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• MarianaFrida

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COMPONENTES ACTIVOS Hacemos aquí una breve introducción sobre componentes activos básicos centrándonos en los diodos y transistores, y un ligero repaso a otro dispositivo muy impórtante como es el amplificador operacional. EL DIODO SEMICONDUCTOR El diodo semiconductor, o diodo de estado sólido, es un dispositivo que resulta de la unión de dos materiales semiconductores impurificados: P y N, encapsulados en un recipiente de vidrio o de material plástico duro en el que sobresales dos conexiones axiales (laterales). Uno de los contactos es llamado ánodo o placa y el restante el cátodo. Por lo general, uno de los extremos del diodo está marcado con un punto, franja de color o la letra K que indica la conexión del cátodo. POLARIZACION DEL DIODO SEMICONDUCTOR Si una fuente de tensión DC, externa, es conectada al diodo, la amplitud de la barrera de potencial aumenta o disminuye dependiendo de la polaridad de la fuente externa. Típicamente, en un diodo de silicio; un voltaje Vo=0.7 V produce una corriente de 1mA y para Vo=0.8v, la corriente es de 100mA. en un diodo de germanio,

- RC 758-524

K

A

FORMAS FISICAS DEL DIODO SEMICONDUCTOR para producir una corriente de 1mA se requiere un Vo=0.2V.

CLASIFICACION DE LOS DIODOS 1. Por su fabricación 1.1. Diodo por crecimiento de juntura 1.2. Diodo por aleación 1.3. Diodo por difusión 1.4. Diodo por contacto puntual.

2.

Por el tipo de material empleado 2.1. Diodo de silicio 1.1. Diodo de Germanio

1.- POR SU FABRICACION 1.1. Diodo por CRECIMIENTO DE JUNTURA Los diodos de este tipo son formados durante el proceso de alargamiento del cristal. Las impurezas de tipo P y tipo N son alternativamente agregadas al material semiconductor fundido en el crisol resultando en una juntura PN. Se extrae primero una oblea suficientemente grande y luego se corta en un gran número de partes pequeñas o diodos semiconductores. El área de los diodos por crecimiento de juntura es grande para soportar altas corrientes y por lo tanto son diodos semiconductores. El área de los diodos por crecimiento de juntura es grande para soportar altas corrientes y por lo tanto son diodos de potencia. La desventaja de esta área grande trae consigo la aparición de una capacidad interelectródica no deseada. 1.2. Diodo por ALEACION El diodo por aleación es formado colocando un semiconductor tipo P sobre un semiconductor tipo N sometiéndola a una alta temperatura hasta que se produzca la licuefacción. De esta manera se logra la mezcla de los dos materiales. Este tipo de diodo tiene como característica el permitir el paso de altas corrientes así como el de soportar alto voltaje de poco inverso (PIV). 1.3. Diodo por DIFUSION Este dispositivo puede fabricarse por medio de una difusión sólida o gaseosa. El proceso por difusión requiere más tiempo que el proceso por aleación pero es relativamente económico y puede ser controlado con mucha seguridad. La difusión es un proceso por el cual , una alta concentración de partículas se "difunde" en los alrededores de una región de poca concentración. La diferencia entre los procesos de difusión y aleación es el hecho que, en el proceso de difusión no se llega a la licuefacción. El calor es aplicado, en el proceso de difusión, solamente para aumentar la actividad de los elementos adyacentes. 1.4. Diodo por CONTACTO PUNTUAL El diodo de contacto puntual es construido, presionando un alambre de bronce fosforoso ("llamado "bigote de gato") sobre un sustrato de tipo N. A continuación se le hace pasar una alta corriente a través del "bigote de gato" y el sustrato por un corto periodo de tiempo produciéndose un traslado de cargas desde el alambre al material tipo N creándose una región P en la cápsula.

