Electricos y a Digitales v 1 7

ndiceUnidad 1. Electrnica analgica....................................................................................................... 1

1.1 Corriente alterna y corriente directa........................................................................................... 2 1.1.1 Generacin de corriente en CA y CD......................................................................................... 4 1.2 Dispositivos pasivos ..................................................................................................................... 6 1.2.1 Caractersticas ........................................................................................................................... 6 1.2.1.1 Resistencia o Resistor. ............................................................................................................ 6 1.2.1.2 Condensadores o Capacitores. ............................................................................................. 10 1.2.2 Tcnicas de solucin en circuitos RLC ..................................................................................... 19 1.2.2.1 Ley de Ohm........................................................................................................................... 19 1.2.2.2 Conexin serie de resistencias ............................................................................................. 19 1.2.2.3 Conexin paralelo de resistencias ........................................................................................ 20 1.2.2.4 Conexin de capacitores. ..................................................................................................... 21 1.2.2.5 Conexin de Bobinas. ........................................................................................................... 21 1.2.2.6 Anlisis por las leyes de Kirchoff. ......................................................................................... 21 1.2.2.6.1 Ley de corriente de Kirchoff (LCK) ................................................................................. 21 1.2.2.6.2 Ley de voltaje de Kirchoff (LCV) .................................................................................... 22 1.2.3 Aplicaciones ............................................................................................................................ 22 1.3 Dispositivos activos ................................................................................................................... 22 1.3.1 Caractersticas de semiconductores ....................................................................................... 23 1.3.1.1 Clasificacin de los semiconductores. .................................................................................. 24 1.3.1.2 Estructura elctrica del Silicio .............................................................................................. 25 1.3.1.3 Estructura elctrica del Germanio........................................................................................ 26 1.3.1.4 Materiales tipo N y tipo P ..................................................................................................... 26 1.3.2 Dispositivos semiconductores ................................................................................................ 27 1.3.2.1 Diodos................................................................................................................................... 28 1.3.2.1.1 LED................................................................................................................................... 34 1.3.2.1.2 Rectificadores .................................................................................................................. 36 1.3.2.1.3 Zener ............................................................................................................................... 37 1.3.2.2 Transistores .......................................................................................................................... 41 1.3.2.2.1 Bipolares.......................................................................................................................... 41 1.3.2.2.2 FET ................................................................................................................................... 43

Principios elctricos y aplicaciones digitales

ITES Los Cabos

1.3.2.2.3 MOSFET ........................................................................................................................... 46 1.3.2.3 Tiristores ............................................................................................................................... 49 1.3.2.3.1 SCR................................................................................................................................... 51 1.3.2.3.2 SCS ................................................................................................................................... 52 1.3.2.3.3 DIAC ................................................................................................................................. 53 1.3.2.3.4 TRIAC ............................................................................................................................... 54 1.3.3 Tcnicas de diseo con semiconductores .............................................................................. 57 1.3.4 Aplicaciones con semiconductores ......................................................................................... 57 1.3.4.1 Rectificadores ....................................................................................................................... 57 1.3.4.2 Amplificadores...................................................................................................................... 60 1.3.4.3 Conmutadores ...................................................................................................................... 60 1.3.4.4 Fuentes de voltaje ................................................................................................................ 61 1.4 Amplificadores operacionales ................................................................................................... 62 1.4.1 Configuraciones ...................................................................................................................... 64 1.4.1.1 Seguidor unitario .................................................................................................................. 67 1.4.1.2 Comparador.......................................................................................................................... 68 1.4.1.3 Sumador ............................................................................................................................... 70 1.4.1.4 Restador ............................................................................................................................... 72 1.4.1.5 Diferenciador ........................................................................................................................ 73 1.4.1.6 Integrador ............................................................................................................................. 73 1.4.1.7 Amplificador logartmico. ..................................................................................................... 73 1.4.1.8 Multiplicador ........................................................................................................................ 75 1.4.1.9 Divisor ................................................................................................................................... 75 1.4.2 Aplicaciones ............................................................................................................................ 76 Unidad 2. Electrnica Digital.......................................................................................................... 77

2.1. Tablas de verdad y compuertas lgicas ..................................................................................... 78 2.1.1 NOT, OR y AND........................................................................................................................ 79 2.1.2 Otras (NOR, NAND, XOR, etc.) ................................................................................................ 79 2.1.3 Expresiones booleanas............................................................................................................ 80 2.2 Diseo de circuitos combinacionales. ....................................................................................... 82 2.2.1 Metodologa de diseo ........................................................................................................... 83 2.2.2 Minitrminos y Maxitrminos. ............................................................................................... 84 -2-


ITES Los Cabos

2.2.3 Tcnicas de simplificacin ....................................................................................................... 86 2.2.3.1 Teoremas y postulados del algebra de Boole ...................................................................... 87 2.2.3.2 Mapas Karnaugh .................................................................................................................. 93 2.2.4 Implementacin y aplicacin de circuitos combinacionales................................................... 97 2.3 Lgica secuencial ......................................................................................................................... 5 2.3.1 FLIP-FLOP con compuertas. ...................................................................................................... 5 2.3.2 FLIP-FLOP JK, SR, D .................................................................................................................. 10 2.3.3 Diseo de circuitos secuenciales............................................................................................. 16 2.3.4 Aplicacin de circuitos secuenciales ....................................................................................... 17 2.4 Familias lgicas .......................................................................................................................... 17 2.4.1 TTL ........................................................................................................................................... 18 2.4.2 ECL ........................................................................................................................................... 20 2.4.3 MOS......................................................................................................................................... 21 2.4.4 CMOS ...................................................................................................................................... 22 2.4.5 Bajo voltaje (LVT, LV, LVC, ALVC) ............................................................................................ 24 Unidad 3. Convertidores .................................................................................................................. 2

3.1 Analgico / Digital A/D .............................................................................................................. 6 3.1.1 Tipos .......................................................................................................................................... 9 3.1.2 Aplicaciones ............................................................................................................................ 20 3.2 Digital / Analgico D/A .............................................................................................................. 20 3.2.1 Tipos ........................................................................................................................................ 27 3.2.2 3.2.2. Aplicaciones .................................................................................................................. 28 Unidad 4. Lenguajes HDL ............................................................................................................... 29

4.1 Dispositivos lgicos programables ............................................................................................ 29 4.1.1 Tipos ........................................................................................................................................ 30 4.1.2 Caractersticas ......................................................................................................................... 30 4.1.3 Fabricantes .............................................................................................................................. 31 4.1.4 Pasos para el diseo con PLDs .............................................................................................. 31 4.2 Programacin de circuitos combinacionales con HDL ............................................................. 33 4.2.1 Por captura esquemtica ........................................................................................................ 33 4.2.2 Por tabla de verdad ................................................................................................................. 34 4.2.3 Por ecuaciones booleanas ...................................................................................................... 34 -3-


ITES Los Cabos

4.2.4 Por descripcin de comportamiento ...................................................................................... 34 4.3 Programacin de circuitos secuenciales con HDL .................................................................... 34 4.3.1 Por captura esquemtica ........................................................................................................ 34 4.3.2 Por tabla de verdad ................................................................................................................. 34 4.3.3 Por ecuaciones booleanas ...................................................................................................... 34 4.3.4 Por descripcin de comportamiento ...................................................................................... 34 4.3.5 Por tabla de estado ................................................................................................................. 34 4.3.6 Por diagrama de transicin ..................................................................................................... 34

-4-


ITES Los Cabos

Unidad 1. Electrnica analgicaLa electricidad y la electrnica son disciplinas que estan ntimamente unidas. As la electricidad se encarga del estudio, generacin, transporte y distribucin de la energa elctrica y de sus operadores y receptores asociados que la transforman en un efecto til. Por su parte la electrnica es el campo de la ingeniera y de la fsica aplicada, que estudia el diseo de circuitos que permiten genera, modificar o tratar una seal elctrica. Las modificaciones que llevan a cabo los circuitos electrnicos pueden consistir en aumentar o atenuar la seal (amplificacin y atenuacin), forzar el sentido de circulacin de la carga elctrica (rectificacin) o dejar pasar nicamente aquellas seales u ondas elctricas de determinada frecuencia (filtrado). Los circuitos electrnicos pueden clasificarse en analgicos y digitales, segn se trate de circuitos que permiten el tratamiento de una seal analgica o digital. Una seal es analgica cuando puede timar cualquier valor en el tiempo dentro del rango permitido, y digital multivaluada cuando varia en el tiempo a intervalos concretos. Sin embargo, cuando nicamente puede tomar dos valores, se denomina digital binaria. En la actualidad, muchos de los aparatos y dispositivos que utilizamos a diario contienen circuitos electrnicos digitales (computadoras, celulares, DVD, etc.). El funcionamiento de cualquier circuito electrnico, solo puede explicarse a partir del conocimiento de funcionamiento y caractersticas de cada uno de los componentes interconectados que lo integran. Estos se pueden clasificar en dos grupos: componentes pasivos y componentes activos. Tanto unos como otros se fabrican, por lo general, normalizados, es decir con parmetro o ciertas caractersticas determinadas. Por lo anterior, es necesario estudiar a fondo estos componentes

M.C. Jos Ismael Ojeda Campaa

Pgina 1

Principios elctricos y aplicaciones digitales 1.1 Corriente alterna y corriente directa

