ELECTRICIDAD & ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

PROFESOR:

3 ELECTRÓNICA INDUSTRIAL BÁSICA

3.2 INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

(ANALÓGICA Y DIGITAL)

Son aquellas que pueden tomar un número infinito de valores comprendidos entre dos límites. La mayoría de los fenómenos de la vida real dan señales de este tipo. (presión, temperatura, etc.)

También llamadas variables discretas, entendiéndose por estas, las variables que pueden tomar un número finito de valores.

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Variable analógica Variable digital

SEÑALES ELÉCTRICAS Y ELECTRÓNICAS

En electrónica se trabaja con variables que toman la forma de Tensión o corriente estas se pueden denominar comúnmente señales.

Las señales primordialmente pueden ser de dos tipos:

TENSIÓN

Es la diferencia de potencial generada entre los extremos de un componente o dispositivo eléctrico. También podemos decir que es la energía capaz de poner en movimiento los electrones libres de un conductor o semiconductor. La unidad de este parámetro es el voltio (V). Existen dos tipos de tensión: la continua y la alterna.

Tensión continua (VDC) – Es aquella que tiene una polaridad definida, como la que proporcionan las pilas, baterías y fuentes de alimentación.

Tensión Alterna (VAC) – Es aquella cuya polaridad va cambiando o alternando con el transcurso del tiempo. Las fuentes de tensión alterna más comunes son los generadores y las redes de energía doméstica.

CORRIENTE

También denominada intensidad, es el flujo de electrones libres a través de un conductor o semiconductor en un sentido. La unidad de medida de este parámetro es el amperio (A). Al igual que existen tensiones continuas o alternas, las intensidades también pueden ser continuas o alternas, dependiendo del tipo de tensión que se utiliza para generar estos flujos de corriente.

RESISTENCIA

Es la propiedad física mediante la cual todos los materiales tienden a oponerse al flujo de la corriente. La unidad de este parámetro es el Ohmio (Ω). No debe confundirse con el componente resistor.

SEÑAL ANALÓGICA

Señal eléctrica analógica es aquella en la que los valores de la tensión o voltaje varían constantemente en forma de corriente alterna, incrementando su valor con signo eléctrico positivo (+) durante medio ciclo y disminuyéndolo a continuación con signo eléctrico negativo (–) en el medio ciclo siguiente.

El cambio constante de polaridad de positivo a negativo provoca que se cree un trazado en forma de onda senoidal. Una señal analógica es un tipo de señal continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo.

En la naturaleza, el conjunto de señales que percibimos son analógicas, así la luz, el sonido, la energía etc., son señales que tienen una variación continua.

Una onda senoidal es una señal analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son señales analógicas que varían de acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden a la información que se está transmitiendo.

Como ventaja principal es que es fácil de generar por medios mecánicos y fácil de transportar (con poca intensidad y a voltajes muy elevados).

SEÑAL DIGITAL

La señal digital es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada (véase circuito de conmutación).

Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica, uno alto, H y otro bajo, L (de High y Low, respectivamente, en inglés). Por abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicación de la lógica y la aritmética binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa.

parte de la electrónica que estudia los sistemas en los cuales sus variables (en especial tensión y corriente) varían de una forma continua en el tiempo, pudiendo tomar infinitos valores.

En contraposición a la electrónica Analógica se encuentra la electrónica digital donde las variables solo pueden tomar valores discretos, teniendo siempre un estado perfectamente definido (en general un valor fijo de tensión y corriente).

ELECTRONICA ANALOGICA

ELECTRONICA DIGITAL

LA EXISTENCIA DE ESTOS DOS TIPOS DE SEÑALES, ANALÓGICAS Y DIGITALES, HACE QUE APAREZCAN DOS TIPOS DE ELECTRÓNICA:

ELECTRÓNICA ANALÓGICA

Transistor bipolar, componente muy usado en sistemas analógicos.

Pongamos un ejemplo:

Disponemos de una medida real concreta; la longitud total de un coche, por ejemplo.

En un sistema digital esta medida podría ser de 4 metros o de 4 metros y 23 centímetros. Podremos darle la precisión que queramos pero siempre serán cantidades enteras

En un sistema analógico la medida sería la real; es decir 4,233648596... en teoría hasta que llegásemos a la mínima cantidad de materia existente (siempre que el sistema de medida sea lo suficientemente exacto).

