TECNOLOGA ELECTRONICA

Ing. Alfredo F. Covi -- Ing. Nestor Barros2. EDICION

Ao 2004

TECNOLOGA ELECTRONICA

Ing. Alfredo F. CoviPofesor Titular de Tecnologa Electrnica Facultad Regional de Buenos Aires Facultad Regional Haedo Universidad Tecnolgica Nacional Universidad Nacional de la Matanza

Ing. Nestor BarrosProfesor Titular de Tecnologa Electronica Facultad Regional de Buenos Aires Facultad Regional Avellaneda Universidad Tecnolgica Nacional

2. EDICION

Ao 2004

PROLOGO La temtica que cubre todas las necesidades de la Tecnologa Electrnica: anterior, actual y futura, es muy vasta. Lo que se pretende es cubrir las necesidades tericas que requiere esta asignatura en las carreras de Ingeniera Electrnica, con una estructura acadmica adecuada, aunque en algunos pasajes nos veamos obligados a proporcionar datos de catalogo en forma abundante. Nos hemos basado en apuntes del Ing. Alberto Godel que nos legara, cuando dio forma a la estructura de la asignatura. Resulta materialmente imposible tratar dentro de 150 horas del curso lectivo una variedad tan grande de temas con el exigido nivel de especializacin profesional. De acuerdo a la experiencia recogida en el desempeo de la ctedra, y en particular como consecuencia del "Seminario de Perfeccionamiento Docente en Tecnologa" realizado en 1982 es que se genero el contenido sinttico del programa de Tecnologa Electrnica o de los Componentes Electrnicos que actualmente se aplica. Para evaluar su importancia, es necesario tener en cuenta que en muchos aspectos nuestra asignatura constituye una de las primeras experiencias esencialmente ingenieriles que enfrenta el alumno en su carrera. En efecto, el estudiante ha sido formado en disciplinas fundamentalmente analticas que lo han acostumbrado a plantearse y resolver problemas en condiciones idealizadas y que generalmente conducen a una nica solucin. Por el contrario, al estudiar Tecnologa y encarar el diseo o proyecto de dispositivos, el alumno se ve obligado a resolver los problemas de sntesis, con multiplicidad de opciones, criterios practicos, necesidades de optimizacion y limitaciones impuestas por la realidad, con un entrenamiento en materia de metodologa de trabajo estrictamente profesional. La importancia formativa de la asignatura puede verse en un ejemplo: Un inductor tiene N espiras (y no +N N), de un alambre de determinado dimetro d, que debe poder adquirirse en un comercio, y que debe entrar dentro de la "ventana" del ncleo. Si el alambre es fino, calienta excesivamente; si es demasiado grueso, su costo puede resultar prohibitivo. La tecnologa trata con elementos reales, problemas concretos y soluciones posibles, y el alumno debe aprender a encontrar los caminos que lo lleven a esas soluciones posibles con minimos costos de materiales y mano de obra, sin apartarse de los requisitos del proyecto. La informacin tecnolgica es sumamente fluida sobre todo con el advenimiento de nuevas tecnologas de internet, donde lo importante no es su almacenamiento sino su disponibilidad, luego el futuro profesional se familiariza con las tcnicas de adquisicin y manejo de informacin tcnica, uso de libros, revistas, catalogos, hojas tcnicas, tablas, graficos y normas. De las nuevas tecnologas hemos aportado los inductores y transformadores planares sin ncleo en alta frecuencia, que fueran experimentados en la Universidad de Hong Kong.

1 NDICE TEMTICO CAPITULO I (pag. 1 a 5) INTRODUCCIN A LA TECNOLOGA (pag. 1 a 10)

I)- Algunos aspectos de la tecnologa; 1.1 Aspectos Economicos; 1.2 Aspectos de Desarrollo y Evolucion; 1.3 Aspectos de seguridad y Defensa - I-2 Temas que trata la tecnologa; 2.1 Estudio de Caracteristicas de Materiales; 2.2 Utilizacio de Esos Materiales en la Construccin de Dispositivos; 2.3 Anlisis del Comportamiento real de los Dispositivos.; 2.4 Proyecto y Construccin de Dispositivos y Sistemas; 2.5 Organizacin Tecnologia ( Normalizacin, Confiabilidad, Calidad) ; I-3) Normas y normalizacin; 3.1 Definicion de Norma; 3.2 Ventajas de la Normalizacion; 3.2.1 Establecimiento de especificaciones adecuadas; 3.2.2 Reduccin del numero de valores diferentes; 3.2.3 Intercambiabilidad; 3.2.4 Compatibilidad; 3.2.5 Uniformidad de criterios; 3.2.6 Basamento para la Calidad; 3.3 mbito de las Normas; 3.4 Evolucion de la Normalizaon; I-4) Especificaciones; 4.1 Valores Utilizados en las Especificaciones. CAPITULO II (pag. 1 a 22) FALLAS - CONFIABILIDAD CALIDAD

