Basic Electronic ESP

ELECTRNICA BASICA

ELECTRONICA BASICA

Publicado por el Centro de Entrenamiento Tcnico de Chonan

1 Centro de Entrenamiento Tcnico de Chonan Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Tcnica de Kia Chile S.A.

ELECTRNICA BASICA

PREFACIOEste manual de entrenamiento y servicio ha sido preparado para los tcnicos de los Servicio Autorizado para familiarizarlos con la electrnica bsica del vehculo. Es nuestra intencin aumentar el nivel de destreza y conocimiento del personal de servicio para permitir el diagnstico de los problemas efectiva y eficientemente, facilitando el diagnstico y la reparacin.


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CONTENIDOS1. Generalidades 2. Composicin / esencia de electricidad................... 3. Conductor & no conductor 4. Semiconductores 4 5 6 8 8. Termistor 42 8.1 Tipo NTC.......................................................... 42 8.2 Tipo PTC......................................................... 43

9. Celda Fotoconductiva........................................ 44 10. Elemento Piezo-elctrico 46 11. Efecto Hall............................................................ 47 12. Circuito Integrado 49 12.1 Generalidades del Circuito Integrado.49 12.2 C.I Anlogo...................................................... 50 12.3 C.I. Digital. 51 12.4 Diferentes circuitos lgicos. 52 13. Microcomputador 14. Comprender el circuito electrnico................. 57 61

4.1 Qu es un semiconductor .. 8 4.2 Material del semiconductor................................... 9

4.3 Clasificacin de los semiconductores.................... 10 5. Diodos..14 5.1 Generalidades de los Diodos.. 14 5.2 Uso de Diodos & Simbologa............. 14 5.3 Operacin de Diodos.................................... 15 5.4. Caractersticas del diodo...................................... 17 5.5 Operacin del Diodo Rectificador.............. 18 5.6 Ejemplo del uso de diodos en el automvil.........20 5.7 Mtodo de chequeo de diodo usando multmetro. 22 6. Diodos especiales de tipo semiconductor...... 24

APENDICE ... 65

6.1 Diodo Zener 24 6.2 Foto diodo 26 6.3 LED (Diodo Emisor de Luz).................................. 27 7. Transistor 29 7.1 Qu es un transistor? . 29 7.2 Operacin Bsica de un transistor....................... 30 7.3 Anlisis de un transistor bueno/malo...................... 39


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1. GeneralidadesHoy en da en el automvil, existen campos de aplicacin esenciales que utilizan la electricidad y la electrnica, inicindose con el simple uso de un interruptor ON/OFF de un foco hasta dispositivos del sistema de control del motor (EMS), sistema de frenos antibloqueo (ABS), sistema de control de traccin (TCS), sistema de airbag, sistema de instrumentos, sistema electrnico de la carrocera (BCM), etc., requiriendo el uso de un microcomputador. Debido al uso de muchos equipos elctricos sofisticados y partes electrnicas, aparecen tambin muchos defectos electrnicos en comparacin a los defectos mecnicos tradicionales, como causas de problemas en el automvil. El conocimiento y aprendizaje bsico de electricidad y electrnica aparecen como una exigencia adicional para el servicio y mantencin del automvil. Esperamos que esta sea la oportunidad para entender los principios bsicos y aprender como ellos se aplican en el automvil, sin considerar la complicada estructura o cualquier teora acadmica. Se espera que sea una pequea ayuda en una mantencin ms eficiente y la reparacin de los problemas.


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2. Composicin y esencia de la electricidadLa materia est compuesta de molculas, las cuales a su vez estn compuestas qumicamente de tomos. Ejemplo: molcula de agua (H2O) = dos tomos de hidrgeno (H2) + un tomo de oxgeno (O) Orbita M Electrn Protn Neutrn Orbita L Ncleo Atmico Orbita K

Modelo del AtomoComo se muestra en la figura de arriba, los electrones estn girando rpidamente alrededor del ncleo en conformidad con las rbitas respectivas, como la tierra y los planetas estn girando alrededor del sol. Slo ciertos nmeros de electrones pueden existir en cada rbita (K: 2, L: 8, M: 18,...) mientras que cada elemento tiene un nmero caracterstico de electrones (por ejemplo: hidrgeno 1, carbono 6, oxgeno 8,...). Generalmente, el ncleo tiene electricidad positiva (+) y el electrn tiene electricidad negativa (-), estos dos tienen caractersticas de atraccin mutua, por lo que el tomo se mantiene elctricamente neutro (cantidad de electricidad positiva = cantidad de electricidad negativa). Debido a la fuerza de atraccin del ncleo atmico que va hacia los electrones de la rbita ms externa (valencia de electrones) es el ms dbil, estos electrones se escapan fcilmente desde la rbita con estmulos externos (calor, electricidad, luz....) movindose a otras rbitas. Estos electrones que salieron de la rbita, son llamados electrones libres, los cuales son la esencia de la electricidad. El movimiento de estos electrones libres produce directamente la corriente elctrica. Esto significa que el movimiento que iniciaron estos electrones libres corresponde al flujo de corriente elctrica.


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3. Conductor y no conductorLa materia se clasifica elctricamente y puede dividirse en conductores, que transmiten la electricidad y no conductores que no transmiten bien la electricidad, adems de los semiconductores con caractersticas intermedias, estando estas determinadas por la configuracin electrnica de acuerdo a la estructura del material. 1) Conductor : donde la electricidad fluye bien Aqu se encuentran la mayora de los metales, los electrones libres pueden moverse bien en el interior del material. El orden de una buena conductividad de electricidad es: Plata Oro Aluminio Tungsteno Zinc Nquel .... 2) No conductor : donde la electricidad no fluye bien Es llamado aislante, los electrones libres se generan fcilmente, por ejemplo: cermica, vidrio, goma, plstico, madera, etc . 3) Semiconductor : tiene las caractersticas medias entre el conductor y el no conductor. Entre estos estn el silicio (Si), germanio (Ge), selenio (Se) etc . los que son usados como materia prima de la parte electrnica. Cobre

El cableado del automvil del tipo de alambres multiples est recubierto por una funda, donde el cobre (aleacin) es principalemte usado como el material conductor. El grosor del alambre est determinado por la cantidad de corriente elctrica, carga, continuidad, temperatura, etc. Mientras mayor es la corriente elctrica, mayor ser el tiempo de flujo de electrones y de mayor espesor debe ser el cable elctrico. Tabla de Especificaciones Generales Area (mm2) 0.5 0.85 1.25 2 3 5 8 15 20 Dimetro del alambre 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.45 0.45 0.8 N de alambr es 7 11 16 26 41 65 50 84 41 Dimetro exterior del cable 2.2 2.4 2.7 3.1 3.8 4.6 5.5 7.0 8.2 Corriente permisible (A) 9 12 15 20 27 37 47 59 84 2.2 mm 0.32 mm

0.5 mm2 (Corriente elctrica permisible = 9 A)


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4. Semiconductor4.1 Qu es un semiconductor? En la materia, hay conductores donde la corriente elctrica fluye con facilidad, y no conductores donde es difcil que el flujo de corriente. El semiconductor denota un material de mediana propiedad entre el conductor y el aislante. Particularmente, en este, la corriente elctrica no fluye con facilidad como en el conductor, ni difcil como en el no conductor. El semiconductor es un material que tiene ciertas propiedades elctricas, por lo tanto el semiconductor es un material que tiene caractersticas medias entre el conductor y el no conductor.


ELECTRNICA BASICA4.2 Material del Semiconductor La resistencia especfica del cobre usado como conductor elctrico es de 10-6cm (la ms baja) y la resistencia especfica del Ni-Cr usado como cable elctrico es de 10-4cm, estos materiales son llamados conductores, porque conducen la electricidad con facilidad. Si la resistencia especfica es ms de 1010cm entonces se puede conducir muy poca electricidad, de manera que este material es usado como aislante. El material entre el conductor y aislador, que no pertenece a los materiales conductores ni a los no conductores, reciben el nombre de semiconductores, entre los que estn el germanio y el silicio, los que son utilizados en la fabricacin del diodo y el transistor.

