Componentes Electrónicos Básicos Materia: Electrónica

Trejo Hernández Omar Iván

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I. Introducción…………………………………………………………………....... (2)

II. Transistores……………………………………………………………………… (3)

Tipos de transistores

Terminales y tipos de encapsulado

Códigos en los transistores

Ejercicio

III. Dispositivos de tres capas ………………………………………………………(6)

Diodo PIN

DIAC

Ejercicio

IV. Dispositivos de cuatro capas…………………………………………………….(8)

Tiristores

Características de los transistores

Ejercicio

V. Circuitos Integrados………………………………………………………………(10)

Circuitos integrados bipolares y unipolares

VI. Conclusiones…………………………………………………………………….. (14)

Bibliografía

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Introducción

La electricidad se encarga del estudio de la generación, transporte y distribución de energía

eléctrica, así como de los operadores y receptores que la convierten en un efecto útil. La

electrónica estudia y desarrolla todo tipo de aplicaciones en las que la corriente eléctrica

atraviesa componentes semiconductores.

En todo sistema electrónico podemos encontrar tres tipos de elementos:

• Dispositivos de entrada: interruptores, resistencias variables, micrófonos, etc.

• Dispositivos de salida: diodos, leds, relés, zumbadores, etc.

• Dispositivos de proceso: componentes capaces de realizar por si mismos una función

concreta de control sobre las señales de salida en función de la señal de entrada recibida,

como transistores, circuitos integrados, etc.

En esta investigación se abordaran los siguientes Temas:

• Transistores

• Dispositivos de tres capas

• Dispositivos de cuatro capas

• Circuitos integrados

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Transistores

Los transistores amplifican corriente, por ejemplo pueden ser usados para amplificar la

pequeña corriente de salida de un circuito integrado (IC) lógico de tal forma que pueda

manejar una bombilla, un relé u otro dispositivo de mucha corriente. Un transistor puede ser

usado como un interruptor (ya sea a la máxima corriente, o encendido ON, o con ninguna

corriente, o apagado OFF) y como amplificador (siempre conduciendo corriente).

La cantidad amplificada de corriente es llamada ganancia de corriente, β o hFE.

Tipos de Transistores

Hay dos tipos de transistores estándar, NPN y PNP, con diferentes símbolos de circuito.

Las letras hacen referencia a las capas de material semiconductor usado para construir el

transistor. La mayoría de los transistores usados hoy son NPN porque este es el tipo más

fácil de construir usando silicio. Si tú eres novato en la electrónica es mejor que te inicies

aprendiendo cómo usar un transistor NPN. Los terminales son rotulados como base (B),

colector (C) y emisor (E). Estos términos se refieren al funcionamiento interno del transistor

pero no ayuda mucho a entender cómo se usa, así que los trataremos como rótulos!

Un par Darlington consiste en un par de transistores, o bien NPN o PNP, conectados juntos

dentro de un mismo encapsulado, para dar una ganancia de corriente muy alta. Además de

los transistores estándar (juntura bipolar), existen los transistores de efecto de campo los

que son conocidos como FET (field effect transistor). Tienen un símbolo de circuito distinto

y su funcionamiento y propiedades respecto del transistor estándar también es bastante

diferente.

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Terminales y tipos de encapsulado

Los transistores tienen tres terminales los cuales deben conectarse de la manera correcta.

Por favor ten mucho cuidado con esto porque un transistor mal conectado puede dañarse

al instante cuando lo alimentes con una fuente y lo hagas conducir corriente. Si tienes suerte

la orientación del transistor estará clara desde el diseño del diagrama de montaje en la

placa PCB, de otra manera necesitarás buscar en un catálogo del fabricante para identificar

los terminales. Los dibujos de la derecha muestran los terminales para algunos tipos de

encapsulado más comunes. Nota que los diagramas muestran la vista desde abajo con los

terminales hacia ti. Esto es lo opuesto de los chips o circuitos integrados (IC), cuyos pines

o patillas se muestran vistos desde arriba. Por favor mira la tabla que muestra una

clasificación de los tipos de transistores según su encapsulado, usos más comunes y

demás parámetros.

