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Audio y Video

Introducción

Al valorar los adelantos tecnológicos en las últimas décadas, nos damos cuenta, sin lugar a dudas, el avance técnico en lo que corresponde al audio y video. Por lo tanto en los últimos años se ha generado la necesidad de profundizar el conocimiento de la reparación de equipos electrónicos.

Al prepararnos como futuros profesionales en el área de audio y video Indica que se debe tener una gran responsabilidad, desempeño y sobre todo una perspectiva holística; se debe tomar en cuenta que se desarrollará el proceso de observación del ambiente de trabajo y el quehacer diario de un técnico.

Es de suma importancia destacar que uno de los objetivos de este informe es identificar las ventajas, desventajas y procesos a seguir paso a paso para convertirnos en futuros profesionales.

En dicho documento vamos a clarificar y profundizar sobre los temas a tratar por medio de ejemplos, técnicas y formulas paso a paso para lograr una mejor comprensión del mismo.

Notación Científica Por las magnitudes relativas de las diversas unidades de medida , debe resultar evidente que se encuentran con frecuencia números muy grandes y muy pequeños al estudiar las ciencias.

Para reducir las operaciones matemáticas con números de tamaños extremadamente grandes o pequeños, se suele utilizar la notación científica. En esta notación se aprovechan las propiedades matemáticas de las potencias de 10.La notación utilizada para representar números que son potencias de 10 es como sigue a continuación. 1 = 100 10 = 101 100 = 102 1 000 = 103

1 / 10 = 1 / 100 = 1 / 1 000 = 1 / 10 000 =

0.1 = 0.01 = 0.001 = 0.0001 =

10^-1 10^-2 10^-3 10^-4

Un método rápido para determinar la potencia apropiada de 10,consiste en poner una marca de intercalación a la derecha del numero 1,dondequiera que se encuentre y contar desde ese punto el numero de lugares a la derecha o a la izquierda ,antes de llegar al punto decimal. El desplazamiento hacia la derecha indica una potencia positiva de 10, mientras que hacia la izquierda se tiene una potencia negativa. Ya que algunas de esas potencias de 10 aparecen con mucha frecuencia, se ha adoptado una forma escrita abreviada (que se indica en la tabla 1.2) y que, cuando se escribe en relación con una unidad de medida, elimina la necesidad de incluir la potencia de 10 en forma numérica.

10 000.0 = 101 02 03 04 = 104 0.00001 = 0.5 04 03 02 01 = 10-5

Potencia de 10 106 103 10-3 10-6 10-9 10-12

Prefijo mega Kilo mili micro nano Pico ( micro – micro )

Abreviatura M K m µ n P(µµ)

En seguida veamos unos cuantos ejemplos que demuestran el uso de potencias de diez con números arbitrarios. Cuando se trabaja con números arbitrarios, se pueden separar las operaciones que incluyen potencias de diez de las de los números cardinales

0.000000.2 x10 ^ 4= 0.002= 2x10 ^ 3 6300+75400

Suma:

= (6.3) (1000) + (75.4) (1000)

= 6.3X10^3 + 75.4 X 10^3 = (6.3+75.4) X 10^3 = 81.7 X 10^3 Resta:

964 700 - 40600

=96.47 x 10^4 - 4.06 x 10^4

= (96.47) (10000) - (4.06)(10000)

= (96.47 – 4.06) x 10^4

= 92.41 x 10^4 Multiplicación:

(0.0002) (0.000007)

= ((2) (0.0001)) ((7) (0.000001)) = (2X10^-4) (7X10^-6) = 14X10^-10

= (2) (7) X (10^-4) (10^-6)

=

(340000) (0.00061)

= (3.4X10^5) (61X10^-5

= (3.4) (61) X (10^5) (10^-5)

=207.4 División: 0.000478

=

47.8x10^-5 = (47.8) x (10^-5) = 23.9x10^-2

2x10^-3

0.002

690 000 0.00000013

= 69x10^4

10^-3

2

=

(69) x (10^4)

13x10^-8

10^-8

13

Tabla de valores Notación Científica

prefijo

significado

valor

abreviatura

Exa

10^18

1000000000000000000 E

Peta

10^15

1000000000000000

P

Tera

10^12

1000000000000

T

Giga

10^9

1000000000

G

Mega

10^6

1000000

M

Kilo

10^3

1000

K

Hecto

10^2

100

H

Deca

10^1

10

D

deci

10^-1

0.1

d

centi

10^-2

0.01

c

mili

10^-3

0.001

m

micro

10^-6

0.000001

y

nano

10^-9

0.000000001

n

pico

10^-12

0.000000000001

p

femto

10^-15

0.00000000000000

f

atto

10^-18

0.000000000000000001 a

Diferentes magnitudes eléctricas Tensión = voltaje = símbolo V Corriente = amperio = símbolo A Resistencia = unidad ohmio = símbolo Ω Potencia = unidad watts = símbolo W Tensión o voltaje: significa lo mismo que voltaje, ósea la fuerza en la que viajan los electrones; es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito cerrado Corriente: Es el flujo de electrones x unidad de tiempo que recorre un material Resistencia: Es la oposición que ofrece un material al paso de los electrones Potencia: Es la relación que existe entre la tensión y la corriente

Definiciones de ION, ANION; CATION: ION: Ionizaciones es el fenómeno x el cual un átomo pierde o gana electrones lo cual le causa una carga eléctrica, dependiendo su desintegración puede ser anión o catión. ANION: Ion con carga negativa (-), ósea gano electrones. CATION: Ion con carga positiva (+), ósea perdió electrones. FOTONES: Es la partícula mínima de luz que se propaga en el vacio. Ejemplo: luz ultravioleta, luz visible, luz infrarroja, microondas, rayos laser etc.

Términos básicos de electrónica -Conductor eléctrico: son los encargados de conducir la electricidad adecuadamente hacia todos los circuitos entre ellos tenemos el oro, la plata y el cobre. -Semiconductor:

ejemplo: un diodo.

-Aislante eléctrico: es el recubrimiento que posee un cable para evitar descargas eléctricas. -Corriente eléctrica, voltaje, resistencia. -Circuito abierto, cerrado y corto circuito. -Circuito en serie y paralelo. -Circuito mixto.

Circuito mixto Es la unión de un circuito en serie y paralelo

Semiconductor: Es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiente de la temperatura y de las condiciones en las que se encuentra.

Circuito: Una serie de elementos o componentes eléctricos o electrónicos

Circuito en serie: Circuito que esta formado por cualquier cantidad de elementos unidos en 2 puntos terminales proporcionando por lo menos una trayectoria cerrada por la cual puede fluir una carga.

Circuito paralelo: Dos elementos se consideran paralelo si tienen 2 puntos en común (nodos);la característica principal del circuito paralelo es que todos los elementos poseen el mismo voltaje.

Corto circuito: Significa máxima corriente y mínimo voltaje

Circuito abierto: No permite el paso de la corriente por no tener un conductor entre las uniones del circuito abierto.

Circuito cerrado: Permite el flujo Adecuado de los electrones al no tener ningún oponente a su paso.

Conductores y circuitos electrónicos, hilos y cables conductores: Es todo material que permite el paso continuo de una corriente eléctrica cuando es sometido a una diferencia de potencial eléctrico.

Características técnicas de los conductores: Estas definen sus propiedades eléctricas, mecánicas y fisicoquímicas, y son las siguientes: -Resistibilidad eléctrica -Resistencia eléctrica -Conductividad eléctrica -Densidad de corriente -Resistencia al paso de altas frecuencias

Resistencia eléctrica: Es un parámetro que depende de la naturaleza y las dimensiones del material ósea; es una oposición al paso de los electrones o corriente eléctrica.

Identificación de los conductores: Todas las cubiertas utilizadas en los conductores se tiñen de diversos colores para facilitar el montaje y desmontaje de un circuito electrónico sobre todo si es muy complejo.

Clasificación de colores: Conexiones a masa: color negro Positivo de alimentación: color rojo Emisores de transistores: color amarillo Bases de transistores: color verde Negativo de alimentación: violeta y purpura Nota: la tierra va a ser negro y los voltajes rojos de colores y valores normales de las resistencias:

Simbología Electrónica de las Resistencias

Resistencia símbolo general

Resistencia símbolo general

Resistencia no reactiva

Resistencia no reactiva

Resistencia variable

Resistencia variable por pasos o escalones

Resistencia variable

Resistencia ajustable

Resistencia ajustable

Impedancia

Potenciometro

Potenciometro de contacto móvil

Potenciometro de ajuste predeterminado

Variable por escalones

Variable de variación continua

NTC

PTC

VDR

LDR

LDR

Elementos de calefacción

Resistencia en derivación corriente y de tensión

Resistencia con toma de corriente

Nota: la sexta banda es de coeficiente de temperatura..

Resistencia con tomas fijas

Resistencias: también denominadas resistores son el componente mas utilizado en los circuitos electrónicos, se trata de un componente pasivo de enorme importancia a pesar de su sencillez y al que debemos prestarle tanta o mas atención que a los componentes activos y pasivos Clasificación de las resistencias: las mismas se clasifican de acuerdo a su consistencia en fijas, variables y ajustables:

Diferentes Tipos de Resistencias -Resistencias de carbón aglomerado

-Resistencias de película de carbón

-Resistencias de película metálica

-Resistencias de película cermet

-Resistencias Bobinadas

-Resistencias de película vitrificada

-Resistencias sobre circuitos impresos

-Resistencias smd miniatura de película metálica

-Resistencia msd de película gruesa

Características técnicas de las resistencias: -Potencia de disipación

-Soldabilidad

-Valor omico

-Almacenamiento

-Tolerancia -Estabilidad -Tensión máxima de trabajo -Coeficiente de tensión de voltaje -Resistencia critica -Tensión de ruido -Temperatura máxima de trabajo -Limite de frecuencia -Coeficiente de temperatura

Nota: para medir adecuadamente las resistencias con nuestro multimetro debemos colocar cada punta de nuestro multimetro en cada extremo de la resistencia, recordando que las resistencias no poseen ninguna polaridad.

Potenciómetros y resistencias ajustables: las resistencias ajustables o reóstatos están constituidas por 1 lamina de carbón aglomerado, con 1 conexión fija al exterior por 1 de sus extremos, sobre la lamina de carbón aglomerado se desliza un segundo contacto por lo tanto un reóstato tiene solamente 2 terminales Potenciómetros: Los potenciómetros son muy similares a las resistencias ajustables, aunque a ellos se añade 1 tercera terminal que hace que su funcionamiento sea distinto

Entre los terminales extremos existe siempre 1 resistencia de valor fijo; Entre el terminal central cursor y cada uno de los extremos el valor omico es variable entre un valor nulo y máximo según la posición del cursor, pero cuyo valor omico total siempre es el mismo.

Clasificación de los potenciómetros: existen gran cantidad de potenciómetros, entre ellos esta el potenciómetro variable y ajustable además de las primeras clasificaciones los potenciómetros también pueden clasificarse en potenciómetros de uso general y potenciómetros de precisión

Trimers o potenciómetros MSD: la creciente miniaturización de circuitos electrónicos afecto a todos los componentes en especial a los potenciómetros y resistencias.

Se fabrican en estructuras abiertas o cerradas en dimensiones de 2 a 12 ml según el modelo

Potenciómetro multivuelta: en aplicaciones donde se requiere una gran precisión en el ajuste de los circuitos resulta interesante que los potenciómetros utilizados en ellos sean del tipo mini vuelta, es decir para obtener el valor máximo se debe girar el tornillo hasta que supere 20 vueltas.

Cables para radiofrecuencia: En la transformación de energía eléctrica de radiofrecuencia a través de cables e hilos conductores se presentan fenómenos físicos que hacen inútil su utilización; La característica asimétrica de un cable de radiofrecuencia es muy importante para efectuar correctamente las adaptaciones generador cable y cable receptor. A continuación 2 ejemplos de cables para radiofrecuencia: -Cable simétrico (300 ohmios, cable para antena de televisión) -Cable asimétrico o coaxial (75 ohmios, cable conductor de señal RF o cable visión)

Conectores: recibe el nombre de conector todo dispositivo completo de conexión eléctrica formada x una clavija de contacto y una hembrilla donde se aloja; mediante estos 2 elementos es factible establecer o interrumpir una actividad eléctrica. Algunos dispositivos son: -Clip tipo faston

-Terminal para cable de bornes con tornillo

-Clavijas tipo banana

-Conector RCA o bananas tipo s

-conectores tipo Jack

ejemplo: (los audífonos de clavija)

-Conectores bipolares para conexión a red

ejemplo (regleta de luz)

Circuitos en serie: Son circuitos que están formados por cualquier cantidad de elementos unidos en dos puntos terminales proporcionando por lo menos una trayectoria cerrada por la cual puede fluir una carga

Características de dos elementos en serie -Tienen una sola terminal en común -El punto en común entre los elementos no esta conectado a otro elemento que transporte corriente -La corriente es la misma que todos los elementos, osea; no se va por otro camino -El voltaje varia pero la corriente sigue igual Formula

RS = R1+R2+R3+R4………

I = V / R Para averiguar amperios o corriente V= I / R Para averiguar voltaje R= V / I para averiguar resistencia en Ω

Pilas eléctricas: Se llama oficialmente pila eléctrica a un dispositivo que genera energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras de lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila llamados polos, electrodos y bornes. Uno de ellos es el polo + o ánodo y el otro es el polo – o cátodo. La estructura fundamental de una pila consiste en piezas de dos metales diferentes introducidas en un liquido conductor de la electricidad o electro liquido.

Batería eléctrica: se llama batería eléctrico a un acumulador eléctrico o simple mente acumulador al dispositivo que almacena energía eléctrica usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente se devuelve en su totalidad.

Principios de funcionamiento: El funcionamiento de un acumulador esta basado esencialmente en algún tipo de proceso reversible, es decir, un proceso cuyos componentes no resultan consumidos ni se pierden, sino que meramente se transformen en otros que a su vez puedan retornar al estado primero en las circunstancias adecuadas. Estas circunstancias son en el caso de los acumuladores; el cierre del circuito externo mediante el proceso de descarga y la aplicación de una corriente igualmente externa durante la carga. Fuentes eléctricas: En electricidad se entiende por fuente al elemento activo que es capaz de generar una diferencia de potencial entre sus bornes o proporcionar una corriente eléctrica.

Fuentes reales o fuentes de alimentación: En electrónica una fuente de alimentación es un circuito de convierte la tensión alterna de la red industrial en una tensión prácticamente continua.las fuentes reales son las que generan ya sea corriente o voltaje a partir de una serie de componentes activos o pasivos internos. Los mismos se pueden conectar ya sea en forma de serie, paralelo o mixto.

Fuentes ideales: Son elementos utilizados en la teoría de circuitos para el análisis y la creación de modelos que permitan analizar el comportamiento de componentes electrónicos o circuitos reales pueden ser independientes si sus magnitudes tensión o corriente son siempre constantes o dependientes de alguna de las anteriores magnitudes.

Circuitos paralelos: dos elementos se consideran paralelos si tienen dos puntos en común a los cuales les llamaremos nodos. La característica principal del circuito paralelo es que todos los elementos poseen el mismo voltaje. La formula para identificar la resistencia total paralelo es la siguiente: Formula:

(R1xR2) / (R1+R2) y aplicar inversa al resultado final.

Ley de corriente de kirchhoff: La suma de las corrientes que entran a un nodo debe ser igual a la suma de las corrientes que salen del nodo

Ley de voltajes de Kirchhoff: El voltaje aplicado a un circuito en serie es = a la suma de la escalera de voltaje atreves de los elementos en serie.

Circuitos mixtos: el método más eficiente para encontrar la resistencia total en un circuito mixto es iniciar desde la última resistencia e ir simplificando el circuito hacia la fuente. Los pasos a seguir para reducir un circuito mixto son los siguientes: Paso 1: seleccione las partes del circuito que son combi nacionales en paralelo y en serie dentro del mismo. Paso 2: verifique dichas partes. Paso 3: Halle la resistencia de cada parte. Paso 4: Remplace los valores de resistencias equivalentes en el circuito. Paso 5: Identifique cualquier combinación adicional en serie o paralelo que halla sido creada. Paso 6: Repetir los pasos 2, 3,4 y 5 hasta reducir el circuito de una sola resistencia equivalente

Puente de wheatestone: Es un circuito que se utiliza principalmente en la medición de componentes pasivos.

Teorema de Thevenin: Cualquier circuito bilateral de corriente directa de dos terminales puede sustituirse por un circuito equivalente formado por una fuente de voltaje y un resistor en serie. Los pasos a seguir para encontrar resistencia y voltaje thevenin son los siguientes:

Paso 1: elimine del circuito la parte para la cual no se encontrara el circuito equivalente de thevenin a lo que le llamaremos RL.

Paso 2: Marque las terminales del circuito restante entre dos terminales.

Paso 3: calcule RTH haciendo primero todas las fuentes de voltaje A o V (corto circuito) y todas las fuentes de corriente A (circuito abierto)

Paso 4: Calcule ETH regresando primero todas las fuentes a su posición original y encontrando el voltaje del circuito abierto entre los terminales marcados.

Paso 5: Dibuje el circuito equivalente del thevenin con la parte del circuito que se elimino anteriormente conectándolo entre los terminales del circuito equivalente.

Multímetro

Multímetro digital Un multímetro, a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad. En la actualidad hay multímetros con capacidad de medir muchas otras magnitudes. (capacitancia, frecuencia, temperatura, etc.). Este instrumento de medida por su precio y su exactitud sigue siendo el preferido del aficionado o profesional en electrónica. Lo que si tienen es un selector de función y un selector de escala (algunos no tienen selector de escala pues el VOM la determina automáticamente). Algunos tienen un solo selector central. El selector de funciones sirve para escoger el tipo de medida que se realizará. Ver en la siguiente tabla como ubicar el selector de funciones para medir voltaje AC y DC, corriente alterna, corriente directa y resistencia.

Funciones comunes Multímetro o polímetro analógico

Multímetro analógico Los multímetros analógicos son fáciles de identificar por una aguja que al moverse sobre una escala indica del valor de la magnitud medida. Estas tres posiciones del mando sirven para medir intensidad en corriente continua (D.C.), de izquierda a derecha, los valores máximos que podemos medir son:500μA, 10mA y 250mA (μA se lee microamperio y corresponde a 10 − 6A=0,000001A y mA se lee miliamperio y corresponde a 10 − 3 =0,001A). Vemos 5 posiciones, para medir voltaje en corriente continua (D.C.= Direct Current), correspondientes a 2.5V, 10V, 50V, 250V y 500V, en donde V=voltios.

Hay dos posiciones para medir resistencia (x10Ω y x1k Ω); Ω se lee ohmio. Esto no lo usaremos apenas, pues si te fijas en la escala milimetrada que está debajo del número 6 (con la que se mide la resistencia), verás que no es lineal, es decir, no hay la misma distancia entre el 2 y el 3 que entre el 4 y el 5; además, los valores decrecen hacia la derecha y la escala en lugar de empezar en 0, empieza en (un valor de resistencia igual a significa que el circuito está abierto). A veces usamos estas posiciones para ver si un cable está roto y no conduce la corriente. Como en el apartado 2, pero en este caso para medir corriente alterna (A.C.:=Alterna Current). Sirve para comprobar el estado de carga de pilas de 1.5V y 9V. Escala para medir resistencia. Escalas para el resto de mediciones. Desde abajo hacia arriba vemos una de 0 a 10, otra de 0 a 50 y una última de 0 a 250. Multímetros con funciones avanzadas

Multímetro analógico. Más raramente se encuentran también multímetros que pueden realizar funciones más avanzadas como: Generar y detectar la Frecuencia intermedia de un aparato, así como un circuito amplificador con altavoz para ayudar en la sintonía de circuitos de estos aparatos. Permiten el seguimiento de la señal a través de todas las etapas del receptor bajo prueba. Realizar la función de osciloscopio por encima del millón de muestras por segundo en velocidad de barrido, y muy alta resolución. Sincronizarse con otros instrumentos de medida, incluso con otros multímetros, para hacer medidas de potencia puntual (Potencia = Voltaje * Intensidad). Utilización como aparato telefónico, para poder conectarse a una línea telefónica bajo prueba, mientras se

efectúan medidas por la misma o por otra adyacente. Comprobación de circuitos de electrónica del automóvil. Grabación de ráfagas de alto o bajo voltaje. Un polímetro analógico genérico o estándar suele tener los siguientes componentes: - Conmutador alterna-continua (AC/DC): permite seleccionar una u otra opción dependiendo de la tensión

(Continua o alterna). - Interruptor rotativo: permite seleccionar funciones y escalas. Girando este componente se consigue seleccionar la magnitud (tensión, intensidad, etc.) y el valor de escala. - Ranuras de inserción de condensadores: es donde se debe insertar el condensador cuya capacidad se va a medir. - Orificio para la Hfe de los transistores: permite insertar el transistor cuya ganancia se va a medir. - Entradas: en ellas se conectan las puntas de medida. Habitualmente, los polímetros analógicos poseen cuatro bornes (aunque también existen de dos), uno que es el común, otro para medir tensiones y resistencias, otro para medir intensidades y otro para medir intensidades no mayores de 20 amperios. Es una palabra compuesta (multi=muchas Metro=medidas Muchas medidas)

El selector de rangos del multímetro sirve para establecer el máximo valor que se podrá visualizar. Si no se tiene una idea de la magnitud a medir empezar por el rango más grande. Esto previene el daño o deterioro del multímetro. Ver algunos ejemplos en la tabla de la derecha. Véase que se escoge siempre un rango superior al de la magnitud que se mide.

