TEMAS PARA EL EXAMEN:

1.- SEALES Una seal es un signo, un gesto u otro tipo que informa o avisa de algo. La seal sustituye por lo tanto a la palabra escrita o al lenguaje. As mismo, una seal puede ser tambin la variacin de una corriente elctrica u otra magnitud fsica que se utiliza para transmitir informacin. Una seal analgica es un tipo de seal generada por algn tipo de fenmeno

electromagntico y que es representable por una funcin matemtica continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de informacin) en funcin del

tiempo. Algunas magnitudes fsicas comnmente portadoras de una seal de este tipo son elctricas como la intensidad, la tensin y la potencia, pero tambin pueden ser hidrulicas

como la presin, trmicas como la temperatura, mecnicas. En la naturaleza, el conjunto de seales que percibimos son analgicas, as la luz, el sonido, la energa etc, son seales

que tienen una variacin continua. Incluso la descomposicin de la luz en el arco iris vemos como se realiza de una forma suave y contina. Una onda sinusoidal es una seal analgica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son seales analgicas que varan de acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden a la informacin que se

est transmitiendo.

La seal digital es un tipo de seal generada por algn tipo de fenmeno electromagntico en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser

analizado en trmino de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz slo puede tomar

dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lmpara: encendida o apagada (vase circuito de conmutacin). Esto no significa que la seal fsicamente sea dis creta ya que los campos electromagnticos suelen ser continuos, sino que en general existe una forma de discretizarla unvocamente. Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan la lgica de dos estados representados por dos niveles de tensin elctrica, uno alto, H y otro bajo, L (de High yLow, respectivamente, en ingls). Por abstraccin, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicacin de la lgica y la aritmtica binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lgica positiva y en caso contrario de lgica negativa . Cabe mencionar que, adems de los niveles, en una seal digital estn las transiciones de

alto a bajo y de bajo a alto, denominadas flanco de bajada y de subida, respectivamente. En la figura se muestra una seal digital donde se identifican los niveles y los flancos.

2.- TRANSDUCTORES

Un transductor es un dispositivo que convierte una seal de un tipo de energa en otra. La base es sencilla, se puede obtener la misma informacin de cualquier secuencia similar de oscilaciones, ya sean ondas sonoras (aire vibrando), vibraciones mecnicas de un slido, corrientes y voltajes alternos en circuitos elctricos, vibraciones de ondas electromagnticas radiadas en el espacio en forma de ondas de radio o las marcas permanentes grabadas en un disco o una cinta magntica. Tipos de transductores

Transductor electroacstico Transductor electromagntico

Transductor electromecnico Transductor electroqumico

Transductor electrosttico Transductor fotoelctrico

Transductor magnetoestrictivo Transductor piezoelctrico Transductor radioacstico Transductor termoelctrico

Existen diferentes tipos de transductores electroacsticos que se basan en leyes y

propiedades fsicas diferentes. A continuacin vamos a describir los ms importantes.

3.- PROCESOS Y PROCESADORES DE SEAL

Un procesador de seal es cualquier dispositivo que pueda analizar, interpretar o manipular seales de audio. Un procesador de seal se coloca generalmente en la trayectoria de una mezcladora o de un amplificador en una configuracin de audio. Tambin puede ser utilizado con un insert en una mezcladora - donde las seales de audio son enviadas y recibidas directamente a y desde una consola de mezcla. Los procesadores de seal pueden ser digitales o anlogos. Los procesadores de seal basado en anlogo funcionan incluyendo componentes elctricos - tales como resistores, inductores, condensadores y transistores -

para afectar la seal de audio. Los procesadores de seal basados en digital, por otra parte, convierten las seales analgicas a digital - donde las cantidades discretas son utilizadas

para representar una seal de audio - y son procesadas por unProcesador de Seal Digital (DSP). Hay una cantidad de diversos tipos de procesadores de seal de uso frecuente

para la aplicacin de audio. Los ms comunes son quizs los ecualizadores, compresores, limitadores, compuertas del ruido y eliminadores de la retroalimentacin.

