21/04/2010

1

UNIVERSIDAD AUTONOMA “TOMÁS FRÍAS”DIRECCIÓN DE POSTGRADO

Maestría en Ingeniería Electrónica de Potencia y

Electricidad de Potencia Electricidad de Potencia

Electrónica Digital y Electrónica Analógica

ASIGNATURA Nº4

MAE Ing. Felix Pinto Macedo

Magister en Administración de Empresas

Diplomado en Telecomunicaciones

Diplomado en Educación

ATT. Superintendencia de

Telecomunicaciones Viva - Nuevatel PCS Telecel

InstrucciónInstrucción ExperienciaExperiencia

Diplomado en Educación Superior

Diplomado en Administración de Redes y Telecomunicaciones

Titulo en Ingeniería Electrónica esp. Telecomunicaciones

Técnico Superior en Telecomunicaciones

Telecel Marconi Mexico Nokia Brasil Telcel Mexico Comcel - Ericsson Guatemala Ericsson – Telemovil M.P.I. Entel Móvil

Introducción

Objetivo General

Objetivos Específicos

Introducción

Electrónica Analógica

Componentes electrónicos

Semiconductores

Diodos semiconductores

Transistores bipolares

Teoría de Circuitos Teoría de Circuitos

Electrónica Digital

Circuitos integrados

Amplificadores operacionales

Fuentes de alimentación

Familias lógicas TTL

Familias lógicas ECL, MOS, CMOS

Introducción al diseño secuencial

Temporizadores

21/04/2010

2

NILSSON, James, “Circuitos eléctricos” 2001. DORF, Richard, “Circuitos eléctricos” 2003. BOYLESTAD Robert, NASHELSKY Louis. “Fundamentos de Electrónica”, Ed.

Prentice Hall, 2003. QUEZADA, Hugo, “Electrónica básica” 1997 MALVINO, “Principios de electrónica” 2000 FIORE, James, “Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales” FIORE, James, “Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales”

2002. DONALD L. Schilling, BELOVE Charles. “Circuitos Electrónicos Discretos e

Integrados”. Ed. McGraw-Hill, Madrid, 1992. EDMINGTER Joseph. “Teoría y Problema de Circuitos Eléctricos”, Serie de

Compendios Shaum, 1995. HUESLMAN Wait – Korn, “Introducción al Amplificador Operacional”. RUIZ de AQUINO José, “Laboratorio integral de electrónica”.

Evaluación continua Participación en clase 10 puntos. Control de Lecturas (Evaluación Teórica) 30

puntos.puntos. Prácticas individuales 30 puntos.

Evaluación final Examen Final 30 puntos.

Electricidad y electrónica se basan en el movimiento de electrones.

Y se diferencian en que:

LA ELECTRICIDAD precisa de un uso masivo de

electrones

LA ELECTRÓNICA maneja y controla el flujo de

electrones

El movimiento de electrones constituye la corriente eléctrica que puede

ser de dos tipos :

- Corriente continua- Corriente alterna

21/04/2010

3

Cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido

Puede presentar intensidad constante

t

I

Cumple siempre la Ley de Ohm: V = I.R

Puede circular a través de las resistencias (desprende calor)

Puede circular a través de las bobinas (las convierte en un imán)

No puede circular a través de un condensador

La potencia disponible se puede calcular como:

P = V.I = I2.R = V2/ R

Los electrones cambian de sentido de movimiento cada cierto tiempo

La intensidad no es constante y en el caso mas frecuente y sencillo varía

como indica la gráfica

I

T

t

T

Al tiempo que tarda en repetir la señal se llama PERIODO (T)

Al número de veces que la señal se repite cada segundo se llama

FRECUENCIA (f) y se mide en Hertzios (Hz)

La tensión también varía con el tiempo como la intensidad y cuando dichas

variaciones siguen secuencias paralelas se dice que están en fase

I

tT

V

tT

Cuando en el circuito sólo hay resistencias la intensidad y la tensión están en fase

Las resistencias se comportan de la misma manera con la

corriente alterna que con la corriente continua

Cuando la intensidad y la tensión no siguen secuencias paralelas decimos que

existe un desfase entre ellas

I y V

DESFASADAS

I

t

T

V

I

I y V

EN OPOSICIÓN

Los desfases están ocasionados por la presencia de bobinaso de condensadores en el circuito