ITES Los Cabos

La electricidad constituye una forma de energa que est presente en casi todas las actividades humanas de una sociedad desarrollada. Gran parte de los aparatos y mquinas que utilizamos funcionan gracias a ella. La energa elctrica se produce en centrales u otros centros de generacin, a partir de la transformacin de una energa primaria (hidrulica, trmica, nuclear, solar, elica...). Desde dichos centros es transportada a travs de las redes elctricas hasta las ciudades y poblaciones, las industrias y otros centros de consumo. Tambin se obtiene energa elctrica, aunque en pequeas cantidades, de la energa qumica almacenada en pilas y bateras. Entre sus ventajas cabe mencionar la facilidad con la que se transforma en otras formas de energa, as como la relativa sencillez con la que se genera y se hace llegar hasta los puntos de consumo. Sin embargo, la energa elctrica no est exenta de inconvenientes: las centrales trmicas producen gran cantidad de humos y emisiones contaminantes; en las nucleares, a los riesgos de accidentes, potencialmente graves, hay que sumar la generacin de un importante volumen de residuos de difcil eliminacin; las instalaciones hidrulicas alteran profundamente el rgimen de los ros, etctera. Carga elctrica. La materia est formada por tomos. Estos a su vez estn formados por partculas elementales: neutrones y protones (en el ncleo) y electrones que se mueven en rbitas alrededor del ncleo. Normalmente, el tomo es elctricamente neutro y slo la presencia mayoritaria de protones (partcula cargada positivamente) o electrones (partcula cargada negativamente) da un carcter elctrico al mismo. Con estos conceptos podramos decir que; se denomina corriente elctrica al desplazamiento continuo de electrones en el interior de un conductor. La circulacin de electrones a travs de un circuito elctrico se produce desde un punto de menor potencial elctrico (mayor energa) a otro de mayor potencial elctrico (menor energa). Cabe definir dos sentidos de circulacin de la corriente elctrica: El sentido real, que es el que marca la circulacin de los electrones desde el polo negativo al polo positivo. El sentido convencional, que es el de circulacin de los huecos que dejan los electrones en su recorrido, desde el polo positivo al polo Figura 2 Sentidos de la negativo. corriente elctrica La estructura atmica de los materiales determina la facilidad con que se desplaza el flujo de electrones. Cabe distinguir estos materiales: M.C. Jos Ismael Ojeda Campaa Pgina 2Figura 1 Estructura atmica


ITES Los Cabos

Aislantes: No permiten el paso de la corriente elctrica (plsticos, vidrio, porcelana, barnices, papel, entre otros). Conductores: Permiten el paso de la corriente elctrica (platino, plata, cobre, oro, aluminio, cinc, entre otros). Semiconductores: Se comportan como aislantes o como conductores, dependiendo de la energa externa que les apliquemos. El silicio y el germanio constituyen dos ejemplos de este tipo de materiales.

Figura 3 Conductores, aislantes y semiconductores.

La intensidad de la corriente depende fundamentalmente de la tensin o voltaje (V) que se aplique y de la resistencia (R) en Ohm que ofrezca al paso de esa corriente la carga o consumidor conectado al circuito. Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la cantidad de electrones que circulen por el circuito ser mayor en comparacin con otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice ms el paso de los electrones. La unidad bsica de la corriente es el amperio (A). Un amperio es la corriente que fluye cuando 1C de carga pasa por un segundo en una seccin dada (1A = 1C=s). Tipos de corriente: Corriente continua o directa (DC) usada principalmente en circuitos electrnicos. Corriente alterna (AC) usada como corriente domestica es de tipo sinusoidal. Corriente exponencial aparece en fenmenos transitorios por ejemplo en el uso de un interruptor. Corriente en dientes de sierra tiles en aparatos de rayos catdicos para visualizar formas de onda elctricas.

Figura 4 Tipos de corriente elctrica


Pgina 3

Principios elctricos y aplicaciones digitales La corriente alterna (C.A) se diferencia de la directa (C.D) en que cambia su sentido de circulacin peridicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en Hertz (Hz) tenga esa corriente. La corriente directa (C.D.) solo fluye en un sentido y tambin se le llama "corriente continua" (C.C.). La corriente alterna es el tipo de corriente ms empleado en la industria y es tambin la que consumimos en nuestros hogares.

ITES Los Cabos

En la siguiente figura se observa el voltaje que es Figura 5 forma de onda de una seal alterna una seal alterna, vara primero hacia arriba y luego hacia abajo (de la misma forma en que se comporta la corriente) y nos da una forma de onda llamada: onda senoidal. Se ve que la onda senoidal es peridica (se repite la misma forma de onda continuamente).Figura 6 Cuadro sinptico de la corriente elctrica

1.1.1

Generacin de corriente en CA y CD


Pgina 4


ITES Los Cabos

Un generador consiste en una espira de cable que gira en el interior de un imn. El imn se denomina estator y la espira rotor. Ya sabemos que un elemento conductor, recorrido por una corriente elctrica, genera a su alrededor un campo magntico. De la misma manera, el magnetismo tambin puede crear electricidad. Al girar la espira de cable en el interior de las lneas de fuerza del campo magntico, generamos una diferencia de potencial entre los extremos del cable conductor. Es decir, hemos creado una corriente elctrica que circula por el cable. Este fenmeno se llama induccin electromagntica. El generador permite transformar la energa mecnica, que usamos para girar la espira de cable en energa elctrica.La espira de cable giratoria debe estar conectada a un cable elctrico fijo para transportar la electricidad generada: este contacto se realiza mediante un par de escobillas. El electroimn genera un fuerte campo electromagntico entre sus polos.

Al girar el alambre en el interior de campo electromagntico se genera un flujo de electrones, una corriente elctrica

Al dar media vuelta completa a la bobina, el flujo de electrones se invierte obteniendo una corriente alterna.Figura 7 Generacin de corriente

La corriente elctrica que produce un generador puede ser de dos tipos: alterna y contina. Si hacemos girar los contactos (escobillas) al mismo tiempo que la bobina, una de ellas siempre ser la entrada del flujo de electrones, y otra la salida, y tendremos una corriente continua. Otras disposiciones de las escobillas nos permiten generar corriente alterna, que es la ms usada generalmente para el transporte y distribucin de electricidad. La corriente alterna cambia de sentido el flujo de electrones muchas veces por segundo. As pues, para fabricar electricidad necesitamos una fuente de movimiento capaz de hacer girar el rotor del generador. Es decir, transformamos energa mecnica en energa elctrica. Esto es lo que sucede cuando el faro de una bicicleta se ilumina al girar las ruedas gracias a nuestra fuerza muscular. Visita el sitio, donde podrs observar un applet con un generador de corriente alterna: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/induccion/generador/generador.htm M.C. Jos Ismael Ojeda Campaa Pgina 5

Principios elctricos y aplicaciones digitales 1.2 Dispositivos pasivos

ITES Los Cabos

Un elemento pasivo es aquel que no es capaz de entregar potencia al circuito en el cual est conectado. Los elementos pasivos son: 1.2.1 Resistencia o resistor Condensador o capacitor Bobina o inductor Caractersticas

Dentro de las caractersticas generales que tienen los elementos pasivos se encuentran: 1.2.1.1 Tienen un par de terminales. No pueden ser subdivididos en otros elementos simples. Tienen una relacin nica de voltaje y corriente en sus terminales la cual los caracterizan. Son los elementos que absorben o consumen energa, La potencia es positiva. Resistencia o Resistor.

La resistencia elctrica es la oposicin que ofrece un material al paso de los electrones (la corriente elctrica).Cuando el material tiene muchos electrones libres, como es el caso de los metales, permite el paso de los electrones con facilidad y se le llama conductor. Si por el contrario el material tiene pocos electrones libres, ste no permitir el paso de la corriente y se le llama aislante o dielctrico. Los factores principales que determinan la resistencia elctrica de un material son: Tipo de material Longitud Seccin transversal TemperaturaFigura 8 Smbolo Elctrica de la Resistencia

Observando la figura 9, se puede apreciar dos conductores del mismo material pero con secciones transversales diferentes. Si se ampla el rea a la que se enfrenta la carga, mayor cantidad de caminos encontrara, ampliando la posibilidad de hallar siempre un camino que le amerite un menor desgaste de energa. Se extrae que una ampliacin en el rea del conductor implica una disminucin en la resistencia.


Pgina 6


ITES Los Cabos

Figura 9 Carga elctrica intentando atravesar 2 conductores del mismo material y diferente seccin transversal

Si el cambio se hace en la longitud del material, se contempla que la carga deber emplear una mayor cantidad de energa para poder superar la resistencia. Esto hace que la relacin entre la resistencia de un material y la longitud sea directamente proporcional.

Figura 10 Carga elctrica intentando atravesar 2 conductores del mismo materia y diferentes longitudes

Por las caractersticas geomtricas de un material y por la naturaleza del elemento que lo compone, las resistencias elctricas se pueden determinar mediante la siguiente ecuacin:

Donde: Resistividad del material (*m) Longitud del material (m) rea del material (m)


Pgina 7


ITES Los Cabos

La variacin de la resistencia por cambios en la temperatura se basa en un incremento en la energa de las molculas que componen el material. Este incremento energtico produce un movimiento que dificulta el camino de paso de la carga a travs del material, aumentando la cantidad de choques que se producen entre la carga y las molculas, tal como se muestra en la figura.