Estado

Resistencia especfica 10-6

Material Plata, Cobre Platino Cromo Nquel Electrodo de carbn Pirita

Conductor

10-4 10-2 1

Semi conductor

102 104 106 108

Germanio Silicio Dixido de cobre

No conductor

1010 1012 1013 1014 1015 1016

Baquelita

Mica , diamante

Cristal

1018

Cristal de Cuarzo


ELECTRNICA BASICALos Semiconductores juegan el rol de conductores o no conductores de acuerdo a la condicin especfica (relacin entre el voltaje, corriente elctrica, temperatura, etc.). Los elementos principales que se utilizan comnmente usados son el silicio (Si) y el germanio (Ge), algunos semiconductores de alta pureza son llamados intrnsecos. El silicio y el germanio respectivamente tienen cuatro electrones en la rbita ms externa. Particularmente, en su estructura de cristal, cada tomo comparte sus propios cuatro electrones con su tomo par. Debido a tal enlace covalente, el material es un aislador elctrico y tiene un valor de utilizacin elctrica bajo, de modo que no puede ser usado independientemente como semiconductor. Por lo tanto, es usado como semiconductor agregando una pequea cantidad de impurezas, en forma proporcional a otros elementos del tomo. 4.3 Clasificacin del semiconductor El Semiconductor est mayoritariamente constituido de dos formas. Est el semiconductor intrnseco que no contiene impurezas en el material de cristal y el semiconductor que se le agregan impureza de materias especficas al interior del semiconductor intrnseco para mejorar la conductividad. Generalmente el diodo y el transistor pertenecen al tipo de semiconductor con impurezas. Este semiconductor con impurezas se clasifica de acuerdo a rol del material aadido como impureza, en dos tipos. El material agregado como impureza aumenta en el semiconductor el nmero de: Electrones libres dentro del semiconductor Huecos dentro del semiconductor

Por lo tanto los semiconductores que aaden impurezas para aumentar el nmero de electrones libres son llamados semiconductores de tipo negativo, mientras que aquellos que aaden impurezas para aumentar el nmero de huecos son llamados semiconductores tipo positivo. Bloque externo S de la rbita

Si

S

S

S

S


ELECTRNICA BASICA4.3.1 Semiconductor Intrnseco El semiconductor intrnseco no contiene ningn material impuro en su estructura de cristal. La pureza del semiconductor intrnseco es refinada en alrededor de 99.999999999 % El Germanio y el Silicio pertenecen a este tipo. 4.3.2 Semiconductor de Impurezas Este semiconductor agregada materiales de impureza especfica dentro del semiconductor intrnseco para mejorar la conductividad. Los semiconductores comunes como el diodo o transistor pertenecen a este tipo de semiconductor. Clasificacin de semiconductores de impureza a. El semiconductor tipo N agrega impurezas para aumentar el nmero de electrones libres en el semiconductor. b. El semiconductor tipo P agrega impureza para aumentar el nmero de huecos en el semiconductor. 1) Semiconductor tipo P Es fabricado agregando algunos materiales que tienen tres electrones de valencia (Ga : galio; In : galio; B : boro) en el semiconductor intrnseco. Aunque el silicio tiene un electrn de cuatro capas externas, si estos dos tipos de materiales se encuentran entre ellos, entonces el tomo de silicio desde estos dos tipos de tomos, no pueden compartir un electrn, de modo que la corriente elctrica puede fluir mas fcil, mientras que este espacio disponible en el octeto es llamado hueco. Por lo que recibe el nombre de semiconductor tipo P (positivo) porque asume la electricidad positiva (+) por deficiencia de electrones. Cuando se aplica voltaje, el electrn llena el espacio hueco, por lo que el hueco se mueve continuamente hacia abajo; la corriente elctrica entonces fluye a travs del hueco en el semiconductor tipo P.

Hueco Estructura de tipo del Semiconductor P 11 Centro de Entrenamiento Tcnico de Chonan Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Tcnica de Kia Chile S.A.

ELECTRNICA BASICA2) Semiconductor tipo N Es fabricado agregando materiales que tiene cinco capas externas de electrones ( P : fsforo; As : arsnic o ; Sb : antimonio) en el semiconductor intrnseco. Si el elemento de valencia 5 es agregado como unin con el silicio, entonces un electrn permanece como exceso en el octeto, por lo tanto la conductividad elctrica puede ser realizada ms fcilmente mediante la actividad de este electrn libre. Es llamado semiconductor tipo N (negativo) porque asume la electricidad negativa (-). La corriente elctrica fluye mediante el electrn en el semiconductor tipo N (portador: electrn ) .

Electrn Libre

Estructura del semiconductor tipo N

3) Enlace P-N Si el semiconductor tipo P y el semiconductor tipo N se unen qumicamente unidos entre s, habr una porcin del portador donde no existen huecos, mientras que los electrones libres se enlazarn en la parte angosta de la superficie de unin. Esta superficie de unin es llamada barrera inica mientras que el semiconductor enlazado as es llamado semiconductor de enlace PN o diodo. De acuerdo a esto, existe carga elctrica de distinta polaridad entre ellos en ambos lados de la barrera inica y all se genera una pequea cantidad de diferencia potencial elctrica, la cual es llamada barrera potencial elctrica.

P

N

Electrn Hueco Barrera Inica


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5 Diodo (Diodo para circuito rectificador)5.1 Diodo general Diodo es la parte sustancial del semiconductor donde la corriente elctrica fluye siempre en una sola direccin. Es decir, un semiconductor es llamado as porque tiene intrnsecamente este tipo de El silicio como material propiedad. Aunque el transistor es tambin un tipo de semiconductor, el diodo especficamente da a entender que la corriente elctrica fluye siempre en una sola direccin. semiconductor es el utilizado, adems del germanio y el selenio para este mismo propsito.

nodo()

ctodo()

5.2 Usos del diodo y smbolos de representacin La funcin principal del diodo es rectificar la corriente elctrica para que fluya siempre en una sola direccin. Pero es usado tambin en muchas otras funciones, estas funciones principales pueden resumirse como sigue: - Utilizado como rectificador de corriente elctrica para cambiar la corriente alterna en corriente continua en instalaciones de suministro elctrico. - Se usa como detector para sacar la seal desde la frecuencia de radio - Usado como conmutador de control de corriente elctrica ON/OFF - Prevenir el flujo de corriente inversa - Usado como protector de circuitos Adems es usado en un amplio rango de variedades de acuerdo al tipo de diodo y uso.

nodo Smbolo del Diodo Polaridad del diodo

Ctodo


ELECTRNICA BASICA5.3 Funcionamiento del Diodo Diodo de avance para la polarizacin directa Diodo de avance para polarizacin inversa 5.2.1 Polarizacin directa del diodo El diodo tiene terminales conectados en ambos lados del semiconductor de enlace P-N, el que posee caractersticas para que la corriente elctrica siempre fluya en una sola direccin. En direccin de avance como se muestra en la figura, si el voltaje positivo (+) es aplicado en el semiconductor tipo P y el voltaje negativo (-) es aplicado en el semiconductor tipo N, el hueco y el electrn repelen la fuente elctrica, por lo tanto la barrera potencial elctrica disminuye y tambin se reduce la barrera inica. En consecuencia, el hueco y el electrn pueden moverse entre ellos a travs de la superficie de enlace. De acuerdo a esto, la corriente elctrica fluye por el movimiento del hueco y el electrn. Barrera inica

Flujo de corriente

P

N

Circuito del diodo de avance La lmpara se enciende porque ha sido conectado en direccin de avance en el circuito. nodo () Batera Luz ON Ctodo ()


ELECTRNICA BASICA5.2.2 Polarizacin inversa del diodo Esta vez conectamos en direccin inversa, el voltaje negativo (-) al semiconductor tipo P y el voltaje positivo (+) al semiconductor tipo N. Entonces el hueco del semiconductor tipo P es atrado al lado negativo (-) del suministro elctrico, mientras que el electrn del semiconductor N es atrado al lado positivo (+) del suministro elctrico. En consecuencia la barrera de potencial elctrico aumenta y de acuerdo con esto la barrera inica se amplia impidiendo el movimiento entre los dos tipos de semiconductores. Como resultado, la corriente elctrica no fluye.

Barrera inica

No hay flujo de corriente

P

N

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

Circuito en direccin inversa del diodo La luz se apaga porque el diodo ha sido conectado en direccin inversa en el circuito.

