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7/21/2019 SESION02_ECD
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Asignatura: Electrónica y
Circuitos Digitales
ESCUEL PROFESION L DE
INGENIERI DE SISTEM S
7/21/2019 SESION02_ECD
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Sistemas electrónicos analógicos (transductores) y
sistemas digitales, diodos, transistores, Circuitos
integrados.
ESCUEL PROFESION L DE
INGENIERI DE SISTEM S
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Representaciones Numéricas
Representación analógicaEn una representación analógica una cantidad sedenota por medio de otra que es proporcional a laanterior.
El Velocímetro de un automóvil
El termómetroEl micrófonoLos Parlantes
Ejemplos
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CONTROL MANUAL DE NIVEL DE AGUA
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Sistema de audio
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Representaciones Numéricas
• Representaciones Digitales
En la representaciones digitales las cantidades no
se denotan por valores proporcionales, si no porsímbolos denominados dígitos, estos valoresvarían en cantidades discretas.
ejemplos:
El Reloj (cronometro) Digital
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Tipos de señales
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Sistemas electrónicos analógicos
Este sistema contiene componentes electrónicos quemanipulan cantidades físicas representadas en formaanalógica, En este sistema las cantidades varían sobreun intervalo continuo de valores.Ejemplo
El receptor de una radio
Sistema telefónico Equipos de grabación en cintas magnéticas
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Sistemas electrónicos Digitales
Es una combinación de dispositivos diseñados para manipular
cantidades físicas o información que estén representadas enforma digital, Generalmente estos dispositivos sonelectrónicos , pero también pueden ser Mecánicos,Magnéticos, Neumáticos
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Sistemas analógicos y digitales
Sistema analógico:
•Requieren menos componentes que un sistema digital•Mas difíciles de implementar en un C.I. Analógico•Son mas sensibles al ruido (Ruido: Perturbación no deseada añadida a la señal).•El ruido tiende a acumularse en las señales analógicas cada vez que son procesadas
Sistema digital:
•Requieren más componentes•Son más sencillos de implementar en un Circuito Integrado•Son mas complejos pero mas económicos y de mayores prestaciones•Más inmunes al ruido•Velocidad limitada por el procesado digital y la velocidad de muestreo del conversorA/D•No pueden trabajar con señales analógicas con muy gran ancho de banda
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Sistemas industriales de eventos discretos
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Ventajas de las Técnicas Digitales
• Los sistemas digitales son mas fáciles de diseñar
• Facilidad para almacenar la información
• Mayor exactitud y precisión
• Programación de operaciones• El ruido afecta en forma mínima a los circuitos digitales
• Mayor integración de circuitos digitales sobre las pastillas deCircuitos Integrados (CI)
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Limitaciones de las técnica digitales
“El mundo real esfundamentalmente analógico”
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Comunicación
• “Transmisión de señales mediante un código común del emisor al receptor ”
• Es la transferencia de información. • Generalmente el transmisor y el receptor están separados una distanciaconsiderable, que va desde unos cuantos metros hasta miles de kilómetros.
Sistema de Comunicación
• Se trata del conjunto de dispositivos que se encargan de la transferencia dela información entre un transmisor y un receptor.• Su objetivo es entregar al receptor las señales del mensaje de tal forma quedifieran lo menos posible de las entregadas por el transmisor.
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• Simplex (SX)
– Aquellos que permiten comunicación solo en un sentido. Ejemplo: TV, Radio, etc…
• Half Duplex (HDX)
– Aquellos que permiten comunicación en dos sentidos pero no al mismo tiempo.Ejemplos: Radios de comunicación.
• Full Duplex (FDX)
– Aquellos que permiten comunicación en dos sentidos y al mismo tiempo. Ejemplo:Teléfonos.
Tipos de Sistemas de Comunicación
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• Transductores. • Transmisor. • Medio de Transmisión, también llamado Canal de Comunicación. En élSIEMPRE habrán interferencias.• Receptor.
Elementos de un Sistema de Comunicación
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Transductor
• Se encarga de la conversión de las señales del mensaje original en señaleseléctricas que lleven el mismo mensaje.
• Ejemplos: micrófono, sensores de temperatura, sensores de luz, teclados,etc…
Transmisor
• Se encarga de adaptar la señal original entregada por el transductor
(señal en banda base) al medio de transmisión• Funciones: amplificar, filtrar, codificar, modular (proceso más importante).