EN LAS SEÑALES ANALÓGICAS, LA INFORMACIÓN SE ENCUENTRA EN LA FORMA DE LA ONDA

ACTIVOS: Los Diodos semiconductores, las Baterías (o pilas), los Generadores, los Tubos de Vacío y los Transistores. PASIVOS: las resistencias, los condensadores y las bobinas.

Los circuitos electrónicos constan de componentes electrónicos interconectados.

Estos componentes se clasifican en dos categorías:

COMPONENTES ELECTRÓNICOS ANÁLOGOS

COMPONENTES ACTIVOS

ACTIVOS

Componente electrónico es una entidad física en un sistema electrónico cuya intención es afectar los electrones (o sus campos asociados) en una forma consistente con la función esperada del sistema electrónico. En otras palabras, es aquel dispositivo que forma parte de un circuito electrónico.

Componente el electrónico activo:

Es un componente electrónico capaz de excitar los circuitos o de realizar ganancias o control del mismo. Son, en general, los generadores eléctricos y ciertos componentes semiconductores (estos tienen un comportamiento no lineal, o sea, la relación entre la tensión aplicada y la corriente demandada no es lineal).

Un tubo de vacío consiste en una cápsula de vidrio de la que se ha extraído el aire, y que lleva en su interior varios electrodos metálicos.

Un tubo sencillo de dos elementos (diodo) está formado por un cátodo y un ánodo, este último conectado al terminal positivo de una fuente de alimentación. El cátodo (un pequeño tubo metálico que se calienta mediante un filamento) libera electrones que migran hacia él (un cilindro metálico en torno al cátodo, también llamado placa).

TUBOS DE VACÍO:

El diodo semiconductor está constituido fundamentalmente por una unión P-N, añadiéndole un terminal de conexión a cada uno de los contactos metálicos de sus extremos y una cápsula que aloja todo el conjunto, dejando al exterior los terminales que corresponden al ánodo (zona P) y al cátodo (Zona N)

El diodo deja circular corriente a través suyo cuando se conecta el polo positivo de la batería al ánodo, y el negativo al cátodo, y se opone al paso de la misma si se realiza la conexión opuesta.

Esta interesante propiedad puede utilizarse para realizar la conversión de corriente alterna en continua, a este procedimiento se le denomina rectificación.

DIODOS SEMICONDUCTORES:

En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente puro (también referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas. Las impurezas utilizadas dependen del tipo de semiconductores a dopar. A los semiconductores con dopajes ligeros y moderados se los conoce como extrínsecos. Un semiconductor altamente dopado, que actúa más como un conductor que como un semiconductor, es llamado degenerado.

El número de átomos dopantes necesitados para crear una diferencia en las capacidades conductoras de un semiconductor es muy pequeña. Cuando se agregan un pequeño número de átomos dopantes (en el orden de 1 cada 100.000.000 de átomos) entonces se dice que el dopaje es bajo o ligero. Cuando se agregan muchos más átomos (en el orden de 1 cada 10.000 átomos) entonces se dice que el dopaje es alto o pesado. Este dopaje pesado se representa con la nomenclatura N+ para material de tipo N, o P+ para material de tipo P.

DOPAJE (SEMICONDUCTORES)

Semiconductores de Grupo IV

Para los semiconductores del Grupo IV como Silicio, Germanio y Carburo de silicio, los dopantes más comunes son elementos del Grupo IIIo del Grupo V. Boro, Arsénico, Fósforo, y ocasionalmente Galio, son utilizados para dopar

al Silicio.

ELEMENTOS DOPANTES

TIPOS DE MATERIALES DOPANTES

Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que permiten la aparición de electrones sin huecos asociados a los mismos. Los átomos de este tipo se llaman donantes ya que "donan" o entregan electrones.

Suelen ser de valencia cinco, como el Arsénico y elFósforo.

De esta forma, no se ha desbalanceado la neutralidad eléctrica, ya que el átomo introducido al semiconductor es neutro, pero posee un electrón no ligado, a diferencia de los átomos que conforman la estructura original, por lo que la energía necesaria para separarlo del átomo será menor que la necesitada para romper una ligadura en el cristal de silicio (o del semiconductor original). Finalmente, existirán más electrones que huecos, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los últimos los minoritarios.

La cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.

TIPO N

El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo (dopaje N). En el caso del Fósforo, se dona un electrón.

Se llama así al material que tiene átomos de impurezas que permiten la formación de huecos sin que aparezcan electrones asociados a los mismos, como ocurre al romperse una ligadura. Los átomos de este tipo se llaman aceptores, ya que "aceptan" o toman un electrón. Suelen ser de valencia tres, como el Aluminio, el Indio o el Galio. Nuevamente, el átomo introducido es neutro, por lo que no modificará la neutralidad eléctrica del cristal, pero debido a que solo tiene tres electrones en su última capa de valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá a tomar electrones de los átomos próximos, generando finalmente más huecos que electrones, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los segundos los minoritarios. Al igual que en el material tipo N, la cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.

TIPO P

El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Boro (P dopaje). En el caso del boro le falta un electrón y, por tanto, es donado un hueco del electron

Los polímeros conductores pueden ser dopados al agregar reactivos químicos que oxiden (o algunas veces reduzcan) el sistema, para ceder electrones a las órbitas conductoras dentro de un sistema potencialmente conductor.

Existen dos formas principales de dopar un polímero conductor, ambas mediante un proceso de reducción-oxidación. En el primer método, dopado químico, se expone un polímero, como la melanina (típicamente una película delgada), a un oxidante (típicamente yodo o bromo) o a un agente reductor (típicamente se utilizan metales alcalinos, aunque esta exposición es bastante menos común). El segundo método es el dopaje electroquímico, en la cual un electrodo de trabajo, revestido con un polímero, es suspendido en una solución electrolítica, en la cual el polímero es insoluble, junto al electrodo opuesto, separados ambos. Se crea una diferencia de potencial eléctrico entre los electrodos, la cual hace que una carga (y su correspondiente ion del electrolito) entren en el polímero en la forma de electrones agregados (dopaje tipo N) o salgan del polímero (dopaje tipo P), según la polarización utilizada.

La razón por la cual el dopaje tipo N es mucho menos común es que la atmósfera de la tierra, la cual es rica en oxígeno, crea un ambiente oxidante. Un polímero tipo N rico en electrones reaccionaría inmediatamente con el oxígeno ambiental y se desdoparía (o reoxidaría) nuevamente el polímero, volviendo a su estado natural.

DOPAJE EN CONDUCTORES ORGÁNICOS

El transistor bipolar fue inventado en 1948 para sustituir al tubo de vacío triodo.

Está formado por tres capas de material dopado, que forman dos uniones pn (bipolares) con configuraciones pnp o npn. Una unión está conectada a la batería para permitir el flujo de corriente (polarización negativa frontal, o polarización directa), y la otra está conectada a una batería en sentido contrario (polarización inversa). Si se varía la corriente en la unión de polarización directa mediante la adición de una señal, la corriente de la unión de polarización inversa del transistor variará en consecuencia.

El principio puede utilizarse para construir amplificadores en los que una pequeña señal aplicada a la unión de polarización directa provocará un gran cambio en la corriente de la unión de polarización inversa.

TRANSISTORES:

El transistor está formado por la unión de tres capas de material semiconductor, de tipo P y tipo N, dispuestas de forma alternada (en forma de sándwich). Según la disposición de estas capas, podemos tener dos tipos de transistores:

Transistor PNP.

Transistor NPN.

Los más utilizados son los transistores NPN, por lo que vamos a centrarnos en el estudio de este tipo de dispositivos.

Cada una de las tres partes que constituyen el transistor se conecta a un terminal metálico que permitirá conectarlo a un circuito. Todo el conjunto se recubre con un encapsulado protector, que puede adoptar diversas formas y estar fabricado de materiales diversos (plástico, metal...). Por tanto, el transistor es un dispositivo de tres terminales, que reciben los nombres de emisor, base y colector.

ESTRUCTURA DEL TRANSISTOR

Uno formado por la unión emisor-base.Otro por la unión base-colector.