I

t

T

V

21/04/2010

4

Corriente Directa (DC) Corriente Alterna (AC)

Componentes Básicos de Circuito Elétrico

Fuentes de Voltaje

Corriente Directa (DC) Corriente Alterna (AC)

Bombilla Interruptores

Cable

3V

Circuito interruptor y bombilla

Conceptos:

- Componentes básicos

- Corriente solo fluye en circuitos cerrados

Corriente Directa (DC) Corriente Alterna (AC)

Corriente alterna vs. directa

Fuentes de Voltaje

Corriente Directa (DC) Corriente Alterna (AC)

- Baterías

- Paneles solares

- AEE

- Generador

Generación de corriente alterna

De click sobre la figura amarilla para ver animación.

En esencia, al rotar un

conductor dentro de un campo

magnético, producimos

corriente alterna en el

conductor.

21/04/2010

5

Otras fuentes de corriente alterna

Fuentes de corriente directa.

Conversión DC AC

INVERTIDOR

Conversión AC DC

POWER

SUPPLIES

Corriente

Voltaje

Resistencia Resistencia

21/04/2010

6

Movimiento de cargas eléctricas. Electrones

Iones

Se mide en Amperes (A).

22

La materia esta formada por átomos, que a su vez están formados por: Electrones: carga (-), alrededor del

núcleo, no confieren masa.

23

núcleo, no confieren masa.

Protones: carga (+), adentro del núcleo, confieren masa.

Neutrones: carga 0, adentro de núcleo, confieren masa.

Los protones tienen carga eléctrica +e. Los electrones tienen carga eléctrica –e.

e= 1.6x10-19 c Se dice que un cuerpo:

24

Se dice que un cuerpo: tiene carga + cuando tiene deficiencia de electrones.

Tiene carga – cuando tiene exceso de electrones.

UNIDADES: Coulombio (c)

21/04/2010

7

25

Cuando se enfrentan 2 cargas, se pueden observar ciertos efectos: Las cargas del mismo signo se

repelen.

26

repelen.

Las cargas de signos contrarios se atraen.

Esto implica la presencia de fuerzas: FUERZAS ELECTROSTÁTICAS

El valor de la fuerza electrostática se puede calcular con la ley de Coulomb:

F= ke.q1.q2

r2

27

r2

Ke=8,99.109 N.m2/c2

r= distancia entre las cargas (m) q1 y q2= cargas (c)

"La fuerza de atracción o repulsión entre dos

cargas eléctricas es directamente proporcional

al producto de las cargas e inversamente

proporcional al cuadrado de la distancia que

28

proporcional al cuadrado de la distancia que

las separa".

21/04/2010

8

F12 y F21 son pares acción reacción, por lo tanto:

F12 = -F21 F12 es la fuerza que ejerce la carga

q1 sobre q2

29

q1 sobre q2 F21 es la fuerza que ejerce la carga

q2 sobre q1 Ambas fuerzas se encuentran en

la recta de acción que une ambas cargas.

30

Una partícula cargada genera una serie de Fuerzas en el espacio en el que se encuentra, se genera así lo que se llama un CAMPO DE FUERZAS, en este caso un CAMPO ELÉCTRICO.

Si en un punto cualquiera del espacio, se coloca una carga de

31

Si en un punto cualquiera del espacio, se coloca una carga de prueba, esta sentirá una fuerza de atracción o repulsión.

El campo de fuerza viene dado por:E= F

qUNIDADES:

32

UNIDADES:[E]=[F]/[q]= Newton/culombio

21/04/2010

9

DEFINICIÓN:el potencial eléctrico en un punto, es el trabajo

necesario para trasladar una carga positiva unitaria desde el infinito hasta cierto punto.

V= W

33

V= Wq0

Unidades: [V]=[W]/[q]= J/c = VOLTIOS (V)

1 voltio = 1 Joule/1coulomb

Medida de energía potencial de un campo eléctrico para causar una corriente en un conductor.

Medido en voltios (V).

35

Los electrones mas externos de un átomo se llaman “electrones de valencia” y determinan diferentes tipos de materiales cuyo comportamiento

es distinto frente a la corriente eléctrica.