Receptor
• Se encarga de extraer del medio de transmisión la señal que se transmite yefectuar las operaciones contrarias a las del transmisor (decodificar,demodular) para regresar la señal a su condición inicial.• Para contrarrestar la atenuación la señal también se debe amplificar.
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Medio de Transmisión
• Es el enlace físico entre el transmisor y el receptor.• Existen medios guiados y no guiados.
• Ejemplos: cables, fibra óptica, aire, agua, vacío, etc… • En él es donde se presentan la mayoría de obstáculos en la transmisión,llamados interferencias, además de la atenuación.
Interferencias
• Son todas aquellas señales no deseadas que se mezclan con la señal deinformación provocando su deformación:
–Distorsión
–Diafonía –Ruido
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Distorsión
• Es la deformación de la señal y se debe a la imperfección o limitación delcanal de comunicación en cuanto a la forma en que responde a la señal puestaen él.
Diafonía• Son las perturbaciones que sufre la señal por efecto de señales ajenas alsistema.• Estas otras señales, por lo general son producto de otros equipos fabricadospor el hombre.
• Ejemplo: interferencia en la radio debido a motores, interferencia entreteléfonos, etc…
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Ruido
• Son señales aleatorias o impredecibles que se agregan a la señal de
información provocando su deformación parcial o total.• Generalmente es producto de fenómenos naturales tanto del sistema comofuera de él.Ejemplo: ruido térmico.
Atenuación
• Es el decremento progresivo de la amplitud de la potencia con la distancia.• Se debe a la absorción de la energía de la señal por parte del medio de
transmisión.• Es una características de TODOS los medios de transmisión.
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Señales en un circuito electrónico
Señal analógica:
Puede tomar cualquier valor de amplitud.
Variación continua de amplitud en eltiempoNormalmente la señal obtenida por eltransductor es analógica
Señal digital:
Solo toma un numero finito de amplitudes
En lógica binaria dos valores.Usualmente cambia la amplitud eninstantes espaciados uniformemente
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Sistemas analógicos y digitales
Sistema analógico:
•Requieren menos componentes que un sistema digital•Mas difíciles de implementar en un C.I. Analógico•Son mas sensibles al ruido (Ruido: Perturbación no deseada añadida a la señal).•El ruido tiende a acumularse en las señales analógicas cada vez que son procesadas
Sistema digital:
•Requieren más componentes•Son más sencillos de implementar en un Circuito Integrado•Son mas complejos pero mas económicos y de mayores prestaciones•Más inmunes al ruido•Velocidad limitada por el procesado digital y la velocidad de muestreo del conversorA/D•No pueden trabajar con señales analógicas con muy gran ancho de banda
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Efecto del ruido sobre una señal analógica y una digital
La señal analógica no se podrá reconstruir La señal digital si se puede reconstruir
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Tendencia de la tecnología hacia los circuitos digitales
Sin embargo los circuitos analógicos son necesarios ya que muchas de lasentradas y salidas de los sistemas electrónicos son analógicas
Esquema de un sistema electrónico con bloques analógicos y digitales
Sensor(micrófono)
ConversorA/D
Procesador ConversorD/A
Actuador(altavoz)
AmplificadorAnalógico
Memoria
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Convenio de signos para las señales eléctricas
Magnitudes de señal directa dc IA , VC
Magnitudes increméntales de señal ia (t), vc (t)
Valor instantáneo total: iA (t) = IA + ia (t); vC (t) = VC + vc (t)
Magnitud de la amplitud de la señal ac: Ia
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Propiedades de una onda sinusoidal
Valor eficaz o Valor Root Mean Square (RMS)
Ej: Tensión en la red: 220V eficaces = Señal seno de amplitud
va(t) = Va·sen(t + )
2
aV
Donde Va es la amplitud de la señal Es la frecuencia angular = 2··f (rad/seg)siendo f la frecuencia lineal f = 1/T Es el ángulo de fase de la señal en el origen (en la figura es cero)
V V V a
3112220
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Componentes electrónicos
semiconductores
La tecnología digital moderna esta basada en loscomponentes electrónicos semiconductores, sepuede nombrar a los principales componentes
electrónicos semiconductores de los cuales se derivauna gama muy alta de componentes electrónicos,estos son:
El diodoEl transistorLos Circuitos Integrados
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DIODO SEMICONDUCTOR
Es un dispositivo electrónico de material desilicio o Germanio diseñado para comportarsecomo un conductor o un aislante.