Esta peculiar estructura constituye la base del funcionamiento del transistor, pues el terminal de base controla el paso de corriente eléctrica entre el colector y el emisor.

PODEMOS CONSIDERAR EL TRANSISTOR CONSTITUIDO POR DOS DIODOS:

                                                                                                                                                                               Transistor

 la flecha indica la dirección de la corriente que circula a través del emisor: en un transistor NPN es saliente, mientras que en un transistor PNP va en sentido contrario, es decir, hacia dentro del dispositivo y, por consiguiente, la flecha se dibuja al revés.

Por el transistor circulan un conjunto de corrientes eléctricas cuyas direcciones y sentidos, para un transistor NPN, son:

IB : intensidad de corriente de base.

IC: intensidad de corriente de colector.

IE: intensidad de corriente de emisor.

Se observa que las corrientes de base y de colector entran en el transistor, mientras que la corriente de emisor sale del dispositivo; en consecuencia, podemos establecer la siguiente relación:

IE = IB + IC

ESQUEMA DE DOS TRANSISTORES

(FET, acrónimo inglés de Field-Effect Transistor, se denominan asi por que durante su funcionamiento la señal de entrada crea un campo electronica que controla el paso de corriente atraves del dispositivo. durante su funcionamiento la señal de entrada

La amplificación de la corriente se consigue de manera similar al empleado en el control de rejilla de un tubo de vacío. Los transistores de efecto de campo funcionan de forma más eficaz que los bipolares, ya que es posible controlar una señal grande con una cantidad de energía muy pequeña

Se utilizan preferentemente en la electyonica digital como amplificadores e interruptores lógicos.

TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO

1) Son dispositivos controlados por tensión con una impedancia de entrada muy elevada (10^7 a 10^12 ohmios).2) Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT.3) Los FET son más estables con la temperatura que los BJT.4) Los FET son más fáciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos y permiten integrar más dispositivos en un CI.5) Los FET se comportan como resistencias controlados por tensión para valores pequeños de tensión drenaje-fuente.6) La alta impedancia de entrada de los FET les permite retener carga el tiempo suficiente para permitir su utilización como elementos de almacenamiento.7) Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes.

1) Los FET presentan una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacidad de entrada.2) Los FET presentan una linealidad muy pobre, y en general son menos lineales que los BJT.3) Los FET se pueden dañar debido a la electricidad estática.En este apartado se estudiarán brevemente las características de ambos dispositivos orientadas principalmente a sus aplicaciones analógicas.

Ventajas del FETDesventajas que l imitan la

uti l ización de los FET

SE LOS PUEDE USAR COMO AMPLIFICADORES O COMO INTERRUPTORES ELECTRÓNICOS. SU VENTAJA ES QUE PUEDEN TRABAJAR A ALTAS FRECUENCIAS MIENTRAS QUE LOS TBJ SOLO TRABAJAN EN FRECUENCIAS BAJAS Y MEDIASLOS TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO O FET (FIELD EFFECT TRANSISTOR) SON PARTICULARMENTE INTERESANTES EN CIRCUITOS INTEGRADOS Y PUEDEN SER DE DOS TIPOS: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DE UNIÓN O JFET Y TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO METAL-ÓXIDO SEMICONDUCTOR (MOSFET).

La mayoría de los circuitos integrados son pequeños trozos, o chips, de silicio, de entre 2 y 4 mm2, sobre los que se fabrican los transistores.

Estos circuitos integrados son llamados monolíticos por estar fabricados sobre un único cristal de silicio. Los chips requieren mucho menos espacio y potencia, y su fabricación es más barata que la de un circuito equivalente compuesto por transistores individuales.

CIRCUITOS INTEGRADOS

TIPOS

Existen al menos tres tipos de circuitos integrados:

Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.

Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistores precisos.

Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula, transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Los resistores se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, en cápsulas plásticas o metálicas, dependiendo de la disipación de energía calórica requerida. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente se cubre el circuito con una resina epoxi para protegerlo. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para aplicaciones en módulos de radio frecuencia(RF), fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

EJEMPLOS DE CIRCUITOS INTEGRADOS

•Comparador ( LM741, LM311...) .Se emplea para comparar el nivel de dos señales . Podemos, por ejemplo, activar un ventilador si se supera una determinada temperatura.ç

•Regulador de tensión (7805, 7806, 7809...) . Se utiliza cuando es necesario obtener una tensión continua a partir de la tensión alterna de la red eléctrica .•Temporizador (555) . Permite controlar el tiempo que un dispositivo está encendido . Por ejemplo, el apagado automático de la luz de la escalera

COMPONENTES PASIVOS

Las resistencias se emplean para controlar la corriente en los circuitos electrónicos. Se elaboran con mezclas de carbono, láminas metálicas o hilo de resistencia, y disponen de dos cables de conexión.

A las resistencias variables se le llaman reóstatos o potenciómetros, con un brazo de contacto deslizante y ajustable, suelen utilizarse para controlar el volumen de radios y televisiones.

RESISTENCIAS:

Los condensadores están formados por dos placas metálicas separadas por un material aislante. Si se conecta una batería a ambas placas, durante un breve tiempo fluirá una corriente eléctrica que se acumulará en cada una de ellas. Si se desconecta la batería, el condensador conserva la carga y la tensión asociada a la misma. Las tensiones rápidamente cambiantes, como las provocadas por una señal de sonido o de radio, generan mayores flujos de corriente hacia y desde las placas; entonces, el condensador actúa como conductor de la corriente alterna..

CONDENSADORES:

 Es un conjunto de dos superficies conductoras en influencia total, usualmente separadas por un medio dieléctrico, que sirve para almacenar energía eléctrica.

Un condensador (en inglés, capacitor1 2 , nombre por el cual se le conoce frecuentemente en el ámbito de la electrónica y otras ramas de la física aplicada), es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campoeléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por elvacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.

Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como capaz de almacenar la energía eléctrica que recibe durante la carga, a la vez que la cede de igual forma durante la descarga.

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UN CONDENSADOR ELÉCTRICO

TIPOS DE CONDENSADORES MÁS HABITUALES

Condensador en el que un dispositivo mecánico (un tornillo, por ejemplo) permite regular su capacidad al hacer desplazarse unas armaduras móviles entre unas fijas

CONDENSADOR AJUSTABLE

Condensador constituido por un dieléctrico cerámico revestido en sus dos caras de capas metálicas, normalmente plata, que actúan como armaduras. Gracias a la alta constante dieléctrica de las cerámicas, se consiguen grandes capacidades con un volumen muy pequeño.

CONDENSADOR CERÁMICO

Condensador de papel

Condensador cuyo dieléctrico está constituido por papel, por lo general impregnado de una cera mineral o un aceite (mineral o sintético).

 

Condensador de papel metalizado

Condensador de papel cuyas armaduras están constituidas por una película metálica depositada por evaporación al vacío en una de las caras del papel.

 

Condensador electrolítico

Condensador, generalmente polarizado, que contiene dos electrodos, uno de ellos formado por un electrolito, que bajo la acción de una corriente eléctrica hace aparecer una capa de dieléctrico por oxidación del ánodo. Existen dos bases oxidable principales;el aluminio y el tantalio dando origen a los condensadores de óxido de aluminio y loscondensadores de óxido de tantalio.

Condensador que utiliza como dieléctrico una fina capa de material plástico. Existen varios plásticos con propiedades dieléctricas:

Poliestireno

Polipropileno

Politetrafluoretileno (Teflón)

Tereftalato de polietileno (Poliester)

Policarbonato

Triacetato de celulosa

Poliparaxileno

De todos ellos el más utilizado es el poliester ya que admite su metalización consiguiéndose condensador de tamaño muy reducido y bajo precio.

 

CONDENSADOR DE PLÁSTICO

Los condensadores suelen usarse para:

Baterías, por su cualidad de almacenar energía.

Memorias, por la misma cualidad.

Filtros.

Adaptación de impedancias, haciéndolas resonar a una frecuencia dada con otros componentes.

Demodular AM, junto con un diodo.

El flash de las cámaras fotográficas.

Tubos fluorescentes.

Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión.