Ctodo () Batera

nodo ()

Luz OFF


ELECTRNICA BASICA5.4 Caracterstica del diodo Se puede apreciar que, si el voltaje directo se incrementa gradualmente desde 0V, la corriente elctrica fluye abruptamente si alcanza un cierto voltaje. Particularmente, la corriente elctrica slo fluye si el voltaje aplicado es de alrededor de 0.6~0.7 V (Diodo de Ge: 0.3~0.4 V). Si se aplica voltaje inverso, la corriente elctrica no fluye hasta un cierto valor de voltaje, pero fluye abruptamente sobre este valor de voltaje. El Voltaje en este instante es llamado voltaje de ruptura. Particularmente, el diodo se rompe, si es conectado en direccin inversa y se aplica un voltaje por sobre el voltaje de ruptura. ID (mA) Direccin de avance

Voltaje de ruptura VD (Volt) Silicio: 0.6~0.7 volt Direccin inversa Curva caracterstica del diodo

Caractersticas de Voltaje-Corriente Grfico de Voltaje-Corriente directa caracterstico del diodo: Flujo de corriente en el diodo al aplicar voltaje. Cuando el voltaje de polarizacin directa es aplicado bajo 0.7 V fluye micro corriente: el diodo no opera. Cuando en polarizacin directa se aplica el voltaje del umbral, 0.7V la corriente de operacin del diodo fluye: el diodo funciona

I

[mA]

60 40 20 Volt 1.0Diodo de polaridad directa Punto de conductividad del diodo

0.2

0.4

0.6

0.8

Caractersticas de voltaje del diodo de Silicio de polaridad directa


ELECTRNICA BASICA5.5 Funcionamiento del Diodo Rectificador Una seal de corriente alterna puede ser rectificada en corriente continua usando las caractersticas del diodo para que la corriente elctrica fluya siempre en una sola direccin. El circuito rectificador se puede clasificar principalmente en circuito rectificador de media onda y circuito rectificador de onda completa. 5.5. 1 Circuito de rectificador de media onda Cuando se aplica corriente alterna al circuito, cuando se produce la seal del lado positivo (+), la corriente elctrica fluye en direccin directa, pero en el momento en que se produce la seal de lado negativo (-), la corriente elctrica no fluye porque se convierte en corriente de direccin inversa. En este tipo de circuito, la corriente elctrica fluye solo hacia un lado y es llamado circuito de rectificador de media onda.

Volt Diodo IRVoltaje de Entrada

A.CTiempo

Voltaje de entrada

A.C

Voltaje de salida

R VR = D.C VoltVoltaje de salida

D.CTiempo

Rectificador de Media Onda


ELECTRNICA BASICA5.5.2 Circuito rectificador de onda completa Cando se aplica corriente alterna al circuito, la corriente elctrica fluye positiva (+) a travs de D1 y D4 durante medio perodo del ciclo de la seal de corriente alterna, mientras que la corriente fluye a travs de D2 y D3 durante el medio perodo negativo (-). En este tipo de circuito la corriente elctrica fluye en ambos medios perodos y corresponde al circuito rectificador de onda completa. ( *Aunque aqu particularmente, es representado un recitificador de onda completa usando un puente, hay tambin un circuito rectificador de onda completa usando la tapa central del transformador, el circuito rectificador de doble voltaje, etc . )

Circuito del Puente Rectificador de Onda Completa


ELECTRNICA BASICA5.6 Ejemplos del uso de diodos en el automvil Rectificador del alternador El voltaje AC generado en la bobina del estator es transformado en voltaje de DC a travs del diodo. Voltaje de A : DC 13.7 volt Voltaje de B: Voltaje AC Pick-a-Pick 13.7 volt 2 = 27.4 volt Voltaje AC Pick-a-Pick de B es producido solo en el +, despus de pasar el diodo, de modo que slo la mitad del voltaje (24.7V) es producido. Particularmente el voltaje AC despus de pasar el diodo es producido de acuerdo con la disminucin de voltaje.


ELECTRNICA BASICA Diodo instalado en el rel para evitar la sobre tensin

A B C Batera Rel A

M

Motor

Controlador

1) Si el transistor de potencia del controlador es puesto en ON, el rel se activa. 2) El motor opera cuando el rel se activa. 3) Cuando el transistor de potencia es puesto en OFF en el controlador, se genera instantneamente una sobre tensin, de alrededor de 80 voltios, entre A y B de acuerdo a la ley de Lenz, de modo que se produce voltaje +. 4) Si esta sobre tensin de 80 voltios fluye en el controlador, este se puede daar. 5) Para evitar este problema, se instala el diodo en el rel, de modo que la sobre tensin generada entre A ~ B se desva en direccin desde A hacia C a travs del diodo para ser extinguida evitando el dao al controlador.

Conexin del diodo en direccin directa y en direccin inversa en un circuito elctrico. Conexin con polaridad directanodo () Ctodo ()

Batera

Luz ON

Conexin con polaridad inversaCtodo () nodo ()

Batera

Luz OFF


ELECTRNICA BASICA5.7 Mtodo de revisin del diodo utilizando el multmetro Si hemos entendido que el diodo es un semiconductor de enlace PN, donde la corriente elctrica puede fluir con direccin directa, pero no podr fluir en caso de direccin inversa, podemos juzgar si est bueno o malo de acuerdo a lo siguiente: 5.7.1 Cmo verificar usando un multmetro digital 1) Seleccionar el modo de chequeo de diodo o resistencia con el selector del medidor digital. 2) Esta normal si el valor de la resistencia es pequeo cuando el cable rojo se conecta al nodo del diodo (+) y el cable negro al ctodo (-). 3) Estara bien si el valor de la Resistencia es muy alto cuando se conecta inversamente. Condicin de corte: si el valor esta cerca de 0 cuando se mide la direccin directa y en direccin inversa. Condicin Abierto: si el valor est cerca de infinito cuando se mide en direccin directa y en direccin inversa. Condicin Normal cuando se verifica usando el multmetro digital

nodo

Ctodo

++0

- Terminal de prueba negro

Ctodo

nodo

Terminal

+Terminal de prueba negro

Terminal de prueba Rojo

de prueba Rojo

Resistencia: 0

Resistencia:


ELECTRNICA BASICA5.7.2 Cmo se revisa utilizando un multmetro anlogo 1) Seleccionar el rango de resistencia 100 con el selector del multmetro anlogo. 2) El valor es normal si la resistencia es pequea cuando el cable negro ha sido conectado al nodo del diodo (+) y el cable rojo ha sido conectado al ctodo (-). 3) Estar bien si el valor de Resistencia es mucho ms alto cuando est conectado inversamente. Condicin de Corte: si el valor est cerca de 0 cuando se mide en direccin directa y en direccin inversa. Condicin Abierto: si el valor est cerca de infinito, cuando se mide en direccin directa y en direccin inversa. Condicin Normal cuando se verifica usando el multmetro anlogonodo Ctodo Ctodo nodo

+de

Terminal prueba Rojo Terminal de prueba negro

-

+Terminal de prueba Rojo Terminal de prueba negro

Resistencia: 0

Resistencia:


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6. Diodos Especiales de Tipo SemiconductorLos diodos son usados para gran un nmero de propsitos. La rectificacin de Voltaje, la regulacin y an en la produccin de luz son algunos de los varios usos. Los siguientes son una breve muestra de los tipos de diodo que usted podra encontrar. 6.1 Diodo Zener 1) Smbolo del diodo ZenerCtodo () nodo ()

2) Caractersticas del diodo Zener Cuando el diodo es polarizado en forma parcial, acta como diodo inverso o interruptor cerrado. Sin embargo, el diodo Zener tiene cualidades nicas de polaridad inversa que lo hacen diferente del diodo tpico. El diodo Zener tiene polaridad inversa en diferentes voltajes. La cantidad de voltaje requerido para la polaridad inversa vara de acuerdo al diodo zener seleccionado. Algunos voltajes tpicos de polaridad inversa son 2.4V, 5.1V, 6.0V, 9.1V, 12.0V, etc. En este punto, cuando el voltaje aplicado aumenta, la corriente directa aumenta. Esta pequea corriente inversa fluye hasta que el diodo alcanza el punto de ruptura, V2 en la figura. En el punto de ruptura, el diodo zener es capaz de mantener un voltaje constante cuando la corriente vara sobre cierto rango. Debido a este atributo, el diodo provee excelente regulacin de voltaje.


