diodo Rectificador

Una señal de corriente alterna puede ser rectificada en corriente continua usando las características

del diodo para que la corriente eléctrica fluya siempre en una sola dirección. El circuito rectificador

se puede clasificar principalmente en circuito rectificador de media onda y circuito rectificador de

onda completa.

5.5. 1 Circuito de rectificador de media onda

Cuando se aplica corriente alterna al circuito, cuando se produce la señal del lado positivo (+), la

corriente eléctrica fluye en dirección directa, pero en el momento en que se produce la señal de lado

negativo (-), la corriente eléctrica no fluye porque se convierte en corriente de dirección inversa. En

este tipo de circuito, la corriente eléctrica fluye solo hacia un lado y es llamado circuito de

rectificador de media onda.

Tiempo

TiempoVolt

Volt

Voltaje de Entrada

Voltaje de salida

A.C

D.C

Diodo

Voltaje deentrada A.C VR = D.CR

IR

Voltaje desalida

Rectificador de Media Onda




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5.5.2 Circuito rectificador de onda completa

Cando se aplica corriente alterna al circuito, la corriente eléctrica fluye positiva (+) a través de D1 y

D4 durante medio período del ciclo de la señal de corriente alterna, mientras que la corriente fluye a

través de D2 y D3 durante el medio período negativo (-). En este tipo de circuito la corriente

eléctrica fluye en ambos medios períodos y corresponde al circuito rectificador de onda completa.( * Aunque aquí particularmente, es representado un recitificador de onda completa usando un

puente, hay también un circuito rectificador de onda completa usando la tapa central del

transformador, el circuito rectificador de doble voltaje, etc . )

Circuito del Puente Rectificador de Onda Completa




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5.6 Ejemplos del uso de diodos en el automóvil

Rectificador del alternador

El voltaje AC generado en la bobina del estator es transformado en voltaje de DC a través del diodo.

Voltaje de A: DC 13.7 voltVoltaje de B: Voltaje AC Pick-a-Pick 13.7 volt × 2 = 27.4 volt

Voltaje AC Pick-a-Pick de B es producido solo en el +, después de pasar el diodo, de modo que sólo

la mitad del voltaje (24.7V) es producido.

Particularmente el voltaje AC después de pasar el diodo es producido de acuerdo con la disminución

de voltaje.




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Diodo instalado en el relé para evitar la sobre tensión

1) Si el transistor de potencia del controlador es puesto en ON, el relé se activa.

2) El motor opera cuando el relé se activa.

3) Cuando el transistor de potencia es puesto en OFF en el controlador, se genera

instantáneamente una sobre tensión, de alrededor de 80 voltios, entre A y B de acuerdo a la ley

de Lenz, de modo que se produce voltaje +.

4) Si esta sobre tensión de 80 voltios fluye en el controlador, este se puede dañar.

5) Para evitar este problema, se instala el diodo en el relé, de modo que la sobre tensión

generada entre A ~ B se desvía en dirección desde A hacia C a través del diodo para ser

extinguida evitando el daño al controlador .

Conexión del diodo en dirección directa y en dirección inversa en un circuito eléctrico.

Conexión con polaridad directa

Conexión con polaridad inversa

M

Relé

Controlador

Motor

Batería

A

AB

C

Batería

Ánodo (＋) Cátodo (－)

Luz ON

Batería

Cátodo (－) Ánodo (＋)

Luz OFF




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5 7 Método de revisión del diodo utilizando el multímetro

Si hemos entendido que el diodo es un semiconductor de enlace PN, donde la corriente eléctrica

puede fluir con dirección directa, pero no podrá fluir en caso de dirección inversa, podemos juzgar si

está bueno o malo de acuerdo a lo siguiente:

5.7.1 Cómo verificar usando un multímetro digital

1) Seleccionar el modo de chequeo de diodo o resistencia con el selector del medidor digital.

2) Esta normal si el valor de la resistencia es pequeño cuando el cable rojo se conecta al ánodo

del diodo (+) y el cable negro al cátodo (-).

3) Estaría bien si el valor de la Resistencia es muy alto cuando se conecta inversamente.

① Condición de corte: si el valor esta cerca de 0 cuando se mide la dirección directa y en

dirección inversa.

② Condición Abierto: si el valor está cerca de infinito cuando se mide en dirección directa y en

dirección inversa.

Condición Normal cuando se verifica usando el multímetro digital

+ - - +

Resistencia: ∞ ΩResistencia: ≒ 0 Ω

+

Terminal

de prueba

Rojo

Terminal

de

prueba

negro

Terminal

de prueba

Rojo

Terminal

de

prueba

negro

0 Ω ∞ Ω

ÁnodoCátodo Ánodo Cátodo




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5.7.2 Cómo se revisa utilizando un multímetro análogo

1) Seleccionar el rango de resistencia × 100 con el selector del multímetro análogo.

2) El valor es normal si la resistencia es pequeña cuando el cable negro ha sido conectado al

ánodo del diodo (+) y el cable rojo ha sido conectado al cátodo (-).3) Estará bien si el valor de Resistencia es mucho más alto cuando está conectado inversamente.

① Condición de Corte: si el valor está cerca de 0 cuando se mide en dirección directa y en

dirección inversa.

② Condición Abierto: si el valor está cerca de infinito, cuando se mide en dirección directa y

en dirección inversa.

Condición Normal cuando se verifica usando el multímetro análogo

Resistencia: ≒ 0 Ω Resistencia: ∞ Ω

Ánodo Cátodo

+ -

Terminal

de

prueba

Rojo

Terminal

de

prueba

negro

- +

ÁnodoCátodo

Terminal

de

prueba

negro

Terminal

de

prueba

Rojo




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6. Diodos Especiales de Tipo Semiconductor Los diodos son usados para gran un número de propósitos.

La rectificación de Voltaje, la regulación y aún en la producción de luz son algunos de los varios usos.

Los siguientes son una breve muestra de los tipos de diodo que usted podría encontrar.