Este dispositivo contiene dos electrodosdenominados Ánodo (A) y Cátodo (K).
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Simbología del DIODO
Símbolo
Forma
Física
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Características. Símbolo
• Diodo semiconductor: union PN. Referencia: diodos de silicio (Si)
• Elemento biterminal. Terminales diferentes.
+CátodoÁnodo
–
Polarización directa Polarización inversa
+ –
+ –
E
I
+ –
+ –
E
I
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Diodo rectificador
• En P.D. conduce corriente. En P.I. no conduce.
Diodo LED
• En P.D. conduce corriente y emite luz.
• En P.I. no conduce corriente y no emite luz.
Fotodiodo
• Opuesto al anterior. En P.I. absorbe luz detectada
y conduce corriente
Diodo Zener• En P.D. como el diodo rectificador
• En P.I., si se supera cierta tensión (tensión Zener)
conduce también.
Tipos de diodos
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Diodo rectificador
• Relación exponencial
Curva característica corriente/tensión
+ – V
D
I D
I D
I.P. D.P.
0,7 VV
D
I D
• P.I. corriente de saturación (pocos nA)• P.D. tensión umbral
• P.I.: ruptura
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Diodo Zener
• Peculiaridad en P.I: superada Vz, “ruptura Zener”
conduce corriente sentido inverso
Curva característica corriente/tensión
D.P.
0,7 V
I.P.
V D
I D
V Z
+ – V D
I D
I D
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Primera aproximación: diodo ideal
• P.D. conduce como un cortocircuito
• P.I. no conduce
• Aproximación más alejada
Aproximaciones lineales del diodo rectificador
D.P.I.P.
V D
I D
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A B
+ – V D
I D
I D
I D
D. P. : A B + – V D 0
I. P. : A B + –
Condición Ecuación
V D
0 I D
0
I D 0 V D 0
I D 0
V D
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Segunda aproximación (más frecuente)
• P.D. conduce a partir de 0,7V
• P.I. no conduce
• Tiene en cuenta la tensión umbral
Aproximaciones lineales del diodo rectificador
D.P.
0,7 V
I.P.
V D
I D
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D. P. :
Condición Ecuación
A B
+
+ –
0,7 V
–
A B + –
I D
I D
V D
V D 0, 7 V
I. P. : A B + –
I D 0
V D
I D 0 V D 0, 7 V
V D 0, 7 V I
D 0
I D
I D
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Tercera
• P.D. conduce a partir de 0,7V, pero la tensión aumenta si la corrienteaumenta
• P.I. no conduce
Aproximaciones lineales del diodo rectificador
D.P.
0,7 V
I.P.
V
D
I D
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D. P. :
CondiciónEcuación
I. P. :
A B
+
A B +
+ –
0,7 V
( r = 0,5 - 1 ) –
–
r resistencia interna
A B + – V
D
I D
I D
V D
I D 0
I D 0 V
D 0 , 7 V
V D
0 , 7 + rI D
V D 0 , 7 + rI
D I D 0
r I D
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• Sólo una aproximación (se pueden hacer más)• Similar a la 2ª aprox. del diodo rectificador
• En P.D. se comporta igual, también a partir de 0,7V
• En P.I. al llegar a la tensión Zener, conduce corriente en sentidocontrario
Aproximaciones lineales del diodo Zener
I D
D.P.
0,7 V
región Zener
región normal
I.P.
V D
V Z
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D. P. : Condición Ecuación
I. P. :
región normal:
región Zener:
parámetro conocido
B
+
A
– V D
I D
I D
I D 0
A B
+
+ –
0,7 V
–
I D
V D 0, 7 V
V D 0, 7 V
+ –
I Z
I Z
V Z
I D 0 I
Z 0
A B
+ – V D
I D 0
V Z
V Z V
D 0, 7 V
A B
+
+ –
– V D V
Z
I Z I
Z
V Z
I Z 0 I
D 0V
D V
Z
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• Punto de operación del diodo• Recta de carga
Resolución gráfica de circuitos con diodos
I.P. D.P.