Códigos en los transistores

Hay tres series principales de códigos de transistores:

Códigos que comienzan con B (o A), por ejemplo BC108, BC478 La primera letra B es para

silicio, A es para germanio (raramente usado). La segunda letra indica el tipo o uso habitual;

por ejemplo C significa baja potencia audio frecuencia; D significa alta potencia audio

frecuencia; F significa baja potencia alta frecuencia. El resto de los códigos identifican los

transistores particulares. No hay ninguna lógica obvia para el sistema de numeración.

Algunas veces se agrega una letra al final (ej: BC108C) para identificar una versión especial

del tipo principal, por ejemplo una ganancia de corriente más alta o un tipo de encapsulado

distinto. Si un proyecto especifica una ganancia de corriente más alta la versión (BC108C)

debe ser usada, pero si se da el código más general (BC108) cualquier transistor con este

código es adecuado. * Códigos que comienzan con TIP, por ejemplo TIP31A TIP se refiere

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al fabricante: transistor de potencia Texas Instruments. La letra al final identifica las

versiones con diferentes rangos de voltaje. * Códigos que comienzan con 2N, por ejemplo

2N3053 El código inicial '2N' identifica el componente como un transistor y el resto del

código el transistor en particular. No hay ninguna lógica obvia para el sistema de

numeración.

Ejercicio:

Un transistor de tipo npn y β= 100 se conecta de la siguiente manera: la base se conecta al

terminal positivo de una pila de 5 V a través de una resistencia de 100 kohmios; el colector

se conecta al terminal positivo de otra pila de 10 V a través de una resistencia de 100

ohmios el emisor se conecta a los terminales negativos de ambas pilas. En estas

condiciones calcule la corriente de colector. Tensión base-emisor 0,7A.

Solución:

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Dispositivos de tres capas

Diodo PIN

Se llama diodo PIN a una estructura de tres capas, siendo el intermedio semiconductor

intrínseco, y las externas, una de tipo P y la otra tipo N (estructura P-I-N que da nombre al

diodo). Sin embargo, en la práctica, la capa intrínseca se sustituye bien por una capa tipo

P de alta resistividad (π) o bien por una capa n de alta resistividad (ν).

El diodo PIN puede ejercer, entre otras cosas, como:

conmutador de RF

resistencia variable

protector de sobretensiones

foto detector

DIAC

El DIAC (Diodo para Corriente Alterna) es un dispositivo semiconductor de dos conexiones.

Es un diodo bidireccional disparable que conduce la corriente sólo tras haberse superado

su tensión de disparo, y mientras la corriente circulante no sea inferior al valor característico

para ese dispositivo. El comportamiento es fundamentalmente el mismo para ambas

direcciones de la corriente. La mayoría de los DIAC tienen una tensión de disparo de

alrededor de 30 V. En este sentido, su comportamiento es similar a una lámpara de neón.

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DIAC de tres capas

Es similar a un transistor bipolar sin conexión de base y con las regiones de colector y

emisor iguales y muy dopadas. El dispositivo permanece bloqueado hasta que se alcanza

la tensión de avalancha en la unión del colector. Esto inyecta corriente en la base que vuelve

el transistor conductor, produciéndose un efecto regenerativo. Al ser un dispositivo

simétrico, funciona igual en ambas polaridades, intercambiando el emisor y colector sus

funciones.

Ejercicio

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Dispositivos de Cuatro Capas

Tiristores

Se denominan tiristores a todos aquellos componentes semiconductores con dos estados

estables cuyo funcionamiento se basa en la realimentación regenerativa de una estructura

PNPN. Existen varios tipos dentro de esta familia, de los cuales el más empleado con

mucha diferencia es el rectificador controlado de silicio (SCR), por lo que suele aplicársele

el nombre genérico de tiristor. Es un componente con dos terminales principales, ánodo y

cátodo y uno auxiliar para disparo o puerta. Se puede decir que se comporta como un diodo

rectificador con iniciación de la conducción controlada por la puerta: como rectificador, la

conducción no es posible en sentido inverso, pero sí en sentido directo. Sin embargo, a

diferencia de los diodos, el tiristor no conduce en sentido directo hasta que no se aplica un

pulso de corriente por el terminal de puerta. El instante de conmutación (paso de corte a

conducción), puede ser controlado con toda precisión actuando sobre el terminal de puerta,

por lo que es posible gobernar a voluntad el paso de intensidades por el elemento, lo que

hace que el tiristor sea un componente idóneo en Electrónica de Potencia, ya que es un

conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez como comprobaremos con

posterioridad.