6.1 Diodo Zener

1) Símbolo del diodo Zener

2) Características del diodo Zener

Cuando el diodo es polarizado en forma parcial, actúa como diodo inverso o interruptor cerrado.

Sin embargo, el diodo Zener tiene cualidades únicas de polaridad inversa que lo hacen diferente del

diodo típico.

El diodo Zener tiene polaridad inversa en diferentes voltajes. La cantidad de voltaje requerido para

la polaridad inversa varía de acuerdo al diodo zener seleccionado.

Algunos voltajes típicos de polaridad inversa son 2.4V, 5.1V, 6.0V, 9.1V, 12.0V, etc. En este punto,

cuando el voltaje aplicado aumenta, la corriente directa aumenta. Esta pequeña corriente inversa

fluye hasta que el diodo alcanza el punto de ruptura, V2 en la figura. En el punto de ruptura, el diodo

zener es capaz de mantener un voltaje constante cuando la corriente varía sobre cierto rango.

Debido a este atributo, el diodo provee excelente regulación de voltaje.





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3) Uso del diodo Zener

El diodo zener es un dispositivo electrónico que puede ser usado como regulador de voltaje.

4) Ejemplos del diodo zener utilizado en circuitos

- Voltaje de ruptura del diodo Zener inferior a 12 V.- El suministro de voltaje al controlador a través de C1 en el circuito nunca excederá 12 V.

- Si el suministro de voltaje excede 12V, entonces está conectado a tierra a través del diodo zener.

Debido a que la corriente es descargada a tierra cuando el voltaje superior a 12V, ningún voltaje

superior a 12V es suministrado al controlador.

ZD 12VoltsCondensador

R1

R2

R3R4 Controlador

Suministro de

Voltaje

TR

Tierra

Tierra

C1




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6.2 Foto diodo

1) Símbolo del foto diodo

2) Características del foto diodo

La corriente eléctrica fluye si la superficie del enlace PN es iluminada bajo ciertas condiciones,

donde un voltaje es aplicado en dirección inversa. Si la cantidad de irradiación de luz cambia, la

corriente eléctrica también cambia en proporción a la cantidad de luz. La barrera de potencial

eléctrico es construida en la superficie del enlace PN y aumenta si el voltaje inverso es aplicado,

de modo que se convierte totalmente en un aislante. Si la luz ilumina la superficie del enlace PN

bajo esta condición, el cambio se produce sobre la superficie del enlace. El electrón y el hueco

son activados por la energía de la luz externa a lo largo del Ion positivo (+) en el área de lado N y

el Ion negativo (-) en el área de lado P. El hueco y el electrón libre separados de sus respectivos

iones se mueven a lo largo del semiconductor, por lo tanto la corriente eléctrica comienza a fluir.

Este diodo es usado en circuitos de transformación de electricidad.

Por consiguiente si el voltaje se mantiene constante, la corriente eléctrica que fluye en el circuito

es proporcional a la cantidad de luz recibida en el elemento.

3) Ejemplo de un circuito que usa foto diodo

- El foto diodo esta conectado en dirección inversa en el circuito.

- Si se irradia luz en el foto diodo y se suministra voltaje de la batería, la luz se enciende.

- Este diodo es muy usado como circuito de conmutación.


Foto Diodo

Batería 12 voltios Luz

Circuito del Foto Diodo




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6.3 LED (Diodo emisor de luz)

1) Símbolo del Diodo Emisor de Luz

2) Características del diodo emisor de luz

Este diodo se ilumina cuando la corriente eléctrica fluye aplicándole voltaje directo en el diodo de

enlace PN. Sus características son las siguientes:

- Tiene mayor vida útil y el consumo de energía eléctrica es más pequeño en comparación con la

luz eléctrica incandescente.

- La respuesta es más rápida.

- Se ilumina aún con poco voltaje de 2 ~ 3V.

- El consumo de energía es pequeño (alrededor de 0.05 W ) ,

- La respuesta de encendido y apagado es rápida (una millonésima de segundo).

- Como color de iluminación, están el rojo, verde, amarillo, etc., de acuerdo al material del

semiconductor.

3) Ejemplo de un circuito que usa Diodo LED

- Si se cierra el interruptor en el circuito indicado abajo, la corriente eléctrica fluye de modo que

el LED se ilumina.

- El rol de la resistencia es producir una caída de voltaje, para producir un voltaje de 3V en el

LED.


Circuito del Diodo LED

Batería

9 Volt. 3 Volt

Interruptor

LED




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4) Pantalla del computador de viaje usando LED




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7. Transistor

7.1 ¿Qué es un transistor ?

El transistor tipo PNP es aquel donde un semiconductor delgado tipo N en un cristal semiconductor se

ha insertado entre dos semiconductores tipo P. Mientras que el transistor tipo NPN es aquel donde unsemiconductor delgado tipo P ha sido insertado entre dos semiconductores tipo N. En la configuración

de los símbolos del semiconductor, la letra E indica el terminal del Emisor , la letra B indica el terminal

de la Base y la letra C indica el terminal del Colector .

Simbología y tipos de Transistores

El transistor según la asociación de los semiconductores, son de tipo PNP y tipo NPN.

El nombre del transistor es anexado según el uso y tipo.

2SA××× ----- Transistor de tipo PNP para alta frecuencia

2SB××× ----- Transistor de tipo PNP para baja frecuencia

2SC××× ----- Transistor de tipo NPN para alta frecuencia

2SD××× ----- Transistor de tipo NPN para baja frecuencia

D: Transistor NPN

para baja frecuencia




ELECTRÓNICA BASICA

31

7.2.2 Operación Básica del transistor tipo NPN

Si el voltaje continuo VBE se aplica entre el emisor y la base, la barrera potencial eléctrica en el enlace

PN disminuye. En el emisor del lado P, muchos huecos se generan porque la concentración de

material con impurezas se fortalece. En la base de lado N, debido a que es muy delgada, la

concentración del material de impurezas es más débil, ya que sólo hay unos pocos electrones. Loshuecos en el emisor que cruzan sobre la barrera de potencial eléctrico y entran al lado de la base por

difusión, desaparecen en el enlace con una parte de los electrones de la base. Pero debido a que

estos pocos electrones están continuamente alimentados por la fuente eléctrica de polo negativo “-“,

se produce una pequeña corriente de base IB.