0,7 VV
D
I D
+ –
+
–
A
B
V D I D E Th
RTh
D DThTh V I R E +
D
ThTh
Th
D V R R
E I
1
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• Intersección: punto de operación del diodo
Resolución gráfica de circuitos con diodos
Q Punto de operación
V D
I D
E Th
R Th
E Th
V Q
V Q
, I Q ( )
I Q
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•Generador de tensión continua o fuente de alimentación
Una aplicación del diodo: el rectificador
220 V50 Hz
6 V
50 Hz
5 V
Fuente de alimentación
T r a n s f o r m a d
o r
R e c t i f i c a d o r
F i l t r o
R e g u l a d o r
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Transformador
señal dec.a. señal de c.a.más pequeña
Transformador
+
–
v E
+
–
vS
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2.a Rectificador de media onda
c.a.(positiva ynegativa)
c. pseudocontinua
+
–
+
–
Rectificador
v E
v S 0
v S
D
+
Entrada Salida
+
Rectificador
– –
v E v S v
R R L
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1.- V E> 0 i > 0 0 ≤ t ≤ T /2
D
++
– –
R L v S v E 0v
E 0i
2.- V E < 0 i < 0 T /2≤ t ≤ T D
+
+
–
–
R L v
E 0 i 0 v
S 0
+
– >0
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T
T
2
v E
v S
t
t
http://www.etitudela.com/Electrotecnia/electronica/01d56994c00dc4601/01d56994c00df600b.html
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2.b Rectificador de onda completa: primera opción
+
+
+
R L
– v
S
– –
v EA
v EB
v EA v
E
v EB v
E
D A
D B
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+
+
+
–
–
–
vS
R L
D A
D B
v EA
v EB
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1.- V EA> 0 y V EB < 0
2.- V EA< 0 y V EB > 0
++
– v
EA
R L
–
v S
D A
+
+
–
–
v S
R L
v EB
D B
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T
t
t
v E
v S
v EA v
EB
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3. Filtro
D
+
Entrada Salida
+ Rectificador
Filtro
C – –
v E
v S
v R
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T 4
5T4
v S
t
v E
v E v C v E v C
T 4 3T
4
t
v S
v EA
v EB
v EA v
C v
EB v
C
• Filtro con rectificador de media onda
• Filtro con rectificador de onda completa
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4. Regulador
D
+
Entrada Salida
+
Regulador
C –
R L v
S v
R v
E
–
V Z V
min t
v S
• Regulador con rectificador de media onda
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• Regulador con rectificador de onda completa
V Z
Vmin
v S
t
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INTRODUCCIÓNEn 1951 William Schockley inventó el primertransistor de Unión, un dispositivo semiconductor
que permite amplificar señales electrónicas talescomo señales de radio y televisión.
El Transistor ha llevado a muchas otras invencionesbasadas en semiconductores, incluyendo losCircuitos Integrados (que contiene miles detransistores miniaturizados).
Los Transistores
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¿Qué es el Transistor?
Un Transistor es un dispositivo semiconductor (silicio, germanio), quepermite amplificar señales de voltaje, es decir, utilizando pequeñasseñales, puede controlar elementos que requieren mayor señal.
Un transistor es similar a dos diodos contrapuestos: Formado por treszonas de dopado.
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Zonas de Dopaje
Un transistor tiene tres zonas de dopaje,como en el caso de los diodos estáhecho de semiconductores dopadospara tener mayor número deelectrones libres o huecos.
La zona superior es el "COLECTOR“. La zona central es la "BASE"La zona inferior es el "EMISOR".
El Emisor está muy impurificado, la Basetiene una impurificación muy baja,mientras que el Colector posee unaimpurificación intermedia.
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TIPOS DE TRANSISTORES
Según el orden como se combinanlas zonas de dopaje, existen dostipos de Transistores BJT.
Transistor NPNTransistor PNP
NOTA: Las siglas P y N, tienen el mismo
significado que en los diodos, esdecir: N (negativo: mayor número deelectrones libres); y P (positivo:mayor número de huecos).