Los ecualizadores permiten al usuario ajustar bandas de frecuencia especificadas, tpicamente por una cantidad de 6dB o de 12dB. La eficacia del ecualizador se puede atribuir al nmero bandas de frecuencia que la unidad tiene. Los ecualizadores de 3 bandas son comunes en los canales de entrada en las mezcladoras, mientras que es muy comn

tener un ecualizador de 31 o 61 bandas en el recorrido de la seal entre una mezcladora y

un amplificador. Los usuarios pueden elegir cortar o alzar las frecuencias dependiendo de su fuente de audio o lugar.

Un compresor permitir al usuario ajustar el rango dinmico total de una seal de audio,

tpicamente por un ndice definido por el usario. Para alcanzar esto, un compresor medir la amplitud de una seal y - si la seal se eleva sobre el umbral predefinido - la seal ser reducida por el ndice seteado (expresado como 2 a 1, 3 a 1, etc.). El compresor aportar despus de un tiempo preseteado (tiempo de ataque, tambin definido por el usuario) y durar tanto como la seal est sobre el umbral. Cuando la seal cae debajo del umbral, el compresor desactivar despus de un tiempo de liberacin definido por el usario. Un limitador funciona de una manera similar a un compresor; sin embargo, donde un compresor reduce el rango dinmico de una seal por un ndice de 2 a 1 o 3 a 1, un limitador tendr un umbral mucho ms alto (a menudo 10:1 o ms alto) y un tiempo de ataque y de

liberacin mucho ms rpido. Una compuerta del ruido tambin funciona de una manera similar a un compresor. Sin embargo, la aplicacin es dramticamente diferente. Una compuerta del ruido atenuar drsticamente las seales que son ms bajas que un umbral definido por el usario. Esto permite la reduccin del ruido de fondo en las seales que no ofrecen ningn material verdadero del programa (por ej. no msica/audio tocando realmente).

La eliminacin de la retroalimentacin puede ser alcanzada a menudo a travs de un

ecualizador. En estos ltimos aos, sin embargo, losprocesadores de seal diseados especficamente para la eliminacin de la retroalimentacin han llegado a ser cada vez ms

comunes. Dependiendo de la operacin de la unidad, pueden detectar frecuencias del

problema y aplicar automticamente la atenuacin a la seal - ayudando a evitar la retroalimentacin - o permitir que el usuario ajustar manualmente las propiedades de la eliminacin de retroalimentacin de la unidad. Tales propiedades pueden incluir la frecuencia que el usuario sabe que tiene potencial de la retroalimentacin, el ancho de la banda de frecuencia, tambin el ndice de umbral y del ataque y liberacin. stos no son ciertamente los nicos procesadores de seal disponibles, pero estn entre los

ms usados comnmente.

4.- AMPLIFICADORES

El Amplificador Operacional ideal, que no existe porque es ideal, se supone que tendra las siguientes caractersticas. Ganancia Diferencial (Entre entradas inversona - y no inversora +) = Infinito. Ganancia en modo comn (ambas entras juntas) = 0 Banda pasante de frecuencias = Desde 0 a infinito. Impedancia de Entrada = Infinita. Impedancia de Salida = 0.

Excursin de la tensin de Salida = Desde 0 a infinito positivo e infinito negativo. Insensible a las variaciones de la temperatura.

De acuerdo con estas caractersticas irreales, se calculan todas las redes de realimentacin

que se utilizan para manipular seales analgicas. Por el contrario los Amplificadores Operacionales reales tienen:

Ganancia Diferencial (Entre entradas inversona - y no inversora +) = Grande pero finita. Ganancia en modo comn (ambas entras juntas) = Pequea pero la tiene. Banda pasante de frecuencias = Desde 0 a bastantes MHz, pero finita.

Impedancia de Entrada = Grande pero finita.

Impedancia de Salida = Pequea pero la tiene. Excursin de la tensin de Salida = Desde 0 a un mximo limitado a las tensiones de

alimentacin. Cantidades todas ellas sensibles a la temperatura.