Si el voltaje inverso VCB es aplicado entre la base y el colector, la barrera de potencial eléctrico es

incrementada en la superficie de enlace PN de modo que la corriente eléctrica no fluye entre la base y

el colector.

Los huecos que no podrán unirse con los electrones, pero como provienen desde el emisor, ahora se

mueven hacia el lado del colector debido a la VCB del lado del colector. Estos producen la corriente IC

del colector. Los huecos del emisor son suministrados gradualmente desde el polo positivo, de modo

que producen la corriente Ic del emisor. La mayor parte de IE llega a IC, no obstante una muy pequeña

porción se genera como corriente IB de base.

7.2.3 Función de amplificación del transistor

Como ya hemos descrito en la sección “Funcionamiento Básico”, la mayoría de los electrones (no

menos de 95%) se mueven hacia el colector, pero sólo unos pocos electrones (no más del 5%) se

juntan con los huecos de la base. De modo que la dirección de la corriente eléctrica y la corriente deelectrones se definen comúnmente como corrientes opuestas, donde la corriente del emisor

E I es

dividida en corrienteC

I del colector y corriente base B

I , la siguiente ecuación sostiene que:

IE = IB + IC C B E I I I

De esta forma, la corriente alta del colector puede ser deducida desde una pequeña corriente de base,

por lo tanto para se llama amplificación de corriente eléctrica, mientras la relación (razón) entre B I eC

I son llamadas factor de amplificación de corriente eléctrica. (hFE).

Ejemplo de cálculo, si B

I es 1 mA yC

I es 100 mA entonces hFE es 100. Particularmente significa

que un transistor que puede amplificar la señal de entrada cien de veces. (* la relación de

amplificación de corriente eléctrica del transistor varía de acuerdo al uso, tipo, etc.)




ELECTRÓNICA BASICA

32

B

C

I

I hFE

, 1001

100

Ahora, ¿Cómo se usa el transistor?; hay tres métodos de conexión a tierra, la tierra del emisor, la

tierra de la base y la tierra del colector, entre los cuales la tierra del emisor, como la del circuito de

arriba, es la más usada.

Además, la amplificación generalmente se utiliza en componentes de corriente alterna, como se

muestra en el siguiente ejemplo:

En la figura, si la señal AC es aplicada entre la base y el emisor, la corriente base B

I fluye solamente

cuando está en dirección de avance (lo mismo que en el diodo). Por consiguiente la corriente del

colectorC

I también aparece como salida mientras está siendo amplificada solamente por media onda.

Particularmente, el transistor no opera durante el medio ciclo negativo (-) porque aquí está en

dirección inversa entre la base y el emisor.

Ahora apliquemos DC entre la base y el emisor. Si la AC es aplicada sobre DC, el componente AC esagregado sobre la corriente DC de modo que aparece como se muestra en la siguiente figura.

El voltaje esta vez es llamado voltaje polarizado. Ahora podemos ver una forma de onda de salida

completamente amplificada. También podemos obtener la forma de onda amplificada de AC

solamente si retiramos el componente DC conectando un condensador en el Terminal de salida.

Ic=100mA

Ib=1mA

B

E

ChFE=100

Entrada

(Ib=uA)

Salida

(Ic=mA)

B

E

C

Entrada

Salida




ELECTRÓNICA BASICA

33

Para evitar la inconveniencia de usar dos suministros eléctricos debido al voltaje polarizado como en

el circuito mostrado, los circuitos reales usan varias formas adecuadas al propósito de cada circuito,

como la corriente eléctrica con polaridad de retroalimentación, polaridad fija usando una resistencia,

un condensador, etc. en la fuente de suministro de electricidad conectada al terminal de salida.

* Como referencia digamos que hay un área límite, donde la corriente del colector no aumenta, aún

cuando la corriente de la base del transistor continúe aumentando, esta recibe el nombre de región

de saturación. De acuerdo a esto, la acción de amplificación del transistor se cumple solo en el área

específica donde la corriente del colector aumenta de acuerdo al aumento de la corriente de la base,

la que recibe el nombre de área activa.

Hasta aquí, hemos aprendido sobre la amplificación de la corriente eléctrica, pero ahora pensemos en

el caso de la amplificación de voltaje. De acuerdo a la explicación anterior, aprendimos que el colector

varía proporcionalmente con la corriente base. Pensemos que esto es una resistencia variable para

controlar la corriente eléctrica. Entonces pensemos en el siguiente circuito equivalente.

Entrada

(Ib=uA)B

E

C

Entrada

Salida

Voltaje de polaridad

Salida (Eo)R

E

Corriente Ic

E

CB

Corriente Ic

Salida (Eo)R

E

<Circuito equivalente>

Salida

(Ic=mA)




ELECTRÓNICA BASICA

34

En la condición mostrada arriba, el voltaje de salida de la forma de onda de entrada de la base, se

muestra en sentido inverso, como se puede ver en la figura.

Esto es explicado como voltaje total E = caída de voltaje entre el colector y el emisor (Eo) + caída de

voltaje debido a la resistencia R (Ic × R). Particularmente, si la corriente eléctrica Ic aumenta, la

caída de voltaje debido a la resistencia R también aumenta, por lo tanto el voltaje de salida Eo

disminuye. (Voltaje de Salida Eo = E – (Ic × R))

Ahora veamos los métodos con la base y colector conectado a tierra utilizando el transistor como

conmutador.

Circuito con la base conectada a tierra

El método con la base conectada a tierra corresponde a un tipo de circuito como se muestra en la

figura, toma la base como tierra y aplica la señal de entrada al emisor.