La facilidad con que un material deja pasar la corriente eléctrica se mide con

conductividad.una magnitud llamada conductividad.

Según el valor de la conductividad se pueden distinguir tres tipos de

materiales:

* Conductores

* Aislantes

* Semiconductores

21/04/2010

10

En los conductores, los electrones de valencia se liberan fácilmente y se

pueden mover, con lo que se conduce bien la corriente eléctrica ( y el calor)

Un conductor es algo similar a una tubería por la que puede fluir agua

libremente

Ejemplos de conductores son todos los metales y sus aleaciones

En un aislante es dificilísimo el movimiento de los electrones, impidiendo,

por ello, el paso de corriente.

Es como si en nuestra tubería pusiéramos un tapón en la entrada

Ejemplos de aislantes son la madera, el vidrio, los plásticos, etc

Un semiconductor es un caso intermedio a los dos anteriores: es posible el

paso de electrones, pero no tan fácilmente como en el caso de los

conductores

Sería como el caso de la tubería con una rejilla de goma que pudiésemos

cerrar o abrir a voluntad.

Esa posibilidad de control hace que sean los materiales idóneos para fabricar

los dispositivos electrónicos

Los ejemplos típicos de semiconductores son el germanio y el silicio

Los semiconductores son materiales moderadamente estables.

Si nada les perturba, no conducen la corriente eléctrica. Pero basta que les

“molestemos” un poco para que algunos de los electrones de valencia que

contiene cada átomo salten y “se vayan a la aventura” formando una

corriente eléctrica.

Hay dos formas de “molestar” a los electrones de los átomos

La primera es aportándole una cierta cantidad de energía

por ejemplo, por calentamiento (o iluminación)

21/04/2010

11

Un aumento de temperatura hace que los electrones tengan mas energía y

algunos pueden saltar del átomo quedando libres. Pero, al hacerlo, dejan un

hueco.

Y el átomo, que antes era neutro, ahora tiene exceso de carga positiva, lo

que le lleva a buscar un electrón para volver a ser estable. Ese electrón se

lo roba a un átomo vecino, con lo que le traslada el hueco... Y vuelta a

empezar: de nuevo hay un hueco buscando un electrón.

Este movimiento de electrones y huecos constituye corriente eléctrica.

La segunda forma es “añadiendo un extraño”, lo cual se conoce con el

nombre de “dopaje”.

Consiste en añadir , sin modificar significativamente la estructurainterna del material, una pequeña cantidad de átomos de otroelemento similar en tamaño pero con mas o con menoselectrones de valencia.

El efecto es similar a lo que ocurre cuando a un montón de harina le El efecto es similar a lo que ocurre cuando a un montón de harina le

añadimos un pellizquito de levadura, lo mezclamos bien y lo metemos al

horno. A simple vista no se nota el añadido, pero sus efectos son bien

visibles en el resultado final: el pan resulta mas esponjoso

En nuestro caso, el efecto es un aumento en la conductividad

Cuando al dopar introducimos átomos con tres electrones de valencia (los

semiconductores tienen cuatro electrones de valencia), estos átomos se

combinan con el resto pero nos queda un “hueco” libre y a través del

movimiento de estos huecos se conduce corriente.

SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO

SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO (P)

El semiconductor así formado es un semiconductor extrínseco y se llama

“semiconductor de tipo P” (A pesar del nombre, es neutro, pues también el

átomo dopante tiene un protón menos en el núcleo)

Cuando los átomos añadidos tienen cinco electrones, al recombinarse con los

demás les queda un electrón que no comparten con ningún átomo y queda

libre. Precisamente a través de estos electrones se produce la conducción de

corriente

SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO

SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO (N)

El semiconductor extrínseco así obtenido se conoce como

“semiconductor de tipo N” (y también es neutro pues el átomo dopante

tiene también un protón mas en el núcleo)

21/04/2010

12

Según hemos visto, cuando existe corriente en un material es debido al

movimiento de electrones hacia un lado y de huecos en sentido contrario.

Los electrones y los huecos son los llamados portadores y las cantidades

de ambos no tienen que ser iguales siempre.

A los portadores que contribuyen en mayor cantidad a la corriente se les

llama portadores mayoritarios.llama portadores mayoritarios.