Adems surgen unos cuantos defectos, en especial la llamada Tensin de "Offset", una pequea tensin parsita que aparece como si estuviera presente entre las entradas. Capacidades parsitas que modifican la fase de la realimentacin. 5.- CONDUCTIVIDAD EN SLIDOS Segn la teora de bandas de energa en slidos cristalinos , son materiales conductores aquellos en los que las bandas de valencia y conduccin se superponen, formndose

una nube de electrones libres causante de la corriente al someter al material a un campo elctrico. Estos medios conductores se denominan conductores elctricos.

6.- SEMICONDUCTORES N, P & I

Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo elctrico o magntico, la presin, la radiacin que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Tipos de semiconductores Semiconductores intrnsecos Es un cristal de silicio o germanio que forma una estructura tetradrica similar a la

del carbono mediante enlaces covalentes entre sus tomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos

electrones pueden absorber la energa necesaria para saltar a la banda de conduccin dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energas

requeridas, a temperatura ambiente, son de 1,12 eV y 0,67 eV para el silicio y el germanio respectivamente.

Obviamente el proceso inverso tambin se produce, de modo que los electrones pueden caer, desde el estado energtico correspondiente a la banda de conduccin, a un hueco en la banda de valencia liberando energa. A este fenmeno se le denomina recombinacin. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creacin

de pares e-h, y de recombinacin se igualan, de modo que la concentracin global de

electrones y huecos permanece constante. Siendo "n" la concentracin de electrones (cargas negativas) y "p" la concentracin de huecos (cargas positivas), se cumple que:

ni = n = p siendo ni la concentracin intrnseca del semiconductor, funcin exclusiva de la

temperatura y del tipo de elemento. Ejemplos de valores de ni a temperatura ambiente (27 C): ni(Si) = 1.5 1010cm-3 ni(Ge) = 2.4 1013cm-3 Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. En los semiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la corriente elctrica. Si se somete el cristal a una diferencia de potencial se producen dos corrientes elctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de la banda de conduccin, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tendern a saltar a los huecos prximos (2), originando una corriente de huecos con 4 capas ideales y en la

direccin contraria al campo elctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conduccin. Semiconductores extrnsecos Si a un semiconductor intrnseco, como el anterior, se le aade un pequeo porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrnseco, y se dice que est dopado. Evidentemente, las impurezas debern

formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente tomo de silicio. Hoy en da se han logrado aadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando

con ello una modificacin del material.

Semiconductor tipo N

Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar el nmero deportadores de carga libres (en este caso negativos o electrones). Cuando se aade el material dopante, aporta sus electrones ms dbilmente vinculados a los tomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es tambin conocido como material donante, ya que da algunos de sus electrones. El propsito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones portadores en el

material. Para ayudar a entender cmo se produce el dopaje tipo n considrese el caso del silicio (Si). Los tomos del silicio tienen una valencia atmica de cuatro, por lo que se

forma un enlace covalente con cada uno de los tomos de silicio adyacentes. Si un tomo con cinco electrones de valencia, tales como los del grupo 15 de la tabla peridica

(ej. fsforo (P), arsnico (As) o antimonio (Sb)), se incorpora a la red cristalina en el lugar de un tomo de silicio, entonces ese tomo tendr cuatro enlaces covalentes y un electrn no

enlazado. Este electrn extra da como resultado la formacin de "electrones libres", el nmero de electrones en el material supera ampliamente el nmero de huecos, en ese caso los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos son losportadores minoritarios. A causa de que los tomos con cinco electrones de valencia tienen un electrn extra que

"dar", son llamados tomos donadores. Ntese que cada electrn libre en el semiconductor

nunca est lejos de un ion dopante positivo inmvil, y el material dopado tipo N generalmente tiene una carga elctrica neta final de cero.