USOS

Las bobinas (también llamadas inductores) consisten en un hilo conductor enrollado. Al pasar una corriente a través de la

bobina, alrededor de la misma se crea un campo magnético que tiende a oponerse a los cambios bruscos de la intensidad

de la corriente. Al igual que un condensador, una bobina puede utilizarse para diferenciar entre señales rápida y

lentamente cambiantes (altas y bajas frecuencias). Al utilizar una bobina conjuntamente con un condensador, la tensión de

la bobina alcanza un valor máximo a una frecuencia específica que depende de la capacitancia y de la inductancia. Este

principio se emplea en los receptores de radio al seleccionar una frecuencia específica mediante un condensador variable.

BOBINAS:

ELECTRÓNICA DIGITAL

La electrónica digital es una parte de la electrónica que se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada en dos únicos estados. A dichos estados se les puede llamar "verdadero" o "falso", o más comúnmente 1 y 0, refiriéndose a que en un circuito electrónico hay (1 - verdadero) tensión de voltaje o hay ausencia de tensión de voltaje (0 - falso).

Electrónicamente se les asigna a cada uno un voltaje o rango de voltaje determinado, a los que se les denomina niveles lógicos, típicos en toda señal digital. Por lo regular los valores de voltaje en circuitos electrónicos pueden ir desde 1.5, 3, 5, 9 y 18 Volts dependiendo de la aplicación

Se diferencia de la electrónica analógica en que, para la electrónica digital un valor de voltaje codifica uno de estos dos estados, mientras que para la electrónica analógica hay una infinidad de estados de información que codificar según el valor del voltaje.

La electrónica digital trabaja con números. La información está en los números y no en la forma de señal. Cualquier señal siempre se puede convertir a números y recuperarse posteriormente

ELEMENTOS BÁSICOS DE ELECTRÓNICA ANALÓGICA(DIODO, DIODO EMISOR DE LUZ, TRANSISTOR,

SCR Y TRIAC)

El diodo es el componente electrónico mas básico, es de

dos terminales y permite la conducción eléctrica a través de el en un solo sentido por eso se le llama diodo semiconductor.

La propiedad semiconductora de un diodo se aprovecha para convertir la Corriente Alterna en Pulsante y con la ayuda de un capacitor se obtiene la Corriente Directa, por esto se le llama rectificador ya que son capaces de eliminar la parte negativa de cualquier señal.

EL DIODO

El diodo semiconductor esta formado por un cristal que puede ser de Silicio (Si), o Germanio (Ge), el cual es contaminado con impurezas para crear una parte con portadores de carga negativos (electrones)  llamado semiconductor tipo N, y en el otro extremo crea portadores con carga positiva (huecos) llamado semiconductor tipo P, las terminales del diodo se conectan a cada región, entonces el diodo es la unión de un semiconductor tipo N y otro tipo P (NP), el que sea tipo N o tipo P se logra contaminando el silicio con dos elementos químicos diferentes.

TIPOS DE DIODOS

DIODOS METAL-SEMICONDUCTOR

Los más antiguos son los de Germanio con punta de tungsteno o de oro. Su aplicación más importante se encuentra en HF, VHF y UHF. También se utilizan como detectores en los receptores de modulación de frecuencia. Por el tipo de unión que tiene posee una capacidad muy baja, así como una resistencia interna en conducción  que produce una tensión máxima de 0,2 a 0,3v. El diodo Schottky son un tipo de diodo cuya construcción se basa en la unión metal conductor con algunas diferencias respecto del anterior.La conexión se establece entre un metal y un material semiconductor con gran concentración de impurezas, de forma que solo existirá un movimiento de electrones, ya que son los únicos portadores mayoritarios en ambos materiales. Al igual que el de germanio, y por la misma razón, la tensión de umbral cuando alcanza la conducción es de 0,2 a 0,3v. Igualmente tienen una respuesta notable a altas frecuencias, encontrando en este campo sus aplicaciones más frecuentes. Un inconveniente de esto tipo de diodos se refiere a la poca intensidad que es capaz de soportar entre sus extremos. El encapsulado de estos diodos es en forma de cilindro , de plástico o de vidrio. De configuración axial. Sobre el cuerpo se marca el cátodo, mediante un anillo serigrafiado.