En la siguiente figura se pueden apreciar el símbolo, estructura y esquema equivalente del

tiristor de potencia

Como ya se ha comentado, el tiristor es un elemento unidireccional y sólo conduce corriente

en el sentido ánodo – cátodo, siempre y cuando el elemento esté polarizado en sentido

directo (tensión ánodo – cátodo positiva) y tengamos aplicado un impulso en la puerta. En

el caso de que la polarización sea inversa, el elemento estará siempre bloqueado (de ahí

que sea un elemento unidireccional). Las características eléctricas entre ánodo – cátodo

dependerán de la señal que hay o ha habido en la puerta en el momento de polarización

positiva, pudiendo comportarse como un cortocircuito o como un circuito abierto, de aquí su

posible funcionamiento como conmutador.

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Características estáticas del tiristor

En la siguiente figura se muestra la curva estática del tiristor. En dirección inversa se

comporta como un diodo, bloqueando la tensión hasta que se alcanza la tensión inversa

VRWM, que es cuando tiene lugar la ruptura por avalancha. En la dirección directa el tiristor

también bloquea la tensión hasta que llega a la ruptura de conducción en VBO. El tiristor

estará conduciendo mientras la corriente a su través sea mayor que un valor llamado

corriente de enclavamiento o de enganche, IBO, definida como la corriente de ánodo

mínima que hace bascular al tiristor del estado de bloqueo al estado de conducción.

Después, sus características son similares a las de un diodo, permaneciendo el

componente en conducción mientras la corriente de ánodo a cátodo no caiga por debajo de

un valor denominado corriente de mantenimiento IH.

Por lo tanto, dentro de las características estáticas del tiristor, y dependiendo de la tensión

que se aplique entre ánodo y cátodo, podemos distinguir tres zonas que dan lugar a los dos

estados estables que posee: bloqueo y conducción (cebado).

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Ejercicio

El circuito de la figura representa un circuito simple de control de potencia que utiliza un tiristor como elemento de control de una carga resistiva. Determinar el valor de V necesario para producir el disparo del tiristor. Suponiendo que se abre el interruptor, una vez disparado el tiristor, calcular el valor mínimo de tensión, VE, que provoca el apagado del

mismo. DATOS:

Resolución

Aplicando las leyes de Kirchoff a la malla de puerta del circuito de la figura anterior, se obtiene el siguiente valor para la tensión en la fuente:

SCR:

CIRCUITO

Cuando el tiristor se dispara, la tensión entre ánodo y cátodo no será nula (conmutador ideal), sino que cae una tensión dada por VH = 2V

Esta corriente debe ser menor que la corriente de mantenimiento para que el tiristor conmute a apagado, por lo tanto:

VE 300V R 500 RL 20

VH 2V IH 100 103A VG 0.75V IG 10 10

3A

V VG R IG V 5.75V

IL

VE VH

RL

IL 14.9A

VE IH RL VH 0 VE IH RL VH VE 4V

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Circuitos Integrados

Los circuitos integrados digitales (CI) son un agrupamiento de resistencias, diodos y

transistores fabricados en una sola pieza de material semiconductor (generalmente silicio)

denominado sustrato, que comúnmente recibe el nombre de chip (circuito integrado). El

chip se encuentra dentro de un receptáculo plástico o cerámico del cual se extienden pines

para conectar el CI con otros dispositivos. Uno de los tipos más comunes de receptáculo

es el doble en línea (DIP), denominado así porque contiene dos filas paralelas de pines.