B

E

C

Entrada

Salida

<Circuito con base a tierra>

Corriente de salida(Ic=mA)

Voltaje de salida

(Eo=E-(Ic*R)

Corriente de entrada

(Ib=uA)




ELECTRÓNICA BASICA

35

Si no hay diferencia de potencial eléctrico entre el emisor y la base, no hay flujo de corriente en el

emisor, pero si fluye la corriente eléctrica en el colector, en este caso el voltaje es aplicado en

dirección inversa a través de la resistencia. Si el voltaje directo es aplicado entre el emisor y la base,

como se muestra en el circuito de la figura, la corriente del colector puede también fluir a través de la

resistencia.

En este caso, debido que a la suma de corriente de la base y la corriente del colector es igual a la

corriente del emisor, la relación de la corriente del colector al emisor es menor que 1, por lo que la

corriente eléctrica no se amplifica.

En caso de amplificación de voltaje, si suponemos que 10mA fluyen en el emisor, entonces 1mA y

9mA fluyen en la base y el colector respectivamente, produciéndose la caída de voltaje, a través de

la resistencia en el colector que corresponde a la salida.

En consecuencia: 9mA × Resistencia [kΩ] = el voltaje de salida, de modo que hay una amplificaci ón

de voltaje de salida a partir de la señal de entrada.

Circuito de tierra del Colector

El método con conexión del colector a tierra corresponde a un tipo de circuito, como se muestra en la

figura, al tomar el colector como tierra, envía la señal de entrada a la base y la salida a través del

emisor.

En el circuito de conexión del emisor a tierra, la corriente del colector varía enormemente de acuerdo

a la corriente de la base, mientras que la variación del valor de la resistencia de carga conectada el

colector no produce un gran efecto a la corriente eléctrica. Pero en el circuito con el colector a tierra,

debido a que el voltaje directo es aplicado entre el emisor y la base para el circuito de salida, la

corriente del emisor (desde el colector hacia el emisor) fluye de modo que es aplicado en la

resistencia de carga.

Por consiguiente, la corriente del emisor es controlada por la pequeña corriente de la base, mientras

que la corriente del emisor varía directamente con la variación de carga de la resistencia.

Como se menciono anteriormente, aprendimos tres tipos de métodos con conexión a tierra de acuerdoa los terminales usados en común. Entre ellos, el método más usado es el método de conexión a

tierra del emisor. Las características anteriores pueden explicarse con la tabla siguiente.

.




ELECTRÓNICA BASICA

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Características de los métodos de conexión a tierra

ÍtemCircuito con

emisor a tierraCircuito con base

a tierraCircuito con

colector a tierraGrado de amplificación decorriente eléctrica

Alta Baja Media

Amplificación de voltaje Alta Medio Bajo Amplificación de potenciaeléctrica

Alta Media Bajo

Impedancia de entrada Media Bajo Alta

Impedancia de salida Media Alta Bajo

Fase de salida a entrada Anti-fase En fase En fase

Características defrecuencia alta

Malo Mejor Bueno

Descripción del circuito de amplificación con un transmisor

Descripción del circuito

- La resistencia R1 cambia la alimentación de la base y polaridad del transistor NPN esto es

aprobado por el voltaje del emisor hasta 3volt. Además se incorpora una resistencia de servicio- La resistencia variable controla el voltaje polarizado del transistor NPN de 0 ~ 3 voltios

- Es decir, la base del transistor y la polaridad del voltaje del emisor son altos, si el valor de

resistencia variable es alto. Si es bajo, el voltaje de polaridad también es bajo.

- Por lo tanto el flujo de la corriente eléctrica aumenta en el colector y emisor de acuerdo a la

polaridad del voltaje.

- Por lo tanto, puede controlar el número de giros del motor de acuerdo a la posición de la

resistencia variable que controla la corriente eléctrica que pasa a través del motor mediante las

diferencias de polaridad del voltaje.

R1=1

12V D235 (NPN TR)

1~100Ω

Base

Emisor

Colector M

Motor




ELECTRÓNICA BASICA

37

C B E I I I

B

C

I

I hFE

hFE: La tasa de amplificación de la corriente eléctrica,

IB: corriente de la Base,Ic: corriente del Colector

7.2.3 Función de conmutación del transmisor

En la explicación de la acción de amplificación, aprendimos que si aplicamos electricidad entre el

emisor y el colector, fluye corriente de base lb. Particularmente, lo hará si suministramos corriente de

base hasta el estado de saturación donde la corriente del colector casi no aumentará. (No obstante en

un circuito de amplificación con una señal pequeña o en artefactos domésticos, comúnmente lo que

utilizan esta fabricado con la acción de amplificación, no en la región de saturación, pero si en el área

activa). Podemos poner en ON/OFF el circuito entre el emisor y el colector activando/desactivando la

corriente de la base lb. Esto se llama acción de conmutación del transistor entre la acción de

amplificación del transistor.

Podemos producir la función del relé si se usa la acción de conmutación del transistor como se

muestra en la figura.

La corriente de la base del transistor corresponde a la corriente de excitación del relé de modo que

puede actuar como relé sin utilizar el contacto mecánico del este. Si la carga aumenta entonces la

corriente eléctrica Ic también aumenta, en tanto que, cuando no podemos suministrar corriente

eléctrica por el transistor, podemos usar la amplificación de corriente eléctrica mediante la conexión

de transistores multiestado de acuerdo a la capacidad de carga.

La acción de conmutación del transistor tiene las siguientes ventajas en comparación con el relé:

- Velocidad de conmutación alta (más de miles de veces por segundo).

- Operación estable sin ruido de los puntos de contacto del relé cuando conecta/desconecta,porque no hay contacto mecánico.

Batería

Señal entrada ON/OFF

Carga

Relé de conmutación

BE

CCorriente

Ic

Batería

Señal de

entrada

ON/OFF

Carga

Transistor de Conmutación




ELECTRÓNICA BASICA

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- Es pequeño y con menos consumo de energía eléctrica.

- Tiene mayor duración que el relé mecánico.

Descripción del circuito de conmutación del transistor

1. En el circuito de abajo, cuando el interruptor de encendido es puesto en ON, la energía essuministrada a la bobina de encendido.