ELECTRNICA BASICA3) Uso del diodo Zener El diodo zener es un dispositivo electrnico que puede ser usado como regulador de voltaje. 4) Ejemplos del diodo zener utilizado en circuitos - Voltaje de ruptura del diodo Zener inferior a 12 V. - El suministro de voltaje al controlador a travs de C1 en el circuito nunca exceder 12 V. - Si el suministro de voltaje excede 12V, entonces est conectado a tierra a travs del diodo zener. Debido a que la corriente es descargada a tierra cuando el voltaje superior a 12V, ningn voltaje superior a 12V es suministrado al controlador.

Suministro de Voltaje

C1 R3 R4Controlador

R1

ZD 12Volts

Condensador

TR R2Tierra Tierra


ELECTRNICA BASICA6.2 Foto diodo 1) Smbolo del foto diodo

Ctodo ()

nodo ()

2) Caractersticas del foto diodo La corriente elctrica fluye si la superficie del enlace PN es iluminada bajo ciertas condiciones, donde un voltaje es aplicado en direccin inversa. Si la cantidad de irradiacin de luz cambia, la corriente elctrica tambin cambia en proporcin a la cantidad de luz. La barrera de potencial elctrico es construida en la superficie del enlace PN y aumenta si el voltaje inverso es aplicado, de modo que se convierte totalmente en un aislante. Si la luz ilumina la superficie del enlace PN bajo esta condicin, el cambio se produce sobre la superficie del enlace. El electrn y el hueco son activados por la energa de la luz externa a lo largo del Ion positivo (+) en el rea de lado N y el Ion negativo (-) en el rea de lado P. El hueco y el electrn libre separados de sus respectivos iones se mueven a lo largo del semiconductor, por lo tanto la corriente elctrica comienza a fluir. Este diodo es usado en circuitos de transformacin de electricidad. Por consiguiente si el voltaje se mantiene constante, la corriente elctrica que fluye en el circuito es proporcional a la cantidad de luz recibida en el elemento. 3) Ejemplo de un circuito que usa foto diodo - El foto diodo esta conectado en direccin inversa en el circuito. - Si se irradia luz en el foto diodo y se suministra voltaje de la batera, la luz se enciende. - Este diodo es muy usado como circuito de conmutacin.

Foto Diodo Batera 12 voltios Luz

Circuito del Foto Diodo


ELECTRNICA BASICA6.3 LED (Diodo emisor de luz) 1) Smbolo del Diodo Emisor de Luz

Ctodo ()

nodo ()

2) Caractersticas del diodo emisor de luz Este diodo se ilumina cuando la corriente elctrica fluye aplicndole voltaje directo en el diodo de enlace PN. Sus caractersticas son las siguientes: - Tiene mayor vida til y el consumo de energa elctrica es ms pequeo en comparacin con la luz elctrica incandescente. - La respuesta es ms rpida. - Se ilumina an con poco voltaje de 2 ~ 3V. - El consumo de energa es pequeo (alrededor de 0.05 W ) , - La respuesta de encendido y apagado es rpida (una millonsima de segundo). - Como color de iluminacin, estn el rojo, verde, amarillo, etc., de acuerdo al material del semiconductor. 3) Ejemplo de un circuito que usa Diodo LED - Si se cierra el interruptor en el circuito indicado abajo, la corriente elctrica fluye de modo que el LED se ilumina. - El rol de la resistencia es producir una cada de voltaje, para producir un voltaje de 3V en el LED.

LED

9 Volt. 3 Volt Batera

Interruptor

Circuito del Diodo LED


ELECTRNICA BASICA4) Pantalla del computador de viaje usando LED


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7. Transistor7.1 Qu es un transistor? El transistor tipo PNP es aquel donde un semiconductor delgado tipo N en un cristal semiconductor se ha insertado entre dos semiconductores tipo P. Mientras que el transistor tipo NPN es aquel donde un semiconductor delgado tipo P ha sido insertado entre dos semiconductores tipo N. En la configuracin de los smbolos del semiconductor, la letra E indica el terminal del Emisor, la letra B indica el terminal

de la Base y la letra C indicB84 m0.]3 9 cmc cmcEB84 m0.]37.00C[5m0.]37.00C[5mE0 TD7 .[5m0.](,)h0 T.i924l 80 T


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Tipo PColector (C)

Tipo N Emisor (E) Colector (C)

Tipo N

Tipo N

Tipo P

Tipo P

Emisor (E)

Base (B)

Base (B)

Colector (C)

Emisor (E)

Colector (C)

Emisor (E)

Base (B) Estructura del Transistor tipo NPN & Smbolo

Base (B) Estructura del Transistor PNP & Smbolo

7.2 Funcionamiento Bsico del Transistor 7.2.1 Operacin Bsica del transistor tipo NPN Este tipo se conecta en forma opuesta al del tipo PNP; como se muestra en la figura inferior, unos pocos huecos son proporcionados desde el polo positivo de la fuente elctrica, de modo que estos producen una pequea porcin de corriente base IB. Los electrones que provienen desde el emisor no han sido capaces de unirse con los huecos de la base para moverse hacia el lado del colector, debido al VCB del lado del colector estos producen la corriente IC. Normalmente el 95~98 % entre la corriente del emisor IE llega a IC pero el resto, 2 ~5 %, llega a IB.

Tipo NPNEmisor (E) Colector(C)

Ib [uA]

Corriente Base (B) Corriente Ib

Vbe

Vcb

Ic [mA]

Transistor NPN de polaridad directa: El electrn del emisor se mueve mayoritariamente hacia el Colector


ELECTRNICA BASICA7.2.2 Operacin Bsica del transistor tipo NPN Si el voltaje continuo VBE se aplica entre el emisor y la base, la barrera potencial elctrica en el enlace PN disminuye. En el emisor del lado P, muchos huecos se generan porque la concentracin de material con impurezas se fortalece. En la base de lado N, debido a que es muy delgada, la concentracin del material de impurezas es ms dbil, ya que slo hay unos pocos electrones. Los huecos en el emisor que cruzan sobre la barrera de potencial elctrico y entran al lado de la base por difusin, desaparecen en el enlace con una parte de los electrones de la base. Pero debido a que estos pocos electrones estn continuamente alimentados por la fuente elctrica de polo negativo -, se produce una pequea corriente de base IB. Si el voltaje inverso VC B es aplicado entre la base y el colector, la barrera de potencial elctrico es incrementada en la superficie de enlace PN de modo que la corriente elctrica no fluye entre la base y el colector. Los huecos que no podrn unirse con los electrones, pero como provienen desde el emisor, ahora se mueven hacia el lado del colector debido a la VCB del lado del colector. Estos producen la corriente I C del colector. Los huecos del emisor son suministrados gradualmente desde el polo positivo, de modo que producen la corriente Ic del emisor. La mayor parte de IE llega a IC, no obstante una muy pequea porcin se genera como corriente IB de base. 7.2.3 Funcin de amplificacin del transistor Como ya hemos descrito en la seccin Funcionamiento Bsico, la mayora de los electrones (no menos de 95%) se mueven hacia el colector, pero slo unos pocos electrones (no ms del 5%) se juntan con los huecos de la base. De modo que la direccin de la corriente elctrica y la corriente de electrones se definen comnmente como corrientes opuestas, donde la corriente del emisor I E es dividida en corriente I C del colector y corriente base I B , la siguiente ecuacin sostiene que:

I E = I B + IC

I E = I B + IC

De esta forma, la corriente alta del colector puede ser deducida desde una pequea corriente de base, por lo tanto para se llama amplificacin de corriente elctrica, mientras la relacin (razn) entre I B e

I C son llamadas factor de amplificacin de corriente elctrica. (h F E ).Ejemplo de clculo, si I B es 1 mA y I C es 100 mA entonces h F E es 100. Particularmente significa que un transistor que puede amplificar la seal de entrada cien de veces. amplificacin de corriente elctrica del transistor vara de acuerdo al uso, tipo, etc.) ( * la relacin de


ELECTRNICA BASICA

I 100 hFE = C , = = 100 IB 1

hFE=100 B

C Ic=100mA

E Ib=1mA

Ahora, Cmo se usa el transistor?; hay tres mtodos de conexin a tierra, la tierra del emisor, la tierra de la base y la tierra del colector, entre los cuales la tierra del emisor, como la del circuito de arriba, es la ms usada.Salida Entrada (Ib=uA)

C B EEntrada

Salida (Ic=mA)

Adems, la amplificacin generalmente se utiliza en componentes de corriente alterna, como se muestra en el siguiente ejemplo: En la figura, si la seal AC es aplicada entre la base y el emisor, la corriente base I B fluye solamente cuando est en direccin de avance (lo mismo que en el diodo). Por consiguiente la corriente del colector I C tambin aparece como salida mientras est siendo amplificada solamente por media onda. Particularmente, el transistor no opera durante el medio ciclo negativo (-) porque aqu est en direccin inversa entre la base y el emisor. Ahora apliquemos DC entre la base y el emisor. Si la AC es aplicada sobre DC, el componente AC es agregado sobre la corriente DC de modo que aparece como se muestra en la siguiente figura.