Figura 11 Carga elctrica intentando atravesar un material con un incremento en su temperatura

Para determinar el valor de una resistencia ante posibles cambios de temperatura se emplea la ecuacin que se muestra a continuacin:

La unidad de medida de la resistencia elctrica es el Ohmio y se representa por la letra griega omega () y se expresa con la letra "R". Segn el valor de la resistencia, si este es fijo o variable se podra realizar una primera clasificacin de las resistencias. Clasificacin en funcin del valor Pelcula (qumicas): se utilizan en potencias Pelcula bajas, que van desde 1/8 watt hasta los 3 Gruesa Resistores watts y consisten en pelculas que se colocan de pelcula Pelcula sobre bases de cermica especial. Este tipo de metlica delgada. resistores depende del material sea carbn o compuestos metlicos. Resistores bobinados: se fabrican con hilos que son esmaltados, cementados vitrificados o son recubiertos de un material cermico. Estos resistores por lo general pueden disipar potencias que van desde los 5W hasta los 100W o ms. Potencimetros de ajuste Resistores ajustables Potencimetros giratorio Potencimetros de cursor. Resistores dependientes De presin. De luz. de magnitudes De temperatura, termistor. De voltaje (varistor) De campo magntico.Figura 12 Clasificacin de las resistencias

Resistores Fijos: tienen un valor nominal fijo.

Resistores o Resistencias

Resistores variables: tiene un valor que se vara intencionalmente.


Pgina 8


ITES Los Cabos

Las resistencias o resistores son fabricadas en una amplia variedad de valores. Hay resistencias con valores de Kilo ohmios (K), Mega ohmios (M). Estas dos ltimas unidades se utilizan para representar resistencias muy grandes. En la siguiente tabla vemos las equivalencias entre ellas: 1 Kilohmio (K) = 1,000 Ohmios () 1 Megaohmio (M) = 1,000,000 Ohmios () 1 Megaohmio (M) = 1,000 Kil ohmios (K) Para poder saber el valor de las resistencias sin tener que medirlas, existe un cdigo de colores de las resistencias que nos ayuda a obtener con facilidad este valor con slo verlas. Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor del resistor, la tercera banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para obtener el valor final de la resistencia. La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta banda, sta nos indica su confiabilidad. Hay veces en que interesa disponer de una resistencia cuyo valor pueda variarse a voluntad. Son los llamados potencimetros. Se fabrican bobinados o de grafito, deslizantes o giratorios. Se suelen llamar potencimetros cuando poseen un eje manual, y resistencias ajustables cuando para variarlas se precisa la ayuda de una herramienta, porque una vez ajustados no se van a volver a desajustar.

Figura 13 Cdigo de colores.


Pgina 9

Principios elctricos y aplicaciones digitales A su vez existe la codificacin de las resistencias de montaje superficial (SMD).

ITES Los Cabos

Figura 14 Lectura de resistencias SMD

Resistencias variables Resistencias cuyo valor hmico se puede ajustar mediante dispositivos mviles, entre un valor mnimo generalmente cero y un valor mximo que es el valor nominal de la resistencia. Potencimetros Son unas resistencias con tres terminales, uno de ellos est en conexin directa con un cursor que se desplaza sobre una lmina de carbn, mientras que los otros dos estn conectados a uno y otro extremo de la lmina de Figura 16 Potencimetro carbn respectivamente. 1.2.1.2 Condensadores o Capacitores.Figura 15 Resistencia variable

En su esquema bsico est constituido por dos placas conductoras separadas por un material dielctrico o aislante Capacitancia Relacin que existente entre la carga almacenada en las placas conductoras dividido por la diferencia de potencial entre ellas.

Capacitor es un dispositivo que almacena energa elctrica. Est formado por un par de superficies conductoras en situacin de influencia total (esto es, que todas las lneas de campo elctrico que parten de una van a parar a la otra) separados por un material dielctrico (siendo este utilizado en un condensador para disminuir el campo elctrico). El nmero de electrones que puede almacenar con un determinado voltaje, es una medida de su capacitancia. M.C. Jos Ismael Ojeda Campaa Pgina 10


ITES Los Cabos

Su construccin bsica consta de dos conductores prximos entre s, pero separados por un aislante que se denomina dielctrico. Los conductores se hacen generalmente de hojas delgadas de aluminio, y el dielctrico es una pieza muy delgada o pelcula de un material aislante.

Figura 17 Construccin de un capacitor.

Su unidad de medida es el Faradio, pero en la prctica se tienen valores muy pequeos del orden de los microfaradios ( F = 10-6 F), nanofaradios (nF = 10-9 F), y picofaradios (pF = 10-12 F). Tambin es muy importante la caracterstica llamada voltaje de trabajo que es la que determina el voltaje que puede soportar entre sus placas sin daarse. Ejemplo: C1 = 100F/50 volts. Esto quiere decir que el capacitor tiene una capacidad de almacenamiento de 100 F y soporta un voltaje hasta de 50 volts. No se puede alimentar con ms de 50 volts porque puede daarse el capacitor (explotar). En la prctica los condensadores se deben emplear con una capacidad de voltaje de trabajo al doble, nunca menor.

Figura 18 Smbolos del capacitor.

Tipos de capacitores Condensadores de papel: Son los fabricados con hojas de aluminio como conductores y hojas delgadas de papel kraft (normalmente impregnado con cera, aceite, resina o un compuesto sinttico) como dielctrico, el condensador completo se sita dentro de una envuelta de metal, plstico o cartn, que protege a la unidad y evita la humedad, si se colocan las bandas de metal se puede soldar un cable en cada extremo de forma que cada vuelta de la cinta de metal quede conectada a su terminal. Como esto M.C. Jos Ismael Ojeda Campaa Pgina 11

Principios elctricos y aplicaciones digitales reduce el efecto inductivo de las vueltas, tal condensador se denomina a veces de tipo no inductivo. Condensadores cermicos: Entre los condensadores ms empleados, debido a su bajo precio y buenas caractersticas capacitivas, estn los de cermica, los cuales basan su funcionamiento en dos delgadas placas metlicas separadas entre s por una delgada lmina de material cermico. El material que ms se emplea en la actualidad es una cermica con base en Titanio de bario, y su forma de disco resulta familiar.

ITES Los Cabos

Figura 19 Construccin de un condensador de papel tpico.

Estos condensadores tienen una estructura muy sencilla, sin embargo, esta sencillez trae aparejado un problema delicado: a menos que se construyan dispositivos realmente grandes su capacidad mxima es relativamente pequea (comercialmente se alcanzan valores de 0.22 F). Para poder compensar parcialmente esta desventaja, se idearon algunas variantes en la construccin de estos dispositivos, tal como la aplicacin de varias capas superpuestas conectadas entre s en paralelo.

Figura 20 Constitucin de un condensador multicapas

A estos dispositivos se les llama o conoce con el nombre de condensadores cermicos multicapa, y gracias a este recurso se pueden encontrar componentes con una capacidad de hasta 1 F. Con este mtodo el disco se ensancha, pero el tamao del dispositivo sigue siendo relativamente pequeo.


Pgina 12


ITES Los Cabos

Una ventaja de los condensadores cermicos, es que el material aislante utilizado es muy resistente al paso de la corriente, pudiendo as encontrar dispositivos que fcilmente resisten tensiones de 500 1000 volts. Una de sus principales desventajas de estos tipos de condensadores es su amplio rango de tolerancia. Existe, por ejemplo, la familia de capacitores Z, la cual posee una tolerancia de 20 a + 80% del valor nominal. No obstante, gracias a los avances en la construccin de elementos electrnicos, se ha podido disear una familia de condensadores cermicos que es la familia J, que posee una tolerancia de 5. Condensadores de polister: La construccin de un condensador de polister es sumamente sencilla, como se muestra en la siguiente figura. Una de las grandes ventajas que tienen estos condensadores en comparacin con los cermicos, es su alta estabilidad en un amplio rango de temperatura; adems de una tolerancia muy estrecha, ya que la mayora de los dispositivos de este tipo tienen una tolerancia de 10 % (familia K), aunque aqu tambin existe la familia J con una tolerancia de 5 %.

Condensador electroltico: Un condensador electroltico consiste en dos placas metlicas separadas por un electroltico.

Figura 21 Constitucin de un condensador de polister

El electroltico no es realmente el material dielctrico, sino el electrodo negativo, el dielctrico es una delgada pelcula de xido que se forma sobre la placa positiva del condensador, la segunda placa a veces llamada errneamente electrodo negativo proporciona el medio de hacer contacto con el electrolito (el electrodo negativo verdadero) y sirve como terminal negativo. La capacidad de un condensador electroltico depende de: el rea de las placas, el espesor del dielctrico y la constante dielctrica de la pelcula de xido.

Figura 22 Condensador electroltico.


Pgina 13

Principios elctricos y aplicaciones digitales Condensadores electrolticos de aluminio.

ITES Los Cabos

Se pueden construir de una forma sustancialmente seca usando un electrolito gelatinoso, los condensadores electrolticos secos tienen una gran capacidad con unas dimensiones relativamente pequeas y son el tipo ms econmico para muchas aplicaciones. Un condensador electroltico seco consta de una lmina positiva, una negativa y un separador que contiene el electrolito, arrollados en forma cilndrica, y de los montajes necesarios para las conexiones elctricas, su proteccin y montaje. Condensadores de tantalio: El tantalio se puede emplear en lugar del aluminio para los electrodos de los condensadores electrolticos, con el tantalio se consiguen ms faradios por voltio por centmetro cbico que con el aluminio, y esto permite grandes avances en el campo de la miniaturizacin. Los condensadores de tantalio tienen diversas ventajas en comparacin con sus equivalentes electrolticos; por ejemplo, su tamao es menor; son dispositivos que se daan con menos facilidad ante cargas inversas; y adems su operacin general es ms estable, toda vez que al no ser hmedos no se secan.