2. Si el suministramos energía hacia la base de TR de potencia, desde el ECM a través del Pin Nº23 ,

la corriente eléctrica de la bobina de encendido se descarga a tierra por G11.

3. Nuevamente, el ECM transmite la energía a la base del transistor, la corriente eléctrica de la

bobina es interrumpida debido a la conexión entre el colector y el emisor, si se corta esta conexión

en la bobina se produce alta tensión.




ELECTRÓNICA BASICA

39

7.3 Para determinar si el transistor esta bueno/malo

Como se puede ver en la figura, estará bien si pensamos que el transistor ha sido conectado con la

parte del emisor y la base considerada como diodo de enlace PN y parte de la base y el colector

considerado como otro diodo.

1. Cuando se mide con el multímetro entre B~E y B~C en dirección directa en condiciones normales,

este es electrificado (muestra normalmente algunos cientos de mV con el multímetro digital, pero

muestra un valor de resistencia bajo en caso de utilizar un medidor análogo). Por el contrario,

cuando se mide en dirección inversa, no se electrifica de modo que hay un pequeño cambio en el

valor indicado por el multímetro (se despliega un voltaje similar al caso de la medición con la

punta de prueba sin conectar en el multímetro digital, mientras que se despliega un valor de

resistencia aproximada a infinito en el caso del medidor análogo).

2. En seguida, si E~C es medido con intervalos de medición directa y inversa con la pinza de

medición, hay un pequeño cambio en el valor indicado por el multímetro para ambos casos

recíprocos, porque no se electrifica en ninguno de los casos. En otros casos, de acuerdo al tipo

de transistor y a las características cuando la punta de prueba roja (+) es conectada al colector y

la punta de prueba negra (-) es conectada al emisor (en el caso del NPN, pero contrario al PNP)

un valor de resistencia bastante alta puede ser desplegado sin llegar a infinito (así particularmente

podría fluir una pequeña corriente).

Como referencia, cuando se prueba el transistor o el diodo, si se mide bajo cierta condición de

conexión al circuito, por lo que puede ser afectado por el valor de la resistencia del circuito en el que

esta conectado, es recomendable medir bajo la condición de aislamiento del circuito. En casos donde

generalmente el transistor o el diodo esta quemado, se despliega como forma de corto circuito

principalmente.

BaseBase

Colector Emisor

Transistor NPN Transistor PNP

Emisor Colector




ELECTRÓNICA BASICA

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Distinción de polaridad del transistor

1. En caso de usar el multímetro análogo.

1) Poner el selector de modo del multímetro análogo en R100 o R1000

2) Primero conectar una punta de prueba a cualquier pin del transistor. Luego conectar los dos

terminales restantes del transistor respectivamente, usando la otra punta de prueba.3) En este momento, si la dirección es en sentido horario, la Resistencia medida estará cercana

a 0Ω, la conexión de la punta de prueba negra estará en la base en el transmisor NPN y la

conexión de la punta de prueba roja estará la base en el transistor PNP.

4) Si usted pone el selector de modo en R1000 en el medidor de circuitos, resulta en la dirección

en sentido horario después de medir otras resistencias de dos pines respectivamente, la

conexión de punta de prueba roja será el colector en NPN y la punta de prueba negra será el

colector en PNP.

Multi Meter Multi Meter Base

1 2 3

1: Colector

2: Emisor

3: Base




ELECTRÓNICA BASICA

41

2. En caso de buscar la polaridad basándose en los terminales del transistor.

Cuando vemos el lado plano donde está impreso el nombre de la pieza.

En el transistor 2SC1815 (Transistor de tipo NPN para

alta frecuencia)

- Terminal derecho: Base

- Terminal central: Colector

- Terminal izquierdo: Emisor

Emisor Base

Colector

Base

Colector

Emisor

En el transistor 2SD880 (Tipo de transistor NPN para baja

frecuencia)

- Terminal derecho: Emisor

- Terminal central: Colector

- Terminal izquierdo: Base




ELECTRÓNICA BASICA

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8. Termistor

Los elementos semiconductores que cambian el valor de la resistencia de acuerdo a las variaciones

de temperatura, son el termistor NTC y termistor PTC

8.1 Termistor NTC (Coeficiente de Temperatura Negativa)

- Características

Si la temperatura sube, la resistencia disminuye.

- Usos en el automóvil

Sensor de temperatura del refrigerante del motor, sensor de temperatura del aire de admisión y

sensor de advertencia de bajo nivel de combustible.

Temperatura

Resistencia

Sensor de temperatura del refrigerante




ELECTRÓNICA BASICA

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- Descripción del circuito con termistor NTC.

El voltaje de polaridad del transistor depende del termistor NTC en el circuito inferior.

Si la temperatura sube, el voltaje entre la base y el emisor se incrementa.

Por lo tanto, el TR se pone en ON y la luz se enciende.

8.2 Termistor PTC (Coeficiente positivo de temperatura)

- Características

Si la temperatura sube, la resistencia aumenta

- Usos en el automóvil

Actuador del bloqueo central de puertas

- Descripción del circuito con termistor PTC.

En el circuito de abajo, la luz se enciende cuando el interruptor está en ON.

Si el exceso de corriente pasa hacia la Luz, el calor por exceso de corriente es producido hacia el

termistor

En este momento, la Resistencia aumenta y disminuye la corriente eléctrica. Por lo tanto, previene

la sobre corriente en el circuito.

NPN TR

Batería de 12 Volts

Luz

R1

NTCTermistor

Batería

Luz Termistor

Interruptor




ELECTRÓNICA BASICA

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9. Celda Fotoconductora De acuerdo con el brillo de la luz, el valor de la resistencia cambia (aumenta o disminuye),

El Material que transmite la luz es el Cds (Sulfuro de Cadmio) y el CdSe (Seleniuro de Cadmio)

- Característica

La resistencia disminuye si el brillo de la luz es fuerte y aumenta si la luz es débil.