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SÍMBOLO ELÉCTRICOA los transistores se losrepresenta con la letra Q(mayúscula); y su símboloeléctrico es el siguiente:
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ALGUNAS APLICACIONES
Corrientes pequeñas controlan corrientes grandes:
Ejemplo: Un microprocesador desea controlar el encendido de una lámpara:
1. Uso Incorrecto 2. Uso correcto con transistores
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ALGUNAS APLICACIONES
Amplifican pequeñas señales como: señales desonido, o voltajes pequeños.
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CONFIGURACIÓN EN B.C
Se llama Base Común, porque la base es el punto común entrelas dos fuentes de voltaje.
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CONFIGURACIÓN EN E.C
Se llama configuración en Emisor Común, porque el emisor esel punto común entre las dos fuentes de voltaje. Es laconfiguración más usada, y la que se estudiará con mayorprofundidad.
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CORRIENTES EN UN TRANSISTOR
IE = IC + IB
Se considera que IC ≈ IE
Y que la corriente de base es mucho más pequeña que lacorriente de colector. IB << IC
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GANANCIA DE CORRIENTE βdc
βdc se define como la ganancia de corriente de un transistor. Es larelación entre la corriente de colector y la corriente de base.
La ganancia de corriente es una gran ventaja de un transistor y ha
llevado a todo tipo de aplicaciones.
Para transistores de baja potencia (menores a 1W, la ganancia decorriente es típicamente de 100 a 300.
Los transistores de alta potencia (por encima de 1W) normalmentetienen ganancias de entre 20 y 100.
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Tipos de transistores por su tamaño
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TRANSISTORES
UNIPOLARES
FET
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TRANSISTORES UNIPOLARES
• Conocido también como transistor FET
(Transistor Efecto de Campo) Se denominaUnipolar porque el control de corriente detransferencia es controlado por el voltaje delelectrodo gate.
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¿Qué es el JFET?
• Este transistor esta compuesto por un bloquede material P o N de silicio. Por ejemplo si elbloque es material N, entonces la juntura es
de material P; ahora si se aplica un voltajenegativo al material P, en el bloque delmaterial N se induce un campo eléctrico el
cual forma un canal en el bloque del materialN.
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C.E.
C.E.
+ -
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TRANSISTORES JFET
I >>>0 I >0
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MOSFET
¿Qué el MOSFET?
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¿Qué el MOSFET?
• Conocido también como FET de compuertaasilada (IGFET) El MOSFET fue diseñado paratrabajar como amplificador de señalesanalógicas y dispositivos de conmutación, porlo tanto estos se han dividido en dos familiaslos cuales se dominan: MOSFET porEstrangulamiento (para señal analógica) y por
Ensanchamiento (para señal digital).
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TRANSISTORES MOSFET
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S S O S OS
i
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Continua ….
• Los MOSFET que controlan la corriente porestrangulamiento se utilizan para laintegración de transistores en chip analógico,
también son transistores tipo PMOS y NMOS.
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CMOS
CMOS
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CMOS
• También se identifican por canales pero paradiferenciarla con los JFET, se le indica comoNMOS y PMOS. En la práctica también se
pueden conectar el PMOS y NMOS paraformar el modelo CMOS.
CELDA DE LA MEMORIA DRAM
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C O
Almacena un
bit
CMOS
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CIRCUITOS
INTEGRADOS
CIRCUITOS INTEGRADOS
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CIRCUITOS INTEGRADOS
• Se denominan así a los circuitoselectrónicos digitales y analógicos que seencuentran comprimidos dentro de un
CHIP, es decir que los dispositivos ycomponentes electrónicos se encuentranintegrados dentro de la cápsula.
TIPOS DE CHIPS
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TIPOS DE CHIPS
CHIPS DIGITALES
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CHIPS DIGITALES
• Los chips digitales contienen solamente transistoresintegrados de ambas tecnologías, los cuales sonaplicados en: las compuertas lógicas, contadoresdigitales, registros digitales, decodificadores,
multiplexores, memorias semiconductoras, CPU, etc.• La mayoría. De los chips digitales están compuestos
por transistores del tipo CMOS.
• En el diagrama adjunto se muestran los circuitos
integrados usados en las tarjetas electrónicas
OTROS CHIPS
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OTROS CHIPS
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Calcule V01, V02, I
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Determine Vo
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