Figura 23 Construccin de un condensador electroltico

La desventaja de estos condensadores, es que el xido de tantalio que llevan resiste poco voltaje, lo que hace que no superen los 25 V; adems son considerablemente ms costosos que los condensadores electrolticos equivalentes. Condensadores variables: Un condensador variable tiene dos conjuntos de placas, un conjunto que puede girar y se llama rotor y otro estacionario llamado estator; el estator tiene generalmente una placa ms que el rotor. El condensador se construye d forma que las placas del rotor se muevan libremente entre las del estator, haciendo as que vare la capacidad.Figura 24 condensadores variables

Las placas de un condensador variable deben ser buenas conductoras, inoxidables, fuertes y rgidas para que mantengan una capacidad uniforme y no se origine un corto circuito entre ellas.


Pgina 14

Principios elctricos y aplicaciones digitales Condensadores ajustables: Los condensadores ajustables, denominados a veces trimmers o padders, se emplean para ajustar la capacidad de un circuito, este tipo de condensador consta de dos o ms placas aisladas entre s por medio de una hoja de mica y se construye de forma que se pueda variar la distancia que separa las placas con un pequeo tornillo de ajuste. Los condensadores trimmer y padder se definen por su capacidad mnima y mxima, se pueden encontrar condensadores ajustables con una capacidad mnima de hasta 0.5 pF. y con una capacidad mxima de hasta 500 pF. Condensadores de montaje superficial: En la actualidad, el creciente proceso de miniaturizacin de los diversos aparatos electrnicos ha hecho obsoletos los mtodos de montaje y fabricacin convencionales. Por eso se diseo la tecnologa de montaje superficial, en la que los elementos van soldados directamente sobre la cara de pistas del circuito impreso; as se evita la necesidad de realizar perforaciones en la tablilla, al tiempo que puede reducirse notablemente el tamao de los dispositivos empleados. Los condensadores no podan quedar al margen, por lo que tambin se desarrollaron versiones en miniatura de acuerdo con la tecnologa empleada para fabricar los dispositivos cermicos. Condensadores incorporados en chips:

ITES Los Cabos

Figura 25 condensadores ajustables

Figura 26 Condensador de montaje superficial

Tan necesarios son los condensadores en el diseo de circuitos integrados, que incluso se ha llegado a lmites de miniaturizacin realmente inconcebibles, a tal grado que para observarlos se necesita un microscopio. En ciertos circuitos integrados como el popular amplificador operacional 741, es necesario incluir un condensador compensador en la estructura electrnica. Sin embargo, fabricar un condensador en un circuito integrado resulta tanto complejo; la razn es que estos elementos ocupan un rea considerable. 1.2.1.3 Bobinas o Inductores.

Un inductor es un elemento pasivo diseado para almacenar energa en su campo magntico. Los inductores encuentran numerosas aplicaciones en sistemas electrnicos y de potencia. Se usan en alimentaciones de potencia, transformadores, radios, televisores, radares y motores elctricos.


Pgina 15


ITES Los Cabos

Todos los conductores de corriente elctrica tienen propiedades inductivas y pueden considerarse inductores. Pero para aumentar el efecto inductivo, un inductor prctico suele formarse en una bobina cilndrica con muchas vueltas de alambre conductor, como se observa en la figura.

Figura 27 Un inductor en su forma habitual

Si se permite que pase corriente por un inductor, se descubre que la tensin en el inductor es directamente proporcional a la velocidad de cambio de la transformacin de la corriente. Mediante la convencin pasiva de los signos,

Donde L, es la constante de proporcionalidad, llamada inductancia del inductor. La unidad de inductancia es el Henry (H), as llamado en honor al inventor estadounidense Joseph Henry (17971878). La inductancia de un inductor depende de sus dimensiones y composicin fsica. Las frmulas para calcular la inductancia de inductores de diferentes formas se derivan de la teora electromagntica y pueden encontrarse en manuales estndar de ingeniera elctrica. Por ejemplo, en relacin con el inductor (solenoide) que aparece en la figura 27.

Donde N es el nmero de vueltas, la longitud, A, el rea de la seccin transversal y , la permeabilidad del ncleo. Mediante la ecuacin anterior se advierte que la inductancia puede aumentar si se incrementa el nmero de vueltas de la bobina, usando material con mayor permeabilidad a la del ncleo, aumentando el rea de la seccin transversal o disminuyendo la longitud de la bobina. Al igual que los capacitores, los inductores disponibles comercialmente se presentan en diferentes valores y tipos. Los inductores prcticos usuales tienen valores de inductancia que van de unos cuantos micro henrys (H), como en los sistemas de comunicacin, a decenas de henrys (H), como en los sistemas de potencia. Los inductores pueden ser fijos o variables. El ncleo puede ser de hierro, acero, plstico o aire. Los trminos bobina y reactancia se emplean como sinnimos de inductor.


Pgina 16


ITES Los Cabos

Figura 28 Clasificacin de las bobinas.

Existen dos tipos de bobinas que son las fijas y las variables: Fijas: las bobinas fijas se dividen en dos clases que son las de ncleo de aire y la de ncleo de solido. o La bobina de ncleo de aire: estas bobinas se utilizan en frecuencias elevadas, podemos encontrar las bobinas llamas solenoide que es un alambre de forma de espiral en la que circula corriente elctrica. o La bobina de ncleo de solido: esta bobina contiene permeabilidad magntica y por esto tiene valores altos de ductividad su ncleo es hecho de un material ferreomagnetico. Tambin podemos encontrar otras bobinas ferro magnticas que son: Las bobinas de nido de abeja: se utilizan en los radios para la sincronizacin de una onda media y larga, lo bueno de su estructura puede conseguir valores altos de inductividad en un volumen mnimo. Las bobinas de ncleo toroide: una virtud de la bobina es que su flujo magntico no se dispersa hacia el exterior siendo estas muy buenas en el rendimiento y precisin. Las bobinas de ferrita: son cilndricas son muy importantes porque tiene un receptor para cuando se valla hacer una prctica. Variables: estas bobinas son ajustables porque su conductividad se produce por el desplazamiento del ncleo, tambin podemos encontrar bobinas blindadas que estn recubiertas de un elemento metlico el cual su funcin es limitar el flujo electromagntico que es creado por la propia bobina, pero su problema es que puede afectar los elementos cercanos.

Identificacin de bobinas Las bobinas como las resistencias se identifican por una tabla de colores, el cual se mide en micro henrios.


Pgina 17

Principios elctricos y aplicaciones digitales 1 Cifra y 2 Cifra 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

ITES Los Cabos

Color Negro Caf Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Oro Plata Ninguno

Multiplicador 1 10 100 1000 0.1 0.01 -

Tolerancia 3% 5% 10% 20%

1.1 Tabla de colores de las bobinas

Cabe destacar las siguientes propiedades importantes de un inductor: 1. Como se desprende de la ecuacin , la tensin en un inductor es cero cuando

la corriente es constante. As, un inductor acta como un cortocircuito para la cd. 2. Una propiedad relevante del inductor es su oposicin al cambio en la corriente que fluye por l. La corriente que circula por un inductor no puede cambiar instantneamente. 3. Como el capacitor ideal, el inductor ideal no disipa energa. La energa almacenada en l puede recuperarse en un momento posterior. El inductor toma potencia del circuito al almacenar la energa y suministra potencia al circuito al devolver la energa previamente almacenada. 4. Un inductor prctico no ideal tiene una componente resistiva importante. Esto se debe al hecho de que el inductor es de un material conductor como cobre, el cual tiene cierta resistencia, que se llama resistencia de devanado Rw, y aparece en serie con la inductancia del inductor. La presencia de Rw convierte a ste tanto en un dispositivo de almacenamiento de energa como en un dispositivo de disipacin de energa. Puesto que usualmente Rw es muy reducida, se le ignora en la mayora de los casos. El inductor no ideal tambin tiene una capacitancia de devanado Cw, debida al acoplamiento capacitivo entre las bobinas conductoras. Cw es muy reducida y puede ignorarse en la mayora de los casos, excepto en altas frecuencias. En el siguiente cuadro se observan las caractersticas mas importantes de los elementos pasivos.


Pgina 18

Principios elctricos y aplicaciones digitales Relacin smbolo Resistor (R) Capacitor (C)

ITES Los Cabos Inductor (L)

V-I

I-V

PW En Serie En paralelo En CD Variable de circuitos que no puede cambiar abruptamente Igual Circuito abierto Corto circuito

No aplicable

Voltaje (V)

Corriente (I)

1.2.2 Tcnicas de solucin en circuitos RLC Existen diferentes tcnicas de solucin para los circuitos RLC, para darle solucin a este tipo de circuitos, es necesario estudiar la ley de Ohm y las leyes de Kirchoff. La ley de Ohm, relaciona al voltaje con la corriente elctrica y la resistencia, las leyes de Kirchoff son necesarias para analizar circuitos ms complejos donde presentan n mallas y k nodos. 1.2.2.1 Ley de Ohm George Simon Ohm, descubri en 1827 que la corriente en un circuito de corriente continua vara directamente proporcional con la diferencia de potencial, e inversamente proporcional con la resistencia del circuito. La ley de Ohm, establece que la corriente elctrica (I) en un conductor o circuito, es igual a la diferencia de potencial (V) sobre el conductor (o circuito), dividido por la resistencia (R) que opone al paso, l mismo. La ley de Ohm se aplica a la totalidad de un circuito o a una parte o conductor del mismo.