El voltaje esta vez es llamado voltaje polarizado. Ahora podemos ver una forma de onda de salida completamente amplificada. Tambin podemos obtener la forma de onda amplificada de AC solamente si retiramos el componente DC conectando un condensador en el Terminal de salida.


ELECTRNICA BASICA

Salida

C BEntrada

Entrada (Ib=uA)

E

Salida Voltaje de polaridad (Ic=mA)

Para evitar la inconveniencia de usar dos suministros elctricos debido al voltaje polarizado como en el circuito mostrado, los circuitos reales usan varias formas adecuadas al propsito de cada circuito, como la corriente elctrica con polaridad de retroalimentacin, polaridad fija usando una resistencia, un condensador, etc. en la fuente de suministro de electricidad conectada al terminal de salida.

* Como referencia digamos que hay un rea lmite, donde la corriente del colector no aumenta, ancuando la corriente de la base del transistor contine aumentando, esta recibe el nombre de regin de saturacin. De acuerdo a esto, la accin de amplificacin del transistor se cumple solo en el rea especfica donde la corriente del colector aumenta de acuerdo al aumento de la corriente de la base, la que recibe el nombre de rea activa. Hasta aqu, hemos aprendido sobre la amplificacin de la corriente elctrica, pero ahora pensemos en el caso de la amplificacin de voltaje. De acuerdo a la explicacin anterior, aprendimos que el colector vara proporcionalmente con la corriente base. Pensemos que esto es una resistencia variable para controlar la corriente elctrica. Entonces pensemos en el siguiente circuito equivalente. E R RSalida (Eo) Salida (Eo)

E

C B E Corriente Ic

Corriente Ic


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Corriente de entrada (Ib=uA)

Corriente de salida (Ic=mA)

Voltaje de salida (Eo=E-(Ic*R)

En la condicin mostrada arriba, el voltaje de salida de la forma de onda de entrada de la base, se muestra en sentido inverso, como se puede ver en la figura. Esto es explicado como voltaje total E = cada de voltaje entre el colector y el emisor (Eo) + cada de voltaje debido a la resistencia R (Ic R). Particularmente, si la corriente elctrica Ic aumenta, la cada de voltaje debido a la resistencia R tambin aumenta, por lo tanto el voltaje de salida Eo disminuye. (Voltaje de Salida Eo = E (Ic R))

Ahora veamos los mtodos con la base y colector conectado a tierra utilizando el transistor como conmutador. Circuito con la base conectada a tierra El mtodo con la base conectada a tierra corresponde a un tipo de circuito como se muestra en la figura, toma la base como tierra y aplica la seal de entrada al emisor.Salida

E

C

BEntrada


ELECTRNICA BASICASi no hay diferencia de potencial elctrico entre el emisor y la base, no hay flujo de corriente en el emisor, pero si fluye la corriente elctrica en el colector, en este caso el voltaje es aplicado en direccin inversa a travs de la resistencia. Si el voltaje directo es aplicado entre el emisor y la base, como se muestra en el circuito de la figura, la corriente del colector puede tambin fluir a travs de la resistencia. En este caso, debido que a la suma de corriente de la base y la corriente del colector es igual a la corriente del emisor, la relacin de la corriente del colector al emisor es menor que 1, por lo que la corriente elctrica no se amplifica. En caso de amplificacin de voltaje, si suponemos que 10mA fluyen en el emisor, entonces 1mA y 9mA fluyen en la base y el colector respectivamente, producindose la cada de voltaje, a travs de la resistencia en el colector que corresponde a la salida. En consecuencia: 9mA Resistencia [k] = el voltaje de salida, de modo que hay una amplificacin de voltaje de salida a partir de la seal de entrada.

Circuito de tierra del Colector El mtodo con conexin del colector a tierra corresponde a un tipo de circuito, como se muestra en la figura, al tomar el colector como tierra, enva la seal de entrada a la base y la salida a travs del emisor. En el circuito de conexin del emisor a tierra, la corriente del colector vara enormemente de acuerdo a la corriente de la base, mientras que la variacin del valor de la resistencia de carga conectada el colector no produce un gran efecto a la corriente elctrica. Pero en el circuito con el colector a tierra, debido a que el voltaje directo es aplicado entre el emisor y la base para el circuito de salida, la corriente del emisor (desde el colector hacia el emisor) fluye de modo que es aplicado en la resistencia de carga. Por consiguiente, la corriente del emisor es controlada por la pequea corriente de la base, mientras que la corriente del emisor vara directamente con la variacin de carga de la resistencia. Como se menciono anteriormente, aprendimos tres tipos de mtodos con conexin a tierra de acuerdo a los terminales usados en comn. Entre ellos, el mtodo ms usado es el mtodo de conexin a tierra del emisor. Las caractersticas anteriores pueden explicarse con la tabla siguiente. .


ELECTRNICA BASICACaractersticas de los mtodos de conexin a tierra Circuito con Circuito con base tem emisor a tierra a tierra Grado de amplificacin de Alta Baja corriente elctrica Amplificacin de voltaje Amplificacin de potencia elctrica Impedancia de entrada Impedancia de salida Fase de salida a entrada Caractersticas de frecuencia alta Alta Alta Media Media Anti-fase Malo Medio Media Bajo Alta En fase Mejor

Circuito con colector a tierra Media Bajo Bajo Alta Bajo En fase Bueno

Descripcin del circuito de amplificacin con un transmisor

R1=1 Colector

MMotor

12V

Base

D235 (NPN TR)Emisor

1~100 Resistor variable

Descripcin del circuito - La resistencia R1 cambia la alimentacin de la base y polaridad del transistor NPN esto es aprobado por el voltaje del emisor hasta 3volt. Adems se incorpora una resistencia de servicio - La resistencia variable controla el voltaje polarizado del transistor NPN de 0 ~ 3 voltios - Es decir, la base del transistor y la polaridad del voltaje del emisor son altos, si el valor de resistencia variable es alto. Si es bajo, el voltaje de polaridad tambin es bajo. - Por lo tanto el flujo de la corriente elctrica aumenta en el colector y emisor de acuerdo a la polaridad del voltaje. - Por lo tanto, puede controlar el nmero de giros del motor de acuerdo a la posicin de la resistencia variable que controla la corriente elctrica que pasa a travs del motor mediante las diferencias de polaridad del voltaje.