Semiconductor tipo P Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, aadiendo un

cierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar el nmero de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos). Cuando se aade el material dopante libera los electrones ms dbilmente vinculados de los tomos del semiconductor. Este agente dopante es tambin conocido comomaterial aceptor y los tomos del semiconductor que han perdido un electrn son conocidos como huecos. El propsito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio, un tomo tetravalente (tpicamente del grupo 14 de la tabla peridica) se le une un tomo con tres electrones de valencia, tales como los del grupo 13 de la tabla peridica (ej. Al, Ga, B, In), y se incorpora a la red cristalina en el lugar de un tomo de silicio, entonces ese tomo

tendr tres enlaces covalentes y un hueco producido que se encontrar en condicin de aceptar un electrn libre. As los dopantes crean los "huecos". No obstante, cuando cada hueco se ha desplazado por la red, un protn del tomo situado en la posicin del hueco se ve "expuesto" y en breve se ve equilibrado como una cierta carga positiva. Cuando un nmero suficiente de aceptores son aadidos, los huecos superan ampliamente la excitacin trmica de los electrones. As,

los huecos son los portadores mayoritarios, mientras que los electrones son los portadores minoritarios en los materiales tipo P. Los diamantes azules (tipo IIb), que contienen

impurezas de boro (B), son un ejemplo de un semiconductor tipo P que se produce de manera natural.

7.- DIODOS

Un diodo es un componente electrnico de dos terminales que permite la circulacin de la corriente elctrica a travs de l en un solo sentido. Este trmino generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el ms comn en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales elctricos. El diodo de vaco (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologas de alta potencia) es un tubo de vaco con dos electrodos: una lmina como nodo, y un ctodo. De forma simplificada, la curva caracterstica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por

debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia elctrica muy

pequea. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier seal, como paso inicial para

convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento est basado en los experimentos de Lee De Forest.

Los primeros diodos eran vlvulas o tubos de vaco, tambin llamados vlvulas termoinicas constituidos por dos electrodosrodeados de vaco en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lmparas incandescentes. El invento fue desarrollado en1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basndose en

observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.

Al igual que las lmparas incandescentes, los tubos de vaco tienen un filamento (el ctodo) a travs del cual circula la corriente, calentndolo por efecto Joule. El filamento est tratado

con xido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vaco circundante los cuales son conducidos electrostticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble,

cargada positivamente (el nodo), producindose as la conduccin. Evidentemente, si el ctodo no se calienta, no podr ceder electrones. Por esa razn, los circuitos que utilizaban vlvulas de vaco requeran un tiempo para que las vlvulas se calentaran antes de poder funcionar y las vlvulas se quemaban con mucha facilidad. Diodo semiconductor Un diodo semiconductor moderno est hecho de cristal semiconductor como el silicio con impurezas en l para crear una regin que contenga portadores de carga

negativa (electrones), llamada semiconductor de tipo n, y una regin en el otro lado que contenga portadores de carga positiva (huecos), llamada semiconductor tipo p. Las terminales del diodo se unen a cada regin. El lmite dentro del cristal de estas dos regiones, llamado una unin PN, es donde la importancia del diodo toma su lugar. El cristal conduce una corriente de electrones del lado n

(llamado ctodo), pero no en la direccin opuesta; es decir, cuando una corriente convencional fluye del nodo al ctodo (opuesto al flujo de los

electrones).

Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusin de electrones del cristal n al p (Je). Al

establecerse una corriente de difusin, aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unin, zona que recibe el nombre de regin de agotamiento. A medida que progresa el proceso de difusin, la regin de agotamiento va incrementando su anchura profundizando en los cristales a ambos lados de la unin. Sin embargo, la acumulacin de iones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo elctrico (E) que actuar sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento, que se opondr a la corriente de electrones y terminar detenindolos.

Este campo elctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensin entre las zonas p y n. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0,7 V en el caso del silicio y 0,3 V para los

cristales de germanio. La anchura de la regin de agotamiento una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden

de 0,5 micras pero cuando uno de los cristales est mucho ms dopado que el otro, la zona de carga espacial es mucho mayor.

Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensin externa, se dice que el diodo est polarizado, pudiendo ser la polarizacin directa o inversa. Polarizacin directa de un diodo

En este caso, la batera disminuye la barrera de potencial de la

zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a travs de la unin; es decir, el diodo polarizado

directamente conduce la electricidad. Para que un diodo est polarizado directamente, se debe

conectar el polo positivo de la batera al nodo del diodo y el polo negativo al ctodo. En estas condiciones podemos observar que: El polo negativo de la batera repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones se dirigen hacia la unin p-n. El polo positivo de la batera atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unin p-n. Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batera es mayor que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energa suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unin p-n.

Una vez que un electrn libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga espacial, cae en uno de los mltiples huecos de la zona p convirtindose en electrn de valencia. Una vez ocurrido esto el electrn es atrado por el polo positivo de la batera y se desplaza de tomo en tomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la batera. De este modo, con la batera cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones de valencia de la zona p, aparece a travs del diodo una corriente elctrica constante hasta

el final.

Polarizacin inversa de un diodo

En este caso, el polo negativo de la batera se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensin en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensin de la batera, tal y como se explica a continuacin: El polo positivo de la batera atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del cristal n y se introducen en el

conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batera. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los tomos pentavalentes que

antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrn en el orbital de conduccin, adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y tomo) y

una carga elctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos. El polo negativo de la batera cede electrones libres a los tomos trivalentes de la zona p.

Recordemos que estos tomos slo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con los tomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrn que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la batera entran en la zona p, caen dentro de estos huecos

con lo que los tomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de

valencia) y una carga elctrica neta de -1, convirtindose as en iones negativos. Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere el

mismo potencial elctrico que la batera. En esta situacin, el diodo no debera conducir la corriente; sin embargo, debido al efecto

de la temperatura se formarn pares electrn-hueco (ver semiconductor) a ambos lados de la unin produciendo una pequea corriente (del orden de 1 A) denominada corriente inversa de saturacin. Adems, existe tambin una denominada corriente superficial de fugas la cual, como su propio nombre indica, conduce una pequea corriente por la superficie del diodo; ya que en la superficie, los tomos de silicio no estn rodeados de suficientes tomos para realizar los cuatro enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad. Esto hace que los tomos de la superficie del diodo, tanto de la zona n como de la p, tengan huecos en su orbital de valencia con lo que los electrones circulan sin dificultad a travs de ellos. No obstante, al igual que la corriente inversa de saturacin, la corriente superficial de fuga es despreciable.

Curva caracterstica del diodo Tensin umbral, de codo o de partida (V ). La tensin umbral (tambin llamada barrera de potencial) de polarizacin directa coincide en valor con la tensin de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la

barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor

del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensin externa supera la tensin umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para

pequeos incrementos de tensin se producen grandes variaciones de la intensidad de

corriente. Corriente mxima (Imax). Es la intensidad de corriente mxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es funcin de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseo del mismo.

Corriente inversa de saturacin (Is). Es la pequea corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la

formacin de pares electrn-hueco debido a la temperatura, admitindose que se duplica por cada incremento de 10 C en la temperatura.

Corriente superficial de fugas.

Es la pequea corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarizacin inversa), esta corriente es funcin de la tensin aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensin, aumenta la corriente superficial de fugas.

Tensin de ruptura (Vr).

Es la tensin inversa mxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.

Tericamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducir la corriente inversa de saturacin; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensin, en el

diodonormal o de unin abrupta la ruptura se debe al efecto avalancha; no obstante hay otro tipo de diodos, como los Zener, en los que la ruptura puede deberse a dos efectos: Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarizacin inversa se generan pares electrn-hueco que provocan la corriente inversa de saturacin; si la tensin inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energa cintica de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conduccin. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensin, chocando con ms electrones de valencia y liberndolos a su vez. El resultado es unaavalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenmeno se produce para valores de la tensin superiores a 6 V.

Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto ms dopado est el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo elctrico E puede expresarse como cociente de la tensin V entre la distancia d; cuando el diodo est muy dopado, y por tanto d sea pequeo, el campo elctrico ser grande, del orden de 3105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementndose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores.

Para tensiones inversas entre 4 y 6 V la ruptura de estos diodos especiales, como los Zener, se puede producir por ambos efectos.