II-1) Fallas en equipos electrnicos;1.1 Definicion de Falla; 1.2 Fallas; Aleatorias o Catastroficas; 1.3 Fallas por Degradacion; 1.4 Fallas por Desgaste; 1.5 Fallas Independientes y Fallas Dependientes; II-2) Confiabilidad ; 2.1 Definicion de Confiabilidad; 2.2 Confiabilidad de Conjuntos de Elementos; 2.1.1 DisposicinFuncional Serie; 2.2.2 Disposicin Funcional Paralelo; 2.3 Algunos Aspectos Matemticos de la Confiabilidad; 2.3.1 Histograma de fallas; 2.3.2 Distribucin de frecuencia de fallas; 2.3.3 Probabilidad de falla; 2.3.4 Probabilidad de xito o Confiabilidad; 2.4 Regimen de Fallas F.R. ( Failure Rate ); 2.4.1 Clculo matemtico del F.R.; 2.4.2 El F.R. de conjuntos de elemento dispuestos funcionalmente en serie; 4.3 El F.R. de conjuntos de elemento dispuestos funcionalmente en paralelo.; II-3) Aplicaciones practicas de la confiabilidad; 3.1 Comportamiento Teorico y Real del Regimen de Fallas (F.R.); 3.2 Regimen de Fallas de Componenetes Electrnicos; 3.2.1 Valores bsicos de F.R. de componentes electrnicos; 3.2.2 Factores de ajuste para distintas condiciones de operacin; 3.2.3 Factores ambientales que afectan al F.R.; 3.2.4 Niveles de Calidad de componentes electrnicos; 3.3 Medidas para Obtener una Confiabilidad Elevada; 3.5 Ejemplo de Calculo de la Confiabilidad de un Circuito; 3.5 Ejemplo de Calculo de Confiabilidad para un.Sistema; II-4) Calidad; 4.1 Definiciones Relativas a Calidad; 4.1.1 Calidad; 4.1.2 Control de Calidad; 4.1.3 Aseguramiento de Calidad Garanta de Calidad; 4.1.4 Sistema de Calidad; 4.1.5 Gestin de Calidad; 4.1.6 Calidad Total; 4.2 Calidad y Costo; 4.3 Control de Calidad; 4.2.1 Los cuatro pasos del Control de Calidad. CAPITULO III (pag. 1 a 38) MATERIALES ELCTRICOS

III-1.1 Comportamiento de los Materiales Elctricos en Baja Frecuencia: Espectro de Resistividades;1.2 Comportamiento de los Materiales Elctricos en Alta Frecuencia. Tangente ; 1.2.1 Determinar tangente ; 1.2.2 Otra manera de obtener tg ; III-2) Materiales conductores; 2.0 Caracteristicas electricas de los materiales conductores; 2.1 Resistencia Especifica o Resistividad ; 2.1.1 Definicin de la resistividad; 2.1.2 Materiales conductores de baja resistividad ; 2.1.3 Materiales conductores de alta resistividad ; 2.2 Coeficiente de Variacin de la Resistencia con Temperatura;2.3 F.E.M. de Contacto ; 2.4 Otras Caractersticas de los Materiales Conductores; 2.4.1 Peso especfico ; 2.4.2 Coeficiente de conduccin del calor 2.4.3 Punto de fusin ; 2.4.4 Coeficiente de dilatacin lineal ; 2.4.5 Resistencia mecnica (a la traccin, a la compresin, dureza, etc.) ; 2.4.6 Soldabilidad ; 2.4.7 Resistencia a oxidacin y corrosin ; 2.4.8 Variacin de la resistencia de los conductores con la frecuencia; 2.4.8.1 Efecto pelicular; 2.4.8.2 Profundidad de penetracin; 2.4.8.3 Resistencia en C.A.; III-3) Materiales aislantes; 3.1 Distintos usos de un Aislante ; 3.1.1 Soporte; 3.1.2 Revestimiento de Conductores ; 3.1.3 Impregnacin; 3.1.3.1 Impregnacin a la Presion Atmosferica; 3.1.3.2 Impregnacin al Vacio; 3.1.4 Encapsulado; 3.1.5 Dielectrico; 3.1.6 Sustrato; 3.1.7 Clasificacion de los dielectricos por la temperatura; 3.1.7.1 Distintos tipos de dielectricos; 3.1.7.1.1 Caucho; 3.1.7.1.2 Ceras minerales; 3.1.7.1.3 Derivados de la celulosa; 3.1.7.1.4 Resinas termoplasticas; 3.1.7.2 Resinas termoendurecidas; 3.1.8 Baja constante dielectrica relativa; 3.1.9 Alta constante dielectrica relativa; 3.2 Caracteristicas electricas de los aislantes; 3.2.1 Resistividad de masa o volumtrica; 3.2.1.1 Resistividad volumtrica medida en la practica; 3.2.1.2 Relacion entre la corriente y la tensin; 3.2.2 Resistividad superficial; 3.2.2.1 Solubilidad de un aislante en agua; 3.2.2.2 Definicion de la resistividad superficial; 3.2.3 Rigidez dielectrica; 3.2.4 Constante dielectrica relativa; 3.2.4.1 Efecto de la polarizacion; 3.2.5 Perdidas dielectricas tangente ; 3.3 Caracteristicas varias de los materiales aislantes; 3.3.1 Resistencia a la traccin; 3.3.2 Temperatura mxima admisible; 3.3.3 Clases de los materiales aislantes segn el CEI; 3.3.4 Isotropia de los dielectricos; 3.3.5 Materiales anisotropicos; 3.4 Aislantes gaseosos; 3.4.1 Rigidez dielectrica de los gases; 3.4.2 Ley de PASCHEN. CAPITULO IV (PAG. 1 a 28) MATERIALES MAGNTICOS