Capacitores o condensadores: los condensadores son dispositivos capaces de almacenar una determinada cantidad de electricidad; Están compuestos por dos superficies conductoras llamadas placas o armaduras aisladas entre si por un material dieléctrico.

Clasificación de los condensadores: se dividen en dos grandes grupos, condensadores fijos y variables y según el tipo de dieléctrico utilizado los dividimos en:

-Condensadores de mica

-Condensadores de papel

-Condensadores de poliéster

-Condensador cerámico

-Condensadores electrolíticos de tantalio

-Condensadores de sulfuro de polietileno

Características técnicas de los condensadores: como cualquier otro componente electrónico los condensadores poseen una serie de características técnicas mediante las cuales es posible seleccionar aquel que resulte más adecuado para un circuito determinado. Las principales características técnicas de los condensadores son las siguientes: -Valor capacitivo prueba

-tolerancia

-Corriente de carga Inductancia parasita

-Tensión máxima de trabajo

-tangente de delta

-Resistencia de aislamiento potencia

-Tensión de

-Coeficiente de temperatura -

-Frecuencia de resonancia propia

-Factor de

Indicación de valores de los condensadores: Los valores de la capacidad de los condensadores vienen impresos sobre el mismo componente o están indicados mediante aros o puntos coloreados de igual forma como se hace con las resistencias; así un condensador de 4700 PF puede identificarse por las siguientes anotaciones 4700 P se suprime la F de faradio 4700 P,se suprime la letra P de pico y la F de faradio 4.7 K la K de kilo representa que 4.7 se multiplica por mil PF (1000 PF) Los capacitores tienen varios aislantes, algunos de estos son los siguientes: -Vacio -Aire Cerámica

-Teflón

-Papel parafina

-Caucho

-Aceite

-Mica

-

Su nombre viene del propio químico MICHAEL FARADAY las medidas mas comunes propias de los capacitores son los picofaradios, los nano faradios y los microfaradios. Como determinar fallas en un capacitor: 1-Medida con un capacimetro 2-Para descargar un capacitor se necesita menos watts y más Ω 3-Si la resistencia esta entre 0 y 1 KΩ significa que esta dañado, el capacitor debe medir un homenaje muy alto en megas.

Simbología de los Condensadores Condensadores Condensador no polarizado

Condensador no polarizado

Condensador variable

Condensador ajustable

Condensador polarizado sensible a la temperatura

Condensador polarizado sensible a la tensión

Condensador pasante

Condensador de estator dividido

Condensador electrolítico

Condensador electrolítico

Condensador electrolítico

Condensador electrolítico multiple

Condensador con armadura a masa

Condensador diferencial

Aplicación de los capacitores -Almacena energía en forma de voltaje -Para filtros electrónicos -Para sintonizadores de frecuencia -Circuitos osciladores

Lectura de los capacitores:

En los capacitores electrolíticos normalmente se representa el voltaje en voltios y la capacidad en microfaradios 160mf en 25 V, en cuanto a los capacitores cerámicos los valores siempre vienen en pico faradios.

Circuitos magnéticos: Los campos magnéticos se forman por la presencia de líneas de flujo magnético que rodean a un imán permanentemente; las líneas de flujo magnético existen en ciclos continuos, las líneas de flujo magnético salen del polo norte hacia el polo sur en un imán permanentemente. Nota la dirección del campo magnético depende de la dirección de la corriente en el conductor

Nota cuando los metales son atraídos hacia un imán sucede porque las ondas que viajan de polo norte a polo sur prefieren utilizar el metal como conductor, es decir prefiere pasar por el metal que por el aire.

La dirección del flujo magnético se puede representar gráficamente basándonos en la forma de nuestra mano derecha donde el dedo pulgar nos indica la dirección hacia donde va la corriente y los demás la dirección del flujo magnético

¿Cómo funciona un electroimán? Al poner voltaje en una espira o cable de electrones corre libremente a su alrededor por lo tanto al colocarse un núcleo de metal este los atrae y genera un electroimán, porque el hierro esta cargado y atrae a los otros elementos. Sin el núcleo los electrones salen libres al aire y al poner el hierro todos los electrones se atraen hacia el.

Fuerza magneto motriz:

(fuerza fmm) es el numero de vueltas de alambre por la corriente que los atraviesa, como decir el voltaje pero aquí hablamos de un voltaje inducido.. Formula

Fmm = N x I

Propiedades de los materiales Fmm

1-el material llega a magnetizarse fuertemente en la misma dirección del campo magnético donde se esta colocando. 2-la densidad del flujo magnético es la densidad de los materiales ferro magnéticos varia en forma no lineal con la intensidad magnética 3-los materiales ferro magnéticos presentan saturación isteresis y retentividad.

Densidad del flujo magnético: es la cantidad de líneas de flujo magnético dividido entre la unidad del área de un objeto, el símbolo es B mayúscula y la unidad es teslas o gaus y se representa con T mayúscula; la formula para dividir la cantidad de líneas entre el área del imán es: Formula:

B=Φ/A

Permeabilidad: Es la medida con que se establecen las líneas de flujo magnético en un material ferro magnético; es la forma en que pasa un flujo magnético por el hierro y su símbolo es M (ñu) Reluctancia: Se representa con la letra R mayúscula y es la oposición al paso de las líneas de flujo magnético. Formula =

R = l / mxa

V = vueltas R = reluctancia

A = área

wb = webers

L = longitud

M=permeabilidad

Intensidad de campo magnético: Es el grado de magnetización del material, es decir el valor total de fmm dividido entre la unidad de longitud del material fmm. Símbolo = H

Unidad = A / M

Amperios / metros

Formula = H = Fmm / L

Pasos para demostrar la curva de histéresis:

1-el material no esta magnetizado 2-le aplicamos corriente 3-Disminuir la corriente 4-Cambiar y quitar la terminal de alimentación

Grafico de la curva de isteresis

Ley de faraday si se mueve el conductor a través de un campo magnético de forma que corte las líneas de flujo magnético esto induce a un voltaje en el conductor ;si se mantiene fijo el conductor y se mueven las líneas de flujo magnético se obtiene el mismo efecto.

Inductores o bobinas los inductores son elementos que almacenan corriente, en un inductor no se permiten cambios bruscos de corriente.las bobinas tienen varias dimensiones y están diseñadas para introducir a un circuito cantidades de inductancia especifica . L = Inductancia

Henrios = H

Símbolo de bobina =

Formula = L = N2 x M x A L

Circuitos RL o resistencia Inductor 1-Con el interruptor en la posición 1 se cumple el proceso de carga en el inductor 2-Con el interruptor colocado en la posición 2 se cumple el proceso de descarga del capacitor 3-En los circuitos RC el tao equivale a resistencias x capacitor, mientras que en los circuitos RL el tao equivale a dividir la resistencia entre inductor

Características en corriente directa de un circuito RLC 1-Un inductor totalmente cargado se sustituye x un corto circuito 2-Un capacitor totalmente cargado se sustituye por un circuito abierto

Corriente Alterna:

La palabra alterna indica la forma en que se dan 2 niveles prescritos en una secuencia de tiempo establecido. El símbolo de la fuente alterna es

Las Ondas Senoidales La onda senoidal es la única onda alterna cuya forma no se ve afectada por las características de respuestas de los elementos RLC.la forma es producida por la rotación de una bobina a través de un campo magnético.

Valor pico: Es el valor máximo instantáneo de una función medida a partir de cero y se representa VP. Valor pico a pico: Es la medida completa entre los picos positivos y negativos de la forma de onda y se representa con VPP. Valor instantáneo: Es la magnitud de una forma de onda en cualquier instante de tiempo. Forma de onda periodica: es aquella que se repite en forma continua después del mismo intervalo de tiempo. Periodo: es el intervalo de tiempo entre repeticiones sucesivas en una forma de onda periódica (el inverso de la frecuencia)se representa con la letra T mayúscula y su unidad es el segundo Semiciclo: es la parte de la forma de onda contenida en un periodo, puede ser + o– Frecuencia: es el número de ciclos que ocurre en un segundo y se representan con la letra F y su unidad es el hertz. Rms: es el valor que mide el multimetro o valor eficaz que son valores equivalentes en corriente directa y se representa VRMS y su significado es raíz cuadrática media .

Capacitores

Un condensador es un dispositivo almacenador de carga. Básicamente consta de dos conductores enfrentados, separados por un dieléctrico. El dieléctrico impide que circule corriente de placa a placa, pero ambas están lo suficientemente cercanas como para que las distribuciones de carga generadas en una placa afecten a la otra. En el siguiente subapartado se va a explicar el principio de operación de este componente, para pasar posteriormente al análisis matemático que permitirá deducir la ecuación de comportamiento. 1.1 Principio de operación La explicación que se presenta a continuación a cerca del funcionamiento de este componente se basa en el condensador de placas paralelas. Tal y como se aprecia en la Figura 2, este condensador consta de dos placas conductoras enfrentadas, separadas por una distancia muy inferior al lado de la placa. Para simplificar y facilitar la comprensión del principio de operación se ha omitido el dieléctrico intermedio.

Figura 2: Condensador de placas planas

Imaginemos que a la placa izquierda llega un electrón a través del cable conectado a ella. Como las dos placas están lo suficientemente cercanas, enfrentado a ese electrón tenderá a situarse una carga positiva (o lo que es lo mismo, se repelerá una carga negativa). Si este proceso se repite regularmente, el efecto global es el de una corriente eléctrica atravesando el dispositivo de derecha a izquierda (en la Figura 2). Además, al existir una separación de cargas, se creará un campo eléctrico, y por lo tanto una diferencia de potencial entre ambas placas. Antes de seguir adelante, es preciso hacer notar las siguientes consideraciones: 1. Antes de que llegaran las cargas a las placas del condensador, estas eran conductores en equilibrio (es decir, la carga neta era nula). Los electrones que llegan por el cable rompen este equilibrio y es necesario que alguna fuerza les empuje para que lleguen hasta ahí. Dicho de otro modo, el condensador cargado se encuentra en una situación inestable, y tenderá a descargarse en cuanto cese la fuerza que impulsa el proceso de carga. 2. Para que la carga (+) pueda enfrentarse a la (-) es preciso que haya un circuito exterior que permita este movimiento de cargas. En el ejemplo de la Figura 3 el condensador no se carga, puesto que el interruptor abierto impide la creación de una corriente. Por lo tanto, la tensión de ambas placas será la misma: VA = VB

Figura 3: Circuito en el que C no se carga 1. No hay contacto físico entre las placas, luego los electrones no pasan de una placa a otra. Sin efecto, el efecto global es similar al de una corriente atravesando el dispositivo, que se denomina corriente de desplazamiento. El proceso de carga del condensador no dura indefinidamente. Cuando la fuerza que impulsa a las cargas a dirigirse hacia al condensador se iguala con la ejercida por el campo creado por éstas entre las placas, el proceso alcanza un punto de equilibrio y cesa la corriente, ya que no hay cargas en movimiento (Figura 4).

Figura 4 Evolución transitoria de las corrientes durante el proceso de carga del condensador Si cuando hemos cargado C separamos los terminales del circuito, al no existir ningún camino de descarga, mantendrá idealmente la tensión constante (Figura 5).

Figura 5: Condensador cargado Si en este momento unimos A con B, (por ejemplo, a través de una resistencia) estamos posibilitando que la intensidad circule. El condensador se descargará, comportándose como un generador cuyo valor desciende en el tiempo hasta anularse.

Figura 6: Descarga del condensador a través de una resistencia

La capacidad sólo depende de las características constructivas del condensador. En la práctica, el espacio entre placas se rellena con materiales dieléctricos, ya que poseen una constante dieléctrica mayor que la del vacío. 1.3 Relación tensión - intensidad en un condensador ideal Aplicando la definición de intensidad de corriente eléctrica, puede hallarse la relación entre tensión y corriente:

La expresión anterior puede interpretarse de la siguiente forma: si existe un cambio de tensión entre los conductores sometidos a influencia, existirá una corriente provocada por la redistribución de cargas en los mismos. Esta corriente se diferencia de la obtenida en una resistencia en que no atraviesa el sistema. Por ello se denomina corriente de desplazamiento.

Campo magnetico

El campo H se ha considerado tradicionalmente el campo principal, ya que se puede relacionar con unas cargas, masas o polos magnéticos por medio de una ley similar a la de Coulomb para la electricidad. Maxwell, por ejemplo, utilizó este enfoque, aunque aclarando que esas cargas eras ficticias. Con ello, no solo se parte de leyes similares en los campos eléctricos y magnéticos (incluyendo la posibilidad de definir un potencial escalar magnético), sino que en medios materiales, con la equiparación matemáticas de H con E y de B con D se pueden establecer paralelismos útiles en las condiciones de contorno y las relaciones termodinámicas (en el sistema electromagnético de Gauss): Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente eléctrica de convección, que da lugar a un campo magnético estático. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria. La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la ley de Ampère. El caso más general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de Ampère-Maxwell.

Cabe destacar que, a diferencia del campo eléctrico, en el campo magnético no se ha comprobado la existencia de monopolos magnéticos, sólo dipolos magnéticos, lo que significa que las líneas de campo magnético son cerradas, esto es, el número neto de líneas de campo que entran en una superficie es igual al número de líneas de campo que salen de la misma superficie. Un claro ejemplo de esta propiedad viene representado por las líneas de campo de un imán, donde se puede ver que el mismo número de líneas de campo que salen del polo norte vuelve a entrar por el polo sur, desde donde vuelven por el interior del imán hasta el norte.

Como se puede ver en el dibujo, independientemente de que la carga en movimiento sea positiva o negativa, en el punto A nunca aparece campo magnético; sin embargo, en los puntos B y C el campo magnético invierte su sentido dependiendo de si la carga es positiva o negativa. El sentido del campo magnético viene dado por la regla de la mano derecha, siendo las pautas a seguir las siguientes: •

•

En primer lugar se imagina un vector qv, en la misma dirección de la trayectoria de la carga en movimiento. El sentido de este vector depende del signo de la carga, esto es, si la carga es positiva y se mueve hacia la derecha, el vector +qv estará orientado hacia la derecha. No obstante, si la carga es negativa y se mueve hacia la derecha, el vector es -qv va hacia la izquierda. A continuación, vamos señalando con los cuatro dedos de la mano derecha (índice, medio, anular y meñique), desde el primer vector qv hasta el segundo vector Ur, por el camino más corto o, lo que es lo mismo, el camino que forme el ángulo menor entre los dos vectores. El pulgar extendido indicará en ese punto el sentido del campo magnético.

bobinas

Las bobinas Son componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica. Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o al aire. Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional pero se suelen emplear los submúltiplos mH y mH. Sus símbolos normalizados son los siguientes:

Bobina

Inductancia

Bobina con núcleo ferromagnético

. Bobina con núcleo de ferroxcube

Existen bobinas de diversos tipos según su núcleo y según tipo de arrollamiento. Su aplicación principal es como filtro en un circuito electrónico, denominándose comúnmente, choques. CARACTERíSTICAS 1. Permeabilidad magnética (m).- Es una característica que tiene gran influencia sobre el núcleo de las bobinas respecto del valor de la inductancia de las mismas. Los materiales ferromagnéticos son muy sensibles a los campos magnéticos y producen unos valores altos de inductancia, sin embargo otros materiales presentan menos sensibilidad a los campos magnéticos. El factor que determina la mayor o menor sensibilidad a esos campos magnéticos se llama permeabilidad magnética. Cuando este factor es grande el valor de la inductancia también lo es. 2. Factor de calidad (Q).- Relaciona la inductancia con el valor óhmico del hilo de la bobina. La bobina será buena si la inductancia es mayor que el valor óhmico debido al hilo de la misma. TIPOS DE BOBINAS 1. FIJAS Con núcleo de aire El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas. Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.

Con núcleo sólido Poseen valores de inductancia más altos que los anteriores debido a su nivel elevado de permeabilidad magnética. El núcleo suele ser de un material ferromagnético. Los más usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se desean eliminar son bajas se utilizan núcleos parecidos a los de los transformadores (en fuentes de alimentación sobre todo). Así nos encontraremos con las configuraciones propias de estos últimos. Las secciones de los núcleos pueden tener forma de EI, M, UI y L

. Bobina de ferrita

Bobina de ferrita de nido de abeja

Bobinas de ferrita para SMD

Bobinas con núcleo toroidal

Las bobinas de nido de abeja se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos de radio en las gamas de onda media y larga. Gracias a la forma del bobinado se consiguen altos valores inductivos en un volumen mínimo. Las bobinas de núcleo toroidal se caracterizan por que el flujo generado no se dispersa hacia el exterior ya que por su forma se crea un flujo magnético cerrado, dotándolas de un gran rendimiento y precisión. La bobinas de ferrita arrolladas sobre núcleo de ferrita, normalmente cilíndricos, con aplicaciones en radio es muy interesante desde el punto de vista practico ya que, permite emplear el conjunto como antena colocándola directamente en el receptor.

Las bobinas grabadas sobre el cobre , en un circuito impreso tienen la ventaja de su mínimo coste pero son difícilmente ajustables mediante núcleo.

2. VARIABLES También se fabrican bobinas ajustables. Normalmente la variación de inductancia se produce por desplazamiento del núcleo. Las bobinas blindadas pueden ser variables o fijas, consisten encerrar la bobina dentro de una cubierta metálica cilíndrica o cuadrada, cuya misión es limitar el flujo electromagnético creado por la propia bobina y que puede afectar negativamente a los componentes cercanos a la misma.

Electro iman

Imanes unidos a un hierro 2.- Orientan sus moléculas en la misma dirección

Moléculas orientadas 3.- Crean dos polos opuestos en sus extremos, y de ellos salen líneas de fuerza que van de uno al otro.

Norte magnético y sur terrestre También se observó que el paso de la corriente eléctrica por un conductor creaba un campo magnético alrededor del conductor siguiendo la regla de la mano derecha. A este campo magnético generado eléctricamente se le llama electromagnetismo.

El campo magnético genera corriente alterna

Compañerismo (trabajo en equipo)

Pertenecer a un grupo significa sentir que se forma parta de algo que existe más allá de uno mismo. Es entender que existe una misión u objetivo del que cada uno de los integrantes es responsable.

En una organización cada uno de los integrantes contribuye a los logros alcanzados. Se trabaja con los compañeros para que se produzcan estos resultados. Aunque cada uno tiene una opción definida y pertenezca a un departamento en particular, cada uno está unido a los demás miembros en el cumplimiento de los objetivos. Y los objetivos -siempre los objetivos de la organización y nunca los individuales- serán los que controlen sus acciones, su función en la organización existe por este objetivo. Es necesario diferenciar el sentido de trabajo en equipo, de la tarea de lograr que un objetivo en particular sea llevado a cabo con efectividad. Es común que estos dos conceptos se confundan y entremezclen, que los líderes de cada equipo no sepan definir qué es lo que desean de sus subordinados. Lo que se quiere lograr con un sentido de trabajo en equipo es distinto a construir un equipo eficiente para llevar a cabo una tarea específica.

Consejos para una mayor efectividad en los equipos de trabajo

Todos los miembros de una organización, sean ejecutivos, directores o empleados, buscan nuevas formas de llegar a mejores resultados de una forma más efectiva. Si se toma una perspectiva de trabajo en equipo, una forma de trabajo más horizontal, se logrará un mayor compromiso y aporte de todos los niveles de la organización. Habrá más voces, cerebros e ideas que serán escuchadas en beneficio de la organización. Le brindamos a continuación una serie de consejos para que su organización entre en este nuevo siglo de cambios y actualizaciones continuas.