- Uso en el automóvil

Sensor de luz automática, sistema de aire acondicionado

- Descripción del circuito con CDS

1) Si el transmisor 1 esta en ON, la luz se enciende.

2) Si TR1 esta en ON, TR2 debe activarse a ON

3) TR2 es ON y opera de acuerdo al valor de resistencia de Cds

4) Si Cds aumenta demasiado, TR2 provee ON porque el voltaje de polaridad de TR2 sube

5) Si la cantidad de luz disminuye, el voltaje polarizado disminuye, porque la resistencia del Cds

aumenta con la luz en OFF

1 10 100 1,000 Lux

KΩ

10,000

1,000

100




ELECTRÓNICA BASICA

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R1=10

R4=4.7

R2=4.7

R3=1cds

Luz

NPN TR12SC372

12 volts

Batería

NPN TR2

2SC372

Circuito con Celda Fotoconductora




ELECTRÓNICA BASICA

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10. Elemento Piezo-eléctricoSi se produce presión, se produce fuerza electromotriz, produciéndose voltaje por que este

elemento tiene una cualidad especial que causa la transformación.

-

Material : ácido de Titanio, Bario- Uso en el automóvil : Sensor de detonación

- Forma de onda del sensor de detonación

a. Señal de presión del cilindro

b. Señal filtrada de presión en el cilindro

c. Señal del sensor de detonación

Sensor de detonación




ELECTRÓNICA BASICA

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11. Efecto HallCuando se instala un Hall IC (circuito integrado Hall) en un campo magnético en posición concéntrica

con el flujo de corriente, los dos extremos del Hall IC pueden producir algún voltaje.

En la imagen siguiente, si usted pone cualquier conductor en el campo magnético, produce algún flujo

de corriente a través de este. A1 y A2 podrían producir algún voltaje de salida.

Si se simula el campo magnético, entonces el voltaje de salida entre A1 y A2 es ON y OFF. Cuando la

rueda dentada interrumpe el campo magnético, voltaje de salida entre A1 y A2, en la figura, es

puesto en ON. Cuando esta rueda dentada no interrumpe el campo magnético el voltaje de salida

es OFF.

- Uso en el automóvil

Sensor CMP, sensor CKP, sensor de velocidad, etc.

A1

A2

Iv

Corriente “I”




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- Forma de onda de la señal

Tiempo

Volta e

Sensor CMP tipo Hall IC




ELECTRÓNICA BASICA

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12. Circuito Integrado (IC)12.1 Generalidades

Un circuito integrado o IC, esta formado por varios de cientos de resistores, transistores y otros

elementos incorporados sobre un sustrato formando un solo dispositivo. Cuando se lee un circuito

con un IC, es muy importante la comprensión de las condiciones de operación, como se indican enla tabla o esquema. En este capítulo, se describe como se debe leer un circuito IC.

Tipos de I.C

Clasificación por escala de integración

SSI (Circuito integrado de escala pequeña): menos de 100 elementos

MSI (Circuito Integrado de escala media): 100 a 1.000 elementos

LSI (Circuito integrado de gran escala): 1.000 a 100.000 elementos

VLSI (Circuito Integrado de escala muy grande): 100.000 elementos o más.

Clasificación por aplicación y estructura

IC Análogo El IC amplifica o controla la cantidad análoga (cantidad continua)

L a señal de salida siempre cambia linealmente con la señal de entrada

Este tipo de IC es ampliamente usado en unidades con circuitos análogos.

IC Digital El IC ejecuta sólo la conmutación, de acuerdo a las condiciones de la señal de

entrada ON/OFF, la salida es obtenida como señal de conmutación ON/OFF.

Entrada Salida

Entrada Salida




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Características del IC

Tamaño reducido al mínimo para mayor integración

Alta confiabilidad gracias a la estructura integrada

Bajo precio gracias al volumen de producción

Bajo consumo de energía

12.2 IC Análogo

El IC mostrado aquí es llamado comparador.

“a” es el terminal de energía y “b” es el terminal de tierra, ambos son requeridos para el suministro de

energía hacia el comparador durante su funcionamiento, pero no están directamente asociados con la

operación en sí.

El comparador compara el potencial en el Terminal “c” y terminal “d” y en estas condiciones de

operación mostradas, proporciona la salida va[v] en el punto “e”, sólo cuando el potencial en el punto

“c” es más alto que el potencial del punto “d”.

El voltaje de los dos terminales de entrada, permanece constante y es llamado voltaje de referencia,

mientras que el que cambia es llamado voltaje de comparación, los dos terminales de entrada tienen

un voltaje de referencia que puede ser conocido a partir del circuito conectado al comparador.

+

c

d －

＋

c

A (Va)

b (Vb)

Vc

Vd

Condición de Funcionamiento

Salida (Va volt) es generada cuando Vc＜Vd

Salida (Va volt) no es generada cuando Vc≤Vd




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12.3 IC Digital

Circuito lógico

En un circuito digital, las dos señales son usadas, es decir, la señal con el voltaje alto (H) y la señal

con voltaje bajo (L) o la presencia de señal y ausencia de señal.

Convencionalmente estas dos señales son representadas por “1” y “0”.Por ejemplo, cuando el transistor está en OFF en la figura, Vce es 12V, en este caso, el estado de

voltaje es tomado como “1”.

Cuando el interruptor es puesto en ON para activar a ON el transistor, el VCE llega a ser 0V y este

estado es tomado como “0”.

Un circuito digital es distinto al análogo, mucha información es expresada por la combinación de dos

señales que pueden tener solo dos estados, llamados “1” ó “0”.

Un circuito lógico es aquel que genera una salida de “1” ó “0” cuando la señal de entrada aplica la

combinación de “1” y “0”.

Vce

Interruptor

12 voltBatería

ON

12 volt

0 volt

Vce OFF OFF OFF

ON ON TR




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12.4 Circuitos Lógicos

12.4.1 Circuito AND (producto lógico)

La operación AND proporciona sólo un resultado cuando todas la condiciones se cumplen, como

por ejemplo: "la luz de advertencia de frenos se ilumina cuando el interruptor de encendido está

ON y interruptor del freno de estacionamiento esta en ON".Particularmente, el circuito AND es un circuito en el cual la señal de salida puede ser “1” cuando

las señales de entrada son todas “1”.