1.2.2.2 Conexin serie de resistencias Se llama as a la conexin de dos o ms resistencias tal que una de las terminales de la primera resistencia se conecta a una de las terminales de la segunda M.C. Jos Ismael Ojeda Campaa Pgina 19


ITES Los Cabos

resistencia y de la ltima resistencia se conectan a las terminales positivas y negativa de una batera (Fig. 27). En un arreglo serie de resistencias se presentan las siguientes caractersticas: a) La resistencia equivalente o total es aquella Figura 29 Resistencias en Serie que sustituye al conjunto de resistencias y provoca el mismo efecto que todas juntas. La resistencia total se obtiene a travs de la suma de todas las resistencias. b) La corriente que circula por todo el arreglo es la misma en todas las resistencias. c) El voltaje total de la batera se distribuye o divide en todas las resistencias, por lo tanto el voltaje total de un arreglo serie de resistencias se obtiene por la suma de las cadas de potencial o voltaje en cada una de las resistencias.

1.2.2.3 Conexin paralelo de resistencias Una conexin paralelo consiste simplemente en la conexin una de las terminales de todas las resistencias a la terminal positiva de la batera, y la conexin de todas las terminales restantes a la terminal negativa de la propia batera. En este tipo de conexin de resistencia se cumplen las siguientes propiedades fsicas.Figura 30 Conexin paralelo de resistencias

a) La resistencia total o equivalente se determina mediante el inverso de la sumatoria de todas las resistencias del arreglo.

Cuando se tiene nicamente dos resistencias en paralelo resulta ms prctico utilizar una ecuacin ms sencilla.

b) Puesto que la corriente total de la batera se divide en cada resistencia del arreglo, entonces la corriente total se obtiene mediante la suma de las corrientes en cada resistencia. c) El voltaje en este tipo de conexin es el mismo en todas las resistencias y ser igual al de la batera.


Pgina 20


ITES Los Cabos

1.2.2.4

Conexin de capacitores.

Los capacitores en serie se comportan diferente a las resistencias es decir se calculan como resistencias en paralelo y cuando estan en paralelo su capacitancia se suma. As como se muestra en las siguientes formulas:Figura 31 Conexin de capacitores en serie y paralelo

En serie En paralelo

1.2.2.5 Conexin de Bobinas. Para calcular la inductancia equivalente de las bobinas en serie se realiza al sumar todas las inductancias. Para calcular la inductancia de bobinas en paralelo se realiza al igual que en las resistencias en paralelo, el inverso de la inductancia equivalente es igual al inverso de la suma de todas las inductancias.

Figura 33 Bobinas en serie Figura 32 Bobinas en paralelo 1.2.2.6 Anlisis por las leyes de Kirchoff. Para poder realizar un anlisis por las dos leyes de Kirchoff, es necesario conocer los siguientes conceptos, en los cuales se basan: Nodo. Un punto de conexin de dos o ms elementos de circuito se denomina nodo, junto con todo el cable o alambre de los elementos. Rama. Seccin que une a un elemento a 2 nodos. Malla. Conjunto de ramas que describen una trayectoria cerrada.

1.2.2.6.1 Ley de corriente de Kirchoff (LCK) Esta ley tambin es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchoff y es comn que se use la sigla LCK para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchoff nos dice que: En cualquier nodo, y la suma de todos los nodos y la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma M.C. Ismael Ojeda Campaa de Jos las corrientes que salen. De igual forma, La suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero.

Pgina 21


ITES Los Cabos

1.2.2.6.2 Ley de voltaje de Kirchoff (LCV) Esta ley es llamada tambin Segunda ley de Kirchoff, ley de lazos de Kirchoff o ley de mallas de Kirchoff y es comn que se use la sigla LVK para referirse a esta ley. En toda malla la suma de todas las cadas de tensin es igual a la tensin total suministrada. De forma equivalente, En toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial elctrico es igual a cero.

La corriente que pasa por un nodo es igual a la corriente que sale del mismo. i1 + i4 = i2 + i3 1.2.3 Aplicaciones

Ley de tensiones de Kirchoff, en este caso v4=v1+v2+v3. No se tiene en cuenta a v5 porque no hace parte de la malla que estamos analizando.

Dentro de las aplicaciones que se pueden realizar con los dispositivos pasivos, es la creacin de filtros pasivos, estos sern los que atenuarn la seal en mayor o menor grado; Se implementan con componentes pasivos como condensadores, bobinas y resistencias. Cabe mencionar que todos los circuitos que se encuentran en el mercado, cuentan con estos componentes, los cuales son imprescindibles para el desarrollo de la tecnologa que se tiene hasta el momento. 1.3 Dispositivos activos

La gran diferencia que existe entre los dispositivos pasivos y los activos, es que en el caso de los pasivos son aquellos que reciben energa y los activos son los que generan energa, generalmente los dispositivos activos, estn compuestos de la unin de varios elementos pasivos, a los dispositivos activos los podemos clasificar: Fuentes Independientes de Corriente: Mantienen una corriente especfica Independientemente del voltaje a travs de sus terminales. Fuentes Independientes de Voltaje: Mantienen un voltaje especfico independientemente de la corriente que pase por sus terminales. Pgina 22



ITES Los Cabos

Figura 34 Fuentes independientes de corriente y voltaje

Fuentes Dependientes: Su salida depende de algn voltaje o corriente de alguna parte del circuito.

Figura 35 Fuentes dependientes de voltaje y corriente

1.3.1

Caractersticas de semiconductores

Algunos materiales de estructura cristalina tienen caractersticas elctricas intermedias entre los materiales conductores y los aislantes, las que en condiciones ordinarias pueden presentar propiedades correspondientes a uno u otro grupo, y se les conoce con el nombre de materiales semiconductores. Inicialmente los semiconductores se definieron como materiales peor conductor que los metales, pero mejor que los aislantes. Ms tarde fueron definidos como materiales cuya conductividad aumenta con la temperatura. Posteriormente se los defini como conductores electrnicos cuyo nmero de electrones libres vara con la temperatura. Conductividad elctrica. Es la capacidad de conducir la corriente elctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, y es una de sus propiedades fsicas ms importantes de los semiconductores. En estos materiales es posible incrementar el nivel de la conductividad en su estructura molecular mediante: - Aumento de la temperatura, - Incremento de la radiacin de la luz, o - Integrando impurezas Estos cambios originan un aumento del nmero de electrones o huecos liberados, los que se encargan de transportar la energa elctrica. Banda Prohibida. Es la banda de energa que separa la banda de valencia de la banda de conduccin, y es una caracterstica propia de cada material. Caracterstica voltaje-corriente


Pgina 23


ITES Los Cabos

Al elevar el voltaje aplicado al semiconductor la corriente aumenta considerablemente ms rpido que el voltaje, observndose una relacin no lineal entre la corriente y el voltaje. Y al invertir el voltaje la relacin entre la corriente y el voltaje es similar, por lo que los semiconductores tienen una caracterstica voltaje-corriente simtrica. Movilidad de los portadores La movilidad de los portadores de la corriente es la relacin entre la velocidad de movimiento dirigido de electrones o huecos y la intensidad del campo elctrico, igual a 1 V/cm. 1.3.1.1 Clasificacin de los semiconductores.

Por su composicin qumica: Material compuesto de tomos de un solo elemento: o germanio, silicio, selenio, fsforo, boro, galio. Material compuesto de xidos metlicos: o xido cuproso, xido de zinc, xido de cadmio, bixido de titanio. Material a base de composiciones qumicas de tomos o con de 3 y 5 electrones de valencia, como son los siguientes compuestos: antimonio de indio, antimonio de galio. o con de 2 y 6 electrones de valencia. o con de 6 y 4 electrones de valencia, como son el carburo de silicio. Materiales de procedencia orgnica, o como son los compuestos poli cclicas aromticas (naftalina). Por su estructura cristalina: o Mono cristalinos, Elaborado en forma de cristales grandes, como el germanio, silicio. o Poli cristalinos, compuesto por varios cristales soldados unos con otros, como el selenio, carburo de silicio.

-

Por el tipo de conduccin. Intrnsecos Cuando la conductividad crece al aumentar temperatura del material. Es una caracterstica de los materiales puros, aunque prcticamente no existe un cristal 100% puro, se lo denomina a los semiconductores que no contiene impurezas. Extrnsecos Cuya conductividad crece al aumentar las impurezas o contaminacin en el material. Al proceso de impurificacin se le llama tambin dopado, y se utiliza para obtener electrones libres que sean capaces de transportar la energa elctrica a otros puntos del cristal. El proceso de impurificacin permite alterar sensiblemente las caractersticas de los materiales semiconductores, y consiste en agregar tomos de otra sustancia a un cristal intrnseco, que


Pgina 24


ITES Los Cabos

pueden ser tomos pentavalentes (donadores del grupo V) con 5 electrones perifricos de valencia, o trivalentes (aceptores, del grupo III) con 3 electrones perifricos de valencia. La diferencia del nmero de electrones de valencia entre el material dopante (del que acepta o del que confiere electrones) y el material receptor hace que crezca el nmero de electrones de conduccin negativos (tipo n) o los huecos positivos (tipo p). Por su caracterstica constructiva Diodo Tiristor TRIAC GTO Transistores

1.3.1.2 Estructura elctrica del Silicio Es el elemento semiconductor ms utilizado en la fabricacin de los componentes electrnicos de estado slido, esto debido a que despus del oxigeno es el elemento ms abundante en la superficie terrestre (27,7% en peso). El silicio, a diferencia del carbono, no existe en forma libre en la naturaleza, se encuentra en forma de dixido de silicio (slice) y de silicatos complejos. Slice: arena, cuarzo, amatista, gata, pedernal y palo, Silicatos complejos: granito, feldespato, arcilla, y mica.