Modelos matemticos

El modelo matemtico ms empleado es el de Shockley (en honor a William Bradford

Shockley) que permite aproximar el comportamiento del diodo en la mayora de las aplicaciones. La ecuacin que liga la intensidad de corriente y la diferencia de potencial es:

Donde: I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo VD es la diferencia de tensin entre sus extremos. IS es la corriente de saturacin (aproximadamente ) n es el coeficiente de emisin, dependiente del proceso de fabricacin del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio). El Voltaje trmico VT es aproximadamente 25.85mV en 300K, una temperatura cercana a la

temperatura ambiente, muy usada en los programas de simulacin de circuitos. Para cada temperatura existe una constante conocida definida por:

Donde k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura absoluta de la unin pn, y q es la magnitud de la carga de un electrn (la carga elemental). La ecuacin de diodo ideal de Shockley o la ley de diodo se deriva de asumir que solo los procesos que le dan corriente al diodo son por el flujo (debido al campo elctrico), difusin, y la recombinacin trmica. Tambin asume que la corriente de recombinacin en la regin de agotamiento es insignificante. Esto significa que la ecuacin de Shockley no tiene en

cuenta los procesos relacionados con la regin de ruptura e induccin por fotones. Adicionalmente, no describe la estabilizacin de la curva I-V en polarizacin activa debido a

la resistencia interna. Bajo voltajes negativos, la exponencial en la ecuacin del diodo es insignif icante. y la corriente es una constante negativa del valor de Is. La regin de ruptura no est modelada en la ecuacin de diodo de Shockley. Para voltajes grandes, en la regin de polarizacin directa, se puede eliminar el 1 de la ecuacin, quedando como resultado:

Con objeto de evitar el uso de exponenciales, en ocasiones se emplean modelos ms simples an, que modelan las zonas de funcionamiento del diodo por tramos rectos; son los llamados modelos de continua o de Ram-seal. El ms simple de todos es el diodo ideal. Tipos de diodo semiconductor

Varios diodos semiconductores, abajo: un puente rectificador. En la mayora de los diodos, el terminalctodo se indica pintando una franja blanca o negra.

Existen varios tipos de diodos, que pueden diferir en su aspecto fsico, impurezas, uso de electrodos, que tienen caractersticas elctricas particulares usados para una aplicacin

especial en un circuito. El funcionamiento de estos diodos es fundamentado por principios

de lamecnica cuntica y teora de bandas. Los diodos normales, los cuales operan como se describa ms arriba, se hacen generalmente de silicio dopado o germanio. Antes del desarrollo de estos diodos rectificadores de silicio, se usaba el xido cuproso y el selenio: su baja eficiencia le dio una cada de tensin muy alta (desde 1,4 a 1,7V) y requeran de una gran disipacin de calor mucho ms grande que un diodo de silicio. La gran mayora de los diodos pn se encuentran en circuitos integrados CMOS, que incluyen dos diodos por pin y muchos otros diodos

internos. Diodo avalancha: Diodos que conducen en direccin contraria cuando el voltaje en inverso

supera el voltaje de ruptura. Electricmente son similares a los diodos Zener, pero funciona bajo otro fenmeno, el efecto avalancha. Esto sucede cuando el campo elctrico inverso

que atraviesa la unin p-n produce una onda de ionizacin, similar a una avalancha, produciendo una corriente. Los diodos avalancha estn diseados para operar en un voltaje

inverso definido sin que se destruya. La diferencia entre el diodo avalancha (el cual tiene un voltaje de reversa de aproximadamente 6.2V) y el diodo zener es que el ancho del canal del primero excede la "libre asociacin" de los electrones, por lo que se producen colisiones entre ellos en el camino. La nica diferencia prctica es que los dos tienen coeficientes de

temperatura de polaridades opuestas.