Representación Circuito Actual Símbolo lógicoRelación

Entrada/Salida

A B C

1 11 00 10 0

1000

La figura muestra un ejemplo del circuito AND usando transistores. Cuando ambas señales de

entrada A y B son 1(H), el voltaje obtenido en la salida C es 1(H).

Para que la salida C sea alta, es necesario que Tr 2 y Tr 4 estén OFF y para esto, es necesario que

Tr 1 y Tr 3 estén activados. Para que Tr 1 y Tr 3 se enciendan, el alto voltaje (H) debe ser aplicado en

las entradas A y B de modo que la corriente pueda fluir a ambos transistores.




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12.4.2 Circuito OR (suma lógica)

La operación OR es aquella que da un resultado cuando al menos una condición entre varias se

cumple, por ejemplo: “cuando cualquier puerta se abre, la luz indicadora de puerta abierta se

enciende”

Particularmente, el circuito OR es aquel cuya salida llega a ser “1” cuando al menos una señal deentrada es “1”.

Contrariamente al circuito AND cuya salida es “1” cuando todas las entradas son “1”, el circuito OR

puede ser considerado como un circuito en el que la salida es “0” cuando todas las salidas están en

“0”.

Representación Circuito Actual Símbolo LógicoRelación

Entrada/Salida

A B C

1 11 00 10 0

1110

Esta figura muestra un ejemplo del circuito OR utilizando transistores.

Cuando la entrada A o B está “1” la salida C es “1”.




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12.4.3 Circuito NOT (negación)

El circuito NOT es aquel cuya salida es inversa a la entrada, tales como cuando la señal de

entrada es “1” y la señal de salida es “0” o viceversa.

Por esta razón, el circuito NOT es a veces llamada inversor.

Representación Circuito Actual Símbolo LógicoRelación

entrada/salida

A B C

1 11 00 10 0

1110

Nota: la relación entre el voltaje de la base del transistor (VBE) y el voltaje del colector (VCE) es la

relación NOT.

Particularmente, cuando el voltaje base es alto, el transistor se activa y por consiguiente el voltaje

del colector es bajo. Por otro lado, cuando el voltaje base está bajo, el transistor se desactiva y

por consiguiente el voltaje del colector es alto.




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12.4.4 Circuitos NAND y NOR

El circuito NAND es un circuito AND seguido por un circuito NOT, por esta razón es llamado

NAND (significa NOT + AND)

Símbolo Lógico Relación de Entrada/Salida

Entrada Salida

A B Y

LLHH

LHLH

HHHL

12.4.5 El circuito NOR es un circuito OR seguido por un circuito NOT.

En cualquier circuito, la salida es la inversa del circuito AND u OR.

Símbolo Lógico Relación de Entrada/Salida

Entrada Salida

A B Y

LLHH

LHLH

HLLL




ELECTRÓNICA BASICA

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MEMO




ELECTRÓNICA BASICA

57

13. Microcomputador

El microcomputador es un tipo de computador. Revisemos brevemente la historia del desarrollo

de los computadores.

Los primeros computadores producidos, eran mecánicos y usaban engranajes y otras piezasmecánicas, este fue seguido por los computadores eléctricos que utilizaban relés y

posteriormente por los computadores electrónicos que utilizaban tubos al vacío. Un computador

electrónico con tubos al vacío, era lo suficientemente grande para ocupar una habitación completa

de un edificio, con 20.000 tubos en uso. Estos tubos de vacío fueron reemplazados por los

transistores y luego por los circuitos integrados (IC). La integración de estos IC llegó a ser

gradualmente grande, desarrollando el LSI (Integración de gran escala) y el VLSI (Integración de

escala muy grande). Con estos desarrollos, los computadores también cambiaron desde el tipo

de vacío hasta el tipo de transistor y hacia el tipo IC y entonces se desarrolló el tipo LSI,

convirtiéndose gradualmente en uno de tamaño más pequeño.

Veamos como se desarrollaron los microcomputadores.

Cuando el desarrollo estaba en camino para fabricar calculadoras electrónicas portátiles, más

compactas y más sofisticadas, cada cambio requería el rediseño del IC, el cual tenía un alto costo

y tiempo. Este problema fue enfocado con el uso de LSI lo que permitía el cambio libre de las

funciones internas del programa. Particularmente, con los LSI se pueden cambiar los programas

que permiten el desarrollo de nuevas calculadoras. El LSI, cuyas funciones internas podrían ser

cambiadas libremente por modificación del programa, era el microcomputador. En otras palabras,

un microcomputador es un LSI con funciones que son descritas a continuación.

13.1 Tres elementos del microcomputador

Un microcomputador consta de tres elementos, CPU (Unidad Central de Procesamiento)

memoria e I/O (Unidad de Entrada/Salida)

13.2 Unidad I/O (Entrada / Salida)

A través de esta unidad, el microcomputador se comunica con unidades externas (sensor,

interruptor, actuador, etc.) en el caso de la ECU por ejemplo, la cantidad de aire de admisión es

ingresada al microcomputador como señal del sensor y el resultado del cálculo realizado por la

CPU es la salida desde este I/O como señal de control de la cantidad de combustible inyectado.




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13.3 Memoria

La memoria almacena el programa (conjunto de direcciones para la operación, juicios,

intercambio de datos, etc), datos (voltaje de referencia para la ECU, comparación de la relación

de aire/combustible, etc.) y las señales que son entradas, mientras que la CPU está ocupada con

el procesamiento de los cálculos.

La memoria se clasifica normalmente en los dos tipos siguientes:

13.4 ROM (Memoria Sólo de Lectura)

Una memoria sola para leer. En el caso del microcomputador para la aplicación automotriz, sólo

un programa fijado necesita la ejecución y por esta razón, el programa es permanentemente

almacenado en una ROM. La ROM no es volátil. Los contenidos se mantienen en forma

permanentemente, aún después que se desactiva la energía. Esta naturaleza hace de la ROM un

dispositivo óptimo para almacenar programas.