a) Introduccin; b) Materiales paramagnticos; c) Materiales dimagnticos ; d) Magnetizacin: spin magnetico; e) Dominios magneticos; 1) Caractersticas de los materiales magnticos ; 1.1 Ciclo de Histeresis de un Material Magnetico.; 1.1.1 Curva virgen de magnetizacin; ; 1.1.2 Induccin de saturacin Bs ; 1.1.3 Induccin remanente Br ; 1.1.4 Intensidad de campo coercitivo o fuerza coercitiva Hc; 1.1.5 Lazo de histresis cclico ;

2 1.2) Clasificacin de los materiales magnticos segn la forma del lazo de histresis ; 2) Materiales magnticos blandos ; 2.1 Permeabilidad magnetica; 2.1.1 Permeabilidad absoluta ; 2.1.2 Permeabilidad diferencia l (d) ; 2.1.2.1 Permeabilidad inicial (i) ; 2.1.3 Permeabilidad mxima (mx) ; 2.1.4 Permeabilidad incremental () ; 2.1.5 Permeabilidad de corriente continua o esttica (cc) ; 2.2) Induccin de saturacin Bs ; 2.3) Perdidas en materiales magnticos ; 2.3.1 Perdidas por histresis, Formula de Steinmetz; 2.3.2 Prdidas por corrientes parsitas o de Foucault ; 2.3.3 Perdidas residuales ; 2.4 Resistividad ; 2.5 Punto de curie ; 2.6 Efecto pelicular magntico ; 2.7 Anisotropa (falta de isotropia) ; 2.8) Caractersticas mecnicas ; 3) Materiales magnticos duros ; 3.1 Producto de energa especifica P.E.E. ; IV-4) Ncleos para inductores y transformadores ; 4.1) Ncleos laminados ; 4.1.1 Ncleos en anillo armados con tiras I ; 4.1.2 Ncleos E-I (o acorazados) ; 4.1.2.1 Laminacion sin desperdicio; 4.1.3 Nucleos Toroidales laminados ; 4.1.3.1 Ncleos toroidales de chapas planas apiladas ; 4.1.3.2 Ncleos toroidales de cinta arrollada ; 4.1.3.3 Ncleos acorazados (E - E) de cinta arrollada ; 4.1.4 Clculo aproximado de las prdidas en ncleos acorazados laminados ; 4.2) Ncleos de materiales no metlicos ferritas ; 4.2.1 Ncleos acorazados de ferrita (E - E) ; 4.2.2 Ncleos toroidales de ferrita (o de polvos aglomerados) ; 4.2.3 Ncleos en forma de cazoleta. IV-5) Ferritas 5.1 Ferritas magnticamente duras ; 5.2 Ferritas magnticamente blandas ; Grafico i vs. Frecuencias Bajas ; Grafico i vs. Frecuencias Altas ; tg / i vs. Frecuencias Bajas ; tg / i vs. Frecuencias Altas ; Grafico S' y S' vs. Frecuencia ; Tipos de Ferritas de Alta Frecuencia ; 5.3) Caractersticas principales de las ferritas ; 5.3.1 Coeficiente de temperatura ; 5.3.2 Factor de desacomodacin ; 5.3.3 Magnetostriccin ; 5.3.4 Factor de inductancia (CAl) ; 5.4) En inductores con ncleo ; Curvas ISO Q ; Curvas Q vs. Frecuencia e Inductancia. CAPITULO V (pag. 1 a 45) INDUCTORES