2.- POR EL TIPO DE MATERIAL EMPLEADO 2.1. Diodo de SILICIO Sus características son: a. Soportan alto PIV, alrededor de 1000v. b. Soportan alta corriente. c. Requieren para su funcionamiento de por lo menos 0.7v, polarización directa.

en

d. Soportan alta temperatura; alrededor de 200ºC. e. Su respuesta de frecuencia es baja. 2.2. Diodo de GERMANIO Sus características son: a. Bajo PIV; inferior a 400v. b. Soportan poca corriente. c. Soportan temperaturas inferiores a 100ºC. d. Requieren, para su funcionamiento, de por lo menos 0.2 v polarización

en

e. Su respuesta de frecuencia es alta. DIODOS DE POTENCIA. Existen un número de diodos diseñados específicamente para soportar altas potencias y altas temperaturas. El uso más frecuente de los diodos de potencia es en el proceso de rectificación donde las tensiones alternas (AC) son convertidas a tensiones continuas (DC) llamándoseles comúnmente como diodos rectificadores. La mayoría de los diodos de potencia son construidos utilizando el silicio por sus característica de soportar alta corriente, alta temperatura y alto PIV. Una gran corriente requiere que el área de la juntura sea grande para lograr que la resistencia interna del diodo, en polarización directa sea baja. Si esta resistencia interna fuera de alto valor, la pérdida de potencia sería excesiva. La capacidad de corriente de los diodos de potencia puede ser aumentado colocando dos o más diodos en paralelo; en cambio el PIV puede ser aumentado colocando los diodos en serie. Las altas temperaturas, resultante del gran flujo de corriente, requieren en algunos casos la utilización de disipadores de calor. Si no tienen

disipadores, entonces los diodos están diseñados para ser atornillados directamente al chasis, el cual actúa como disipador REEMPLAZO DEL DIODO Para reemplazar un diodo se debe tener en cuenta dos aspectos: 1. El tipo de material. Es decir si el original es de silicio o de germanio, el reemplazo deberá ser de silicio o germanio respectivamente. 2. El reemplazo debe tener un PIV igual o mayor que el original. De igual modo deberá soportar una igual o mayor corriente directa que el original. DIODOS ESPECIALES Son diodos de silicio cuya característica, de alta velocidad de conmutación, los hace esencialmente útiles en fuentes de alimentación o etapas amplificadoras de AF para proteger los transistores de potencias mediante la estabilización de su polarización o en protección contra cortocircuitos. EL DIODO VARICAP O VARACTOR Los diodos varicap son semiconductores de silicio de capacidad variable dependiente del voltaje. Al polarizarse inversamente se forma la barrera de potencial, que hace las veces de dieléctrico mientras que los semiconductores P y N conforman las placas del condensador. Al aumentar el voltaje inverso aplicado, el ancho de la barrera aumenta con lo que la capacidad disminuye y viceversa. Empleo del Diodo Varicap Algunas de las área de aplicación para el diodo Varicap son las siguiente: - Modulares de FM - Filtros ajustables de paso bajo - Control automático de frecuencia - Amplificadores paramétricos. - Sintonizadores de receptores de radio y TV en las bandas AM, FM, VHF y UHF respectivamente. EL TRANSISTOR BIPOLAR O BJT El transistor bipolar es un dispositivo que posee tres capas semiconductoras con sus respectivos contactor llamados: colector (C), base(B) y emisor(E). La palabra bipolar se deriva del hecho que internamente existe una doble circulación de portadores de corriente: electrones y laguna o agujeros. I. CLASIFICACION DE LOS TRANSISTORES BIPOLARES Los transistores bipolares se clasifican del siguiente modo. 1. Por la disposición de sus capas.

a. Transistores PNP b. Transistores NPN

2. Por el Material Semiconductor Empleado. a. Transistores de silicio. b. Transistores de germanio. 3. Por la disipación de potencia. a. Transistores de baja potencia b. Transistores de mediana potencia. Transistores de alta potencia

I. POLARIZACION DE LOS TRANSISTORES BIPOLARES Para que un transistores bipolar funciones adecuadamente, es necesario polarizarlo correctamente. Para ello se debe cumplir que : a. La juntura BASE-EMISOR esté polarizada directamente, y b. La juntura COLECTOR-BASE esté polarizada inversamente. III.

CODIFICACION DE LOS TRANSISTORES BIPOLARES.