Dejar en claro qué es lo que se espera del equipo Debe dejar en claro cuáles son los resultados que se esperan del equipo. Cada uno de los miembros debe entender las razones de por qué ese equipo en particular fue creado. La organización debe mostrar un compromiso total con los objetivos apoyando el emprendimiento con el personal, tiempo y dinero necesarios. El trabajo que lleva a cabo un equipo debe ser considerado una prioridad. Las personas que toman decisiones deben brindarle el tiempo y atención necesarios. Contexto Cada uno de los miembros debe saber por qué forma parte del equipo. Debe entender cuál es la forma de trabajar para que el camino hacia los objetivos sea recorrido de forma eficiente. Cada uno de los miembros debe entender que su labor es parte del gran trabajo de la organización. Debe conocer los objetivos, principios y valores de la organización. Compromiso Cada uno de los miembros debe desear formar parte del equipo. Debe sentir que el objetivo es importante y que su parte es fundamental. Debe estar comprometido en lograr los objetivos esperados y esperar cosechar los frutos. Los miembros del equipo deben saber que su trabajo es importante para la organización y para su propia carrera, y deben poder sentir que serán reconocidos por los servicios prestados. Deben también ver cómo sus habilidades van en aumento y que gracias al entorno creado es posible que descubran nuevas habilidades. Debe existir una atmósfera tal que los miembros se sientan emocionados y vean un desafío que quieren enfrentar como equipo. Competencia El equipo debe sentir que cada uno de sus miembros es adecuado para la tarea que le es asignada. Debe entender que cada paso en la cadena está representada por una persona. Debe tener la seguridad de que cada uno de sus miembros es competente para

realizar la tarea para la que el equipo fue creado. Si no es así, el equipo debe tener acceso a ayuda externa, a recursos y apoyo que sean necesarios para lograr los objetivos. Proceso El equipo debe asumir el área de responsabilidad que le es designada y diseñar ellos mismos su misión, perspectiva y estrategias para lograr el objetivo. Luego de definir los objetivos debe comunicarlos, informar cuáles serán sus contribuciones, gastos y producción, informar de su trabajo y del proceso que seguirá el equipo para llegar a completar su tarea. Control El equipo debe sentir que tiene todas las herramientas, libertad de movimientos y poder necesarios para lograr los objetivos. Y al mismo tiempo debe entender cuáles son sus responsabilidades y límites. Todos deben tener en claro hasta dónde se puede llegar. Los límites de dinero, tiempo y recursos deben ser definidos desde el comienzo del proceso, antes de que el equipo sienta las barreras sin saber que se encuentran allí. El equipo debe dar un informe periódico de sus tareas y cada uno de sus miembros entender las cuentas que se llevan. La organización debe tener en claro cuál es la máxima autoridad del equipo, quién tiene la última palabra y asumirá en su representación la responsabilidad de todo lo llevado a cabo. Debe existir una línea definida, de forma que el equipo y la organización tengan sus trabajos alineados en una misma dirección. Cada uno de los miembros debe saber cuáles son los tiempos de entrega, los compromisos tomados, y los resultados esperados. La organización debe brindarle una oportunidad de autogestión a cada uno de sus miembros para incentivar la creatividad y el sentido de responsabilidad. Solidaridad

Cada uno de los miembros debe entender qué es ser parte de un equipo y cada uno de los pasos del proceso a seguir, las etapas de la consolidación del grupo. Cada uno de los miembros debe trabajar de forma efectiva cuando deba articularse con sus pares. Para esto es necesario que cada uno se sienta parte del equipo, y que cada una de esas partes es igual de importante e imprescindible.

La resolución de problemas, la definición de objetivos, el proceso de crecimiento y la consecución de los objetivos deben ser llevados a cabo en equipo y todos deben entender que es la única forma de lograrlo. Los mismos miembros deben definir las reglas de conducta, formas de resolver conflictos, la toma de decisiones y la relación con las autoridades fuera del grupo.

Comunicación Cada uno de los miembros debe sentir que su tarea es su prioridad. Deben encontrar un método de ponderar la performance que se está teniendo. La organización debe comprometerse a brindar información acerca de los negocios de forma regular. El equipo debe entender y sentir la razón de su existencia como equipo. Cada uno de los miembros debe relacionarse de forma abierta y sincera con sus compañeros. Los conflictos son algo necesario e inevitable si los miembros toman una actitud sincera. Necesarios para que surjan diferentes ideas y perspectivas y para la búsqueda creativa de soluciones. Innovación

creadora

Se debe tener en claro si la organización en realidad está interesada en cambios. ¿Valoran el pensamiento creativo, las soluciones innovadoras, las ideas nuevas? Si sólo premian a las personas que se atuvieron a las reglas y encajaron en el esquema previsto, será una dirección totalmente distinta la que se deba tomar. Si no, si esperan encontrar nuevos procesos de trabajo, es necesario que se prevea capacitación y las herramientas necesarias para estimular el pensamiento creativo. Consecuencias

Cada uno de los miembros del equipo debe sentirse responsable y reconocido por los errores y los frutos del trabajo en equipo. La organización debe encargarse de que cada uno de sus equipos de trabajo reciba el reconocimiento adecuado. En cuanto a los errores, no debe permitirse que los miembros del equipo teman a las represalias. Si es así, se estarán censurando posibles respuestas a problemas planteados. Cuando vea que muchos de los miembros dedican más tiempo a echar culpas que a resolver problemas será tiempo de tener una reunión para aclarar algunos puntos. La organización debe tener un sistema de premios y reconocimientos tanto para el trabajo en equipo como para el trabajo individual.

La organización podría crear un sistema con el cual se compartan las ganancias adicionales surgidas de un equipo en particular. Cada uno de los miembros debe sentir cómo su trabajo bien hecho no sólo ayuda al crecimiento de la organización y al reconocimiento del equipo sino también a su crecimiento personal. Coordinación

Los equipos de trabajo deben estar coordinados por un equipo que se encargue de la articulación con toda la organización y la asistencia en caso de ser necesaria. Cada uno de los departamentos debe conocer la prioridad de su papel en el proceso total. Los equipos deben entender la noción de cliente interno: el proceso que le precede y el que le sigue a su tarea. Es imprescindible un aceitado trabajo de las relaciones cruzadas y las tareas compartidas. Para conseguir una organización moderna es necesario que se desarrolle un mirada concentrada en el cliente y en el proceso y dejar las viejas ideas de procesos departamentales. Cambio

cultural

La organización debe reconocer que un trabajo basado en el equipo, en la solidaridad, y en el ceder poder a los miembros, permitirá crear una organización para el futuro y dejar la tradicional, jerarquizada, organización del siglo pasado. Es momento de comenzar a cambiar los viejos hábitos de reconocimientos, contrataciones, desarrollo, dirección y pasar a uno que sea más motivador para sus empleados. La organización debe estar dispuesta a asimilar riesgos y aprender de los errores cometidos. Debe entender que cuanto más apoye a sus equipos de trabajo mayor será el fruto a cosechar.

11.INTRODUCCIÓN

El documento a continuación presentado, muestra la teoría general utilizada para el análisis de circuitos RC, RL y RLC. Se demostrarán sus ecuaciones normales y algunas de sus propiedades físicas.

CIRCUITOS RC

Los circuitos RC son circuitos que están compuestos por una resistencia y un condensador.

Se caracteriza por que la corriente puede variar con el tiempo. Cuando el tiempo es igual a cero, el condensador está descargado, en el momento que empieza a correr el tiempo, el condensador comienza a cargarse ya que hay una corriente en

el circuito. Debido al espacio entre las placas del condensador, en el circuito no circula corriente, es por eso que se utiliza una resistencia.

Cuando el condensador se carga completamente, la corriente en el circuito es igual a cero.

La segunda regla de Kirchoff dice: V = (IR) - (q/C)

Donde q/C es la diferencia de potencial en el condensador.

En un tiempo igual a cero, la corriente será: I = V/R cuando el condensador no se ha cargado.

Cuando el condensador se ha cargado completamente, la corriente es cero y la carga será igual a: Q = CV

CARGA DE UN CONDENSADOR

Ya se conoce que las variables dependiendo del tiempo serán I y q. Y la corriente I se sustituye por dq/dt (variación de la carga dependiendo de la variación del tiempo):

(dq/dt)R = V - (q/C)

dq/dt = V/R - (q/(RC))

Esta es una ecuación

Diferencial. Se pueden dq/dt = (VC - q)/(RC)

Separar variable dq/(q - VC) = - dt/(RC)

Al integrar se tiene ln [ - (q - VC)/VC)] = -t/(RC)

Despejando q q dt = C V [(1 - e-t/RC )] = q (1- e-t/RC )

El voltaje será

)=V

DESCARGA DE UN CONDENSADOR

Debido a que la diferencia de potencial en el condensador es IR = q/C, la razón de cambio de carga en el condensador determinará la corriente en el circuito, por lo tanto, la ecuación que resulte de la relación entre el cambio de la cantidad de carga dependiendo del cambio en el tiempo y la corriente en el circuito, estará dada remplazando I = dq/dt en la ecuación de diferencia de potencial en el condensador:

q = Q e-t/RC

Donde Q es la carga máxima

La corriente en función del tiempo entonces, resultará al derivar esta ecuación respecto al tiempo:

I = Q/(RC) e-t/RC

Se puede concluir entonces, que la corriente y la carga decaen de forma exponencial.

CIRCUITOS RL

Los circuitos RL son aquellos que contienen una bobina (inductor) que tiene autoinductancia, esto quiere decir que evita cambios instantáneos en la corriente. Siempre se desprecia la autoinductancia en el resto del circuito puesto que se considera mucho menor a la del inductor.

Para un tiempo igual a cero, la corriente comenzará a crecer y el inductor producirá igualmente una fuerza electromotriz en sentido contrario, lo cual hará que la corriente no aumente. A esto se le conoce como fuerza contraelectromotriz.

Esta fem está dada por: V = -L (inductancia) dI/dt

Debido a que la corriente aumentará con el tiempo, el cambio será positivo (dI/dt) y la tensión será negativa al haber una caída de la misma en el inductor.

Según kirchhoff: V = (IR) + [L (dI / dt)]

IR = Caída de voltaje a través de la resistencia.

Esta es una ecuación diferencial y se puede hacer la sustitución:

x = (V/R) - I es decir; dx = -dI

Sustituyendo en la ecuación: x + [(L/R)(dx/dt)] = 0

dx/x = - (R/L) dt

Integrando: ln (x/xo) = -(R/L) t

Despejando x: x = xo e -Rt / L

Debido a que xo = V/R

El tiempo es cero

Y corriente cero V/R - I = V/R e -Rt / L

I = (V/R) (1 - e -Rt / L)

El tiempo del circuito está representado por

= L/R

I = (V/R) (1 - e - 1/ )

Donde para un tiempo infinito, la corriente de la malla será I = V/R. Y se puede considerar entonces el cambio de la corriente en el tiempo como cero.

Para verificar la ecuación que implica a inicial: dI/dt = V/L e - 1/

Se sustituye: V = (IR) + [L (dI / dt)]

y a I, se deriva una vez y se reemplaza en la

V = [ (V/R) (1 - e - 1/ )R + (L V/ L e - 1/ )]

V - V e - 1/

= V - V e - 1/

OSCILACIONES EN UN CIRCUITO LC

Cuando un condensador se conecta a un inductor, tanto la corriente como la carga den el condensador oscila. Cuando existe una resistencia, hay una disipación de energía en el sistema porque una cuanta se convierte en calor en la resistencia, por lo tanto las oscilaciones son amortiguadas. Por el momento, se ignorará la resistencia.

En un tiempo igual a cero, la carga en el condensador es máxima y la energía almacenada en el campo eléctrico entre las placas es U = Q2máx/(2C). Después de un tiempo igual a cero, la corriente en el circuito comienza a aumentar y parte de la energía en el condensador se transfiere al inductor. Cuando la carga almacenada en el condensador es cero, la corriente es máxima y toda la energía está almacenada en el campo eléctrico del inductor. Este proceso se repite de forma inversa y así comienza a oscilar.

En un tiempo determinado, la energía total del sistema es igual a la suma de las dos energías (inductor y condensador): U = Uc + UL

U = [ Q2/(2C) ] + ( LI2/2 )

CIRCUITO RLC

Un circuito RLC es aquel que tiene como componentes una resistencia, un condensador y un inductor conectados en serie

En un tiempo igual a cero, el condensador tiene una carga máxima (Qmáx). Después de un tiempo igual a cero, la energía total del sistema está dada por la ecuación presentada en la sección de oscilaciones en circuitos LC

U = [ Q2/(2C) ] + ( LI2/2 )

En las oscilaciones en circuitos LC se había mencionado que las oscilaciones no eran amortiguadas puesto que la energía total se mantenía constante. En circuitos RLC, ya que hay una resistencia, hay oscilaciones amortiguadas porque hay una parte de la energía que se transforma en calor en la resistencia.

El cambio de la energía total del sistema dependiendo del tiempo está dado por la disipación de energía en una resistencia:

dU/dt = - I2R

Luego se deriva la ecuación de la energía total respecto al tiempo y se remplaza la dada: LQ´ + RQ´ + (Q/C) = 0

Se puede observar que el circuito RCL tiene un comportamiento oscilatorio amortiguado:

m(d2x/dt2) + b(dx/dt) + kx = 0

Si se tomara una resistencia pequeña, la ecuación cambiaría a :

Q = Qmáx e -(Rt/2L)Cos wt

w = [ (1/LC) - (R/2L)2 ] 1/2

Entre más alto el valor de la resistencia, la oscilación tendrá amortiguamiento más veloz puesto que absorbería más energía del sistema. Si R es igual a (4L/C) ½ el sistema se encuentra sobreamortiguado.

carga

tiempo

CONCLUSIONES

Se visualizó la configuración general para los circuitos RC, RL y RLC.

Se presentó las propiedades físicas generales de los circuitos RC, RL y RLC.

Se establecieron las ecuaciones para carga y descarga de un condensador en los circuitos RC.

Se mostró la ecuación general para la corriente en un circuito RL, así como el tiempo dado por la relación entre resistencia e inductancia.

Se entendieron las propiedades de los circuitos RLC.

Se expuso las ecuaciones generales para el análisis de circuitos RLC.

12.NORMAS DE SEGURIDAD E HIGIENE EN TRABAJOS DE ELECTRONICA

Abstract – El presente informe tiene por objetivo principal dar a conocer las normas de seguridad que se deben tener presentes durante nuestra presencia en el un espacio de laboratorio de circuitos eléctricos o en general de cualquier laboratorio de electrónica. Normas que deben ser respetadas por todos los operarios ya sean alumnos o instructores para evitar accidentes, que en algunos casos nos podrían costar la vida. Además mencionare algunos conceptos básicos para entender dichas normas, como intensidad de corriente, voltaje, extintores de fuego eléctrico, pozo de tierra, etc... Y por ultimo una sección dedicada a los primeros auxilios en caso de algún incidente.

MARCO TEORICO

ACCIDENTES DE ORIGEN ELECTRICO

Los accidentes de origen eléctrico pueden provocar daños sobre las personas (lesiones, e incluso muertes) y sobre los bienes (equipos dañados, riesgo de incendio y explosiones). Sin embargo, la mayoría de los accidentes tienen su origen en una falla humana (por negligencia o ignorancia). Esto implica que podrían evitarse si las personas involucradas conocieran y llevaran a la práctica ciertas normas básicas de seguridad.

Clasificación de los accidentes eléctricos

a) accidentes domésticos (de baja tensión).

b) accidentes de trabajo al margen de los sistemas de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica (baja y media tensión).

c) accidentes de trabajo en los sistemas de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica (baja, media y alta tensión).

d) accidentes atmosféricos por caídas de rayos.

DESCARGA ELECTRICA

Se denomina descarga eléctrica en un objeto cuando la corriente eléctrica usa como medio de transmisión a este mismo. En el caso que este objeto resulta ser el cuerpo humano, decimos entonces que la persona a sufrido una descarga eléctrica. La electricidad daña los tejidos al transformarse en energía térmica. El daño tisular no ocurre únicamente en el lugar de contacto con la piel, sino que puede abarcar a tejidos u órganos subyacentes a la zona de entrada o de salida de la corriente. El grado de lesión tisular depende de varios factores:

Intensidad de la corriente (en amperios), la cual, a su vez, depende del voltaje y de la resistencia de los tejidos al paso de la corriente (intensidad = voltaje / resistencia). Habrá más daño a mayor voltaje y menor resistencia. Las lesiones más severas se producen por

corrientes de alto voltaje (mayor de 1000 voltios), pero una descarga “doméstica” con una corriente alterna de 110 voltios, puede ser mortal. La resistencia de los tejidos es variable.

Trayecto de la corriente a través del cuerpo: si se pueden identificar los puntos de entrada y de salida (donde hallaremos carbonización de la piel, denominada necrosis coagulativa), se puede sospechar el pronóstico y la gravedad del proceso valorando los tejidos que han podido ser dañados por la corriente. Recordemos que los tejidos más superficiales se enfriarán antes que los profundos, por los que el calentamiento puede ocasionar lesiones más graves. En general, son peores los trayectos “horizontales” (por ejemplo, brazobrazo), que los verticales (como hombro-pierna).

Duración del contacto con la corriente; a mayor tiempo de exposición, peores consecuencias. Tengamos además en cuenta otra consideración: la corriente alterna suele producir más daños que la corriente continua.

Nota: El rayo constituye un caso especial: puede originar descargas de hasta 100.000.000 de voltios, con una energía de hasta 200.000 amperios. Es corriente directa, y suele producir mínimas quemaduras superficiales con patrón en forma de araña o arborescente y sin alteraciones metabólicas; sin embargo, es habitual la asistolia (la asistolia suele originar el paro cardiaco)

13.LOCALISCION DE FALLAS I AVERIAS

Algunas fallas típicas son:

Un circuito abierto: En un circuito abierto, como podría ser una resistencia quemada, no hay paso de corriente, lo que da como consecuencia que la tensión entre sus terminales sea diferente a la esperada. (generalmente mayor)

En un circuito serie de resistencias como el de la figura, una de las resistencias está abierta entonces no circula corriente en el circuito y como consecuencia la tensión entre los terminales de la resistencia dañada es la tensión de la fuente. Ver: medir corriente en CD y medir corriente en AC

Esta misma situación puede deberse a una mala soldadura o a un cable cortado. (No hay paso de corriente)

Valores de componentes variados: Este caso se puede presentar cuando uno o más de los elementos de un circuito se hayan calentado. Algunas veces se puede observar a simple vista la resistencia que se calienta, por que su color es diferente.

En el caso de las resistencias en serie, las medidas serán diferentes a las esperadas, aunque si circulará corriente por el circuito. Esta circunstancia se puede dar también cuando el circuito se ha cableado de manera incorrecta (se han colocado las resistencias de valor equivocado)

Tomar en cuenta que en este caso las medidas serán diferentes en todo el circuito y si la resistencia variada no es detectable a simple vista, habrá que medir todas las resistencias.

Nota: Para medir resistores hay que desconectar la tensión de alimentación del circuito. Si fuera posible retirar el resistor del circuito sería mejor, pues una medición de éste en el circuito podría dar un valor incorrecto debido a posibles componentes de diferente tipo que podrían estar en paralelo con él.

Conexiones defectuosas: Cuando las conexiones no están bien hechas (ejemplo: mal soldadas) la corriente que pasa por ellas encuentra una resistencia (oposición al paso de la corriente) no esperada. Esto causa que las mediciones de tensión en los componentes sean diferentes a las esperadas. Realizar prácticas de soldadura es una buena idea para evitar este problema.

14.

LA BOBINA

Son componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica.

Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o al aire. Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional pero se suelen emplear los submúltiplos mH y mH. Sus símbolos normalizados son los siguientes:

1. Bobina

2. Inductancia 3. Bobina con tomas fijas

4. Bobina con núcleo ferromagnético blindada

7. Bobina electroimán

5. Bobina con núcleo de ferroxcube 6. Bobina

8. Bobina ajustable

9. Bobina variable

Existen bobinas de diversos tipos según su núcleo y según tipo de arrollamiento. Su aplicación principal es como filtro en un circuito electrónico, denominándose comúnmente, choques.

CARACTERÍSTICAS

1. Permeabilidad magnética (m).- Es una característica que tiene gran influencia sobre el núcleo de las bobinas respecto del valor de la inductancia de las mismas. Los materiales ferromagnéticos son muy sensibles a los campos magnéticos y producen unos valores altos de inductancia, sin embargo otros materiales presentan menos sensibilidad a los campos magnéticos. El factor que determina la mayor o menor sensibilidad a esos campos magnéticos se llama permeabilidad magnética.

Cuando este factor es grande el valor de la inductancia también lo es.

2. Factor de calidad (Q).- Relaciona la inductancia con el valor óhmico del hilo de la bobina. La bobina será buena si la inductancia es mayor que el valor óhmico debido al hilo de la misma.

TIPOS DE BOBINAS

1. FIJAS

Con núcleo de aire.- El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas. Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.

Con núcleo sólido.- Poseen valores de inductancia más altos que los anteriores debido a su nivel elevado de permeabilidad magnética. El núcleo suele ser de un material ferromagnético. Los más usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se desean eliminar son bajas se utilizan núcleos parecidos a los de los transformadores (en fuentes de alimentación sobre todo). Así nos encontraremos con las configuraciones propias de estos últimos. Las secciones de los núcleos pueden tener forma de EI, M, UI y L. Bobina de ferrita Bobina de ferrita de nido de abeja Bobinas con núcleo toroidal

Bobinas de ferrita para SMD

Las bobinas de nido de abeja se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos de radio en las gamas de onda media y larga. Gracias a la forma del bobinado se consiguen altos valores inductivos en un volumen mínimo.

Las bobinas de núcleo toroidal se caracterizan por que el flujo generado no se dispersa hacia el exterior ya que por su forma se crea un flujo magnético cerrado, dotándolas de un gran rendimiento y precisión. La bobinas de ferrita arrolladas sobre núcleo de ferrita, normalmente cilíndricos, con aplicaciones en radio es muy interesante desde el punto de vista practico ya que, permite emplear el conjunto como antena colocándola directamente en el receptor.