V-1) Inductancia e inductores ; 1.1) Algunas consideraciones sobre la inductancia ; 1.2) Caractersticas de los inductores ; 1.3) Modelos circuitales de un inductor ; 1.3.1 Circuito equivalente serie de un inductor ; 1.3.2 Circuito equivalente paralelo de un inductor ; 1.3.3 Equivalencia de los circuitos equivalentes serie y paralelo ; 1.3.3.1 Inductores de RF sin Ncleo, Definicin de Q ; 1.3.3.2 Circuito Equivalente de un Inductor de RF con Ncleo de Aire; 1.3.3.3 Determinar Qe serie equivalente y la capacidad distribuida; 1.3.3.4 Factor de Sintonia ; 1.3.3.5 Obtencion del valor de Cd; 1.3.3.6 Otra forma de planteo; 1.3.3.7 Obtencion de Qo y QL; a) Ancho de Banda por Variacin de Frecuencia ; b) Ancho de Banda por Variacion de Capacidad ; 3)Factor de Sobretension ; Formulas para obtener valores de cualquier tipo de dipolos para Q > 10. Sustitucin Serie ; Sustitucin Paralelo ; 1.3.4 Circuito Equivalente Para Alta Frecuencia ; 1.3.5 Variacin de la Inductancia Efectiva en Alta Frecuencia; 1.3.5.1 Frecuencia de autorresonancia f0 ; 1.3.5.2 Comportamiento del inductor por encima de la frecuencia de autorresonancia ; 1.2.5.3 Choques de R.F.; V-2) Prdidas en inductores ; 2.1 Efecto de proximidad ; 2.2 Comportamiento del Q de inductores sin ncleo con la frecuencia ; V-3) Formas constructivas mas comunes de los inductores de adiofrecuencia sin ncleo ;3.1 Solenoide monocapa ; 3.2 Inductores multicapa ; 3.2.1 Bobinado Universal Honeycomb ; 3.3 Inductores planos ; V-4) Verificacin (clculo) de los parmetros elctricos de inductores sin ncleo ; 4.1 Clculos en inductores monocapa ; 4.1.1 Clculo terico de la inductancia de un solenoide monocapa ; 4.1.1.1 Clculo Prctico de la Inductancia: Frmula de WHEELER ; 4.1.2 Clculo del Q de solenoides monocapa ; 4.1.2.1 Clculo prctico del Q de un solenoide monocapa - Mtodo de MEDHURST ; 4.1.2.2 Calculo de la Relacion Optima d / p ; 4.1.3 Capacitancia Distribuida de Solenoides Monocapa ; 4.1.3.1 Clculo Prctico de la Capacitancia Distribuida de Solenoides Monocapa ; 4.2 Clculos en solenoides multicapa ; 4.3 Clculos en inductores planos ; V-5) Proyecto de inductores sin ncleo ; 5.1 Proyecto de solenoides monocapa sin ncleo ; 5.1.1 Criterios generales para el diseo de solenoides de Q mximo ; 5.1.2 Procedimiento del proyecto de solenoides monocapa ; 5.2 Proyecto de solenoides multicapa; 5.2.1 Bobina Honey Comb formas constructivas; 5.2.2 Bobinado Bank; V-6) Aspectos complementarios ; 6.1 Conductores multifilamentados (LITZ) ; 6.2 Blindaje de inductores ; 6.2.1 Material y espesor del blindaje ; 6.2.2 Atenuacin del Campo Incidente a traves de una Pared ; 6.3.3 Forma y tamao del blindaje ; 6.3.4 Variacin de la inductancia por efecto del blindaje Frmula de Boggle ; Uso de Conductores: a) como Blindaje, b) como conductor. CAPITULO VI (pag. 1 a 23) INDUCTORES CON NCLEO FERROMAGNTICO

VI-1) Introduccin; 1.1 Ventajas del uso de ncleos ferromagnticos ; 1.2 Clasificacin de los ncleos segn el tipo de circuito magntico; a) Inductores con circuito magnetico abierto donde la/lh > 1; b) Inductores con circuito magnetico cerrado la/lh