Los transistores tienen un código de identificación que en algunos casos especifica la función que cumple y en otros casos indica su fabricación.

Pese a la diversidad de transistores, se distinguen tres grandes grupos: europeos, japoneses y americanos

EL CIRCUITO INTEGRADO El circuito integrado, más comúnmente conocido como IC, CI, o chip; es un diminuto dispositivo electrónico que contiene una asombrosa cantidad de elementos electrónicos. Todos estos elementos están integrados o fabricados al mismo tiempo sobre una pieza de material semiconductores, mayormente silicio, que tiene 1/20 a 1/10 de pulgada cuadrada. La invención del CI resolvió numerosos problemas tales como alambres sueltos, conexiones cruzadas, etc. El CI elimina la necesidad de masa para transistores separados y una multitud de conexiones mecánicas en un sistema

electrónico. CLASIFICACION DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS 1. De acuerdo a su construcción a. CI MONOLITICO Como su nombre lo indica, es un pequeño monocristal de silicio (material semiconductor) normalmente de 50x50 milésimas de milímetro (1270x1270 micras) dentro del cual se han fabricado los componentes electrónicos activos y pasivos (excepto las bobinas), estando además conectados entre sí formando un circuito. b. CI HIBRIDO Se llama así a la combinación de dos o más CI monolíticos o bien a un CI monolítico junto con elementos discretos (bobinas, condensadores, resistores, etc). Los CI híbridos son fabricados en película gruesa y película delgada siendo ambos muy similares pero difieren en muchos aspectos con relación al CI monolítico. Mediante la técnica de la película gruesa y delgada, solamente se pueden construir elementos pasivos (resistores, condensadores). Los elementos activos (diodos, transistores). Son incorporados como elementos discretos a la superficie de la estructura después que los elementos pasivos han sido formados. Obviamente el uso de elementos discretos incrementa la flexibilidad de diseño, resultando en un circuito más grande y más costoso que un CI monolítico. 2. De acuerdo a su ENCAPSULADO Dependiendo de su encapsulado, o sea la cubierta que encierra al CI, se divide en: - Tipo TO (TO-3, TO-5, TO-220) - Tipo PLANO - Tipo en línea doble o DIP. El CI tipo plano es anterior al CI de plástico moldeado o DIP. El CI de doble línea o DIP es el más moderno y de reducido tamaño. Existen dos versiones: El MINIDIP con solamente ocho contactos y el DIP que posee más de ocho contactos o pines. 3.

De acuerdo a su MODO DE TRABAJO a. Lineales. b. Digitales.

Los CI lineales ejecutan funciones analógicas. Ellos amplifican, regulan o comparan señales eléctrica y pueden ser utilizados como : Amplificadores de Af, Amplificadores de video, Amplificadores de FI, reguladores de voltaje, etc.

4.

De acuerdo a su COMPLEJIDAD

La complejidad es la cantidad de dispositivos y componentes electrónicos que se pueden fabricar por el milímetro cuadrado en un chip. Por la complejidad se clasifican en: a.

SSI: Integración en pequeña escala

b.

MSI: Integración en mediana escala

c. LSI: Integración en gran escala. VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL USO DEL CI El Esfuerzo de la industria electrónica en la miniaturización de sus equipos se ha visto compensado ampliamente con el descubrimiento de los CI, en los que se ha conseguido construir miles de componentes dentro de la misma cápsula, cuyas dimensiones son similares a las de un simple transistor. Pero la enorme reducción de volumen no ha sido la única ventaja por la que los CI, se ha hecho indispensable en muchas industrias de vanguardia (Militar, Aeroespacial, medicina, etc.), sino que las que se reseñan a continuación tienen tanta o mayor importancia: 1. Reducción de coste: Pues aunque el proyecto y los utillajes necesarios para fabricar un CI son muchos mas costosos que los de un elemento clásico, como consecuencia del alto numero de unidades que se hacen de cada tipo, el bajo precio del material base y la automatización del proceso, se tiene que algunos modelos de CI resultan de un precio inferior al de un solo transistor. 2. Aumento considerable de la fiabilidad : Un CI tiene una fiabilidad en cuanto a funcionamiento y duración, mucho mayor que otro circuito similar implementado con componentes discretos, no solo porque en este ultimo caso la fiabilidad depende de cada uno de los componentes que lo forman, sino también: a. Debido al esmerado estudio que exige el proyecto de un CI. b. A las modernas técnicas de fabricación. c. A la reducción de longitud en las interconexiones. d. A la menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una misma superficie y afectarles por igual. e. Al encapsulado total de los componentes, que aumentan su protección. 3. La respuesta de un CI es mucho mas rápida, pues el paso de la corriente depende de la longitudes de las interconexiones, que son mínimas. 4. Reducción importante de las capacidades parásitas que existen entre los componentes, a causa de su proximidad. 5. Reducción de tiempo en la localización de averías, puesto que el sistema que ha de usarse es el de la sustitución de los CI