13.5 RAM (Memoria de Acceso Aleatorio)

Esta memoria puede ser escrita y leída. Es usada para almacenar datos temporalmente.

Normalmente es volátil y los contenidos almacenados se pierden una vez que se interrumpe la

energía.

Nota: la RAM no volátil es llamada NVRAM. La utiliza el cuentakilómetros electrónico.

13.6 CPU (Unidad de Procesamiento Central)

La parte del computador, que ejecuta las operaciones, interpreta e intercambia datos de acuerdo

al programa almacenado en la memoria.

Tomemos el sensor de O2 del ECM como ejemplo, cuando la señal de voltaje que indica la

relación aire/combustible llega a la unidad I/O del sensor de O2, la CPU realiza el procesamiento

de acuerdo al programa almacenado en la memoria de la siguiente forma: La CPU compara la

señal con el voltaje de referencia almacenada en la memoria y si la señal de voltaje es más alta, juzga que la relación aire/combustible es más alta que la relación de aire/combustible teórica y

produce la señal para bajar la relación de inyección de combustible en la I/O. Entonces, la I/O

envía esta señal (al inyector) de modo que se reduzca la inyección de combustible.




ELECTRÓNICA BASICA

59

13.7 Tipos de microcomputadores

Los microcomputadores pueden ser divididos en dos tipos dependiendo si el LSI contiene sus tres

elementos separados o todos estos elementos son implementados por una señal LSI.

El primer tipo es llamado microcomputador de multi chip y el último tipo es llamado

microcomputador de un chip. Los microcomputadores usados en la mayoría de los autospertenecen a esta última categoría.

13.8 Operación Básica del microcomputador

La operación básica de un microcomputador es la adición y substracción de los números binarios

y los circuitos internos son básicamente circuitos lógicos. Particularmente, el microcomputador es

esencialmente el IC digital y su circuito interno puede ser representado por símbolos lógicos.

Los circuitos internos del microcomputador para la aplicación automotriz son complicados pero

ellos son relativamente fáciles de entender si tiene conocimientos básicos de los circuitos lógicos.

Nota: Número binario

Los números del 0 al 9 que usamos en nuestra vida diaria son números decimales. Los números

binarios, por otro lado, consisten solo en dos números 0 y 1. Estos dos números corresponden, a

las dos señales del circuito lógico. En otras palabras, un microcomputador es un IC digital que

procesa los datos binarios a través de su circuito lógico.




ELECTRÓNICA BASICA

60

13.9 Microcomputador en un sistema

13.9.1 Uso como controlador

En un sistema formado por el transistor, IC, LSI y otras partes individuales, un microcomputador

se incorpora como controlador. Los ejemplos típicos son equipos de radio, televisores y otrosartefactos eléctricos y electrónicos.

15.9.2 Uso como computador

La aplicación con énfasis colocado en su función de cálculo.

Los computadores Personales y los procesadores de texto pertenecen a esta categoría.

15.9.3 Uso Combinado como controlador y computador

El uso del microcomputador no es solo para un simple control de una máquina, sino que para un

control óptimo. Particularmente, el microcomputador juzga las condiciones que están cambiando

constantemente y controla la máquina adecuadamente. Los microcomputadores usados en

automóviles pertenecen a esta categoría.

15.9.4 Ejemplo de aplicación

Como ejemplo de la aplicación de los microcomputadores a los automóviles, se describe a

continuación la unidad del computador para el ECM.

Esta unidad de computador ECM controla la relación óptima del combustible del motor, etc. con su

microcomputador. Las señales de varios sensores son la entrada a través de la unidad I/O

calculada por la CPU de acuerdo al programa almacenado en la ROM.

En la memoria (RAM), los resultados de los datos y los cálculos son almacenados temporalmente

como sea necesario.




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14. Entendiendo los circuitos electrónicos

Circuito de control de velocidad del motor del ventilador

R11

Batería

12 volt

TR

D235

VR

B

E

CM

Motor del ventilador

IB

IC

Explicar el proceso para que la velocidad del motor del

ventilador sea controlada de acuerdo con el valor de VR

(Resistencia Variable).




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63

Circuito de iluminación automática

R310

R44.7

R 14.7

R 21

CDS

LED

TR 12SC372

TR 22SC372

Batería

6V

C

B

E

C

B

E

Explicar el proceso para que la luz del habitáculo funcionede acuerdo con la activación ON/OFF del interruptor de

puerta el circuito anterior .




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64

MEMO




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65

APENDICE




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66

Símbolos de unidades de medición eléctrica

Descripción Unidad Símbolo

Corriente Ampere A

Voltaje Voltio V

Resistencia Eléctrica Ohm Ω

Conductividad Mho

Cantidad de electricidad

Columbio C

Amperes-hora Ah

Potencia Eléctrica Watt W

Trabajo eléctrico

Joule J

Watt-hora Wh

Capacitancia estática Faradio F

Coeficiente de inducciónElectromagnética He H

Flujo magnético Weber Wb

Intensidad del campoMagnético

Ampere-vuelta AT/m

Fuerza Magnética Meter

Fuerza Magnética demovimiento

Ampere-vuelta AT

Frecuencia Hertz Hz

Nivel de sonido Fonio P

Atenuación o ganancia Decibel dB




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Fracción multiplicador Prefijo Símbolo

106 Mega M

103

Kilo K

10-1 Deci d

10-2 Centi c.

10-3 Mili Mm

10-6 Micro

10-9 Nano n.

10-12 Pico o Micro p.

Prefijo SímboloRelación con laUnidad Básica

Ejemplo

MEGA

KILOMILLI

MICRO

NANO

M

Km

µ

1.000.000

1.0000.001

0.000 000 001

0.000 000 001

8 M = 8 000 000

20 Kv = 20 000 V500 mV = 0.5 V

500 µA = 0.000 5 A

20 V = 0 000 000 02 V


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