Las bobinas grabadas sobre el cobre , en un circuito impreso tienen la ventaja de su mínimo coste pero son difícilmente ajustables mediante núcleo.

2. VARIABLES

También se fabrican bobinas ajustables. Normalmente la variación de inductancia se produce por desplazamiento del núcleo. Las bobinas blindadas pueden ser variables o fijas, consisten encerrar la bobina dentro de una cubierta metálica cilíndrica o cuadrada, cuya misión es limitar el flujo electromagnético creado por la propia bobina y que puede afectar negativamente a los componentes cercanos a la misma.

IDENTIFICACIÓN DE LAS BOBINAS

Las bobinas se pueden identificar mediante un código de colores similar al de las resistencias o mediante serigrafía directa. Las bobinas que se pueden identificar mediante código de colores presentan un aspecto semejante a las resistencias.

15. DESCRIVIR LA ESTRUCTURA ATOMICA DEL DIODO

INTRODUCCION

La sociedad actual ha experimentado cambios nunca antes vistos. Somos testigos de la influencia de la Electrónica en todos los aspectos de la tecnología. Es inconcebible la vida moderna sin los medios de comunicación (radio, televisión, telefonía), sin los sistemas de manejo de información (computación), sin la electrónica de consumo en el hogar, sin los avances de la medicina auxiliados por la técnica. Todo ha sido posible gracias a los trabajos de investigación y desarrollo tecnológico, los cuales se han visto acelerados a partir de la invención de los diodos y transistores. Estos dispositivos basados en materiales semiconductores, a partir de los cuales se fabrican prácticamente todos los sistemas electrónicos actuales. La tecnología de los semiconductores es un factor básico en las economías de los países desarrollados.

De acuerdo con la facilidad con que se mueven los electrones por el interior de las sustancias se establecen tres tipos de éstas: conductores, aislantes y semiconductores. La facilidad del movimiento depende de la estructura atómica de la sustancia.

Conductores. Son sustancias que poseen muchos electrones libres. El movimiento errático de dichos electrones puede encauzarse en una dirección aplicando una fuerza y conseguir un flujo electrónico.

Aislantes. También llamados dieléctricos, son sustancias, cuya estructura atómica retiene fuertemente a los electrones y el movimiento de éstos sólo se produce dentro de los límites del átomo.

Semiconductores. Estas sustancias tienen propiedades intermedias entre la de los conductores y la de los aislantes. La cantidad de electrones libres depende de determinado factor (calor, luminosidad,, etc.).

Definición de Diodo

Un diodo es una sustancia cuya conductividad es menor que la de un conductor y mayor que la de un aislante. El grado de conducción de cualquier sustancia depende, en gran

parte, del número de electrones libres que contenga. En un conductor este número es grande y en un semiconductor pequeño es insignificante. El número de electrones libres de un semiconductor depende de los siguientes factores: calor, luz, campos eléctricos y magnéticos aplicados y cantidad de impurezas presentes en la sustancia.

Compresión

Para comprender más que son los diodos semiconductores es necesario en primer lugar familiarizarse con las características de los cuerpos básicos y modificados que se utilizan.

Los cuerpos básicos, en las aplicaciones comerciales, son el germanio y el silicio purificados preparados especialmente en estado de cristal. Estos cuerpos son excelentes aislantes porque la estructura cristalina mantiene eficazmente en su lugar todos los electrones externos que normalmente quedarían libres para entrar en la circulación de corriente.

El diagrama representa la vista simplificada de un cuerpo puro semiconductor tal como el germanio o el silicio. Cada átomo tiene cuatro electrones externos representados por pequeños signos negativos. Los electrones internos ligados al núcleo y el mismo núcleo, se representan mediante un circulo en negro. A causa de la estructura cristalina, los núcleos están alineados en disposición simétrica y cada electrón externo comparte la órbita de otro electrón externo de un átomo vecino. Es esta disposición de órbitas compartidas que mantiene eficazmente cada electrón en su lugar y no algún fuerte encadenamiento extraño entre el electrón y su núcleo.

Para que una tensión aplicada diera lugar a un flujo de electrones, debería ser suficientemente alta para romper la ligadura de los electrones antes de que dichos electrones quedaran libres para moverse hacia el terminal de tensión positiva. Al romper la ligadura, la tensión destruiría también la estructura cristalina.

Como que no puede circular corriente eléctrica a través de un cuerpo cristalino puro tal como el descrito, aquel cuerpo debe modificarse para obtener una circulación de corriente que se pueda gobernar.

Un método para obtener circulación de corriente es añadir una pequeña cantidad de átomos que tengan cinco electrones externos. Los átomos adecuados para este fin son los de fósforo, antimonio y más frecuentemente, arsénico. Estos átomos son distribuídos a través del cuerpo básico puro mientras se lo está tratando para que adquiera el estado cristalino y la estructura que se representa en el esquema. La proporción de los átomos que forman la impureza es del orden de una parte en cien millones. Una proporción mayor a una circulación de corriente que ya no puede gobernarse.

Los átomos que forman la impureza se introducen en la estructura de la misma manera que los átomos del cuerpo básico. La diferencia importante estriba en que el electrón externo adicional de cada átomo de la impureza queda sin encadenarse con la estructura cristalina. Si se conecta una tensión contínua (CC) entre los extremos de un trozo de semejante material, los electrones encadenados quedan libres para circular a través de la estructura cristalina hacia el borne positivo. El número total de electrones no encadenados en el cristal permanece siempre el mismo —cada electrón que abandona el cristal en el terminal positivo es reemplazado por otro que entra por el negativo. En consecuencia, se produce una circulación constante de corriente.

Como que la circulación de corriente en este material se debe a un exceso de partículas (electrones) negativas, se conoce a tal material como semiconductor “por exceso”, o del “tipo N”.

Existe otro método de modificar el cuerpo básico cristalino puro para obtener un flujo de corriente que se pueda gobernar. Durante el tratamiento del cuerpo básico, los átomos de la impureza, tales como los de aluminio, boro o indio, se añaden en pequeñas cantidades. Estos átomos que forman la impureza tienen solamente tres electrones externos y se introducen en la estructura cristalina tal como se representa en el diagrama.

La comparación de este diagrama con el correspondiente al cuerpo básico puro muestra que a la estructura modificada le falta un electrón por cada átomo de impureza. El espacio que deja en la estructura el electrón que falta, se denomina “poro”. Se refiere al espacio existente entre las moléculas de los cuerpos. Observe que el poro no está situado necesariamente en la vecindad inmediata del átomo de impureza. Durante el tratamiento, el átomo de la impureza atrae un electrón externo próximo para llenar el espacio de la estructura cristalina que le rodea y el poro “se mueve” hacia algún lugar. Una serie de electrones externos puede abandonar sus núcleos para llenar el espacio y el “poro” puede viajar una distancia considerable antes de alcanzar una posición de equilibrio.

Aplicando una tensión de CC a través de los extremos de un trozo de este material el “poro” tiene las características de una carga positiva y circula hacia el terminal negativo de la fuente de tensión. El número total de “poros” en el cristal se mantiene siempre igual. Cada “poro” que alcanza el extremo negativo del cristal es neutralizado por un electrón que abandona el terminal positivo y entra en el cristal. Esto da al cristal un exceso de carga negativa. E1 cristal vuelve a ganar una carga neutra cuando descarga un electrón al terminal de tensión positiva y crea otro “poro”. E1 nuevo “poro” circula hacia el terminal negativo dando como resultado una continua circulación de “poros” a través del cristal y un flujo continuo de electrones a través de los conductores.

Como que la circulación de corriente en este cuerpo se debe a faltas (“poros”) en la estructura cristalina y estas faltas simulan cargas positivas, el material es conocido como semiconductor “por defecto”, o del “tipo P”.

Un diodo semiconductor consta esencialmente de materiales semiconductores de los tipos P y N en íntimo contacto entre sí.

Existen dos tipos básicos de diodos semiconductores en uso actualmente el de “unión” y el de “puntos de contacto”. Existen algunas variaciones fundamenteles de cada uno de los tipos básicos que también se examinaran.

En la practica corriente se encuentran dos tipos diferentes de unión. En la unión se forma “por crecimiento” en el diodo y en el otro la unión se por “difusión”.

El dibujo representa en forma simplificada la disposición para formar una unión por crecimiento. Dentro de un recipiente hermético en el cual se ha hecho el vacío, o se lo llena de un gas inerte, se suspende un crisol que contiene germanio puro. Mediante una bobina de inducción se calienta el germanio hasta su punto de fusión. Para comenzar la formación del diodo, se le añade impureza del tipo N, la que se difunde a través de la masa en fusión. Una pequeña barra, cortada de un solo cristal de germanio, se sumerge hasta tocar la superficie del germanio fundido y luego se la retira lentamente haciéndola girar. El germanio fundido se solidifica en el punto de contacto con la barra sólida y el proceso de extracción determina el crecimiento de una varilla de germanio tipo N. Esta varilla es en realidad un solo cristal perfecto con un diámetro del orden, de 25 milímetros.

La unión se forma después de que la varilla ha crecido hasta una longitud de unos 12 milímetros. Se ánade suficiente cantidad de impureza de tipo P para neutralizar la impureza de tipo N y convertir al germanio en tipo P. Se continúa el proceso de extracción y el resto de la varilla es germanio tipo P.

Toda la varilla es un solo cristal de germanio y la única diferencia es el tipo de impureza de sus dos mitades. Se corta de la varilla la región de unión P-N, que se divide en aproximadamente un centenar de pequeños prismas conteniendo todos la unión. Cada conjunto va provisto de terminales de alambre, conectados por fusión o soldadura, y el todo se encierra en un recipiente que lo protege mecánicamente y lo aísla de la atmósfera.

Se explicó anteriormente que un diodo semiconductor consiste básicamente en una unión entre semiconductores tipo P y tipo N. A primera vista no parece existir unión P-N en el sistema de puntos de contacto. En realidad, no se comprende muy bien la manera de trabajar del diodo de puntos de contacto. En una u otra forma, independientemente de las diversas suposiciones que puedan hacerse, estas teorías llegan a conclusiones de que hay algo en la región del punto de contacto que trabaja de manera similar a una unión PN.

Una comprobación de esta teoría es el hecho de que los diodos de germanio de tipo N construidos de esta manera, generalmente trabajan mejor después de una “formación”. La formación consiste en hacer pasar un fuerte impulso de corriente a través del diodo. Después de la formación, la punta del alambre de contacto se encuentra unida a la placa semiconductora. La intensa corriente, aparentemente funde el material semiconductor en la región de la punta de contacto. Esta rápida fusión y enfriamiento ocasiona al parecer una conversión localizada de la materia tipo N en materia tipo P formándose asá una unión P-N. Los motivos de esta conversión son difíciles de explicar, pero pruebas exactas demuestran que la conversión tiene lugar.

TIPOS DE DIODOS

En esta página se representan varios tipos de diodos semiconductores disponibles comercialmente. Puede verse que existe una amplia variedad de disposiciones físicas. Se incluyen entre ellas, cilindros de cerámica con extremos metálicos, tubos de vidrio con o sin extremos metálicos, recipientes de plástico, recipientes metálicos recubiertos de plástico y cilindros metálicos con montura de tornillo. Algunas de estas variantes externas

se deben a preferencias del fabricante. Otras características tienen una función especifica, tal como la montura de tornillo, que puede emplearse para disipar el calor producido por los rectificadores de potencia.

Aunque no siempre aparente sin atento examen, muchos de los recipientes de los diodos semiconductores están marcados con una flecha. La flecha señala el sentido de fácil circulación de corriente, tal como la indicaría un instrumento de CC. La razón de este sistema de marca es permitir al técnico y a quien efectúe reparaciones un método seguro de establecer las conexiones necesarias. Se elimina así la necesidad de deducir esta información mediante un esquema que puede dar lugar a confusión en algunos casos especiales. En muchos esquemas, los diodos semiconductores aparecen marcados según esta disposición.

Los diodos semiconductores son de gran flexibilidad de aplicación. Pueden utilizarse en todas aquellas aplicaciones en las que actualmente se emplean los rectificadores metálicos secos y los diodos de vacío; y tienen algunas aplicaciones poco corrientes que les son exclusivas. La ventaja de utilizar un diodo semiconductor en su reemplazo es que generalmente es menor, más eficaz y trabaja a frecuencias notablemente superiores que el tubo de vacío o el rectificador metálico seco, y no requiere energía para el filamento, como en el caso del tubo de vacío.

El dispositivo más sencillo consta de una resistencia, un rectificador y el sistema móvil de un instrumento de CC. El flujo de electrones indicado por las flechas negras pasa a través del sistema móvil del instrumento, haciendo desviar su aguja. Este flujo de electrones es consecuencia de un semiciclo contrario de la tensión de la línea. La circulación de electrones resultante del semiciclo contrario de la tensión de la línea está representada por flechas blancas. Aunque el dispositivo móvil del instrumento está atravesado solamente por impulsos de corriente continua, la aguja no puede moverse con la rapidez necesaria para seguir sus máximos y mínimos, indicando el valor medio de los impulsos de corriente.

Frecuentemente, la resistencia es variable de modo que la lectura que señala la aguja pueda ajustarse según el alcance del instrumento. Utilizando como rectificador un diodo semiconductor, el instrumento puede calibrarse a la frecuencia de la línea del alumbrado y dará lecturas exactas del voltaje, mediante un factor de corrección, a frecuencias de hasta cientos de megaciclos.

En los circuitos de AF ( audiofrecuencia ) y RF ( radiofrecuencia ), sin embargo, esta falta de uniformidad en la carga puede dar lugar a lecturas inexactas y perturbar el trabajo del circuito. Añadiendo otro rectificador al sistema, se deriva el semiciclo no utilizado hacia un camino de baja resistencia externo al instrumento, obteniéndose así una carga bastante uniforme. Puede utilizarse un circuito en puente de cuatro rectificadores, como se ve en el esquema, de modo que los dos semiciclos de la corriente alterna circulen a través del instrumento en el mismo sentido. Esto da como resultado una carga equilibrada para los dos semiciclos de corriente.

Otras aplicaciones de los diodos semiconductores incluyen su utilización en los circuitos de fuentes de alimentación. En tales aplicaciones, los diodos semiconductores tienen la ventaja de ser robustos, de larga vida, de poco tamaño y capaces de grandes intensidades de salida. Unicamente hasta ahora los semiconductores eran más caros que los rectificadores metálicos secos equivalentes y se disponía de una selección muy limitada de tipos capaces de proporcionar mucha potencia. Actualmente, los diodos semiconductores se usan frecuentemente con preferencia a los rectificadores metálicos a causa de la economía de espacio y mayor rendimiento y porque la diferencia de costos es pequeña.

Si se emplean los diodos semiconductores en fuentes de alimentación, los circuitos más comunes son el de media onda y el montaje en puente. Son equivalentes a los circuitos para instrumentos de medida descritos anteriormente.

El objeto de las resistencias en serie con los rectificadores es impedir un exceso de corriente que podría estropear el rectificador, como ocurriría en el caso eventual de un cortocircuito o de una sobrecarga en el equipo al cual el rectificador estuviese conectado. Entre el rectificador y la carga puede disponerse de un filtro RC (resistencia - capacidad) o bien un filtro LC (inductancia - capacidad). También puede disponerse del circuito doblador de voltaje que representa el esquema.

En los circuitos receptores, los diodos semiconductores pueden utilizarse como eficaces mezcladores o detectores.

Vamos a estudiar ejemplos de ambos circuitos.

El esquema representa un mezclador de diodo semiconductor, muy sencillo. Este mezclador trabaja bien en las bandas de broadcasting, televisión y de microondas. No se usa frecuentemente en las bandas de broadcasting o televisión, puesto que su ganancia es menor que la unidad, y puede obtenerse una ganancia importante por medio de los mezcladores de tubo de vacío o de transistores. En las frecuencias correspondientes a las microondas, sin embargo, el mezclador de diodo semiconductor trabaja eficazmente donde otros circuitos fallan.

Cuando el circuito está en funcionamiento, el oscilador local entrega una tensión constante al rectificador. Se obtiene en consecuencia un flujo constante de corriente a través del mezclador semiconductor, flujo de corriente que consiste en impulsos unidireccionales a la frecuencia del oscilador local. La señal de RF de entrada, proveniente de la antena, también se aplica al mezclador. Tiene lugar la acción heterodina de manera similar a la del circuito mezclador normal y la salida del mezclador consiste en cuatro frecuencias diferentes: la frecuencia de la señal de RF que viene de la antena, la frecuencia del oscilador local, la suma de estas dos señales de entrada y la diferencia de las mismas. Como en el caso del mezclador normal, el transformador de FI (frecuencia intermedia) está sintonizado únicamente a la señal diferencia de las dos de entrada; y la amplificación de la señal modulada tiene lugar a la frecuencia más baja.

En las aplicaciones como detector, el circuito de diodo semiconductor es esencialmente el mismo que el circuito de tubo de vacío y el circuito para medidas estudiado anteriormente.

Cuando la señal de FI modulada en amplitud es rectificada, se obtiene una corriente pulsatoria unidireccional cuyos componentes son una señal de FI y una señal de AF. La componente de FI es derivada a masa mediante un condensador que tiene poca capacidad para derivar también la componente de audio. Resulta así que la componente de audio es la señal aplicada a la entrada del audio amplificador, habiéndose efectuado así la detección.

RESUMEN

CUERPOS SEMICONDUCTORES

— El germanio y el silicio puros cristalizados son los cuerpos básicos utilizados corrientemente en los diodos semiconductores y transistores. Estos cuerpos son excelentes aislantes debido a que la estructura cristalina mantiene firmemente en su lugar a todos los electrones externos.

SEMICONDUCTOR TIPO N

—Puede obtenerse un cuerpo semiconductor añadiendo átomos de impureza que penetran en la estructura cristalina pero que tienen un exceso de electrones externos no encadenados a la estructura. El flujo de corriente es conducido por el exceso de electrones cargados negativamente que circulan a través del cristal hacia el terminal cargado positivamente.

SEMICONDUCTOR TIPO P

—También puede obtenerse la conducción añadiendo átomos de impureza que no tienen suficiente número de electrones externos para llenar todos los encadenamientos de cristal. Los espacios por llenar se denominan “poros” y tienen las características de cargas positivas.

A1 aplicar una tensión, los “poros” circulan hacia el terminal del cristal cargado negativamente.

DIODO DE UNION

— Un diodo de unión consiste en cuerpos semiconductores de los tipos P y N en íntimo contacto. La unión puede obtenerse durante el proceso de formación del cristal (unión por crecimiento) o mediante un sistema de disolución y recristalización (unión por aleación).

DIODO DE PUNTOS DE CONTACTO

— E1 diodo de puntos de contacto consiste en una placa de un cuerpo semiconductor de tipo P o tipo N en contacto con un alambre puntiagudo. La región de contacto puede considerarse como una unión P-N.

POLARIZACION DIRECTA

—La disposición de polarización de la unión P-N que muestra el dibujo, se conoce como “polarización directa”. Se necesitan solamente algunos voltios para hacer que todos los “poros” y electrones en exceso circulen hacia la unión dando por resultado la máxima intensidad de corriente permisible.

POLARIZACION INVERSA

— Cuando las conexiones de polarización de la unión son contrarias a la polarización directa, todos los “poros” y electrones en exceso circulan separándose de la unión y no dan lugar a un flujo continuo de corriente.

Unicamente “poros” y electrones erráticos pueden formar un flujo continuo de corriente. Se necesitan tensiones elevadas, y la máxima corriente que se obtiene es só10 una fracción de la obtenida mediante la polarización directa.

APLICACIONES DEL DIODO SEMICONDUCTOR

Los diodos semiconductores pueden usarse en todas las aplicaciones adecuadas para los rectificadores de tubo de vacío o metálicos secos. Los circuitos que le son familiares incluyen rectificadores para instrumentos de medida, fuentes de alimentación, mezcladores y detectores.

DIODO SEMICOCDUTOR

Aplicación del diodo

Cuando una tensión positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones en el lado N son empujados al dado al lado P y los electrones fluyen a través del material P mas allá de los límites del semiconductor. De igual manera los huecos en el material P son empujados con una tensión negativa al lado del material N y los huecos fluyen a través del material N.

Como trabaja los diodos

Diodo semiconductor es el dispositiva semiconductor más sencillo y se puede encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico. El semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones). En el caso opuesto, cuando una tensión positiva se aplica al lado N y una negativa al lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son empujados al lado P. En este caso los electrones en el semiconductor no se mueven y en consecuencia no hay corriente. Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido opuesto a la flecha (flecha de diodo), o del cátodo al ánodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un circuito abierto.

Es cuando la corriente que circula por el diodo sigue la ruta de la flecha (la del diodo), o sea el ánodo al cátodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un corto circuito.

Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unión. Esta barrera o unión es de 0.3 V en el diodo de germanio y de 0.6 V aproximadamente en el diodo de silicio. Los diodos de silicio son los más utilizados que los de germanio. Los diodos se utilizan mayormente en el proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C.) utilizándolos como rectificador

La sociedad actual ha experimentado cambios nunca antes vistos. Somos testigos de la influencia de la Electrónica en todos los aspectos de la tecnología. Es inconcebible la vida moderna sin los medios de comunicación (radio, televisión, telefonía), sin los sistemas de manejo de información (computación), sin la electrónica de consumo en el hogar, sin los avances de la medicina auxiliados por la técnica. Todo ha sido posible gracias a los trabajos de investigación y desarrollo tecnológico, los cuales se han visto acelerados a partir de la invención de los diodos y transistores. Estos dispositivos basados en materiales semiconductores, a partir de los cuales se fabrican prácticamente todos los sistemas electrónicos actuales. La tecnología de los semiconductores es un factor básico en las economías de los países desarrollados.

De acuerdo con la facilidad con que se mueven los electrones por el interior de las sustancias se establecen tres tipos de éstas: conductores, aislantes y semiconductores. La facilidad del movimiento depende de la estructura atómica de la sustancia. Conductores. Son sustancias que poseen muchos electrones libres. El movimiento errático de dichos electrones puede encauzarse en una dirección aplicando una fuerza y conseguir un flujo electrónico. Aislantes. También llamados dieléctricos, son sustancias, cuya estructura atómica retiene fuertemente a los electrones y el movimiento de éstos sólo se produce dentro de los límites del átomo. Semiconductores. Estas sustancias tienen propiedades intermedias entre la de los conductores y la de los aislantes. La cantidad de electrones libres depende de determinado factor (calor, luminosidad, etc.).

Definición de Diodo Un diodo es una sustancia cuya conductividad es menor que la de un conductor y mayor que la de un aislante. El grado de conducción de cualquier sustancia depende, en gran parte, del número de electrones libres que contenga. En un conductor este número es grande y en un semiconductor pequeño es insignificante. El número de electrones libres de un semiconductor depende de los siguientes factores: calor, luz, campos eléctricos y magnéticos aplicados y cantidad de impurezas presentes en la sustancia. Compresión Para comprender más que son los diodos semiconductores es necesario en primer lugar familiarizarse con las características de los cuerpos básicos y modificados que se utilizan. Los cuerpos básicos, en las aplicaciones comerciales, son el germanio y el silicio purificados preparados especialmente en estado de cristal. Estos cuerpos son excelentes aislantes porque la estructura cristalina mantiene eficazmente en su lugar todos los electrones externos que normalmente quedarían libres para entrar en la circulación de corriente. El diagrama representa la vista simplificada de un cuerpo puro semiconductor tal como el germanio o el silicio. Cada átomo tiene cuatro electrones externos representados por pequeños signos negativos. Los electrones internos ligados al núcleo y el mismo núcleo, se representan mediante un circulo en negro. A causa de la estructura cristalina, los núcleos están alineados en disposición simétrica y cada electrón externo comparte la órbita de otro electrón externo de un átomo vecino. Es esta disposición de órbitas compartidas que mantiene eficazmente cada electrón en su lugar y no algún fuerte encadenamiento extraño entre el electrón y su núcleo. Para que una tensión aplicada diera lugar a un flujo de electrones, debería ser suficientemente alta para romper la ligadura de los electrones antes de que dichos electrones quedaran libres para moverse hacia el terminal de tensión positiva. Al romper la ligadura, la tensión destruiría también la estructura cristalina. Como que no puede circular corriente eléctrica a través de un cuerpo cristalino puro tal como el descrito, aquel cuerpo debe modificarse para obtener una circulación de corriente que se pueda gobernar.

Un método para obtener circulación de corriente es añadir una pequeña cantidad de átomos que tengan cinco electrones externos. Los átomos adecuados para este fin son los de fósforo, antimonio y más frecuentemente, arsénico. Estos átomos son distribuidos a través del cuerpo básico puro mientras se lo está tratando para que adquiera el estado cristalino y la estructura que se representa en el esquema. La proporción de los átomos que forman la impureza es del orden de una parte en cien millones. Una proporción mayor a una circulación de corriente que ya no puede gobernarse. Los átomos que forman la impureza se introducen en la estructura de la misma manera que los átomos del cuerpo básico. La diferencia importante estriba en que el electrón externo adicional de cada átomo de la impureza queda sin encadenarse con la estructura cristalina. Si se conecta una tensión continúa (CC) entre los extremos de un trozo de semejante material, los electrones encadenados quedan libres para circular a través de la estructura cristalina hacia el borne positivo. El número total de electrones no encadenados en el cristal permanece siempre el mismo —cada electrón que abandona el cristal en el terminal positivo es reemplazado por otro que entra por el negativo. En consecuencia, se produce una circulación constante de corriente. Como que la circulación de corriente en este material se debe a un exceso de partículas (electrones) negativas, se conoce a tal material como semiconductor “por exceso”, o del “tipo N”. Existe otro método de modificar el cuerpo básico cristalino puro para obtener un flujo de corriente que se pueda gobernar. Durante el tratamiento del cuerpo básico, los átomos de la impureza, tales como los de aluminio, boro o indio, se añaden en pequeñas cantidades. Estos átomos que forman la impureza tienen solamente tres electrones externos y se introducen en la estructura cristalina tal como se representa en el diagrama. La comparación de este diagrama con el correspondiente al cuerpo básico puro muestra que a la estructura modificada le falta un electrón por cada átomo de impureza. El espacio que deja en la estructura el electrón que falta, se denomina “poro”. Se refiere al espacio existente entre las moléculas de los cuerpos. Observe que el poro no está situado necesariamente en la vecindad inmediata del átomo de impureza. Durante el tratamiento, el átomo de la impureza atrae un electrón externo próximo para llenar el espacio de la estructura cristalina que le rodea y el poro “se mueve” hacia algún lugar. Una serie de electrones externos puede abandonar sus núcleos para llenar el espacio y el “poro” puede viajar una distancia considerable antes de alcanzar una posición de equilibrio.

Aplicando una tensión de CC a través de los extremos de un trozo de este material el “poro” tiene las características de una carga positiva y circula hacia el terminal negativo de la fuente de tensión. El número total de “poros” en el cristal se mantiene siempre igual. Cada “poro” que alcanza el extremo negativo del cristal es neutralizado por un electrón que abandona el terminal positivo y entra en el cristal. Esto da al cristal un exceso de carga negativa. E1 cristal vuelve a ganar una carga neutra cuando descarga un electrón al terminal de tensión positiva y crea otro “poro”. E1 nuevo “poro” circula hacia el terminal negativo dando como resultado una continua circulación de “poros” a través del cristal y un flujo continuo de electrones a través de los conductores. Como que la circulación de corriente en este cuerpo se debe a faltas (“poros”) en la estructura cristalina y estas faltas simulan cargas positivas, el material es conocido como semiconductor “por defecto”, o del “tipo P”. Un diodo semiconductor consta esencialmente de materiales semiconductores de los tipos P y N en íntimo contacto entre sí. Existen dos tipos básicos de diodos semiconductores en uso actualmente el de “unión” y el de “puntos de contacto”. Existen algunas variaciones fundamenteles de cada uno de los tipos básicos que también se examinaran. En la practica corriente se encuentran dos tipos diferentes de unión. En la unión se forma “por crecimiento” en el diodo y en el otro la unión se por “difusión”. El dibujo representa en forma simplificada la disposición para formar una unión por crecimiento. Dentro de un recipiente hermético en el cual se ha hecho el vacío, o se lo llena de un gas inerte, se suspende un crisol que contiene germanio puro. Mediante una bobina de inducción se calienta el germanio hasta su punto de fusión. Para comenzar la formación del diodo, se le añade impureza del tipo N, la que se difunde a través de la masa en fusión. Una pequeña barra, cortada de un solo cristal de germanio, se sumerge hasta tocar la superficie del germanio fundido y luego se la retira lentamente haciéndola girar. El germanio fundido se solidifica en el punto de contacto con la barra sólida y el proceso de extracción determina el crecimiento de una varilla de germanio tipo N. Esta varilla es en realidad un solo cristal perfecto con un diámetro del orden, de 25 milímetros. La unión se forma después de que la varilla ha crecido hasta una longitud de unos 12 milímetros. Se ánade suficiente cantidad de impureza de tipo P para neutralizar la impureza de tipo N y convertir al germanio en tipo P. Se continúa el proceso de extracción y el resto de la varilla es germanio tipo P.

Toda la varilla es un solo cristal de germanio y la única diferencia es el tipo de impureza de sus dos mitades. Se corta de la varilla la región de unión P-N, que se divide en aproximadamente un centenar de pequeños prismas conteniendo todos la unión. Cada conjunto va provisto de terminales de alambre, conectados por fusión o soldadura, y el todo se encierra en un recipiente que lo protege mecánicamente y lo aísla de la atmósfera. Se explicó anteriormente que un diodo semiconductor consiste básicamente en una unión entre semiconductores tipo P y tipo N. A primera vista no parece existir unión P-N en el sistema de puntos de contacto. En realidad, no se comprende muy bien la manera de trabajar del diodo de puntos de contacto. En una u otra forma, independientemente de las diversas suposiciones que puedan hacerse, estas teorías llegan a conclusiones de que hay algo en la región del punto de contacto que trabaja de manera similar a una unión P-N. Una comprobación de esta teoría es el hecho de que los diodos de germanio de tipo N construidos de esta manera, generalmente trabajan mejor después de una “formación”. La formación consiste en hacer pasar un fuerte impulso de corriente a través del diodo. Después de la formación, la punta del alambre de contacto se encuentra unida a la placa semiconductora. La intensa corriente, aparentemente funde el material semiconductor en la región de la punta de contacto. Esta rápida fusión y enfriamiento ocasiona al parecer una conversión localizada de la materia tipo N en materia tipo P formándose asá una unión P-N. Los motivos de esta conversión son difíciles de explicar, pero pruebas exactas demuestran que la conversión tiene lugar. TIPOS DE DIODOS En esta página se representan varios tipos de diodos semiconductores disponibles comercialmente. Puede verse que existe una amplia variedad de disposiciones físicas. Se incluyen entre ellas, cilindros de cerámica con extremos metálicos, tubos de vidrio con o sin extremos metálicos, recipientes de plástico, recipientes metálicos recubiertos de plástico y cilindros metálicos con montura de tornillo. Algunas de estas variantes externas se deben a preferencias del fabricante. Otras características tienen una función especifica, tal como la montura de tornillo, que puede emplearse para disipar el calor producido por los rectificadores de potencia. Aunque no siempre aparente sin atento examen, muchos de los recipientes de los diodos semiconductores están marcados con una flecha. La flecha señala el sentido de fácil circulación de corriente, tal como la indicaría un instrumento de CC. La razón de este sistema de marca es permitir al técnico y a quien efectúe reparaciones un método seguro de establecer las conexiones necesarias. Se elimina así la necesidad de deducir esta información mediante un esquema que puede dar lugar a confusión en algunos casos especiales. En muchos esquemas, los diodos semiconductores aparecen marcados según esta disposición.

Los diodos semiconductores son de gran flexibilidad de aplicación. Pueden utilizarse en todas aquellas aplicaciones en las que actualmente se emplean los rectificadores metálicos secos y los diodos de vacío; y tienen algunas aplicaciones poco corrientes que les son exclusivas. La ventaja de utilizar un diodo semiconductor en su reemplazo es que generalmente es menor, más eficaz y trabaja a frecuencias notablemente superiores que el tubo de vacío o el rectificador metálico seco, y no requiere energía para el filamento, como en el caso del tubo de vacío. El dispositivo más sencillo consta de una resistencia, un rectificador y el sistema móvil de un instrumento de CC. El flujo de electrones indicado por las flechas negras pasa a través del sistema móvil del instrumento, haciendo desviar su aguja. Este flujo de electrones es consecuencia de un semiciclo contrario de la tensión de la línea. La circulación de electrones resultante del semiciclo contrario de la tensión de la línea está representada por flechas blancas. Aunque el dispositivo móvil del instrumento está atravesado solamente por impulsos de corriente continua, la aguja no puede moverse con la rapidez necesaria para seguir sus máximos y mínimos, indicando el valor medio de los impulsos de corriente. Frecuentemente, la resistencia es variable de modo que la lectura que señala la aguja pueda ajustarse según el alcance del instrumento. Utilizando como rectificador un diodo semiconductor, el instrumento puede calibrarse a la frecuencia de la línea del alumbrado y dará lecturas exactas del voltaje, mediante un factor de corrección, a frecuencias de hasta cientos de megaciclos. En los circuitos de AF ( audiofrecuencia ) y RF ( radiofrecuencia ), sin embargo, esta falta de uniformidad en la carga puede dar lugar a lecturas inexactas y perturbar el trabajo del circuito. Añadiendo otro rectificador al sistema, se deriva el semiciclo no utilizado hacia un camino de baja resistencia externo al instrumento, obteniéndose así una carga bastante uniforme. Puede utilizarse un circuito en puente de cuatro rectificadores, como se ve en el esquema, de modo que los dos semiciclos de la corriente alterna circulen a través del instrumento en el mismo sentido. Esto da como resultado una carga equilibrada para los dos semiciclos de corriente. Otras aplicaciones de los diodos semiconductores incluyen su utilización en los circuitos de fuentes de alimentación. En tales aplicaciones, los diodos semiconductores tienen la ventaja de ser robustos, de larga vida, de poco tamaño y capaces de grandes intensidades de salida. Unicamente hasta ahora los semiconductores eran más caros que los rectificadores metálicos secos equivalentes y se disponía de una selección muy limitada de tipos capaces de proporcionar mucha potencia. Actualmente, los diodos semiconductores se usan frecuentemente con preferencia a los rectificadores metálicos a causa de la economía de espacio y mayor rendimiento y porque la diferencia de costos es pequeña.

Si se emplean los diodos semiconductores en fuentes de alimentación, los circuitos más comunes son el de media onda y el montaje en puente. Son equivalentes a los circuitos para instrumentos de medida descritos anteriormente. El objeto de las resistencias en serie con los rectificadores es impedir un exceso de corriente que podría estropear el rectificador, como ocurriría en el caso eventual de un cortocircuito o de una sobrecarga en el equipo al cual el rectificador estuviese conectado. Entre el rectificador y la carga puede disponerse de un filtro RC (resistencia - capacidad) o bien un filtro LC (inductancia - capacidad). También puede disponerse del circuito doblador de voltaje que representa el esquema. En los circuitos receptores, los diodos semiconductores pueden utilizarse como eficaces mezcladores o detectores. Vamos a estudiar ejemplos de ambos circuitos. El esquema representa un mezclador de diodo semiconductor, muy sencillo. Este mezclador trabaja bien en las bandas de broadcasting, televisión y de microondas. No se usa frecuentemente en las bandas de broadcasting o televisión, puesto que su ganancia es menor que la unidad, y puede obtenerse una ganancia importante por medio de los mezcladores de tubo de vacío o de transistores. En las frecuencias correspondientes a las microondas, sin embargo, el mezclador de diodo semiconductor trabaja eficazmente donde otros circuitos fallan. Cuando el circuito está en funcionamiento, el oscilador local entrega una tensión constante al rectificador. Se obtiene en consecuencia un flujo constante de corriente a través del mezclador semiconductor, flujo de corriente que consiste en impulsos unidireccionales a la frecuencia del oscilador local. La señal de RF de entrada, proveniente de la antena, también se aplica al mezclador. Tiene lugar la acción heterodina de manera similar a la del circuito mezclador normal y la salida del mezclador consiste en cuatro frecuencias diferentes: la frecuencia de la señal de RF que viene de la antena, la frecuencia del oscilador local, la suma de estas dos señales de entrada y la diferencia de las mismas. Como en el caso del mezclador normal, el transformador de FI (frecuencia intermedia) está sintonizado únicamente a la señal diferencia de las dos de entrada; y la amplificación de la señal modulada tiene lugar a la frecuencia más baja. En las aplicaciones como detector, el circuito de diodo semiconductor es esencialmente el mismo que el circuito de tubo de vacío y el circuito para medidas estudiado anteriormente. Cuando la señal de FI modulada en amplitud es rectificada, se obtiene una corriente pulsatoria unidireccional cuyos componentes son una señal de FI y una señal de AF. La componente de FI es derivada a masa mediante un condensador que tiene poca capacidad para derivar también la componente de audio. Resulta así que la componente de audio es la señal aplicada a la entrada del audio amplificador, habiéndose efectuado así la detección.

CUERPOS SEMICONDUCTORES El germanio y el silicio puros cristalizados son los cuerpos básicos utilizados corrientemente en los diodos semiconductores y transistores. Estos cuerpos son excelentes aislantes debido a que la estructura cristalina mantiene firmemente en su lugar a todos los electrones externos. SEMICONDUCTOR TIPO N Puede obtenerse un cuerpo semiconductor añadiendo átomos de impureza que penetran en la estructura cristalina pero que tienen un exceso de electrones externos no encadenados a la estructura. El flujo de corriente es conducido por el exceso de electrones cargados negativamente que circulan a través del cristal hacia el terminal cargado positivamente. SEMICONDUCTOR TIPO P También puede obtenerse la conducción añadiendo átomos de impureza que no tienen suficiente número de electrones externos para llenar todos los encadenamientos de cristal. Los espacios por llenar se denominan “poros” y tienen las características de cargas positivas. A1 aplicar una tensión, los “poros” circulan hacia el terminal del cristal cargado negativamente. DIODO DE UNION Un diodo de unión consiste en cuerpos semiconductores de los tipos P y N en íntimo contacto. La unión puede obtenerse durante el proceso de formación del cristal (unión por crecimiento) o mediante un sistema de disolución y recristalización (unión por aleación). DIODO DE PUNTOS DE CONTACTO E1 diodo de puntos de contacto consiste en una placa de un cuerpo semiconductor de tipo P o tipo N en contacto con un alambre puntiagudo. La región de contacto puede considerarse como una unión P-N. POLARIZACION DIRECTA La disposición de polarización de la unión P-N que muestra el dibujo, se conoce como “polarización directa”. Se necesitan solamente algunos voltios para hacer que todos los “poros” y electrones en exceso circulen hacia la unión dando por resultado la máxima intensidad de corriente permisible.

POLARIZACION INVERSA Cuando las conexiones de polarización de la unión son contrarias a la polarización directa, todos los “poros” y electrones en exceso circulan separándose de la unión y no dan lugar a un flujo continuo de corriente. Unicamente “poros” y electrones erráticos pueden formar un flujo continuo de corriente. Se necesitan tensiones elevadas, y la máxima corriente que se obtiene es só10 una fracción de la obtenida mediante la polarización directa. APLICACIONES DEL DIODO SEMICONDUCTOR •

Los diodos semiconductores pueden usarse en todas las aplicaciones adecuadas para los rectificadores de tubo de vacío o metálicos secos. Los circuitos que le son familiares incluyen rectificadores para instrumentos de medida, fuentes de alimentación, mezcladores y detectores.

Características del diodo Zener El diodo zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente. Recordar que los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa).

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 común. Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante. En el gráfico se ve el símbolo de diodo zener (A - ánodo, K - cátodo) y el sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa Se analizará el diodo Zener, no como un elemento ideal, si no como un elemento real y se debe tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor.

Curva característica del diodo Zener Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy poco. Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensión de Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse constante. Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo zener, puede variar en un gran rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa. Esta es la característica del diodo zener que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene prácticamente constante para una gran variación de corriente. Ver el gráfico. ¿Qué hace un regulador con Zener? Un regulador con diodo zener ideal mantiene un voltaje predeterminado fijo a su salida, sin importar las variaciones de voltaje en la fuente de alimentación y/o las variaciones de corriente en la carga. Nota: En las fuentes de voltaje ideales (algunas utilizan, entre otros elementos el diodo zener), el voltaje de salida no varía conforme varía la carga. Pero las fuentes no son ideales y lo normal es que el voltaje de salida disminuya conforme la carga va aumentado, o sea conforme la demanda de corriente de la carga aumente. (ver: resistencia interna de las fuentes de tensión)

Diodo Zener

Un diodo Zener, es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas. Llamados a veces diodos de avalancha o de ruptura, el diodo zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura. El Dr. Clarence Melvin Zener de Southern Illinois University inventó el diodo Zener. Símbolo esquemático El diodo Zener se representa en los esquemas con el siguiente símbolo: en cambio el diodo normal no presenta esa curva en las puntas (Z):

Símbolo esquemático del diodo zener

Voltaje zener: el diodo está polarizado en forma inversa, obsérvese que la corriente tiene un valor casi nulo mientras que el voltaje se incrementa rápidamente, en este ejemplo fue con 17 voltios.

Resistencia Zener Un diodo zener, como cualquier diodo, tiene cierta resistencia interna en sus zonas P y N; al circular una corriente a través de éste se produce una pequeña caída de tensión de ruptura. En otras palabras: si un diodo zener está funcionando en la zona zener, un aumento en la corriente producirá un ligero aumento en la tensión. El incremento es muy pequeño, generalmente de una décima de voltio. Los diodos Zener mantienen la tensión entre sus terminales prácticamente constante en un amplio rango de intensidad y temperatura, cuando están polarizados inversamente, por ello, este tipo de diodos se emplean en circuitos estabilizadores o reguladores de la tensión tal y como el mostrado en la figura. Eligiendo la resistencia R y las características del diodo, se puede lograr que la tensión en la carga (RL) permanezca prácticamente constante dentro del rango de variación de la tensión de entrada VS.