Diodo de Silicio: Suelen tener un tamao milimtrico y, alineados, constituyen detectores multicanal que permiten obtener espectros en milisegundos. Son menos sensibles que los

fotomultiplicadores. Es un semiconductor de tipo p (con huecos) en contacto con un semiconductor de tipo n (electrones). La radiacin comunica la energa para liberar los

electrones que se desplazan hacia los huecos, estableciendo una corriente elctrica proporcional a la potencia radiante. Diodo de cristal: Es un tipo de diodo de contacto. El diodo cristal consiste de un cable de metal afilado presionado contra un cristal semiconductor, generalmente galena o de una parte de carbn. El cable forma el nodo y el cristal forma el ctodo. Los diodos de cristal tienen una gran aplicacin en los radio a galena. Los diodos de cristal estn obsoletos, pero puede conseguirse todava de algunos fabricantes. Diodo de corriente constante: Realmente es un JFET, con su compuerta conectada a la fuente, y funciona como un limitador de corriente de dos terminales anlogo al diodo Zener, el cual limita el voltaje. Permiten una corriente a travs de ellos para alcanzar un valor

adecuado y as estabilizarse en un valor especfico. Tambin suele llamarse CLDs (por sus siglas en ingls) o diodo regulador de corriente. Diodo tnel o Esaki: Tienen una regin de operacin que produce una resistencia negativa debido al efecto tnel, permitiendo amplificar seales y circuitos muy simples que poseen dos estados. Debido a la alta concentracin de carga, los diodos tnel son muy rpidos, pueden usarse en temperaturas muy bajas, campos magnticos de gran magnitud y en entornos con radiacin alta. Por estas propiedades, suelen usarse en viajes espaciales.

Diodo Gunn: Similar al diodo tnel son construidos de materiales como GaAs o InP que produce una resistencia negativa. Bajo condiciones apropiadas, las formas de dominio del

dipolo y propagacin a travs del diodo, permitiendo osciladores de ondas microondas de alta frecuencia.

Diodo emisor de luz o LED del acrnimo ingls, light-emitting diode: Es un diodo formado

por un semiconductor con huecos en su banda de energa, tal como arseniuro de galio, los portadores de carga que cruzan la unin emiten fotones cuando se recombinan con los portadores mayoritarios en el otro lado. Dependiendo del material, la longitud de onda que se pueden producir vara desde elinfrarrojo hasta longitudes de onda cercanas al ultravioleta. El potencial que admiten estos diodos dependen de la longitud de onda que ellos emiten: 2.1V corresponde al rojo, 4.0V al violeta. Los primeros ledes fueron rojos y amarillos. Los ledes blancos son en realidad combinaciones de tres ledes de diferente color

o un led azul revestido con un centelleador amarillo. Los ledes tambin pueden usarse como fotodiodos de baja eficiencia en aplicaciones de seales. Un led puede usarse con un

fotodiodo o fototransistor para formar unoptoacoplador. Diodo lser: Cuando la estructura de un led se introduce en una cavidad resonante formada

al pulir las caras de los extremos, se puede formar un lser. Los diodos lser se usan frecuentemente en dispositivos de almacenamiento pticos y para la comunicacin ptica

de alta velocidad. Diodo trmico: Este trmino tambin se usa para los diodos convencionales usados para monitorear la temperatura a la variacin de voltaje con la temperatura, y para refrigeradores termoelctricos para la refrigeracin termoelctrica. Los refrigeradores

termoelctricos se hacen de semiconductores, aunque ellos no tienen ninguna unin de

rectificacin, aprovechan el comportamiento distinto de portadores de carga de los semiconductores tipo P y N para transportar el calor.

Fotodiodos: Todos los semiconductores estn sujetos a portadores de carga pticos. Generalmente es un efecto no deseado, por lo que muchos de los semiconductores estn

empacados en materiales que bloquean el paso de la luz. Los fotodiodos tienen la funcin de ser sensibles a la luz (fotocelda), por lo que estn empacados en materiales que permiten el paso de la luz y son por lo general PIN (tipo de diodo ms sensible a la luz). Un fotodiodo puede usarse en celdas solares, en fotometra o encomunicacin ptica. Varios fotodiodos pueden empacarse en un dispositivo como un arreglo lineal o como un arreglo de dos dimensiones. Estos arreglos no deben confundirse con los dispositivos de carga acoplada. Diodo con puntas de contacto: Funcionan igual que los diodos semiconductores de unin mencionados anteriormente aunque su construccin es ms simple. Se fabrica una seccin de semiconductor tipo n, y se hace un conductor de punta aguda con un metal del grupo 3 de manera que haga contacto con el semiconductor. Algo del metal migra hacia el