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I E = I B + IC

hFE =

IC IB

hFE: La tasa de amplificacin de la corriente elctrica, IB: corriente de la Base, Ic: corriente del Colector 7.2.3 Funcin de conmutacin del transmisor En la explicacin de la accin de amplificacin, aprendimos que si aplicamos electricidad entre el emisor y el colector, fluye corriente de base lb. Particularmente, lo har si suministramos corriente de base hasta el estado de saturacin donde la corriente del colector casi no aumentar. (No obstante en un circuito de amplificacin con una seal pequea o en artefactos domsticos, comnmente lo que utilizan esta fabricado con la accin de amplificacin, no en la regin de saturacin, pero si en el rea activa). Podemos poner en ON/OFF el circuito entre el emisor y el colector activando/desactivando la corriente de la base lb. amplificacin del transistor. Podemos producir la funcin del rel si se usa la accin de conmutacin del transistor como se muestra en la figura.Batera Batera Seal entrada ON/OFF

Esto se llama accin de conmutacin del transistor entre la accin de

Seal de Carga entrada ON/OFF

C BCorriente Ic

Carga

E

Rel de conmutacin

Transistor de Conmutacin

La corriente de la base del transistor corresponde a la corriente de excitacin del rel de modo que puede actuar como rel sin utilizar el contacto mecnico del este. Si la carga aumenta entonces la corriente elctrica Ic tambin aumenta, en tanto que, cuando no podemos suministrar corriente elctrica por el transistor, podemos usar la amplificacin de corriente elctrica mediante la conexin de transistores multiestado de acuerdo a la capacidad de carga. La accin de conmutacin del transistor tiene las siguientes ventajas en comparacin con el rel: - Velocidad de conmutacin alta (ms de miles de veces por segundo). - Operacin estable sin ruido de los puntos de contacto del rel cuando conecta/desconecta,


ELECTRNICA BASICAporque no hay contacto mecnico. - Es pequeo y con menos consumo de energa elctrica. - Tiene mayor duracin que el rel mecnico. Descripcin del circuito de conmutacin del transistor 1. En el circuito de abajo, cuando el interruptor de encendido es puesto en ON, la energa es suministrada a la bobina de encendido. 2. Si el suministramos energa hacia la base de TR de potencia, desde el ECM a travs del Pin N23 , la corriente elctrica de la bobina de encendido se descarga a tierra por G11. 3. Nuevamente, el ECM transmite la energa a la base del transistor, la corriente elctrica de la bobina es interrumpida debido a la conexin entre el colector y el emisor, si se corta esta conexin en la bobina se produce alta tensin.


ELECTRNICA BASICA7.3 Para determinar si el transistor esta bueno/malo Como se puede ver en la figura, estar bien si pensamos que el transistor ha sido conectado con la parte del emisor y la base considerada como diodo de enlace PN y parte de la base y el colector considerado como otro diodo.Colector Emisor Colector Emisor

Base

Base

Transistor NPN

Transistor PNP

1. Cuando se mide con el multmetro entre B~E y B~C en direccin directa en condiciones normales, este es electrificado (muestra normalmente algunos cientos de mV con el multmetro digital, pero muestra un valor de resistencia bajo en caso de utilizar un medidor anlogo). Por el contrario, cuando se mide en direccin inversa, no se electrifica de modo que hay un pequeo cambio en el valor indicado por el multmetro (se despliega un voltaje similar al caso de la medicin con la punta de prueba sin conectar en el multmetro digital, mientras que se despliega un valor de resistencia aproximada a infinito en el caso del medidor anlogo). 2. En seguida, si E~C es medido con intervalos de medicin directa y inversa con la pinza de medicin, hay un pequeo cambio en el valor indicado por el multmetro para ambos casos recprocos, porque no se electrifica en ninguno de los casos. En otros casos, de acuerdo al tipo de transistor y a las caractersticas cuando la punta de prueba roja (+) es conectada al colector y la punta de prueba negra (-) es conectada al emisor (en el caso del NPN, pero contrario al PNP) un valor de resistencia bastante alta puede ser desplegado sin llegar a infinito (as particularmente podra fluir una pequea corriente). Como referencia, cuando se prueba el transistor o el diodo, si se mide bajo cierta condicin de conexin al circuito, por lo que puede ser afectado por el valor de la resistencia del circuito en el que esta conectado, es recomendable medir bajo la condicin de aislamiento del circuito. En casos donde generalmente el transistor o el diodo esta quemado, se despliega como forma de corto circuito principalmente.


ELECTRNICA BASICADistincin de polaridad del transistor 1. En caso de usar el multmetro anlogo. 1) Poner el selector de modo del multmetro anlogo en R100 o R1000 2) Primero conectar una punta de prueba a cualquier pin del transistor. Luego conectar los dos terminales restantes del transistor respectivamente, usando la otra punta de prueba. 3) En este momento, si la direccin es en sentido horario, la Resistencia medida estar cercana a 0, la conexin de la punta de prueba negra estar en la base en el transmisor NPN y la conexin de la punta de prueba roja estar la base en el transistor PNP. 4) Si usted pone el selector de modo en R1000 en el medidor de circuitos, resulta en la direccin en sentido horario despus de medir otras resistencias de dos pines respectivamente, la conexin de punta de prueba roja ser el colector en NPN y la punta de prueba negra ser el colector en PNP.

Multi Meter Base

Multi Meter

1 2

3

1: Colector 2: Emisor 3: Base


ELECTRNICA BASICA2. En caso de buscar la polaridad basndose en los terminales del transistor. Cuando vemos el lado plano donde est impreso el nombre de la pieza.

En el transistor 2SC1815 (Transistor de tipo NPN para alta frecuencia) - Terminal derecho: Base - Terminal central: Colector - Terminal izquierdo: Emisor

Emisor Colector

Base

En el transistor 2SD880 (Tipo de transistor NPN para baja frecuencia) - Terminal derecho: Emisor - Terminal central: Colector - Terminal izquierdo: Base

Base

Emisor

Colector


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8. Termistor

Los elementos semiconductores que cambian el valor de la resistencia de acuerdo a las variaciones de temperatura, son el termistor NTC y termistor PTC 8.1 Termistor NTC (Coeficiente de Temperatura Negativa) - Caractersticas Si la temperatura sube, la resistencia disminuye. Resistencia

Temperatura

- Usos en el automvil Sensor de temperatura del refrigerante del motor, sensor de temperatura del aire de admisin y sensor de advertencia de bajo nivel de combustible.

Sensor de temperatura del refrigerante 42 Centro de Entrenamiento Tcnico de Chonan Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Tcnica de Kia Chile S.A.

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- Descripcin del circuito con termistor NTC. El voltaje de polaridad del transistor depende del termistor NTC en el circuito inferior. Si la temperatura sube, el voltaje entre la base y el emisor se incrementa. Por lo tanto, el TR se pone en ON y la luz se enciende.

Luz R1 NPN TR NTC Termistor Batera de 12 Volts

8.2 Termistor PTC (Coeficiente positivo de temperatura) - Caractersticas Si la temperatura sube, la resistencia aumenta - Usos en el automvil Actuador del bloqueo central de puertas - Descripcin del circuito con termistor PTC. En el circuito de abajo, la luz se enciende cuando el interruptor est en ON. Si el exceso de corriente pasa hacia la Luz, el calor por exceso de corriente es producido hacia el termistor En este momento, la Resistencia aumenta y disminuye la corriente elctrica. Por lo tanto, previene la sobre corriente en el circuito.

Luz Batera

Termistor

Interruptor


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9. Celda FotoconductoraDe acuerdo con el brillo de la luz, el valor de la resistencia cambia (aumenta o disminuye), El Material que transmite la luz es el Cds (Sulfuro de Cadmio) y el CdSe (Seleniuro de Cadmio) - Caracterstica La resistencia disminuye si el brillo de la luz es fuerte y aumenta si la luz es dbil.

K 10,000 1,000 100 10 1

1 - Uso en el automvil

10

100

1,000 Lux

Sensor de luz automtica, sistema de aire acondicionado - Descripcin del circuito con CDS 1) Si el transmisor 1 esta en ON, la luz se enciende. 2) Si TR1 esta en ON, TR2 debe activarse a ON 3) TR2 es ON y opera de acuerdo al valor de resistencia de Cds 4) Si Cds aumenta demasiado, TR2 provee ON porque el voltaje de polaridad de TR2 sube 5) Si la cantidad de luz disminuye, el voltaje polarizado disminuye, porque la resistencia del Cds aumenta con la luz en OFF


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R1=10

R2=4.7

Luz 12 volts Batera NPN TR1 2SC372

cds

R3=1

NPN TR2 R4=4.7 2SC372

Circuito con Celda Fotoconductora


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10. Elemento Piezo-elctricoSi se produce presin, se produce fuerza electromotriz, producindose voltaje por que este elemento tiene una cualidad especial que causa la transformacin. Material : cido de Titanio, Bario Uso en el automvil : Sensor de detonacin Forma de onda del sensor de detonacin

a. Seal de presin del cilindro b. Seal filtrada de presin en el cilindro c. Seal del sensor de detonacin


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11. Efecto HallCuando se instala un Hall IC (circuito integrado Hall) en un campo magntico en posicin concntrica con el flujo de corriente, los dos extremos del Hall IC pueden producir algn voltaje. En la imagen siguiente, si usted pone cualquier conductor en el campo magntico, produce algn flujo de corriente a travs de este. A1 y A2 podran producir algn voltaje de salida.