Los pines se enumeran en el sentido contrario a las manecillas del reloj, cuando se ve desde

arriba del receptáculo con respecto a una muesca o un punto de identificación en un

extremo del receptáculo. El DIP puede ser un receptáculo de 14 pines que puede medir

desde menos de 1cm hasta 3cm, también se usan receptáculos de 16, 20,24, 28, 40, y 64

pines. El chip de silicio está conectado a los pines del DIP mediante alambres muy finos (1

milésima de pulgada de diámetro). El DIP probablemente es el receptáculo de CI digital

más común que se puede encontrar en un equipo digital viejo, pero otros tipos se están

popularizando cada vez más. Los CI digitales con frecuencia se clasifican de acuerdo a la

complejidad de su circuitería, ya que se miden por el número de compuertas lógicas

equivalentes en el sustrato. Los CI más simples son chips SSI (integración de pequeña

escala; small scale Integration), que tienen un número pequeño de compuertas. En los

sistemas digitales modernos los dispositivos con integración a mediana escala (MSI) y

grandes escalas (LSI, VLSI, ULSI, GSI) realizan la mayoría de las funciones que en alguna

ocasión requerirían varias tarjetas de circuito impreso llenas de dispositivos SSI.

Circuitos integrados bipolares y unipolares

Los CI digitales también se pueden clasificar de acuerdo al tipo principal de componente

electrónico usado en su circuitería. Los CI bipolares son los que se hacen empleando el

transistor bipolar de unión (NPN Y PNP) como el elemento principal del circuito. Los CI

unipolares son los que incluyen el transistor unipolar de efecto de campo (MOSFET de

canal P y canal N) como elemento principal. La familia TTL (lógica transistor–transistor;

transistor–transistor logic) ha sido la familia principal de CI digitales bipolares durante más

de 30 años. La estándar 74 fue la primera serie de CI TTL. Ya no se usa en diseños nuevos

y ha sido reemplazada por varias series TTL de mayor desempeño, pero su configuración

básica de circuito forma la base para todas las series CI TTL. Esta configuración de circuito

se muestra en la figura para el INVERSOR TTL estándar. Observe que el circuito contiene

varios transistores bipolares como elemento principal del circuito

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La TTL fue la familia de CI líder en las categorías SSI y MSI durante los diez años pasados.

Desde entonces su posición de líder se ha visto amenazada por la familia CMOS, la cual

ha desplazado gradualmente a la familia TTL de esa posición. La familia CMOS

(semiconductor metal–óxido complementario; Complementary metal–oxide semiconductor)

pertenece a la clase de CI digitales unipolares debido a que usa MOSFET de canal P y N

como elementos principales del circuito. Si comparamos los circuitos TTL y CMOS de la

figura anterior, es claro que en la versión CMOS se usan menos componentes. Esta es una

de las ventajas principales que tiene la familia CMOS sobre la TTL.

Ejercicio

𝐼(𝑡) = 𝑡 = 10𝑠

𝐼(𝑡) = 𝐼. 𝑒−𝑡𝑟𝑐

𝐼(𝑡) =ℇ

𝑅 . 𝑒

−𝑡𝑟𝑐

𝐼(𝑡 = 10𝑠) =30𝑣. 𝑒

−10𝑠1 ∗ 106Ω. 5 ∗ 10−6𝐹

1 ∗ 106 Ω

I (t=10s) = 4, 06 ∗ 10−6A

I (t=10s) =4, 06 µA

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Conclusiones

Se Puede concluir que los componentes electrónicos y los dispositivos han venido

evolucionando a través del tiempo puesto que cada día, esto se debe a que estos

componentes fueron y son elaborados con una finalidad, la cual tiene diversas tareas dentro

un circuito como por ejemplo en el caso de los circuitos integrados su desarrollo ha

revolucionado los campos de las comunicaciones y la gestión de información y la

informática.

En otros ámbitos los componentes que se estudiaron en este reporte son una herramienta

que facilita el trabajo de casi todos así como en una computadora el procesador es un

circuito integrado pero un poco más complejo el control de una tele también contiene

componentes electrónicos, eso demuestra que en casi cualquier parte podremos encontrar

estos pequeños dispositivos que aunque no lo parezca son muy útiles e importantes.

Bibliografía:

http://www.electronicasi.com/wp-content/uploads/2012/11/electronica-si-

980x500.jpg

https://es.scribd.com/doc/37660313/Problemas-Resueltos-de-Potencia-1

http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_PIN

http://es.wikipedia.org/wiki/Diac

http://www.cika.com/catalogo/catacika.pdf

https://perezcastillar.wikispaces.com/file/view/CIRCUITOS+INTEGRADOS.pdf