Figura 36 Silicio

Los tomos de silicio tienen su orbital externo incompleto con slo cuatro electrones, denominados electrones de valencia. Estos tomos forman una red cristalina, en la que cada tomo comparte sus cuatro electrones de valencia con los cuatro tomos vecinos, formando enlaces covalentes. A temperatura ambiente, algunos electrones de valencia absorben suficiente energa calorfica para librarse del enlace covalente y moverse a travs de la red cristalina, convirtindose en electrones libres. Si a estos electrones, que han roto el enlace covalente, se les somete al potencial elctrico de una pila, se dirigen al polo positivo. Cuando un electrn libre abandona el tomo de un cristal de silicio, deja en la red cristalina un hueco, que con respecto a los electrones prximos tiene efectos similares a los que provocara una


Pgina 25


ITES Los Cabos

carga positiva. Los huecos tienen la misma carga que el electrn pero con signo positivo. El comportamiento elctrico de un semiconductor se caracteriza por los siguientes fenmenos: Los electrones libres son portadores de carga negativa y se dirigen hacia el polo positivo de la pila. Los huecos son portadores de carga positiva y se dirigen hacia el polo negativo de la pila. Al conectar una pila, circula una corriente elctrica en el circuito cerrado, siendo constante en todo momento el nmero de electrones dentro del cristal de silicio. Los huecos slo existen en el seno del cristal semiconductor. Por el conductor exterior slo circulan los electrones que dan lugar a la corriente elctrica.

1.3.1.3 Estructura elctrica del Germanio El germanio es un metal frgil, de color agrisado, muy brillante, en alguna de sus propiedades se parece al carbn y en otras al estao. El germanio se encuentra muy distribuido en la corteza terrestre con una abundancia de 6.7 partes por milln (ppm). El germanio se halla como sulfuro o est asociado a los sulfuros minerales de otros elementos, como el cobre, zinc, plomo, estao y antimonio. Tambin se lo obtiene de las cenizas de carbn. El primer dispositivo de estado slido, fue hecho de germanio. Los cristales especiales de germanio se usan como sustrato para el crecimiento en fase vapor de pelculas finas de GaAs y GaAsP en algunos diodos emisores de luz. Se emplean lentes y filtros de germanio en aparatos que operan en la regin infrarroja del espectro. Mercurio y cobre impregnados de germanio son utilizados en detectores infrarrojos.Figura 37 Estructura atmica del Silicio y el Germanio

1.3.1.4 Materiales tipo N y tipo P Un semiconductor se puede dopar para que tenga un exceso de electrones libres o un exceso de huecos. Debido a ello existen dos tipos de semiconductores dopados. Los semiconductores tipo N y tipo P Semiconductor tipo N EI silicio que ha sido dopado con una impureza pentavalente se llama semiconductor tipo N, donde n hace referencia a negativo. En M.C. Jos Ismael Ojeda CampaaFigura 38 El semiconductor tipo N tiene muchos electrones libres

Pgina 26

Principios elctricos y aplicaciones digitales la Figura 39 se muestra un semiconductor tipo n.

ITES Los Cabos

Como los electrones superan a los huecos en un semiconductor tipo N, reciben el nombre de portadores mayoritarios, mientras que a los huecos se les denomina portadores minoritarios. Semiconductor tipo P El silicio ha sido dopado con impurezas trivalentes se llama semiconductor tipo P, donde la p hace referencia a positivo. La Figura 41 representa a un semiconductor tipo P. Como l nmero d huecos supera al nmero de electrones libres, los huecos son los portadores Figura 40 El semiconductor mayoritarios y los electrones libres son los minoritarios. tipo P tiene muchos huecos. Al aplicarse una tensin, los electrones libres se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. En la Figura 42, los huecos que llegan al extremo derecho del cristal se re combinan con los electrones libres del circuito externo. En el diagrama de la Figura 43 hay tambin un flujo de portadores minoritarios. Los electrones libres dentro del semiconductor circulan de derecha a izquierda. Como hay muy pocos portadores minoritarios, su efecto es casi despreciable en este circuito. 1.3.2 Dispositivos semiconductores

Los semiconductores tipo p y tipo n separados no tienen mucha utilidad, pero si un cristal se dopa de tal forma que una mitad sea tipo N y la otra mitad de tipo P, esa unin PN tiene unas propiedades muy tiles y entre otras cosas forman los "Diodos". El tomo pentavalente en un cristal de silicio (Si) produce un electrn libre y se puede representar como un signo "+" encerrado en un circulo y con un punto relleno (que sera el electrn) al lado. El tomo trivalente sera un signo "-" encerrado en un circulo y Figura 44 Unin PN con un punto sin rellenar al lado (que simbolizara un hueco). La unin de las regiones p y n ser como se observa en la figura 44. Al juntar las regiones tipo p y tipo n se crea un "Diodo de unin" o "Unin PN". Unin PN polarizada en directo Si se polariza la unin PN en sentido directo, es decir, el polo positivo de la pila a la regin P y el polo negativo a la regin N, la tensin U de la pila contrarresta la barrera de potencial creada por la distribucin espacial de cargas en la unin, desbloquendola, y apareciendo una circulacin de electrones de la regin N a la regin P y una circulacin de huecos en sentido contrario. Tenemos as una corriente elctrica de valor elevado, puesto que la unin PN se hace conductora, presentando una resistencia elctrica muy pequea. El flujo de electrones se mantiene gracias a la pila que los traslada por el circuito exterior circulando con el sentido elctrico real, que es contrario al convencional establecido para la corriente elctrica. M.C. Jos Ismael Ojeda Campaa Pgina 27

Principios elctricos y aplicaciones digitales Unin PN polarizada en inverso

ITES Los Cabos

Si se polariza la unin PN en sentido inverso, es decir, el polo positivo de la pila a la regin N y el polo negativo a la regin P (figura 6), la tensin U de la pila ensancha la barrera de potencial creada por la distribucin espacial de cargas en la unin, produciendo un aumento de iones negativos en la regin P y de iones positivos en la regin N, impidiendo la circulacin de electrones y huecos a travs de la unin. La unin PN se comporta de una forma asimtrica respecto de la conduccin elctrica; dependiendo del sentido de la conexin, se comporta corno un buen conductor (polarizada en directo) o como un aislante (polarizada en inverso).

1.3.2.1 Diodos Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unin. Esta barrera o unin es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio. El diodo al no ser polarizado tiene las siguientes caractersticas.Figura 45 Smbolo del Diodo y Estructura interna

a)

Zona de deplexin

Al haber una repulsin mutua, los electrones libres en el lado n se dispersan en cualquier direccin. Algunos electrones libres se difunden y atraviesan la unin, cuando un electrn libre entra en la regin p se convierte en un portador minoritario y el electrn cae en un hueco, el hueco desaparece y el electrn Figura 46 Zona de deplexin libre se convierte en electrn de valencia. Cuando un electrn se difunde a travs de la unin crea un par de iones, en el lado n con carga positiva y en el p con carga negativa. Las parejas de iones positivo y negativo se llaman dipolos, al aumentar los dipolos la regin cerca de la unin se vaca de portadores y se crea la llamada "Zona de deplexin". b) Barrera de potencial Los dipolos tienen un campo elctrico entre los iones positivo y negativo, y al M.C. Jos Ismael Ojeda Campaa Pgina 28

Figura 47 Barrera de potencial


ITES Los Cabos

entrar los electrones libres en la zona de deplexin, el campo elctrico trata de devolverlos a la zona n. La intensidad del campo elctrico aumenta con cada electrn que cruza hasta llegar al equilibrio. El campo elctrico entre los iones es equivalente a una diferencia de potencial llamada "Barrera de Potencial" que a 25 0C tiene un valor de: 0.3 V para diodos de Ge. 0.7 V para diodos de Si.

Polarizacin directa Si el terminal positivo de la fuente est conectado al material tipo p y el terminal negativo de la fuente est conectado al material tipo n, diremos que estamos en "Polarizacin Directa". La conexin en polarizacin directa tendra esta forma:

Figura 48 Polarizacin Directa

En este caso tenemos una corriente que circula con facilidad, debido a que la fuente obliga a que los electrones libres y huecos fluyan hacia la unin. Al moverse los electrones libres hacia la unin, se crean iones positivos en el extremo derecho de la unin que atraern a los electrones hacia el cristal desde el circuito externo. As los electrones libres pueden abandonar el terminal negativo de la fuente y fluir hacia el extremo derecho del cristal. El sentido de la corriente lo tomaremos siempre contrario al del electrn.