Para elegir la resistencia limitadora R adecuada hay que calcular primero cuál puede ser su valor máximo y mínimo, después elegiremos una resistencia R que se adecue a nuestros cálculos.

Los diodos Zener generan ruido. Por esa característica, son usados en los generadores de ruido y puentes de ruido.

DIODOS ZENER Y APLICACIONES Es un diodo que tiene un voltaje de avalancha relativamente bajo, menor de 100v. Aunque puede funcionar como rectificador la mayoría de aplicaciones se basan en hacerlo funcionar en la zona de avalancha, allí el diodo conduce y mantiene un voltaje entre sus terminales que es el voltaje Zener (VZ) o de avalancha. La máxima corriente que puede conducir es

Ejemplo: Cuál es la máxima corriente en avalancha de un diodo Zener de 1.5v y de 1w?

DIODO ZENER COMO ELEMENTO DE PROTECCIÓN Se coloca el diodo Zener en paralelo con el circuito a proteger, si el voltaje de fuente crece por encima de VZ el diodo conduce y no deja que el voltaje que llega al circuito sea mayor a VZ. No se debe usar cuando VF > VZ por largos periodos de tiempo pues en ese caso se daña el diodo. Se aplica acompañado de lámparas de neón o de descargadores de gas para proteger circuitos de descargas eléctricas por rayos.

DIODO ZENER COMO CIRCUITO RECORTADOR Se usa con fuentes AC o para recortar señales variables que vienen de elementos de medición (sensores). Cuando VX tiende a hacerse mayor que

VZ el diodo entra en conducción y mantiene el circuito con un voltaje igual a VZ.

CONEXIÓN ANTIPARALELO Se usa para recortar en dos niveles, uno positivo y el otro negativo.

Si el circuito tiene una resistencia equivalente RC la corriente en el diodo es:

Sea una fuente senoidal de 10VP, R = 200 , RC=1K y un diodo Zener de 6v, cuál será la corriente pico en el diodo.

DIODO ZENER COMO REGULADOR DE VOLTAJE Se llama voltaje no regulado aquel que disminuye cuando el circuito conectado a él consume más corriente, esto ocurre en las fuentes DC construidas con solo el rectificador y el condensador de filtro, en los adaptadores AC-DC y en las baterías. Un voltaje regulado mantiene su valor constante aunque aumente o disminuya el consumo de corriente. Una de las muchas formas de regular un voltaje es con un diodo Zener. La condición de funcionamiento correcto es que VF en ningún momento sea menor a VZ. El voltaje regulado sobre el circuito es VZ. El cálculo del circuito consiste en conocer el valor adecuado de R, como dato se requiere el valor de VF, se selecciona una corriente para el Zener (IZ) menor que su corriente máxima, se calcula o mide la corriente que consume el circuito (IC) cuando se le aplica VZ, y se calcula:

Sea un circuito que consume 10mA a 5v, con una fuente de VF = 8v, cuál es el valor de R adecuado? Supongamos que disponemos de un diodo de VZ = 5V a 1/2w. Su corriente máxima es: IDmax = 0.5v/5v = 0.1A, escogemos una corriente menor para funcionamiento: IZ = 10mA, entonces R = (8v - 5v)/(10mA + 10mA) = 3v/20mA = 150

Para circuitos que consumen alta corriente se usa regulación en conjunto de un diodo Zener y un transistor en ese caso el voltaje en el circuito es VZ - 07v.

REFERENCIA DE VOLTAJE Los diodos Zener son construidos de manera que VZ es muy exacto y se mantiene constante para diferentes valores de IZ, esto permite que un Zener se use en electrónica como referencia de voltaje para diferentes aplicaciones.

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Transistor

Distintos encapsulados de transistores.

Entramado de transistores.

Entramado de transistores representando 0xA o 10 en decimal.

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc. Fue el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos o triodo, el transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. en diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1956. Al principio se usaron transistores bipolares y luego se inventaron los denominados transistores de efecto de campo (FET). En los últimos, la corriente entre la fuente y la pérdida (colector) se controla usando un campo eléctrico (salida y pérdida (colector) menores). Por último, apareció el semiconductor metalóxido FET (MOSFET). Los MOSFET permitieron un diseño extremadamente compacto, necesario para los circuitos altamente integrados (IC). Hoy la mayoría de los circuitos se construyen con la denominada tecnología CMOS (semiconductor metal-óxido complementario). La tecnología CMOS es un diseño con dos diferentes MOSFET (MOSFET de canal n y p), que se complementan mutuamente y consumen muy poca corriente en un funcionamiento sin carga. El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades específicas) que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento activo, a diferencia de los resistores, capacitores e

inductores que son elementos pasivos. Su funcionamiento sólo puede explicarse mediante mecánica cuántica. De manera simplificada, la corriente que circula por el "colector" es función amplificada de la que se inyecta en el "emisor", pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula a través de sí mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la "base" para que circule la carga por el "colector", según el tipo de circuito que se utilice. El factor de amplificación logrado entre corriente de base y corriente de colector, se denomina Beta del transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas básicos para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector común y base común. Modelos posteriores al transistor descrito, el transistor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET, CMOS, VMOS, etc.) no utilizan la corriente que se inyecta en el terminal de "base" para modular la corriente de emisor o colector, sino la tensión presente en el terminal de puerta o reja de control y gradúa la conductancia del canal entre los terminales de Fuente y Drenador. De este modo, la corriente de salida en la carga conectada al Drenador (D) será función amplificada de la Tensión presente entre la Puerta (Gate) y Fuente (Source). Su funcionamiento es análogo al del triodo, con la salvedad que en el triodo los equivalentes a Puerta, Drenador y Fuente son Reja, Placa y Cátodo. Los transistores de efecto de campo, son los que han permitido la integración a gran escala que disfrutamos hoy en día, para tener una idea aproximada pueden fabricarse varios miles de transistores interconectados por centímetro cuadrado y en varias capas superpuestas. Contenido • • •

Tipos de transistor Transistores y electrónica de potencia El transistor frente a la válvula termoiónica

Tipos de transistor •

Transistor de punta de contacto. Primer transistor que obtuvo ganancia, inventado en 1947 por J. Bardeen y W. Brattain. Consta de una base de germanio sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de emisor es capaz de modular la resistencia que

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se "ve" en el colector, de ahí el nombre de "transfer resistor". Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en su día. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivió con el transistor de unión (W. Shockley, 1948) debido a su mayor ancho de banda. En la actualidad ha desaparecido. Transistor de unión bipolar, BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un mono cristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de Galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP.

La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o "huecos" (cargas positivas). Normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P). La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminación entre ellas (por lo general, el emisor esta mucho más contaminado que el colector). El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitaxial, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.

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Fototransistor, sensible a la radiación electromagnética, en frecuencias cercanas a la de la luz. Transistor de unión unipolar. Transistor de efecto de campo, FET, que controla la corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada. o Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante una unión PN. o Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico. ƒ Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS significa Metal-Óxido-Semiconductor, en este caso la compuerta es metálica y está separada del canal semiconductor por una capa de óxido.

Transistores y electrónica de potencia Con el desarrollo tecnológico y evolución de la electrónica, la capacidad de los dispositivos semiconductores para soportar cada vez mayores niveles de tensión y

corriente ha permitido su uso en aplicaciones de potencia. Es así como actualmente los transistores son empleados en conversores estáticos de potencia, controles para motores y llaves de alta potencia (principalmente inversores), aunque su principal uso está basado en la amplificación de corriente dentro de un circuito cerrado. El transistor frente a la válvula termoiónica Antes de la aparición del transistor los ingenieros utilizaban elementos activos llamados válvulas termoiónicas. Las válvulas tienen características eléctricas similares a la de los transistores de efecto de campo (FET): la corriente que los atraviesa depende de la tensión en el borne de comando, llamado rejilla. Las razones por las que el transistor reemplazó a la válvula termoiónica son varias: • • •

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Las válvulas termoiónicas necesitan tensiones muy altas, del orden de las centenas de voltios, tensiones que son letales para el ser humano. Las válvulas consumen mucha energía, lo que las vuelve particularmente poco útiles para el uso con baterías. Probablemente, uno de los problemas más importantes es el peso. El chasis necesario para alojar las válvulas, los transformadores requeridos para suministrar la alta tensión, todo ello sumaba un peso importante, que iba desde algunos kilos a algunas decenas de kilos. El tiempo medio entre fallas de las válvulas termoiónicas es muy corto comparado al del transistor, sobre todo a causa del calor generado. Además las válvulas termoiónicas tardan mucho para poder ser utilizadas. Las vávulas necesitan estar calientes para funcionar. Finalmente, el costo de los transistores no solamente era muy inferior, sino que contaba con la promesa de que continuaría bajando (como de hecho ocurrió) con suficiente investigación y desarrollo.

Como ejemplo de todos estos inconvenientes se puede citar a la primera computadora digital, llamada ENIAC. Era un equipo que pesaba más de treinta toneladas y consumía 200 kilovatios, suficientes para alimentar una pequeña ciudad. Tenía alrededor de 18.000 válvulas, de las cuales algunas se quemaban cada día, necesitando una logística y una organización importantes. Cuando el transistor bipolar fue inventado en 1947, fue considerado una revolución. Pequeño, rápido, fiable, poco costoso, sobrio en sus necesidades de energía, reemplazó progresivamente a la válvula termoiónica durante la década de 1950, pero no del todo. En efecto, durante los años 60, algunos fabricantes siguieron utilizando válvulas termoiónicas en equipos de radio de gama alta, como Collins y Drake; luego el transistor desplazó a la válvula de los transmisores pero no del todo de los amplificadores de radiofrecuencia. Otros fabricantes, de equipo de audio esta vez, como Fender, siguieron utilizando válvulas termoiónicas en amplificadores de audio para guitarras. Las razones de la supervivencia de las válvulas termoiónicas son varias:

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El transistor no tiene las características de linealidad a alta potencia de la válvula termoiónica, por lo que no pudo reemplazarla en los amplificadores de transmisión de radio profesionales y de radioaficionados. Los armónicos introducidos por la no-linealidad de las válvulas resultan agradables al oído humano por lo que son preferidos por los audiófilos El transistor es muy sensible a los efectos electromagnéticos de las explosiones nucleares, por lo que se siguieron utilizando válvulas termoiónicas en algunos sistemas de control-comando de cazas de fabricación soviética.

Características de transistor bipolar o BJT El transistor es un dispositivo que ha originado una evolución en el campo de la electrónico. Polarizar un transistor es una condición previa a muchas de aplicaciones lineales y no lineales ya que establece las corrientes y tensiones en continua que van a circular por el dispositivo.

Corrientes en un transistor de unión o BJT Un transistor bipolar de unión está formado por dos uniones PN en contraposición. Físicamente, el transistor está constituido por tres regiones semiconductoras emisor, base y colector El modo de hacer opera a un transistor es en la zona directa. Esta zona, los sentidos de la corrientes y tensiones en los terminales del transistor

Ebers y Moll desarrollan un modelo que relacionaba las corrientes con las tensiones en los terminales. Este modelo conocido como modelo Ebers-Moll establece las ecuaciones siguientes para un transistor NPN.

Donde Ies e Ics representaban las corrientes de saturación para las uniones emisor y colector, respectivamente aF el factor de defecto y aR la fracción de inyección de portadores minoritarios. En un transistor PNP, las ecuaciones de Ebers-Moll son:

Para un transistor ideal, los anteriores cuatro parámetros esta relacionados mediante el teorema de reciprocidad

Zonas de operación de un transistor en la región directa Unión de emisor

Unión de colector

Modo de operación

Directa

Inversa

Activa directa

Inversa

Directa

Activa inversa

Inversa

Inversa

Corte

Directa

Directa

Saturación

Transistor de unión bipolar

Transistor de unión bipolar.

El transistor de unión bipolar (del inglés Bipolar Junction Transistor, o sus siglas BJT) es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. Los transistores bipolares se usan generalmente en electrónica analógica. También en algunas aplicaciones de electrónica digital como la tecnología TTL o BICMOS. Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones: •

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Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga. Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector. Colector, de extensión mucho mayor.

La técnica de fabricación más común es la deposición epitaxial. En su funcionamiento normal, la unión base-emisor está polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, que por ser muy angosta, hay poca recombinación de portadores, y la mayoría pasa al colector. El transistor posee tres estados de operación: estado de corte, estado de saturación y estado de actividad. Contenido • •

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1 Estructura 2 Funcionamiento o 2.1 Control de tensión, carga y corriente o 2.2 El Alfa y Beta del transistor 3 Tipos de Transistor de Unión Bipolar o 3.1 NPN o 3.2 PNP o 3.3 Transistor Bipolar de Heterounión 4 Regiones operativas del transistor 5 Historia 6 Teoría y modelos matemáticos o 6.1 Modelos para señales fuertes ƒ 6.1.1 El modelo Ebers-Moll o 6.2 Modelos para señales débiles ƒ 6.2.1 Modelo de parámetro h 7 Véase también 8 Enlaces externos

Estructura

Un transistor de unión bipolar consiste en tres regiones semiconductoras dopadas: la región del emisor, la región de la base y la región del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor NPN. Cada región del semiconductor está conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B) o colector (C), según corresponda.

Corte transversal simplificado de un transistor de unión bipolar NPN. Donde se puede apreciar como la unión base-colector es mucho más amplia que la base-emisor.

La base está físicamente localizada entre el emisor y el colector y está compuesta de material semiconductor ligeramente dopado y de alta resistividad. El colector rodea la región del emisor, haciendo casi imposible para los electrones inyectados en la región de la base escapar de ser colectados, lo que hace que el valor resultante de α se acerque mucho hacia la unidad, y por eso, otorgarle al transistor un gran β. El transistor de unión bipolar, a diferencia de otros transistores, no es usualmente un dispositivo simétrico. Esto significa que intercambiando el colector y el emisor hacen que el transistor deje de funcionar en modo activo y comience a funcionar en modo inverso. Debido a que la estructura interna del transistor está usualmente optimizada para funcionar en modo activo, intercambiar el colector con el emisor hacen que los valores de α y β en modo inverso sean mucho más pequeños que los que se podrían obtener en modo activo; muchas veces el valor de α en modo inverso es menor a 0.5. La falta de simetría es principalmente debido a las tasas de dopaje entre el emisor y el colector. El emisor está altamente dopado, mientras que el colector está ligeramente dopado, permitiendo que pueda ser aplicada una gran tensión de reversa en la unión colector-base antes de que esta colapse. La unión colector-base está polarizada en inversa durante la operación normal. La razón por la cual el emisor está altamente dopado es para aumentar la eficiencia de inyección de portadores del emisor: la tasa de portadores inyectados por el emisor en relación con aquellos inyectados por la base. Para una gran ganancia de corriente, la mayoría de los portadores inyectados en la unión base-emisor deben provenir del emisor. El bajo desempeño de los transistores bipolares laterales muchas veces utilizados en procesos CMOS es debido a que son diseñados simétricamente, lo que significa que no hay diferencia alguna entre la operación en modo activo y modo inverso.

Pequeños cambios en la tensión aplicada entre los terminales base-emisor genera que la corriente que circula entre el emisor y el colector cambie significativamente. Este efecto puede ser utilizado para amplificar la tensión o corriente de entrada. Los BJT pueden ser pensados como fuentes de corriente controladas por tensión, pero son caracterizados más simplemente como fuentes de corriente controladas por corriente, o por amplificadores de corriente, debido a la baja impedancia de la base. Los primeros transistores fueron fabricados de germanio, pero la mayoría de los BJT modernos están compuestos de silicio. Actualmente, una pequeña parte de éstos (los transistores bipolares de heterojuntura) están hechos de arseniuro de galio, especialmente utilizados en aplicaciones de alta velocidad. Funcionamiento En una configuración normal, la unión emisor-base se polariza en directa y la unión base-colector en inversa. Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre la base y el colector. Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del ánodo compartida. En una operación típica, la unión base-emisor está polarizada en directa y la unión base-colector está polarizada en inversa. En un transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la unión baseemisor, el equilibrio entre los portadores generados térmicamente y el campo eléctrico repelente de la región agotada se desbalancea, permitiendo a los electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base. Estos electrones "vagan" a través de la base, desde la región de alta concentración cercana al emisor hasta la región de baja concentración cercana al colector. Estos electrones en la base son llamados portadores minoritarios debido a que la base está dopada con material P, los cuales generan "hoyos" como portadores mayoritarios en la base. La región de la base en un transistor debe ser constructivamente delgada, para que los portadores puedan difundirse a través de esta en mucho menos tiempo que la vida útil del portador minoritario del semiconductor, para minimizar el porcentaje de portadores que se recombinan antes de alcanzar la unión basecolector. El espesor de la base debe ser menor al ancho de difusión de los electrones. Control de tensión, carga y corriente [editar] La corriente colector-emisor puede ser vista como controlada por la corriente base-emisor (control de corriente), o por la tensión base-emisor (control de voltaje). Esto es debido a la relación tensión-corriente de la unión base-emisor, la

cual es la curva tensión-corriente exponencial usual de una unión PN (es decir, un diodo). En el diseño de circuitos analógicos, el control de corriente es utilizado debido a que es aproximadamente lineal. Esto significa que la corriente de colector es aproximadamente β veces la corriente de la base. Algunos circuitos pueden ser diseñados asumiendo que la tensión base-emisor es aproximadamente constante, y que la corriente de colector es β veces la corriente de la base. No obstante, para diseñar circuitos utilizando BJT con precisión y confiabilidad, se requiere el uso de modelos matemáticos del transistor como el modelo Ebers-Moll. El Alfa y Beta del transistor [editar] Una forma de medir la eficiencia del BJT es a través de la proporción de electrones capaces de cruzar la base y alcanzar el colector. El alto dopaje de la región del emisor y el bajo dopaje de la región de la base pueden causar que muchos más electrones sean inyectados desde el emisor hacia la base que huecos desde la base hacia el emisor. La ganancia de corriente emisor común está representada por βF o por hfe. Esto es aproximadamente la tasa de corriente continua de colector a la corriente continua de la base en la región activa directa y es típicamente mayor a 100. Otro parámetro importante es la ganancia de corriente base común, αF. La ganancia de corriente base común es aproximadamente la ganancia de corriente desde emisor a colector en la región activa directa. Esta tasa usualmente tiene un valor cercano a la unidad; que oscila entre 0.98 y 0.998. El Alfa y Beta están más precisamente determinados por las siguientes relaciones (para un transistor NPN):

Tipos de Transistor de Unión Bipolar NPN

El símbolo de un transistor NPN.

NPN es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación. Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector. La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo. PNP El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.

El símbolo de un transistor PNP.

Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector. La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo. Transistor Bipolar de Heterounión El transistor bipolar de heterounión (TBH) es una mejora del BJT que puede manejar señales de muy altas frecuencias, de hasta varios cientos de GHz. Es un dispositivo muy común hoy en día en circuitos ultrarrápidos, generalmente en sistemas de radiofrecuencia. Los transistores de heterojuntura tienen diferentes semiconductores para los elementos del transistor. Usualmente el emisor está compuesto por una banda de material más larga que la base. Esto ayuda a reducir la inyección de portadores minoritarios desde la base cuando la unión emisor-base está polarizada en directa y esto aumenta la eficiencia de la inyección del emisor. La inyección de portadores mejorada en la base permite que esta pueda tener un mayor nivel de dopaje, lo que resulta en una menor resistencia. Con un transistor de unión convencional, también conocido como transistor bipolar de homojuntura, la eficiencia de la inyección de portadores desde el emisor hacia la base está principalmente determinada por el nivel de dopaje entre el emisor y la base. Debido a que la base debe estar ligeramente dopada para permitir una alta eficiencia de inyección de portadores, su resistencia es relativamente alta.

Regiones operativas del transistor Los transistores de unión bipolar tienen diferentes regiones operativas, definidas principalmente por la forma en que son polarizados: •

Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la región de corte entonces está en una región intermedia, la región activa. En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de β (ganancia de corriente, es un dato del fabricante) y de las resistencias que se encuentren conectadas en el colector y emisor. Esta región es la más importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador de señal.

•

Región inversa: Al invertir las condiciones de polaridad del funcionamiento en modo activo, el transistor bipolar entra en funcionamiento en modo inverso. En este modo, las regiones del colector y emisor intercambian roles. Debido a que la mayoría de los TBJ son diseñados para maximizar la ganancia de corriente en modo activo, el parámetro beta en modo inverso es drásticamente menor al presente en modo activo.

•

Región de corte: Un transistor está en corte cuando: corrientedecolector = corrientedeemisor = 0,(Ic = Ie = 0) En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de alimentación del circuito. (como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)

•

Región de saturación: Un transistor está saturado cuando: corrientedecolector = corrientedeemisor = corrientemaxima,(Ic = Ie = Imaxima) En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos, ver ley de Ohm. Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector β veces más grande. (recordar que Ic = β * Ib)

Historia

Replica del primer transistor.