A1

Iv Corriente I A2

Si se simula el campo magntico, entonces el voltaje de salida entre A1 y A2 es ON y OFF. Cuando la rueda dentada interrumpe el campo magntico, voltaje de salida entre A1 y A2, en la figura, es puesto en ON. Cuando esta rueda dentada no interrumpe el campo magntico el voltaje de salida es OFF.

- Uso en el automvil Sensor CMP, sensor CKP, sensor de velocidad, etc.


ELECTRNICA BASICA- Forma de onda de la seal

Voltaje

Tiempo

Sensor CMP tipo Hall IC


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12. Circuito Integrado (IC)12.1 Generalidades Un circuito integrado o IC, esta formado por varios de cientos de resistores, transistores y otros elementos incorporados sobre un sustrato formando un solo dispositivo. Cuando se lee un circuito con un IC, es muy importante la comprensin de las condiciones de operacin, como se indican en la tabla o esquema. En este captulo, se describe como se debe leer un circuito IC.

Tipos de I.C Clasificacin por escala de integracin SSI (Circuito integrado de escala pequea): menos de 100 elementos MSI (Circuito Integrado de escala media): 100 a 1.000 elementos LSI (Circuito integrado de gran escala): 1.000 a 100.000 elementos VLSI (Circuito Integrado de escala muy grande): 100.000 elementos o ms. Clasificacin por aplicacin y estructura IC Anlogo El IC amplifica o controla la cantidad anloga (cantidad continua) L a seal de salida siempre cambia linealmente con la seal de entrada Este tipo de IC es ampliamente usado en unidades con circuitos anlogos.

Entrada

Salida

IC Digital

El IC ejecuta slo la conmutacin, de acuerdo a las condiciones de la seal de entrada ON/OFF, la salida es obtenida como seal de conmutacin ON/OFF.

Entrada

Salida

Caractersticas del IC


ELECTRNICA BASICATamao reducido al mnimo para mayor integracin Alta confiabilidad gracias a la estructura integrada Bajo precio gracias al volumen de produccin Bajo consumo de energa 12.2 IC Anlogo El IC mostrado aqu es llamado comparador. a es el terminal de energa y b es el terminal de tierra, ambos son requeridos para el suministro de energa hacia el comparador durante su funcionamiento, pero no estn directamente asociados con la operacin en s. El comparador compara el potencial en el Terminal c y terminal d y en estas condiciones de operacin mostradas, proporciona la salida va[v] en el punto e, slo cuando el potencial en el punto c es ms alto que el potencial del punto d. El voltaje de los dos terminales de entrada, permanece constante y es llamado voltaje de referencia, mientras que el que cambia es llamado voltaje de comparacin, los dos terminales de entrada tienen un voltaje de referencia que puede ser conocido a partir del circuito conectado al comparador.

+

A (Va)

c

c

d Vc

Condicin de Funcionamiento Vd b (Vb) Salida (Va volt) es generada cuando VcVd Salida (Va volt) no es generada cuando VcVd


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12.3 IC Digital Circuito lgico En un circuito digital, las dos seales son usadas, es decir, la seal con el voltaje alto (H) y la seal con voltaje bajo (L) o la presencia de seal y ausencia de seal. Convencionalmente estas dos seales son representadas por 1 y 0. Por ejemplo, cuando el transistor est en OFF en la figura, Vce es 12V, en este caso, el estado de voltaje es tomado como 1. Cuando el interruptor es puesto en ON para activar a ON el transistor, el VCE llega a ser 0V y este estado es tomado como 0. Un circuito digital es distinto al anlogo, mucha informacin es expresada por la combinacin de dos seales que pueden tener solo dos estados, llamados 1 0. Un circuito lgico es aquel que genera una salida de 1 0 cuando la seal de entrada aplica la combinacin de 1 y 0.

Interruptor

12 volt Batera

Vce

Vce

OFF

OFF

OFF

12 volt 0 volt

ON

ON

ON

TR


ELECTRNICA BASICA12.4 Circuitos Lgicos 12.4.1 Circuito AND (producto lgico) La operacin AND proporciona slo un resultado cuando todas la condiciones se cumplen, como por ejemplo: "la luz de advertencia de frenos se ilumina cuando el interruptor de encendido est ON y interruptor del freno de estacionamiento esta en ON". Particularmente, el circuito AND es un circuito en el cual la seal de salida puede ser 1 cuando las seales de entrada son todas 1. Representacin Circuito Actual Smbolo lgico Relacin Entrada/Salida A B 1 1 0 0 1 0 1 0 C 1 0 0 0

La figura muestra un ejemplo del circuito AND usando transistores. Cuando ambas seales de entrada A y B son 1(H), el voltaje obtenido en la salida C es 1(H). Para que la salida C sea alta, es necesario que Tr2 y Tr4 estn OFF y para esto, es necesario que Tr1 y Tr3 estn activados. Para que Tr1 y Tr3 se enciendan, el alto voltaje (H) debe ser aplicado en las entradas A y B de modo que la corriente pueda fluir a ambos transistores.


ELECTRNICA BASICA12.4.2 Circuito OR (suma lgica) La operacin OR es aquella que da un resultado cuando al menos una condicin entre varias se cumple, por ejemplo: cuando cualquier puerta se abre, la luz indicadora de puerta abierta se enciende Particularmente, el circuito OR es aquel cuya salida llega a ser 1 cuando al menos una seal de entrada es 1. Contrariamente al circuito AND cuya salida es 1 cuando todas las entradas son 1, el circuito OR puede ser considerado como un circuito en el que la salida es 0 cuando todas las salidas estn en 0. Relacin Entrada/Salida A B 1 1 0 0 1 0 1 0 C 1 1 1 0

Representacin

Circuito Actual

Smbolo Lgico

Esta figura muestra un ejemplo del circuito OR utilizando transistores. Cuando la entrada A o B est 1 la salida C es 1.


ELECTRNICA BASICA12.4.3 Circuito NOT (negacin) El circuito NOT es aquel cuya salida es inversa a la entrada, tales como cuando la seal de entrada es 1 y la seal de salida es 0 o viceversa. Por esta razn, el circuito NOT es a veces llamada inversor. Relacin entrada/salida A B 1 1 0 0 1 0 1 0 C 1 1 1 0

Representacin

Circuito Actual

Smbolo Lgico

Nota: la relacin entre el voltaje de la base del transistor (VBE) y el voltaje del colector (VCE) es la relacin NOT. Particularmente, cuando el voltaje base es alto, el transistor se activa y por consiguiente el voltaje del colector es bajo. Por otro lado, cuando el voltaje base est bajo, el transistor se desactiva y por consiguiente el voltaje del colector es alto.


ELECTRNICA BASICA12.4.4 Circuitos NAND y NOR El circuito NAND es un circuito AND seguido por un circuito NOT, por esta razn es llamado NAND (significa NOT + AND)

Smbolo Lgico

Relacin de Entrada/Salida Entrada A L L H H B L H L H Salida Y H H H L

12.4.5 El circuito NOR es un circuito OR seguido por un circuito NOT. En cualquier circuito, la salida es la inversa del circuito AND u OR. Smbolo Lgico Relacin de Entrada/Salida Entrada A L L H H B L H L H Salida Y H L L L


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MEMO


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13. MicrocomputadorEl microcomputador es un tipo de computador. Revisemos brevemente la historia del desarrollo de los computadores. Los primeros computadores producidos, eran mecnicos y usaban engranajes y otras piezas mecnicas, este fue seguido por los computadores elctricos que utilizaban rels y posteriormente por los computadores electrnicos que utilizaban tubos al vaco. Un computador electrnico con tubos al vaco, era lo suficientemente grande para ocupar una habitacin completa de un edificio, con 20.000 tubos en uso. Estos tubos de vaco fueron reemplazados por los transistores y luego por los circuitos integrados (IC). La integracin de estos IC lleg a ser gradualmente grande, desarrollando el LSI (Integracin de gran escala) y el VLSI (Integracin de escala muy grande). Con estos desarrollos, los computadores tambin cambiaron desde el tipo de vaco hasta el tipo de transistor y hacia el tipo IC y entonces se desarroll el tipo LSI, convirtindose gradualmente en uno de tamao ms pequeo. Veamos como se desarrollaron los microcomputadores. Cuando el desarrollo estaba en camino para fabricar calculadoras electrnicas porttiles, ms compactas y ms sofisticadas, cada cambio requera el rediseo del IC, el cual tena un alto costo y tiempo. Este problema fue enfocado con el uso de LSI lo que permita el cambio libre de las funciones internas del programa. Particularmente, con los LSI se pueden cambiar los programas que permiten el desarrollo de nuevas calculadoras. El LSI, cuyas funciones internas podran ser cambiadas libremente por modificacin del programa, era el microcomputador. En otras palabras, un microcomputador es un LSI con funciones que son descritas a continuacin.