defectuosos, ya que es imposible su reparación. Esta característica lleva aparejada una formación mas completa y teórica de los técnicos electrónicos, así como el uso de instrumentos mas complejos. 6. Reducción de stock para las reparaciones y montajes. 7. Eliminación de los posibles errores en el montaje e interconexión de componentes. 8. Dado el bajo coste que en un CI supone la fabricación de transistores y diodos, estos se pueden utilizar con gran profusión, mejorando las especificaciones técnicas de los circuitos. También hay que tener en cuenta al emplear los CI que existen ciertas limitaciones e inconvenientes, entre los que se citan: 1. Los valores de las resistencias y condensadores, integrados no pueden superar ciertos máximos y además, con tolerancias importantes y coeficientes de temperatura pequeños; por este motivo, este tipo de componentes suelen quedar en el exterior del CI, aunque con las mejoras en los procesos de fabricación constantemente se están superando estas limitaciones. 2. Dadas sus dimensiones, la potencia máxima que pueden disipar los CI es reducida. 3. Las grandes dificultades en la construcción de bobinas e inductancias en el CI hacen que no sean integradas en la mayoría de los casos. 4. No es conveniente, dado el bajo rendimiento, integrar en el mismo chip los dos tipos de transistores: PNP, NPN. 5. En países como España, en los que se fabrica pocos CI, y están en la fase inicial de producción (La mayoría deben ser importados), es preciso escoger con cuidado los modelos con que se ha de trabajar, procurando que existan diferentes fuentes de suministro. 6. La manipulación de CI exige instrumental y herramientas adecuadas. Así, los soldadores especiales de punta fina, las pinzas extractoras, los desoldadores, los zócalos, las placas especificas de circuito impreso, osciloscopio de doble trazo, polímetro digital, generador de funciones y sondas lógicas, deben ser, entre otros, los nuevos elementos que han de incorporarse al taller electrónico. PRECAUCIONES ESPECIAL QUE DEBEN OBSERVARSE AL UTILIZAR TRANSISTORES Y CIRCUITOS INTEGRADOS. Al manejar los transistores y C.I. es preciso tener en cuenta, una serie de precauciones especiales, que si no se observan pueden ocasionar la inutilización total o parcial del dispositivo, con el consiguiente perjuicio técnico y económico. La mayor parte de estas precauciones están encaminadas a evitar uno o varios de los tres peligros más generalizados, los cuales son, la elevación excesiva de la temperatura, la aplicación de una tensión mas alta que la que puede soportar o la aplicación de tensión con polaridad invertida.

En vista de ello, se sugiere los siguientes consejos prácticos:  Con el fin de evitar un exceso de temperatura que pudiesen dañar al transistor o a los IC, cuando se efectúen soldaduras en terminales, deben ser sujetados, entre el cautín y el transistor o IC, con pinzas, alicates o cualquier objeto metálico que no disipe calor  No deben utilizarse cautines de alto vatiaje para soldar o desmontar los terminales de los transistores o ICs.  No deben utilizarse tampoco un cautín del tipo pistola, ni acercarse al transistor o IC ya que el campo electromagnético desarrollado puede destruir al transistor al inducir en ellas corrientes alternas  Son especialmente indicados los cautines tipos lapicero de unos 30 watts aproximadamente.