Pgina 29


ITES Los Cabos

Figura 49 Polarizacin Directa: electrones fluyendo

Lo que le sucede al electrn: Tras abandonar el terminal negativo de la fuente entra por el extremo derecho del cristal. Se desplaza a travs de la zona n como electrn libre. En la unin se recombina con un hueco y se convierte en electrn de valencia. Se desplaza a travs de la zona p como electrn de valencia. Tras abandonar el extremo izquierdo del cristal fluye al terminal positivo de la fuente. Polarizacin inversa Se invierte la polaridad de la fuente de continua, el diodo se polariza en inversa, el terminal negativo de la batera conectado al lado p y el positivo al n, esta conexin se denomina "Polarizacin Inversa". En la siguiente figura se muestra una conexin en inversa:

z.c.e.: Zona de Carga Espacial o zona de deplexin (W).

Figura 50 Polarizacin Inversa

El terminal negativo de la batera atrae a los huecos y el terminal positivo atrae a los electrones libres, as los huecos y los electrones libres se alejan de la unin y la z.c.e. se ensancha. A mayor anchura de la z.c.e. mayor diferencia de potencial, la zona de deplexin deja de aumentar cuando su diferencia de potencial es igual a la tensin inversa aplicada (V), entonces los electrones y huecos dejan de alejarse de la unin. M.C. Jos Ismael Ojeda Campaa Pgina 30

Principios elctricos y aplicaciones digitales A mayor la tensin inversa aplicada mayor ser la z.c.e.

ITES Los Cabos

Figura 51 Flujo de electrones en la polarizacin Inversa

Existe una pequea corriente en polarizacin inversa, porque la energa trmica crea continuamente pares electrn-hueco, lo que hace que haya pequeas concentraciones de portadores minoritarios a ambos lados, la mayor parte se recombina con los mayoritarios pero los que estn en la z.c.e. pueden vivir lo suficiente para cruzar la unin y tenemos as una pequea corriente. La zona de deplexin empuja a los electrones hacia la derecha y el hueco a la izquierda, se crea as una la "Corriente Inversa de Saturacin"(IS) que depende de la temperatura.

Adems hay otra corriente "Corriente Superficial de Fugas" causada por las impurezas del cristal y las imperfecciones en su estructura interna. Esta corriente depende de la tensin de la pila (V VP).

Entonces la corriente en inversa (I IR) ser la suma de esas dos corrientes:

Los diodos admiten unos valores mximos en las tensiones que se les aplican, existe un lmite para la tensin mxima en inversa con que se puede polarizar un diodo sin correr el riesgo de destruirlo. Veamos un ejemplo:


Pgina 31


ITES Los Cabos

A la tensin en la que la IR aumenta de repente, se le llama "Tensin de Ruptura" (VRuptura). A partir de este valor IR es muy grande y el diodo se estropea. En el diodo ha ocurrido el "Efecto Avalancha" o "Ruptura por Avalancha". Al Efecto Avalancha se le conoce tambin como Ruptura por Avalancha Multiplicacin por Avalancha Efecto Avalancha Aumenta la tensin inversa y con ella la zona de deplexin.

Ocurre lo siguiente dentro del diodo:

Figura 52 Efecto Avalancha

Justo en el lmite antes de llegar a Ruptura, la pila va acelerando a los electrones. Y estos electrones pueden chocar con la red cristalina, con los enlaces covalentes. Choca el electrn y rebota, pero a VRuptura la velocidad es muy grande y por ello la Ec es tan grande que al chocar


Pgina 32


ITES Los Cabos

cede energa al electrn ligado y lo convierte en libre. El electrn incidente sale con menos velocidad que antes del choque. O sea, de un electrn libre obtenemos dos electrones libres. Estos 2 electrones se aceleran otra vez, pueden chocar contra otro electrn de un enlace covalente, ceden su energa... y se repite el proceso y se crea una Multiplicacin por Avalancha. Y ahora IR ha aumentado muchsimo, tenemos una corriente negativa y muy grande (-100 mA). Con esta intensidad el diodo se estropea porque no est preparado para trabajar a esa IR. Efecto Zener Este es otro efecto que puede estropear el diodo, y es muy parecido al anterior. Se suele dar en diodos muy impurificados, diodos con muchas impurezas.

Figura 53 Estructura interna de un diodo rectificador y un diodo zener

Al tener la z.c.e. muy pequea y seguimos teniendo la misma tensin (0.7 V), tenemos muy juntos los tomos de impurezas teniendo as ms carga en menos espacio. En esta situacin se crea un campo elctrico muy intenso. Y el efecto es como la carga de un condensador.

Si se polariza en inversa se ensancha la z.c.e. Qu ocurre en la z.c.e.?


Pgina 33


ITES Los Cabos

A aumentado mucho E (Campo Elctrico), por ejemplo para los 3 V llega a 300.000 V/cm y se da el "Efecto Zener": Ahora la F, fuerza debida al campo elctrico, es capaz de arrancar el electrn y lo hace libre. Este campo elctrico intenso arranca muchos electrones de esta forma dando lugar a una corriente grande que destruye el Diodo. Veamos en que diodos se dan estos 2 efectos: Efecto Avalancha (Ruptura por avalancha) Diodo Rectificador VR = - 50 V (tensiones grandes). Diodo de Avalancha VR = - 6 V, - 7 V, - 8 V... A veces le llama Diodo Zener aunque no sea un Zener en s. Efecto Zener (Ruptura Zener) Diodo Zener VR = - 4 V, - 3 V, - 2 V... A veces puede ocurrir este efecto en otro tipo de diodos que no sean Zener, pero tienen que estar muy impurificados. Los Diodos Zener estn especialmente preparados para no estropearse. Entre - 4 V y - 6 V se pueden dar los 2 fenmenos a la vez (Avalancha y Zener).

Figura 54 Mapa mental del diodo semiconductor

1.3.2.1.1 LED M.C. Jos Ismael Ojeda Campaa Pgina 34


ITES Los Cabos

El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo comn, pero que al ser atravesado por la corriente elctrica, emite luz. Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, mbar, infrarrojo, Figura 55 Smbolo del LED entre otros. Cuando un led se encuentra en polarizacin directa, los electrones pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energa en forma de fotones. Este efecto es llamado electroluminiscencia y el color de la luz (correspondiente a la energa del fotn) se determina a partir de la banda de energa del semiconductor. Elctricamente el diodo LED se comporta igual que un diodo de silicio o germanio. Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una buena intensidad luminosa y evitar que este se pueda daar. El LED tiene un voltaje de operacin que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por l est entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs.Figura 56 Estructura de un LED

Los diodos LED tienen enormes ventajas sobre las lmparas indicadoras comunes, como su bajo consumo de energa, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas. El diodo LED debe ser protegido. Una pequea cantidad de corriente en sentido inverso no lo daar, pero si hay picos inesperados puede daarse. Una forma de protegerlo es colocar en paralelo con el diodo LED pero apuntando en sentido opuesto un diodo de silicio comn. Hoy en da, se estn desarrollando y empezando a comercializar leds con prestaciones muy superiores a las de hace unos aos y con un futuro prometedor en diversos campos, incluso en aplicaciones generales de iluminacin. Como ejemplo, se puede destacar que Nichia Corporation ha desarrollado leds de luz blanca con una eficiencia luminosa de 150 lm/W, utilizando para ello una corriente de polarizacin directa de 20 miliamperios (mA). Esta eficiencia, comparada con otras fuentes de luz solamente en trminos de rendimiento, es aproximadamente 1,7 veces superior a la de la lmpara fluorescente con prestaciones de color altas (90 lm/W) y aproximadamente 11,5 veces la de una lmpara incandescente(13 lm/W). Su eficiencia es incluso ms alta que la de la lmpara de vapor de sodio de alta presin (132 lm/W), que est considerada como una de las fuentes de luz ms eficientes. Tarea. Investiga sobre los OLEDS


Pgina 35


ITES Los Cabos

1.3.2.1.2 Rectificadores Un diodo rectificador es uno de los dispositivos de la familia de los diodos ms sencillos. El nombre diodo rectificador procede de su aplicacin, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una seal de corriente alterna. Si se aplica al diodo una tensin de corriente alterna durante los medios ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente elctrica. Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido. Durante la fabricacin de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia mxima en que realizan correctamente su funcin, la corriente mxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa mximas que soportarn. Una de las aplicaciones clsicas de los diodos rectificadores, es en las fuentes de alimentacin; aqu, convierten una seal de corriente alterna en otra de corriente directa. Cuando usamos un diodo en un circuito se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones (a partir de las hojas de caractersticas suministradas por el fabricante):

Figura 58 Curva caracterstica del diodo

Figura 57 Smbolo y forma fsica

1. La tensin inversa mxima aplicable al componente, repetitiva o no (VRRR mx o VR mx, respectivamente) ha de ser mayor (del orden de tres veces) que la mxima que este va a soportar. 2. La corriente mxima en sentido directo que puede atravesar al componente, repetitiva o no (IFRM mx e IF mx respectivamente), he de ser mayor (del orden del doble) que la mxima que este va a soportar. 3. La potencia mxima que puede soportar el diodo (potencia nominal) ha de ser mayor (del orden del doble) que la mxima que este va a soportar.


Pgina 36

Principios elctricos y aplicaciones digitales 1.3.2.1.3 Zener El diodo zener es un tipo especial de diodo, que a diferencia del funcionamiento de los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus caractersticas de polarizacin directa y polarizacin inversa) siempre se utiliza polarizado inversamente.

ITES Los Cabos

Figura 59 El Diodo Zener

En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador comn. Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales una tensin de valor constante. Tericamente no se diferencia mucho del diodo ideal, aunque la filosofa de empleo es distinta: el diodo zener se utiliza para trabajar en la zona de ruptura,Figura 60 smbolo diodo Zener

ya que mantiene constante la tensin entre sus terminales (tensin zener, VZ).