13.1 Tres elementos del microcomputador Un microcomputador consta de tres elementos, CPU (Unidad Central de Procesamiento) memoria e I/O (Unidad de Entrada/Salida)

13.2 Unidad I/O (Entrada / Salida) A travs de esta unidad, el microcomputador se comunica con unidades externas (sensor, interruptor, actuador, etc.) en el caso de la ECU por ejemplo, la cantidad de aire de admisin es ingresada al microcomputador como seal del sensor y el resultado del clculo realizado por la CPU es la salida desde este I/O como seal de control de la cantidad de combustible inyectado.


ELECTRNICA BASICA13.3 Memoria La memoria almacena el programa (conjunto de direcciones para la operacin, juicios, intercambio de datos, etc), datos (voltaje de referencia para la ECU, comparacin de la relacin de aire/combustible, etc.) y las seales que son entradas, mientras que la CPU est ocupada con el procesamiento de los clculos. La memoria se clasifica normalmente en los dos tipos siguientes: 13.4 ROM (Memoria Slo de Lectura) Una memoria sola para leer. En el caso del microcomputador para la aplicacin automotriz, slo un programa fijado necesita la ejecucin y por esta razn, el programa es permanentemente almacenado en una ROM. La ROM no es voltil. Los contenidos se mantienen en forma permanentemente, an despus que se desactiva la energa. Esta naturaleza hace de la ROM un dispositivo ptimo para almacenar programas.

13.5 RAM (Memoria de Acceso Aleatorio) Esta memoria puede ser escrita y leda. energa. Nota: la RAM no voltil es llamada NVRAM. La utiliza el cuentakilmetros electrnico. Es usada para almacenar datos temporalmente. Normalmente es voltil y los contenidos almacenados se pierden una vez que se interrumpe la

13.6 CPU (Unidad de Procesamiento Central) La parte del computador, que ejecuta las operaciones, interpreta e intercambia datos de acuerdo al programa almacenado en la memoria. Tomemos el sensor de O2 del ECM como ejemplo, cuando la seal de voltaje que indica la relacin aire/combustible llega a la unidad I/O del sensor de O2, la CPU realiza el procesamiento de acuerdo al programa almacenado en la memoria de la siguiente forma: La CPU compara la seal con el voltaje de referencia almacenada en la memoria y si la seal de voltaje es ms alta, juzga que la relacin aire/combustible es ms alta que la relacin de aire/combustible terica y produce la seal para bajar la relacin de inyeccin de combustible en la I/O. Entonces, la I/O enva esta seal (al inyector) de modo que se reduzca la inyeccin de combustible.


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13.7 Tipos de microcomputadores Los microcomputadores pueden ser divididos en dos tipos dependiendo si el LSI contiene sus tres elementos separados o todos estos elementos son implementados por una seal LSI. El primer tipo es llamado microcomputador de multi chip y el ltimo tipo es llamado microcomputador de un chip. Los microcomputadores usados en la mayora de los autos pertenecen a esta ltima categora.

13.8 Operacin Bsica del microcomputador La operacin bsica de un microcomputador es la adicin y substraccin de los nmeros binarios y los circuitos internos son bsicamente circuitos lgicos. Particularmente, el microcomputador es esencialmente el IC digital y su circuito interno puede ser representado por smbolos lgicos. Los circuitos internos del microcomputador para la aplicacin automotriz son complicados pero ellos son relativamente fciles de entender si tiene conocimientos bsicos de los circuitos lgicos. Nota: Nmero binario Los nmeros del 0 al 9 que usamos en nuestra vida diaria son nmeros decimales. Los nmeros binarios, por otro lado, consisten solo en dos nmeros 0 y 1. Estos dos nmeros corresponden, a las dos seales del circuito lgico. En otras palabras, un microcomputador es un IC digital que procesa los datos binarios a travs de su circuito lgico.


ELECTRNICA BASICA13.9 Microcomputador en un sistema 13.9.1 Uso como controlador En un sistema formado por el transistor, IC, LSI y otras partes individuales, un microcomputador se incorpora como controlador. Los ejemplos tpicos son equipos de radio, televisores y otros artefactos elctricos y electrnicos. 15.9.2 Uso como computador La aplicacin con nfasis colocado en su funcin de clculo. Los computadores Personales y los procesadores de texto pertenecen a esta categora. 15.9.3 Uso Combinado como controlador y computador El uso del microcomputador no es solo para un simple control de una mquina, sino que para un control ptimo. Particularmente, el microcomputador juzga las condiciones que estn cambiando constantemente y controla la mquina adecuadamente. automviles pertenecen a esta categora. 15.9.4 Ejemplo de aplicacin Como ejemplo de la aplicacin de los microcomputadores a los automviles, se describe a continuacin la unidad del computador para el ECM. Esta unidad de computador ECM controla la relacin ptima del combustible del motor, etc. con su microcomputador. Las seales de varios sensores son la entrada a travs de la unidad I/O calculada por la CPU de acuerdo al programa almacenado en la ROM. En la memoria (RAM), los resultados de los datos y los clculos son almacenados temporalmente como sea necesario. Los microcomputadores usados en


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14. Entendiendo los circuitos electrnicosCircuito de control de velocidad del motor del ventilador

Motor del ventilador

R1 1

ICC B E TR D235

M

IBBatera 12 volt VR 1~100

Explicar el proceso para que la velocidad del motor del ventilador sea controlada de acuerdo con el valor de VR (Resistencia Variable).


ELECTRNICA BASICA Circuito de control de la Luz de habitculo con temporizadorR1 330 Diodo 1 10D1 Batera 12Volt

Condensador 33/25Volt B Diodo 2 10D1Interruptor de Puerta

C Luz Interior TR 1 A1015 E B R1 10 TR 2 D471 E C 12Volt/1.2W

R2 15

Explicar el proceso para que el LED funcione en el circuito anterior.


ELECTRNICA BASICA Circuito de iluminacin automtica

R3 10

R1 4.7

LED

CDS

R2 1 B C B TR 2 2SC372 E

C TR 1 2SC372 E

Batera 6V

R4 4.7

Explicar el proceso para que la luz del habitculo funcione de acuerdo con la activacin ON/OFF del interruptor de puerta el circuito anterior.


ELECTRNICA BASICA

MEMO


ELECTRNICA BASICA

APENDICE


ELECTRNICA BASICASmbolos de unidades de medicin elctrica Cantidad Corriente Voltaje Resistencia Elctrica Conductividad Unidad Ampere Voltio Ohm Mho Columbio Cantidad de electricidad Amperes-hora Potencia Elctrica Watt Joule Trabajo elctrico Watt-hora Capacitancia esttica Coeficiente de induccin Electromagntica Flujo magntico Intensidad del campo Magntico Fuerza Magntica Fuerza Magntica de movimiento Frecuencia Nivel de sonido Atenuacin o ganancia Faradio He Weber Ampere-vuelta Meter Ampere-vuelta Hertz Fonio Decibel AT Hz P dB Wh F H Wb AT/m Ah W J C Smbolo A V


ELECTRNICA BASICA

Fraccin multiplicador 106 103 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12

Prefijo Mega Kilo Deci Centi Mili Micro Nano Pico o Micro

Smbolo M K d c. Mm

n. p.

Prefijo MEGA KILO MILLI MICRO NANO PICO

Smbolo M K m 0

Relacin con la Unidad Bsica 1.000.000 1.000 0.001 0.000 000 001 0.000 000 001 0.000 000 000 001

Ejemplo 8 M = 8 000 000 20 Kv = 20 000 V 500 mV = 0.5 V 500 A = 0.000 5 A 20 0V = 0.000 000 02 V 20 V = 0.000 000 000 02 V


Basic Electronic ESP

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