semiconductor para hacer una pequea regin de tipo p cerca del contacto. El muy usado 1N34 (de fabricacin alemana) an se usa en receptores de radio como un detector y ocasionalmente en dispositivos analgicos especializados. Diodo PIN: Un diodo PIN tiene una seccin central sin doparse o en otras palabras una capa intrnseca formando una estructura p-intrnseca-n. Son usados como interruptores de alta frecuencia y atenuadores. Tambin son usados como detectores de radiacin ionizante de gran volumen y como fotodetectores. Los diodos PIN tambin se usan en la electrnica de

potencia y su capa central puede soportar altos voltajes. Adems, la estructura del PIN puede encontrarse en dispositivos semiconductores de potencia, tales

como IGBTs, MOSFETs de potencia y tiristores.

8.- TRANSISTOR BIPOLAR

Es el ms comn de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio. En ambos casos el dispositivo tiene 3 patillas y son: el emisor, la base y el colector. Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la direccin del flujo de la corriente lo indica la flecha. Coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el grfico de transistor. El transistor bipolar es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente

por una de sus patillas (base), el entregar por otra (emisor), una cantidad mayor a sta, en un factor que se llama amplificacin.Este factor se llama (beta) y es un dato propio de

cada transistor. Entonces: - Ic (corriente que pasa por la patilla colector) es igual a (factor de amplificacin) por Ib

(corriente que pasa por la patilla base). - Ic = * Ib

- Ie (corriente que pasa por la patilla emisor) es igual a (+1) * Ib, pero se redondea al mismo valor que Ic, slo que la corriente en un caso entra al transistor y en el otro caso sale de l, o viceversa. Segn la frmula anterior las corrientes no dependen del voltaje que alimenta el circuito (Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ib cambia ligeramente cuando

se cambia Vcc. En el segundo grfico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder

entender que a ms corriente la curva es ms alta.

9.- TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO

El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor o FET dylan, en ingls) es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo elctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial. La mayora de los FET estn hechos usando las tcnicas de procesado de semiconductores habituales, empleando la oblea monocristalina semiconductora como la regin activa o canal. La regin activa de los TFT (thin-film transistor, o transistores de

pelcula fina) es una pelcula que se deposita sobre un sustrato (usualmente vidrio, puesto que la principal aplicacin de los TFT es como pantallas de cristal lquido o LCD).

Los transistores de efecto de campo o FET ms conocidos son los JFET (Junction Field Effect Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET (Metal-Insulator-

Semiconductor FET). Tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente (source). La

puerta es la terminal equivalente a la base del BJT (Bipolar Junction Transistor). El transistor de efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensin, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente. El funcionamiento del transistor de efecto de campo es distinto al del BJT. En los MOSFET,

la puerta no absorbe corriente en absoluto, frente a los BJT, donde la corriente que

atraviesa la base, pese a ser pequea en comparacin con la que circula por las otras terminales, no siempre puede ser despreciada. Los MOSFET, adems, presentan un

comportamiento capacitivo muy acusado que hay que tener en cuenta para el anlisis y diseo de circuitos.

As como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET son tambin de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de s i la aplicacin de una tensin positiva en la puerta pone al transistor en estado de conduccin o no conduccin, respectivamente. Los transistores de efecto de campo MOS son usados extenssimamente en electrnica digital, y son el componente fundamental de los circuitos integrados o chips digitales. Caractersticas Tiene una resistencia de entrada extremadamente alta (casi 100M). No tiene un voltaje de unin cuando se utiliza como conmutador (interruptor). Hasta cierto punto es inmune a la radiacin.

Es menos ruidoso. Puede operarse para proporcionar una mayor estabilidad trmico