Los parmetros comerciales del diodo zener son los mismos que los de un diodo normal, junto con los siguientes: VZ: Tensin de zener , IZM: Corriente mxima en inversa. El zener es un dispositivo de tres estados operativos: Conduccin en polarizacin directa: Como en un diodo normal. Corte en polarizacin inversa: Como en un diodo normal. Conduccin en polarizacin inversa: Mantiene constante V (igual a VZ), con una corriente entre 0 y IZM.

Cuando el diodo esta polarizado inversamente, una pequea corriente circula por l, llamada corriente de saturacin Is, esta corriente permanece relativamente constante mientras aumentamos la tensin inversa hasta que el valor de sta alcanza Vz, llamada tensin Zener (que no es la tensin de ruptura zener), para la cual el diodo entra en la regin de colapso. La corriente empieza a incrementarse rpidamente por el efecto avalancha. En esta regin pequeos cambios de tensin producen grandes cambios de corriente. El diodo zener mantiene la tensin prcticamente constante entre sus extremos para un amplio rango de corriente inversa. Obviamente, hay un drstico cambio de la resistencia efectiva de la unin PN.

Figura 61 Caracterstica I-V de un diodo Zener en polarizacin directa e inversa.


Pgina 37


ITES Los Cabos

Si ahora vamos disminuyendo la tensin inversa se volver a restaurar la corriente de saturacin Is, cuando la tensin inversa sea menor que la tensin zener. El diodo podr cambiar de una zona a la otra en ambos sentidos sin que para ello el diodo resulte daado, esto es lo que lo diferencia de un diodo de unin como el que estudiamos en la prctica anterior y es lo que le da al diodo zener su caracterstica especial. El progresivo aumento de la polarizacin inversa hace crecer el nivel de corriente y no debe sobrepasarse un determinado nivel de tensin especificado por el fabricante pues en caso contrario se daara el diodo, adems siempre debemos tener en cuenta la mxima potencia que puede disipar el diodo y trabajar siempre en la regin de seguridad.

Figura 62 Caracterstica I-V de un diodo Zener

Caracterizacin del Zener El diodo zener viene caracterizado por: 1. Tensin Zener Vz. 2. Rango de tolerancia de Vz. (Tolerancia: C: 5%) 3. Mxima corriente Zener en polarizacin inversa Iz. 4. Mxima potencia disipada. 5. Mxima temperatura de operacin del zener. Aplicacin: Regulador Zener. Una de las aplicaciones ms usuales de los diodos zener es su utilizacin como reguladores de tensin. La figura muestra el circuito de un diodo usado como regulador.

Figura 63 Circuito Regulador


Pgina 38


ITES Los Cabos

Este circuito se disea de tal forma que el diodo zener opere en la regin de ruptura, aproximndose as a una fuente ideal de tensin. El diodo zener est en paralelo con una resistencia de carga RL y se encarga de mantener constante la tensin entre los extremos de la resistencia de carga (VOUT =VZ), dentro de unos lmites requeridos en el diseo, a pesar de los cambios que se puedan producir en la fuente de tensin VAA, y en la corriente de carga IL. Analicemos a continuacin el funcionamiento del circuito. Consideremos primero la operacin del circuito cuando la fuente de tensin proporciona un valor VAA constante pero la corriente de carga varia. Las corrientes IL = VZ / RL e IZ estn ligadas a travs de la ecuacin:

Ecuacin 1

y para las tensiones:Ecuacin 2

Por lo tanto, si VAA y VZ permanecen constantes, VAA debe de serlo tambin (VAA = IT R). De esta forma la corriente total IT queda fijada a pesar de las variaciones de la corriente de carga. Esto lleva a la conclusin de que si IL aumenta, IZ disminuye y viceversa (debido a la ecuacin (1)). En consecuencia VZ no permanecer absolutamente constante, variar muy poco debido a los cambios de IZ que se producen para compensar los cambios de IL. Si ahora lo que permanece constante es la corriente de carga y la fuente de tensin VAA vara, un aumento de sta produce un aumento de IT y por tanto de IZ pues IL permanece constante, y lo contrario si se produjera una disminucin de VAA. Tendramos lo mismo que antes, una tensin de salida prcticamente constante, las pequeas variaciones se produciran por las variaciones de IZ para compensar las variaciones de VAA.

Diseo del Regulador Zener. Es importante conocer el intervalo de variacin de la tensin de entrada (VAA) y de la corriente de carga (IL) para disear el circuito regulador de manera apropiada. La resistencia R debe ser escogida de tal forma que el diodo permanezca en el modo de tensin constante sobre el intervalo completo de variables. La ecuacin del nodo para el circuito de la figura 4 nos dice que:

Ecuacin 3

Para asegurar que el diodo permanezca en la regin de tensin constante (ruptura), se examinan los dos extremos de las condiciones de entrada salida:


Pgina 39


ITES Los Cabos

1. La corriente a travs del diodo IZ es mnima cuando la corriente de carga IL es mxima y la fuente de tensin VAA es mnima. 2. La corriente a travs del diodo IZ es mxima cuando la corriente de carga IL es mnima y la fuente de tensin VAA es mxima. Cuando estas caractersticas de los dos extremos se insertan en la ecuacin (3), se encuentra: Condicin 1:Ecuacin 4

Condicin 2:Ecuacin 5

Igualando las ecuaciones de la condicin 1 y 2, llegamos a que:

Ecuacin 6

En un problema prctico, es razonable suponer que se conoce el intervalo de tensiones de entrada, el intervalo de corriente de salida y el valor de la tensin zener deseada. La ecuacin (6) representa por tanto una ecuacin con dos incgnitas, las corrientes zener mxima y mnima. Se encuentra una segunda ecuacin examinando la figura 5. Para evitar la porcin no constante de la curva caracterstica una regla prctica que constituye un criterio de diseo aceptable es escoger la mxima corriente zener 10 veces mayor que la mnima, es decir:

Ecuacin 7


Pgina 40

Principios elctricos y aplicaciones digitalesFigura 64 Criterio de seleccin de IZ mx. e IZ mn.

ITES Los Cabos

La ecuacin se podr entonces reescribir de la siguiente manera:

Ecuacin 8

Resolviendo entonces para la mxima corriente zener, se obtiene:

Ecuacin 9

Ahora que se tiene la mxima corriente zener, el valor de R se puede calcular de cualquiera de las ecuaciones (4) (5). No es suficiente con especificar el valor de R, tambin se debe seleccionar la resistencia apropiada capaz de manejar la potencia estimada. La mxima potencia vendr dada por el producto de la tensin por la corriente, utilizando el mximo de cada valor.

Ecuacin 10

1.3.2.2

Transistores

El desarrollo de la electrnica y de sus mltiples aplicaciones fue posible gracias a la invencin del transistor, ya que este super ampliamente las dificultades que presentaban sus antecesores, las vlvulas. En efecto, las vlvulas, inventadas a principios del siglo XX, haban sido aplicadas exitosamente en telefona como amplificadores y posteriormente popularizadas en radios y televisores. Sin embargo, presentaban inconvenientes que tornaban impracticables algunas de las aplicaciones. Los transistores, desarrollados en 1947 por los fsicos W. Shockley, J. Bardeen y W. Brattain, resolvieron todos estos inconvenientes y abrieron el camino que, junto con otras invenciones como la de los circuitos integrados potenciaran el desarrollo de las computadoras. La palabra transistor es el resultado de la unin y contraccin de dos expresiones del idioma ingls, transference resistor que de alguna forma hacen mencin de las caractersticas de dicho componente. Su desempeo es fundamentalmente el de una resistencia de transferencia controlada por voltaje. 1.3.2.2.1 Bipolares Los transistores estn constituidos por tres partes esenciales; se trata de un arreglo de tres capas de material semiconductor: dos de un tipo de material a los lados de otra del material complementario. Existen dos versiones principales de transistores, por el material que los constituye: N P N, y P N P; cada una de las capas de material con caractersticas muy distintas a las otra dos. Las diferencias son en dopado, tamao y forma. Pgina 41



ITES Los Cabos

Podemos visualizar a los transistores como dispositivos constituidos por dos diodos encontrados, o pudiramos decir opuestos. Cabe aclarar que un transistor no se puede sustituir con dos diodos encontrados u opuestos; la razn es que el mejor desempeo de un transistor se logra cuando la base es muy delgada, y los efectos que se obtienen de esta manera no se logran con dos diodos encontrados que se comportan en forma independiente como diodos, y no como lo hace la doble unin del verdadero transistor. Adems, se descubri que el tamao idneo de los bloques que formen al transistor deben tener dimensiones muy especiales, cosa que no permite tener el arreglo de dos diodos independientes, las dimensiones de los bloques emisor y colector son comparablemente ms gruesos que el de la base, y el colector un poco ms grande que el emisor.

Figura 65 Los Transistores BJT, construccin, smbolo

A partir de este punto nos centramos en el estudio de los transistores bipolares NPN, siendo el comportamiento de los transistores PNP totalmente anlogo. El emisor en un transistor NPN es la zona semiconductora ms fuertemente dopada con donadores de electrones, siendo su ancho intermedio entre el de la base y el colector. Su funcin es la de emitir electrones a la base. La base es la zona ms estrecha y se encuentra dbilmente dopada con aceptores de electrones. El colector es la

Electricos y a Digitales v 1 7

Documents

Transcript of Electricos y a Digitales v 1 7