En los semiconductores extrínsecos tipo N los portadores mayoritarios son los

electrones

En los semiconductores extrínsecos tipo P, los portadores mayoritarios son los

huecos

La corriente eléctrica es el movimiento de cargas eléctrica a través de un cable metálico o cualquier otro conductor eléctrico.

La intensidad de la corriente eléctrica (I) se define como la cantidad de cargas (q) que circula en cierto tiempo (t) en un

46

se define como la cantidad de cargas (q) que circula en cierto tiempo (t) en un conductor.

I = q/t

UNIDADES[I]=[q]/[t]=c/seg = AMPERE (A)

1 A = c/seg

Instrumento para medir corriente.

48

21/04/2010

13

Se denomina resistencia eléctrica a la dificultad que ofrece un material para conducir la corriente.

La resistencia de un conductor depende de la longitud del mismo (L ), de su sección (A), del tipo de material y de la temperatura. Si consideramos la temperatura constante (20 ºC), la resistencia viene dada por la siguiente expresión:

49

ºC), la resistencia viene dada por la siguiente expresión:R = ρ. L

A R: resistencia (Ω) r= resistividad específica (Ω.m) L=longitud del conductor (m) A=sección del conductor (m2)

Medida de la oposición que ofrece un objeto al flujo de corriente a través de él.

Se mide en Ohms (Ω)

Componente eléctrico utilizado para limitar la corriente en un circuito o en partes del circuito.

52

21/04/2010

14

I = VR

La intensidad de corriente (I) que circula por un conductor es directamente proporcional a la DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) aplicada en sus

53

DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) aplicada en sus extremos e inversamente proporcional a la RESISTENCIA (R).

UNIDADES: [I]= Ampere (A)

[V]= Voltios (V)

[R]= Ohms (Ω)

Ley de Ohm

I = V / R

I = corriente (medida en amperes)

R = resistencia al flujo de corriente

(medida en Ohms)

Cuanta corriente?

(medida en Ohms)

Son una serie de elementos eléctricos conectados eléctricamente entre si para generar, transportar o modificar señales eléctricas.

ELEMENTOS: Conector: Hilo conductor de resistencia

despreciable (idealmente cero) que une

55

despreciable (idealmente cero) que une eléctricamente dos o más elementos.

Generador o fuente: Elemento que produce electricidad.

Nudo o nodo: Punto de un circuito donde concurren varios conductores distintos.

Rama: Conjunto de todos los elementos de un circuito comprendidos entre dos nudos consecutivos.

Circuito: Red con al menos una línea cerrada por la que puede circular la corriente.

La corriente circula espontáneamente desde zonas de mayor potencial a menor potencial

Conexión en serie

Experimento: Comparación serie y paralelo

Proyecto 5 (pg. 17)

21/04/2010

15

Conexión en paralelo

¿Qué diferencias observó en el comportamiento de los circuitos?

Para formular las leyes necesitamos de finir algunos conceptos:

Malla : Se llama malla en un circuito a cualquier Malla : Se llama malla en un circuito a cualquier camino cerrado

Nodo o Nudo: Se llama nudo en un circuito a cualquier punto en el que concurren más de dos ramas.

Rama: Es el fragmentó del circuito eléctrico

establece que la sumaalgebraica de los voltajesalrededor cualquier buclecerrado es igual a cero.cerrado es igual a cero.La suma incluye fuentesindependientes de tensión,fuentes dependientes detensión y caídas de tensióna través de resistores.

Sumatoria de Fuentes de Tensión = Sumatoria de caídas de tensión

establece que la sumaalgebraica de todas lascorrientes que entran enun nodo es igual a cero.Esta suma incluye lasEsta suma incluye lasfuentes de corrientesindependientes, lasfuentes de corrientedependientes y lascorrientes a través de loscomponentes.

La suma de corrientesque entran en un nodo esigual a cero

21/04/2010

16

A I2 = ¿

R2

+-

R1 I1 = 8 A

R3

I3 = 3 A

R1 A

R2

I2 = 5 A

R3

I3 = ¿

R4

R5

I5 = ¿

I6 = ¿

B

R6

- +

I1 = ¿

C

R7I7= 2 A

R8

I8 = ¿

I4 = 8 A