El transistor bipolar fue inventado en Diciembre de 1947 en el Bell Telephone Laboratories por John Bardeen y Walter Brattain bajo la dirección de William Shockley. La versión de unión, inventada por Shockley en 1948, fue durante tres décadas el dispositivo favorito en diseño de circuitos discretos e integrados. Hoy en día, el uso de BJT ha declinado en favor de la tecnología CMOS para el diseño de circuitos digitales integrados. Teoría y modelos matemáticos Modelos para señales fuertes El modelo Ebers-Moll Las corrientes continuas en el emisor y el colector en operación normal son determinadas por:

Modelo Ebers-Moll para transistores NPN

Modelo Ebers-Moll para transistores PNP

La corriente interna de base es principalmente por difusión y

Dónde: • • • • • • •

IE es la corriente de emisor. IC es la corriente de colector. αT es la ganancia de corriente directa en configuración base común. (de 0.98 a 0.998) IES es la corriente de saturación inversa del diodo base-emisor (en el orden de 10−15 a 10−12 amperios) VT es el voltaje térmico kT / q (aproximadamente 26 mV a temperatura ambiente ≈ 300 K). VBE es la tensión base emisor. W es el ancho de la base.

La corriente de colector es ligeramente menor a la corriente de emisor, debido a que el valor de αT es muy cercano a 1,0. En el transistor de unión bipolar una pequeña variación de la corriente base-emisor genera un gran cambio en la corriente colector-emisor. La relación entre la corriente colector-emisor con la base-emisor es llamada ganancia, β o hFE. Un valor de β de 100 es típico para pequeños transistores bipolares. En una configuración típica, una señal de corriente muy débil circula a través de la unión base-emisor para controlar la corriente entre emisor-colector. β está relacionada con α a través de las siguientes relaciones:

Eficiencia del emisor: Otras ecuaciones son usadas para describir las tres corrientes en cualquier región del transistor están expresadas más abajo. Estas ecuaciones están basadas en el modelo de transporte de un transistor de unión bipolar.

Dónde: • • • • • • • • •

iC es la corriente de colector. iB es la corriente de base. iE es la corriente de emisor. βF es la ganancia activa en emisor común (de 20 a 500) βR es la ganancia inversa en emisor común (de 0 a 20) IS es la corriente de saturación inversa (en el orden de 10−15 a 10−12 amperios) VT es el voltaje térmico kT / q (aproximadamente 26 mV a temperatura ambiente ≈ 300 K). VBE es la tensión base-emisor. VBC es la tensión base-colector.

Modelos para señales débiles Modelo de parámetro h

Modelo de parámetro h generalizado para un TBJ NPN. Reemplazar x con e, b o c para las topologías EC, BC y CC respectivamente.

Otro modelo comúnmente usado para analizar los circuitos BJT es el modelo de parámetro h. Este modelo es un circuito equivalente a un transistor de unión bipolar y permite un fácil análisis del comportamiento del circuito, y puede ser usado para desarrollar modelos más exactos. Como se muestra, el término "x" en el modelo representa el terminal del BJT dependiendo de la topología usada. Para el modo emisor-común los varios símbolos de la imagen toman los valores específicos de: • • • • • • • •

x = 'e' debido a que es una configuración emisor común. Terminal 1 = Base Terminal 2 = Colector Terminal 3 = Emisor iin = Corriente de Base (ib) io = Corriente de Colector (ic) Vin = Tensión Base-Emisor (VBE) Vo = Tensión Colector-Emisor (VCE)

Y los parámetros h están dados por: • •

•

•

hix = hie - La impedancia de entrada del transistor (correspondiente a la resistencia del emisor re). hrx = hre - Representa la dependencia de la curva IB–VBE del transistor en el valor de VCE. Es usualmente un valor muy pequeño y es generalmente despreciado (se considera cero). hfx = hfe - La ganancia de corriente del transistor. Este parámetro es generalmente referido como hFE o como la ganancia de corriente continua (βDC) in en las hojas de datos. hox = hoe - La impedancia de salida del transistor. Este término es usualmente especificado como una admitancia, debiendo ser invertido para convertirlo a impedancia.

Como se ve, los parámetros h tienen subíndices en minúscula y por ende representan que las condiciones de análisis del circuito son con corrientes alternas. Para condiciones de corriente continua estos subíndices son expresados en mayúsculas. Para la topología emisor común, un aproximado del modelo de parámetro h es comúnmente utilizado ya que simplifica el análisis del circuito. Por esto los parámetros hoe y hre son ignorados (son tomados como infinito y cero, respectivamente). También debe notarse que el modelo de parámetro h es sólo aplicable al análisis de señales débiles de bajas frecuencias. Para análisis de señales de altas frecuencias este modelo no es utilizado debido a que ignora las capacitancias entre electrodos que entran en juego a altas frecuencias.

Tipos de Transistores. Transistor bipolar de unión(BJT): El transistor de unión bipolar (del inglés Bipolar Junction Transistor, o sus siglas BJT) es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. Los transistores bipolares se usan generalmente en electrónica analógica. También en algunas aplicaciones de electrónica digital como la tecnología TTL o BICMOS.

Transistor de Efecto de campo (FET): El transistor de efecto campo(FieldEffect Transistor o FET, en inglés) es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un “canal” en un material semiconductor. Los FET, como todos los transistores, pueden plantearse como resistencias controladas por voltaje.

Transistor de unión(JFET): El JFET (Junction Field-Effect Transistor, en español transistor de efecto de campo de unión) es un dispositivo electrónico, esto es, un circuito que, según unos valores eléctricos de entrada, reacciona dando unos valores de salida. En el caso de los JFET, al ser transistores de efecto de campo eléctrico, estos valores de entrada son las tensiones eléctricas, en concreto la tensión entre los terminales S (fuente) y G (puerta), VGS. Según este valor, la salida del transistor presentará una curva característica que se simplifica definiendo en ella tres zonas con ecuaciones definidas: corte, óhmica y saturación.

Transistor metal-óxido-semiconductor: MOSFET son las siglas de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Consiste en un transistor de efecto de campo basado en la estructura MOS. Es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica. Prácticamente la totalidad de los circuitos integrados de uso comercial están basados en transistores MOSFET.

Fototransistor: Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor.

Transistores

Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control. Vienen a sustituir a las antiguas válvulas termoiónicas de hace unas décadas. Gracias a ellos fue posible la construcción de receptores de radio portátiles llamados comúnmente "transistores", televisores que se encendían en un par de segundos, televisores en color... Antes de aparecer los transistores, los aparatos a válvulas tenían que trabajar con tensiones bastante altas, tardaban más de 30 segundos en empezar a funcionar, y en ningún caso podían funcionar a pilas, debido al gran consumo que tenían.

Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran: • • •

•

Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación) Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de radiofrecuencia) Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM) Detección de radiación luminosa (fototransistores)

Los transistores de unión (uno de los tipos más básicos) tienen 3 terminales llamados Base, Colector y Emisor, que dependiendo del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas.

Por otro lado, los Transistores de Efecto de Campo (FET) tienen también 3 terminales, que son Puerta (Gate), Drenador (Drain) y Sumidero (Sink), que igualmentedependiendo del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas. Tipos de Transistores. Simbología Existen varios tipos que dependen de su proceso de construcción y de las apliaciones a las que se destinan. Aquí abajo mostramos una tabla con los tipos de uso más frecuente y su simbología:

Transistor Bipolar de Unión (BJT)

Transistor de Efecto de Campo, de Unión (JFET)

Transistor de Efecto de Campo, de MetalÓxido-Semiconductor (MOSFET)

Fototransistor

Nota: En un esquema electrónico, los transistores se representan mediante su símbolo, el número de transistor (Q1, Q2, ...) y el tipo de transistor, tal como se muestra aquí:

Aquí podemos ver una selección de los transistores más típicos, mostrando su encapsulado y distribución de patillas.

Encapsulado de Transistores Ahora vamos a ver los transistores por fuera. Están encapsulados de diferentes formas y tamaños, dependiendo de la función que vayan a desempeñar. Hay varios encapsulados estándar y cada encapsulado tiene una asignación de terminales que puede consultarse en un catálogo general de transistores. Independientemente de la cápsula que tengan, todos los transistores tienen impreso sobre su cuerpo sus datos, es decir, la referencia que indica el modelo de transistor. Por ejemplo, en los transistores mostrados a la derecha se observa la referencia "MC 140".

Cápsula TO-3. Se utiliza para transistores de gran potencia, que siempre suelen llevar un radiador de aluminio que ayuda a disipar la potencia que se genera en él. Arriba a la izquierda vemos su distribución de terminales, observando que el colector es el chasis del transistor. Nótese que los otros terminales no están a la misma distancia de los dos agujeros. A la derecha vemos la forma de colocarlo sobre un radiador, con sus tornillos y la mica aislante. La función de la mica es la de aislante eléctrico y a la vez conductor térmico. De esta forma, el colector del transistor no está en contacto eléctrico con el radiador. Cápsula TO-220. Se utiliza para transistores de menos potencia, para reguladores de tensión en fuentes de alimentación y para tiristores y triacs de baja potencia. Generalmente necesitan un radiador de aluminio, aunque a veces no es necesario, si la potencia que van a disipar es reducida. Abajo vemos la forma de colocarle el radiador y el tornillo de sujección. Se suele colocar una mica aislante entre el transistor y el radiador, así como un separador de plástico para el tornillo, ya que la parte metálica está conectada al terminal central y a veces no interesa que entre en contacto

eléctrico con el radiador.

Cápsula TO-126. Se utiliza en transistores de potencia reducida, a los que no resulta generalmente necesario colocarles radiador. Arriba a la izquierda vemos la asignación de terminales de un transistor BJT y de un Tiristor. Abajo vemos dos transistores que tienen esta cápsula colocados sobre pequeños radiadores de aluminio y fijados con su tornillo correspondiente.

Cápsula TO-92. Es muy utilizada en transistores de pequeña señal. En el centro vemos la asignación de terminales en algunos modelos de transistores, vistos desde abajo. Abajo vemos dos transistores de este tipo montados sobre una placa de circuito impreso. Nótese la indicación "TR5" de la serigrafía, que indica que en ese lugar va montado el transistor número 5 del circuito, de acuerdo al esquema

eléctrónico.

Cápsula TO-18. Se utiliza en transistores de pequeña señal. Su cuerpo está formado por una carcasa metálica que tiene un saliente que indica el terminal del Emisor.

Cápsula miniatura. Se utiliza en transistores de pequeña señal. Al igual que el anterior, tienen un tamaño bastante pequeño.

Para más información acerca del encapsulado de los transistores, hemos colocado aquí estas hojas de características. En ellas se observan la forma y dimensiones de los diferentes tipos de transistores.

Introducción. Se presentará un pantallaso general sobre los transistores de potencia, explicando algunos puntos que paracen obios en la teoria, pero al verlos en una hoja de datos de un transistor no sabemos dónde ubicarlos. Los temas tratados están relacionados con el transistor en conmutación, osea los transistores de las fuentes switching por ejemplo, NO los de los amplificadores de audio.

Disipación

de

Potencia

en

el

Transistor.

Como sabemos la potencia en el transistor, está dada por el producto de la tensión Colector- Emisor por la corriente de colector, siempre que se considere despreciable a la potencia disipada por la base. En aplicaciones de baja potencia estamos acostumbrados a una ganancia del corriente del transistor hfe mayores a 100, pero en potencia el hfe está por debajo de 100. Esto nos dice que si la corriente de colector es de 10A, la corriente de base será de 100mA si el hfe es de 100, lo cual no es real en la práctica, ya que el hfe suele ser inferior, debido a que varía en forma decreciente con la corriente de colector y con la frecuencia, por tanto, el hfe con el que debemos trabajar es el mínimo que aparece en las hojas de datos del transistor. Ahora tenemos dos ganancias de corriente en las hojas de datos, el hfe y el hFE, el primero corresponde a las características dinámicas del dispositivo, es decir para trabajar en conmutación, osea en altas frecuencias. El hFE se refiere a las características estáticas osea para trabajo en continua,

por ejemplo, si excitamos la base para que con la corriente de colector se encienda una lámpara. Volviendo a lo nuestro, nos interesa el hfe mínimo, que suele ser muy bajo, del orden de unas pocas decenas, supongamos 20, esto nos dice que para una Ic=10A hay que suministrar una Ib=0.5A y una tensión de base emisor de más de 1V, lo cual nos daría una potencia en la base de 0.5W, lo cual nos muestra que el dispositivo que excite este transistor debe poder sumistrarle esa potencia. Para poder calcular la potencia que disipa un transistor debemos leer algunos parámetros de su hoja de datos: Parámetro

Descripción

VCEO

Tensión máxima entre colector y emisor cuando la base está abierta. Este valor nos dice cual es el valor de tensión máximo a aplicarle al transistor sin que se dañe e independientemente de la tensión de base.

VCES

Tensión máxima entre colector y emisor cuando la base esta puesta a tierra. Es el caso cuando el transistor esta al corte y la tensión en el colector emisor puede estar en este valor como máximo. Este valor es útil para la conmutación cuando tenemos un inductor sin el diodo de descarga.

Tensión máxima entre colector y emisor cuando la base esta puesta a una tensión negativa que se especifica en las hojas de datos. Este valor es de VCEX VCEV relevancia cuando se polariza la base en inversa para sacar al transistor de la saturación con mayor rápidas.

VEBO

Tensión máxima entre base y emisor cuando el colector está abierto, útil para saber cuánto podemos sobre excitar la base para llevar al transistor a la saturación más rápido.

VCE(sat)

Tensión entre colector y emisor cuando el transistor está saturado, es decir, cuando al aumentar la corriente de base no se incrementa significativamente la de colector.

ICEO

Corriente de colector cuando no hay corriente en la base.

IC

Corriente de colector que puede soportar el transistor en forma continúa.

ICM

Corriente de colector que puede soportar el transistor durante un pico y con un descanso mayor.

Conociendo estos valores podremos analizar las distintas zonas en que trabaja el transistor.

Hipérbolas

de

ruptura.

En la gráfica se representan como rectas, pero esto es debido a que la escala es logarítmica. Este gráfico nos muestra los distintos límites que no debe superar el transistor para no dañarse.

El límite horizontal esta dado por la corriente máxima de colector, que en este caso es de 5A para continua, y se permite hasta 10A en alterna con un 50% de ciclo de actividad, o según lo que se especifique en las hojas de datos. El límite vertical lo marca la tensión colector emisor máxima (VCES), si se supera este valor independientemente de la frecuencia a la que se trabaje, se produce la rotura del transistor por quemarse la aislación entre junturas. La primer recta con pendiente, representa la 1º hipérbola de

ruptura, y nos dice que con ciertos valores de IC y VCE se puede quemar el transistor por exceso de calor, ya que el encapsulado del mismo no puede disipar la potencia necesaria, este valor es independiente del disipador que le coloquemos, ya que la juntura se pasa de la temperatura máxima permitida, no pudiendo disipar el calor lo suficientemente rápido hacia la carcasa. La 2º hipérbola de ruptura se produce debido a la densidad de corriente, si esta es muy grande, se quema la unión entre el pin metálico y el semiconductor.

En otras palabras, si le inyectamos mucha corriente a la base en un instante de tiempo muy pequeño, esta no logra distribuirse uniformemente sobre la pastilla semiconductora, creando puntos calientes localizados sobre ésta, causando el sobrecalentamiento térmico localizado. Debido a que es un fenómeno que involucra ciertas combinaciones de tensión corriente y tiempo este es un fenómeno de energía. AMPLIFICADORES CON TRANSISTORES Los amplificadores con transistores son los más utilizados en la actualidad y también de los que más tipos hay. Se pueden clasificar: Dependiendo del montaje: Montaje en emisor común. Montaje de colector común. Montaje de base común Dependiendo del nivel de tensión que han de amplificar: Amplificadores de tensión: amplifican señal débil, se les llama también preamplificadores. Amplificadores de potencia: amplificadores de señal fuerte. Son amplificadores de corriente (manejan tensión baja e intensidad alta). Dependiendo del acoplamiento entre etapas: Acoplamiento RC. Acoplamiento LC. Acoplamiento por transformador.

Acoplamiento directo. Dependiendo de la frecuencia de la señal: Amplificadores de corriente continua, Amplificadores de audiofrecuencia (20 Hz - 20 Khz). Amplificadores de videofrecuencia (30 Hz - 15 MHz). Amplificadores de radio frecuencia (20 Khz - cientos de MHz). Dependiendo de las características estáticas de funcionamiento (el punto Q): Amplificadores de clase A. Amplificadores de clase B. Amplificadores de clase AB. Al margen de esta clasificación se encuentra como tipo característico de amplificador, el APLIFICADOR OPERACIONAL, que posee características de varios de los tipos indicados, ya que es amplificador de continua, de alta ganancia que funciona desde los cero Hz hasta 1 MHz, y está compuesto normalmente por varias etapas amplificadoras acopladas.

AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN (EC).

Descripción general. Se le llama así porque el emisor esta a masa para señal. Tiene el siguiente circuito:

Las características principales son: Acoplo de la entrada: La tensión de entrada esta acoplada mediante un condensador de entrada, a la base del transistor. Inversión de fase: La corriente de colector alterna es aproximadamente igual a la corriente de emisor alterna. Si aumenta la tensión de entrada , aumenta la corriente de colector, y por lo tanto disminuye la tensión en el colector, ya que hay mas caída de tensión en la resistencia RC No hay alterna en el nudo de emisor: para señal un condensador se comporta como un cortocircuito y el emisor esta a masa. No hay alterna en la línea de alimentación La forma más simple de estudiar el circuito consiste en dividir el analisis en dos partes: un análisis para continua y un análisis para señal. Aplicar el teorema de superposición. Este teorema se puede aplicar cuando el circuito tiene más de una fuente: Para realizar el análisis de continua: Anular el generador de señal. Poner en circuito abierto todos los condensadores. Analizar el circuito equivalente para continua. Para realizar el análisis de señal: En el circuito original, anular todas las fuentes de alimentación. Poner en cortocircuito todos los condensadores Analizar el circuito equivalente para señal

El resultado final del estudio es: Sumar la corriente continua con la corriente de señal, para obtener la corriente total en cualquier rama. Sumar la tensión de continua con la tensión de señal, para obtener la tensión total en cualquier nudo o entre valores extremos de cualquiera de las resistencias. Tenemos un amplificado en EC, como el de la figura anterior pero con datos reales.

Modelo para señal de un amplificador en EC.

Ganancia Ganancia de corriente continúa Se define como

Ganancia de corriente para señal

Las corrientes son los valores pico a pico.

2.2.1.2 Impedancia de entrada de la base Para obtener la impedancia de entrada de un amplificador se pueden emplear tes modelos: Modelo para señal Para hacer el estudio en señal se obtiene el circuito equivalente para señal, considerando: los condensadores se consideran cortocircuitos y las fuentes de alimentación de continua equivalen a masas. Queda el siguiente circuito:

El terminal de la base absorbe corriente de la unión de RG y R1 en paralelo con R2, la base actúa como una resistencia equivalente a:

Modelo T El esquema anterior es equivalente a una unión en T con una fuente de corriente en la parte superior y una resistencia para señal de emisor en la parte inferior. Este modelo funciona basando se en los comportamientos conocidos de las tensiones y las corrientes.

Modelo II Este modelo representa dos ramas paralelas

Impedancia de entrada de la etapa La impedancia de entrada de una etapa es el efecto combinado de las resistencias de polarización y la impedancia de entrada de la base:

Impedancia para señal del colector La impedancia para señal del colector será:

Parámetros h Son parámetros para señal en las hojas de características: hfe, hie, hre y hoe.

AMPLIFICADOR DE TENSION.

Descripción general. La tensión del generador esta acoplada mediante un condensador de entrada a la base del transistor. Como el emisor está a masa para señal, toda la tensión alterna de la base aparece en el diodo de emisor. Cuando la corriente alterna del colector circula por la resistencia para señal del colector, produce una señal alterna que está desfasada 180º respecto a la tensión de entrada. El condensador de salida acopla la tensión alterna del colector amplificada e invertida a la resistencia de carga. Como un condensador esta en circuito abierto para continua y cortocircuito para señal, bloquea la tensión continua del colector, pero deja pasar la tensión alterna del colector.

Ganancia de tensión. La tensión de entrada a un amplificador es la misma que la tensión de alterna en la base. La tensión de salida de un amplificador es la misma que la tensión alterna en la carga. La ganancia en tensión es igual a la tensión de salida dividida entre la tensión de entrada: A = Val/V en.

Como predecir la ganancia de tensión. La ganancia de tensión de un amplificador en EC debe ser igual a la resistencia para señal de colector dividida por la resistencia para señal del diodo emisor: A = ruc / re.