DIODOS RECTIFICADORES

Su construcción está basada en la unión PN siendo su principal aplicación como rectificadores. Este tipo de diodos (normalmente de silicio) soportan elevadas temperaturas (hasta 200ºC en la unión), siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensión inversa muy pequeña. Gracias a esto se pueden construir diodos de pequeñas dimensiones para potencias relativamente grandes, desbancando así a los diodos termoiónicos desde hace tiempo. Sus aplicaciones van desde elemento indispensable en fuentes de alimentación como en televisión, aparatos de rayos X  y microscopios electrónicos, donde deben rectificar tensiones altísimas. En fuentes de alimentación se utilizan los diodos formando configuración en puente (con cuatro diodos en sistemas monofásicos), o utilizando los puentes integrados que a tal efecto se fabrican y que simplifican en gran medida el proceso de diseño de una placa de circuito impreso. Los distintos encapsulados de estos diodos dependen del nivel de potencia que tengan que disipar. Hasta 1w se emplean encapsulados de plástico. Por encima de este valor el encapsulado es metálico y en potencias más elevadas es necesario que el encapsulado tenga previsto una rosca para fijar este a un radiador y así ayudar al diodo a disipar el calor producido por esas altas corrientes. 

DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCIÓN

La desactivación de un relé provoca una corriente de descarga de la bobina en sentido inverso que pone en peligro el elemento electrónico utilizado para su activación.

Un diodo polarizado inversamente cortocircuita dicha corriente y elimina el problema.

El inconveniente que presenta es que la descarga de la bobina es más lenta, así que la frecuencia a la que puede ser activado el relé es más baja. Se le llama comúnmente diodo volante.

DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCIÓN DE UN DIODO LED EN

ALTERNA.

El diodo Led cuando se polariza en c.a. directamente conduce y la tensión cae sobre la resistencia limitadora, sin embargo, cuando se polariza inversamente, toda la tensión se encuentra en los extremos del diodo, lo que puede destruirlo. 

DIODOS ZENER.

Se emplean para producir entre sus extremos una tensión constante e independiente de la corriente que las atraviesa según sus especificaciones.

Para conseguir esto se aprovecha la propiedad que tiene la unión PN cuando se polariza inversamente al llegar a la tensión de ruptura (tensión de Zener), pues, la intensidad inversa del diodo sufre un aumento brusco.

Para evitar la destrucción del diodo por la avalancha producida por el aumento de la intensidad se le pone en serie una resistencia que limita dicha corriente. Se producen desde 3,3v  y con una potencia mínima de 250mW.

Los encapsulados pueden ser de plástico o metálico según la potencia que tenga que disipar. 

Es un semiconductor (diodo) que emite una luz cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica. 

Consiste en un dispositivo que en su interior contiene un material semiconductor que al aplicarle una determinada corriente eléctrica produce luz.

La luz emitida por este dispositivo es de un determinado color que no produce calor, por lo tanto, no se presenta aumento de temperatura como ocurre con muchos de los dispositivos comunes emisores de luz.

DIODO EMISOR DE LUZ LED ( LIGHT EMITTING DIODE)

)

Los valores de diferencia de potencial para cada color son los

siguientes:

Rojo = 1,8 a 2,2vAnaranjado = 2,1 a 2,2v

Amarillo = 2,1 a 2,4vVerde = 2 a 3,5vAzul = 3,5 a 3,8v

Blanco = 3,6v

VALORES

SE UTILIZAN COMO SEÑAL VISUAL Y EN EL CASO DE LOS INFRARROJOS EN LOS MANDOS A DISTANCIA. SE

FABRICAN ALGUNOS LEDS ESPECIALES:

LED BICOLOR.- Están formados por dos diodos conectados en paralelo e inverso. Se suele utilizar en la detección de polaridad.

LED TRICOLOR.- Formado por dos diodos Led (verde y rojo) montado con el cátodo común. El terminal más corto es el ánodo rojo, el del centro, es el cátodo común y el tercero es el ánodo verde.

DISPLAY.- Es una combinación de diodos Led que permiten visualizar letras y números. Se denominan comúnmente displays de 7 segmentos. Se fabrican en dos configuraciones: ánodo común y cátodo común.

EN CUANTO A ELEMENTOS QUÍMICOS

Arseniuro de galio............................ Infrarrojo

Arseniuro de galio y aluminio......Rojo e infrarrojo

Arseniuro fosfuro de galio .................Rojo, naranja y amarillo

Nitruro de galio ...................................Verde

Seleniuro de zinc ..................................Azul

Nitruro de galio e indio .........................Azul

Carburo de silicio ...................................Azul

FOTODIODO

Son dispositivos semiconductores construidos con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja.

Para que su funcionamiento sea correcto se polarizarán inversamente, con lo que producirán una cierta circulación de corriente cuando sean excitados por la luz.

Debido a su construcción se comportan como células fotovoltaicas, es decir, en ausencia de tensión exterior, generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo.

Tienen una velocidad de respuesta a los cambios bruscos de luminosidad mayores a las células fotoeléctricas.

DIODO DE CAPACIDAD VARIABLE (VARICAP)

Son diodos que basan su funcionamiento en el principio que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN varia en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos.

Al aumentar dicha tensión, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo.

De este modo se obtiene un condensador variable controlado por tensión.

Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500pF.

La tensión inversa mínima tiene que ser de 1v. 

La aplicación de estos diodos se encuentra en la sintonía de TV, modulación de frecuencia en transmisiones de FM y radio, sobre todo.   

TRANSISTOR SCR

El SCR es un dispositivo semiconductor formado por cuatro capas de material semiconductor .

Posee tres conexiones: ánodo, cátodo y puerta.

La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido.

Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir.

Una vez arrancado, podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento. Trabajando en corriente alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo.

Lo que hace al SCR especialmente útil para el control de motores en sus aplicaciones es que el voltaje de ruptura o de encendido puede ajustarse por medio de una corriente que fluye hacia su compuerta de entrada. Cuanto mayor sea la corriente de la compuerta, tanto menor se vuelve VBO. Si se escoge un SCR de tal manera que su voltaje de ruptura, sin señal de compuerta, sea mayor que el mayor voltaje en el circuito, entonces, solamente puede activarse mediante la aplicación de una corriente a la compuerta. VBO=Voltaje de ruptura directo

ESTRUCTURA DE UN SCR

FUNCIONAMIENTO BASICO

Al aplicarse una corriente IG al terminal G (base de Q2 y colector

de Q1), se producen dos corrientes: IC2 = IB1.

IB1 es la corriente base del transistor Q1 y causa que exista una corriente de colector de Q1

(IC1) que a su vez alimenta la base del transistor Q2 (IB2), este a su vez causa más corriente en IC2, que es lo mismos que IB1 en la

base de Q1, y......

Este proceso regenerativo se repite hasta saturar Q1 y Q2

causando el encendido del SCR.

CARACTERÍSTICAS GENERALES

 

  • Interruptor casi ideal.

  • Soporta tensiones altas.

  • Amplificador eficaz.

  • Es capaz de controlar grandes potencias.

• Fácil controlabilidad.

• Relativa rapidez.

  • Características en función de situaciones pasadas (memoria).

TRANSISTOR TRIAC

Un TRIAC o Tríodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los

tiristores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es

bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar

la corriente alterna.

Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en

direcciones opuestas.

Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y

puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta.

Cuando el triac conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo la dirección de flujo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es mas positivo en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de MT1 a MT2. En ambos casos el triac se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el triac deja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales principales sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto actúa como un interruptor abierto. Debe tenerse en cuenta que si se aplica una variación de tensión importante al triac (dv/dt) aún sin conducción previa, el triac puede entrar en conducción directa.

CARACTERISTICAS

- El TRIAC conmuta del modo de corte al modo de conducción cuando se inyecta corriente a la compuerta. Después del

disparo la compuerta no posee control sobre el estado del TRIAC. Para apagar el TRIAC la corriente anódica debe

reducirse por debajo del valor de la corriente de retención Ih.

- La corriente y la tensión de encendido disminuyen con el aumento de temperatura y con el aumento de la tensión de

bloqueo.

- La aplicación de los TRIACS, a diferencia de los Tiristores, se encuentra  básicamente en corriente alterna. Su curva

característica refleja un funcionamiento muy parecido al del tiristor apareciendo en el primer y tercer cuadrante del sistema de ejes. Esto es debido a su bidireccionalidad.

- La principal utilidad de los TRIACS es como regulador de potencia entregada a una carga, en corriente alterna. 

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BIBLIOGRAFÍA