Amplificador en emisor común con resistencia de emisor sin desacoplar. A veces la ganancia de tensión de un circuito debe ser constante a pesar de que haya cambios en la temperatura y en otras variables. Un método para estabilizar la ganancia de tensión consiste en utilizar una resistencia de realimentación en el circuito de emisor. La tensión en esta resistencia de realimentación se opone a la tensión de entrada, por lo que se presenta la realimentación negativa. Esta reduce la ganancia de tensión pero mejora otras características del amplificador, como la estabilidad de la ganancia, la impedancia de entrada y la distorsión.

Etapas en cascada. En un amplificador con dos etapas, cada una de las etapas amplifica la señal y la tensión final de salida es mucho mayor que con una sola etapa. Esto significa que la resistencia de entrada de la segunda etapa se convierte en la resistencia de carga de la primera etapa. La ganancia de tensión total de las etapas en cascada es igual al producto de las ganancias individuales de cada etapa.

AMPLIFICADOR DE POTENCIA.

Recta de carga para señal. Un amplificador en EC tiene dos rectas de carga: una para continua y otra para señal. Las rectas de carga serán diferentes siempre que la resistencia para señal del colector sea distinta de la resistencia para continua del colector. Las rectas de carga pasan por el punto de trabajo para continua (punto Q). Por ese motivo ICQ y VCEQ son muy importantes en el funcionamiento con señales grandes.

La recta de cara para señal tiene una mayor pendiente que la recta de carga para continua si la resistencia de colector para señal es menor que la resistencia de colector para continua.

Limites para la excursión de señal. Cuando la señal es grande, puede producirse un recorte en uno o en los dos hemiciclos. Si el punto Q se halla en el centro de la recta de carga para continua, se produce primero el recorte de Icor. Si el punto Q se encuentra por encima del centro de la recta de carga para continua, se puede producir primero el recorte de VCEQ (máxima variación hacia la izquierda), o bien de ICQrc (máxima variación hacia la derecha). Depende de cuál de los valores sea menor

Funcionamiento en clase A. El funcionamiento en clase A se produce cuando el transistor conduce durante todo el ciclo de señal sin entrar en saturación o en corte. El rendimiento del amplificador se define como la potencia de señal en la carga dividida entregada por la potencia entregada por la fuente de alimentación, todo multiplicado por 100. El rendimiento de un amplificador clase A es pequeño, en general muy por debajo del 25%.

Limitación de potencia para un transistor. La temperatura en la unión del transistor limita la potencia que un transistor puede disipar sin que se destruya. La temperatura del encapsulado se halla entre la temperatura de la unión y la temperatura ambiente. Los disipadores de calor permiten que el calor escape con mayor facilidad de un transistor, lo que hace que disminuya la temperatura de la unión.

AMPLIFICADOR OPERACIONAL.

Descripción general El diagrama de bloques de un amplificador operacional es el siguiente:

La características de entrada del amplificador operacional, serán las de amplificador diferencial, y las de salida, las del seguidor de emisor. En general es propio de un amplificador operacional el tener: Impedancia de entrada elevada Alta ganancia Impedancia de salida pequeña.

Amplificador diferencial. Un amplificador diferencia es la etapa de entrada de un amplificador diferencial. No tiene condensadores de acoplo ni desacoplo, lo que implica que está directamente acoplado. Por eso puede amplificar cualquier frecuencia incluyendo la señal continua, que es equivalente a una señal de frecuencia cero. La corriente de polarización en un amplificador diferencial se divide exactamente entre los transistores cuando estos son idénticos.

Dos características de entrada Cuando los dos transistores de un amplificador diferencial no son idénticos, las corrientes de base son diferentes. La corriente de offset de la entrada se define como la diferencia entre las dos corrientes de base. La corriente de polarización de entrada se define como el promedio de las dos corrientes de base. Las hojas de características indican los valores de estas corrientes.

Análisis para señal de un amplificador diferencial. Al ser la corriente de polarización idealmente constante, un incremento en la corriente de emisor de un transistor, produce una disminución en la corriente de emisor del otro. La tensión de entrada de señal entre las dos bases aparece en extremos de 2re'. Por eso la ganancia diferencia de tensión de un amplificador diferencial es A = RC/2re', mientras que la impedancia de entrada es:

Tensión de offset de salida

La tensión de offset de salida es cualquier desviación o cambio de la tensión ideal. Las . dos causas de la tensión de salida son las diferencias de valores de VBE y de ICE Cada una de estas causas independientes produce el equivalente de una tensión de entrada no deseada. El amplificador diferencial amplifica esas señales de entrada no deseadas y se obtiene la tensión de offser en la salida. Una forma de anular dicha tensión de offset es aplicar una tensión de entrada de la misma magnitud que la tensión de entrada no deseada, pero de signo contrario.

Ganancia en modo común. La presencia de señales no deseadas puede producir tensiones iguales en cada base. El amplificador diferencial discrimina estas señales pues la ganancia de tensión en modo común es pequeña. El rechazo al modo común ( CMRR) es la ganancia de tensión en modo diferencial dividida entre la ganancia de tensión en modo común. Cuanto más alto sea el CMRR, mejor. Símbolos del amplificador operacional El símbolo, junto con la representación de impedancia de entrada y circuito equivalente Thévenin de salida es el siguiente.

FILTROS PASIVOS Y ACTIVOS. DEFINICION Y CLASIFICACION. Es un elemento que produce la anulación de determinadas componentes de frecuencia de la señal de entrada. El filtro ideal no debe presentar atenuación ni desfase en las bandas de frecuencias que no debe alterar (banda pasante), en cambio debe producir una atenuación infinita de los componentes externos a su banda pasante. Las zonas correspondientes a atenuación nula y atenuación infinita están separadas por las denominadas frecuencias de corte o limites, dependientes de la configuración del filtro. Posición de su banda pasante De acuerdo con la posición de su banda pasante los filtros se pueden clasificar en: Paso bajo (PL): la banda pasante se extiende de la frecuencia nula hasta la frecuencia de corte. Paso alto (PH): la banda pasante se extiende desde la frecuencia de corte hasta la frecuencia infinita. Paso banda o pasa banda (PB): la banda pasante corresponde a las frecuencias acotadas entre dos frecuencias e corte. Para banda o corta banda (CB): su banda pasante comprende todas las medidas salvo las comprendidas en el intervalo existente entre dos frecuencias límites. Diferencias filtro ideal/filtro real: La atenuación en la banda pasante no será nula. La atenuación en la banda no pasante no será infinita. La transición de la banda pasante a la no pasante será continua. Amplificación de señal Desde el punto de vista de amplificación de señal: Filtro pasivo: todos sus componentes son pasivos (no amplifican señal).

Características: Impedancia de entrada alta y de salida baja. Facilconexion en cascada. Elimina inductancias que pueden ser simuladas con resistencias y condensadores. Son más baratos y eliminan efectos no deseados de las bobinas. Facilidad de amplificación.

Facilidad de puesta a punto y regulación. Reducción de volumen del filtro, densa integración. Usados para alta frecuencia. Filtro activo: por lo menos un componente es activo. Características: Necesidad de utilización de una o dos fuentes de alimentación. Limitación del margen dinámico de salida, por la posibilidad de saturar el amplificador. Más inestables. Son filtros de baja frecuencia

CONVERSORES A/D y D/A. INTRODUCCION. En la mayoría de los casos resulta más conveniente efectuar las funciones de regulación y control de sistemas mediante técnicas digitales. Sin embargo en muchos casos la señal disponible es analógica, ya que son muchos los transductores que poseen una salida eléctrica analógica, correspondiente a la magnitud medida. Ello obliga a tener que efectuar una conversión analógica/digital, que en otros casos permitirá la transmisión digital de una señal analógica lo que permite minimizar la distorsión producida por la imperfección del sistema de transmisión. Por otra parte esta señal tratada o transmitida digitalmente puede ser necesario actuar analógicamente sobre un controlador o actuador, o efectuar una representación analógica sobre un registrador, un apantalla etc., lo que obliga a la conversión inversa, la conversión digital/analógica. Es necesario disponer de los elementos que realizan estas funciones, con unas características de velocidad y precisión adecuadas en cada caso. CONVERSORES DIGITAL/ANALOGICOS. Son elementos que reciben una información digital en forma de una palabra de n bits y la transforman en una señal analógica. Cada una de las 2n combinaciones binarias de la entrada es convertida en 2n niveles discretos de tensión (o corriente) de salida. Las características que definen un conversor D/A son:

Resolución que depende del número de bits de la entrada. Polaridad del conversor: unipolar o bipolar. Código digital de entrada, utilizado en la información. Código binario natural Decimal Codificado en Binario (BCD). Tiempo de conversión: tiempo que se precisa para efectuar el maximocambio de tensión de salida con un error menor al de su resolución. Tensión de referencia: Interna

Externa: puede ser variada entre ciertos márgenes, la tensión de salida vendrá afectada por este factor, constituyendo un conversor multiplicador. Tipos: Resistencias ponderadas. Redes de resistencias Por generación de impulsos. CONVERSORES ANALOGICO/DIGITALES. Son elementos que transforman un nivel de tensión en información digital en un código determinado, con una precisión y una resolución dada. Dado que el número de bits n que se obtiene del conversor es finito, el código de salida debe ser siempre el correspondiente al valor más cercano que puede expresarse mediante la n bits. La conversión digital efectúa pues una cuantificación de la entrada analógica, acotándola entre dos niveles consecutivos cuya distancia es precisamente el grado de resolución obtenido, que será igual a Vmax/2n.

Tipos: Conversión A/D directa: Comparación con una tensión de referencia. Consiste en utilizar tantos comparadores como niveles de tensión se quiere discretica y a partir de esta información codificar la palabra de salida. Está formado por 2n-1 comparadores, una red de resistencias que permite obtener niveles de tensión equidistantes entre si y el codificador que efectúa la conversión de los 2n-1 estados de los comparadores a los n bits de salida del conversor. Conversor A/D de rampa: utiliza pasos intermedios. Conversor de doble rampa.

El LM317 / LM117 / LM217 regulador monolítico lineal con salida de tensión variable El LM317 es un regulador de tensión positivo con sólo 3 terminales y con un rango de tensiones de salida desde los 1.25 hasta 37 voltios. Las patillas son: Entrada (IN), Salida (OUT), Ajuste (ADJ)

Para lograr esta variación de tensión sólo se necesita de 2 resistencias externas (una de ellas es una resistencia variable. Entre sus principales características se encuentra la limitación de corriente y la protección térmica contra sobrecargas. La tensión entre la patilla ADJ y OUT es siempre de 1.25 voltios (tensión establecida internamente por el regulador) y en consecuencia la corriente que circula por la resistencia R1 es: IR1 = V / R1 = 1.25/R1 Esta misma corriente es la que circula por la resistencia R2. Entonces la tensión en R2: VR2 = IR1 x R2. Si se sustituye IR1 en la última fórmula se obtiene la siguiente ecuación: VR2 = 1.25 x R2 / R1. Como la tensión de salida es: Vout = VR1 + VR2, entonces: Vout = 1.25 V. + (1.25 x R2 / R1)V. simplificando (factor común) Vout = 1.25 V (1+R2 / R1) V. De esta última fórmula se ve claramente que si modifica R2 (resistencia variable), se modifica la tensión Vout En la fórmula anterior se ha despreciado la corriente (IADJ) que circula entre la patilla de ajuste (ADJ) y la unión de R1 y R2. Esta corriente se puede despreciar, tiene un valor máximo de 100 uA y permanece constante con la variación de la carga y/o de la tensión de entrada. Con el propósito de optimizar la regulación el resistor R1 se debe colocar lo más cercano posible al regulador, mientras que el terminal que se conecta a tierra del resistor R2 debe estar lo más cercano posible a la conexión de tierra de la carga Con el propósito de optimizar el funcionamiento del regulador se pueden incorporar al diseño algunos elementos adicionales: (ver diagrama inferior).

- Se pone un capacitor C1 de 0.1uF en la patilla de entrada (IN) si el regulador se encuentra alejado del bloque que se encarga de la rectificación. - Se pone un capacitor C3 de 1 uF de tantalio o 25 uF electrolítico en la patilla de

salida (OUT) con le propósito de mejorar la respuesta a transitorios - Se pone un capacitor C2 de 10 uF electrolítico en paralelo con R2 con el propósito de mejorar el rechazo del rizado. - Se pone un diodo D1 (1N4001) para proteger el regulador contra posibles cortos circuitos en la entrada del regulador. - Se pone un diodo D2 (1N4001) para proteger al regulador contra posibles cortos circuitos en la salida al dar camino a la descarga de capacitores. Nota: R1 = 240 Ohmios y R2 = 5 Kilohmios (potenciómetro)

Reguladores de tensión / voltaje Todos los circuitos electrónicos requieren una o más fuentes de tensión estable de continua. Las fuentes de alimentación sencillas construidas con un transformador, un rectificador y un filtro (fuentes de alimentación no reguladas) no proporcionan una calidad suficiente porque sus tensiones de salida cambian con la corriente que circula por la carga y con la tensión de línea, y además se presenta una cantidad significativa de rizado a la frecuencia de la red. Por ello no son generalmente adecuadas para la mayoría de las aplicaciones. En la figura 11.1 se presenta un diagrama de bloques típico de una fuente de alimentación regulada. La entrada es un transformador conectado a la red eléctrica (220V, 50Hz) con el objeto de reducir su amplitud. Un rectificador de diodos rectifica la señal la cual es filtrada (generalmente a través de un condensador) para producir una salida DC no regulada. El regulador de tensión proporciona una salida mucho más regulada y estable para alimentar una carga

La función del regulador de tensión es proporcionar una tensión estable y bien especificada para alimentar otros circuitos a partir de una fuente de alimentación de entrada de poca calidad; después del amplificador operacional,

el regulador de tensión es probablemente el circuito integrado más extensamente usado. Además deben de ser capaces de proporcionar corrientes de salida desde unas cuantas decenas de miliamperios, en el caso de reguladores pequeños, hasta varios amperios, para reguladores grandes.

Reguladores en serie o lineales Controlan la tensión de salida ajustando continuamente la caída de tensión en un transistor de potencia conectado en serie entre la entrada no regulada y la carga. Puesto que el transistor debe conducir corriente continuamente, opera en su región activa o lineal. Aunque son más sencillos de utilizar que los reguladores de conmutación, tienden a ser muy ineficientes debido a la potencia consumida por el elemento en serie. Su eficiencia es alrededor del 20% y solamente resultan eficaces para baja potencia (< 5 W).

Reguladores de conmutación Utilizan un transistor de potencia como conmutador de alta frecuencia, de tal manera que la energía se transfiere desde la entrada a la carga en paquetes discretos. Los pulsos de intensidad se convierten después a una corriente continua mediante un filtro inductivo y capacitivo. Puesto que, cuando opera como conmutador, el transistor consume menos potencia que en su región lineal, estos reguladores son más eficientes (hasta el 80%) que los lineales; además, son más pequeños y ligeros. Estos reguladores se pueden diseñar para operar directamente sobre la tensión de la red rectificada y filtrada, eliminando la necesidad de utilizar transformadores voluminosos. El precio que se paga por estas ventajas es una mayor complejidad del circuito y un mayor ruido de rizado. Los reguladores de conmutación se utilizan especialmente en sistemas digitales, donde a menudo es mucho más importante una alta eficiencia y un peso bajo que un rizado de salida pequeño.

La tendencia actual en el diseño de fuentes de alimentación de varias salidas es utilizar reguladores de conmutación para aprovechar sus ventajas y utilizar después reguladores en serie para conseguir tensiones más limpias y mejor reguladas.

Reguladores de tensión con componentes discretos. Un regulador de tensión está constituido por una serie de bloques funcionales que permiten estabilizar la tensión de salida. La figura 11.2 muestra el diagrama de bloques de este circuito formado por: referencia de tensión, circuito de muestreo, amplificador de error y elemento de control. Una variación de la tensión de salida (Vo) es detectada por el amplificador de error al comparar la referencia de tensión y el circuito de muestreo. Este amplificador opera sobre el elemento control en serie para restaurar la Vo.

Referencias de tensión Una referencia de tensión constituye una parte fundamental de los reguladores de tensión al proporcionar una tensión de continua, muy precisa y estable con la temperatura y con el tiempo. Requerimientos típicos de estabilidad térmica son del orden de 100 ppm/°C o mejor. Para minimizar los errores debidos al auto calentamiento, las referencias de tensión proporcionan una corriente de salida moderada, típicamente en el rango de unos pocos mA.

Las técnicas de compensación aplicadas a las referencias semiconductoras permiten conseguir coeficientes de temperatura de 1 ppm/°C o menores. Estas técnicas se utilizan también en el diseño de transductores de temperatura. Las referencias de tensión están basadas en diodos Zener y transistores bipolares o de salto de banda ("band gap").

Referencia de tensión con diodo zener y transistores. Un diodo Zener es el dispositivo más barato y simple para obtener una tensión de referencia más o menos estable. Sin embargo, hay que adaptarse a los valores de tensiones Zener presentes en el mercado (5.6V, 6.2V, 6.8V,...), presenta fuerte deriva térmica y el ruido, especialmente ruido de avalancha, es muy elevado. Las limitaciones del diodo Zener pueden ser resueltas en parte con la ayuda de un OA resultando un circuito con características de autorregulación. En la figura 11.2, la configuración no-inversora del OA 741 permite ajustar la tensión de salida variando R2

Basado en esta estructura, el circuito monolítico REF102 (figura 11.3.a) de BurrBrown es un ejemplo típico de una referencia de tensión de 10V compensado térmicamente que utiliza un diodo Zener de Vz = 8.2V. La corriente máxima de salida es de 10 mA. La tensión de salida viene definida por la siguiente ecuación:

Una aplicación típica de este circuito se presenta en la figura 11.3.b. Una vez ajustado la tensión de salida a 10V a través de la resistencia Rs =1M conectado al terminal 5 (VTRIM) y el potenciómetro de 20k, su compensación térmica asegura una variación máxima de 0.7mV en la tensión de salida para una variación de 0º a 70º de temperatura. Otros ejemplos de circuitos referencia de tensión monolítica compensada térmicamente son el LM329 (National Semiconductor), el LM3999 de 6.95V (Semiconductor) y el LTZ100 (Linear Technology).National

Limitación de corriente

Limitar y controlar la corriente máxima de un circuito es generalmente uno de los requisitos indispensables en cualquier fuente regulada, así como también en algunos circuitos, que, al igual, pueden sufrir un cortocircuito No solamente buscamos prevenirlo (y confiar que durante el tiempo de alta corriente los componentes no sufrirán demasiado daño), sino también evitar excesos de corriente. Por ejemplo si diseñamos una fuente capaz de entregar un máximo de 2A, que viene limitado por la naturaleza de los componentes, y la carga es capaz de absorber mas de 2A, con un transformador en condiciones de entregarlo, el circuito (sea fuente u otro) dejaría pasar tal corriente, a menos que contemos con un método de limitarla a un cierto valor.

Circuito en bloque del regulador integrado Función de cada bloque Circuito de arranque: Es un circuito de protección que inhibe la salida del regulador cuando la tensión de entrada no supera a lo menos en dos voltios a la tensión nominal de salida

Generador de corriente: Proporciona una corriente constante a la etapa de referencia, independiente de la entrada y de la salida

Etapa de referencia: Mantiene una tensión constante entre sus extremos, enviándola al amplificador de error

Amplificador de error: Compara la tensión de referencia con una tensión de muestra que proviene del divisor de tensión de la salida, el resultado es amplificado y enviado a la etapa de control

Etapa de control: Recibe la señal proveniente del amplificador de error con la cual varía su caída de tensión interna en función de dicha señal.-Es el elemento que soporta la diferencia de tensión entre Vi y Vo nominal

Protección térmica: Es un circuito de protección contra cortocircuitos; si la corriente de salida supera cierto nivel, desconecta automáticamente el elemento de control, interrumpiendo la corriente de salida

Protección de sobrecarga: Protege el elemento de control cuando el regulador se desconecta, permitiendo el paso de la corriente inversa que de otra forma dañaría a dicho elemento Cabe mencionar que uno de los primeros reguladores monolíticos fue el A723 introducido en la década de los 60, se consolidó como un estándar industrial, comercializado por los principales fabricantes de

circuitos integrados, se caracteriza por proporcionar una corriente de 150mA sin transistor externo, una regulación de línea de 0.02% y una regulación de carga de 0.03%, tiene la capacidad de funcionar en configuración serie, paralelo, flotante o conmutada, proporcionando tensión positiva o negativa.

Reguladores de tensión fija de tres terminales Estos tienen un terminal para la entrada no regulada, la salida regulada y la tierra o común y están ajustados a proporcionar una tensión de salida constante tal como +5, +15 ó -12. En el universo de componentes y presentaciones de este tipo A78XX positivos o destacan la serie 79XX negativos de Fairchild .los dos últimos dígitos indicados con XX nos indican la tensión de salida. Las versiones de baja potencia son accesibles en encapsulados de plástico y las de mayor potencias en encapsulados tipo TO-03 y TO-220 metálicos con corrientes de salida superiores a 1 A. Otros ejemplos de reguladores son el LM340 y LM320 de la National Semiconductor, serie MC79XX de Motorola y el LT1003 de Linear Technology que proporciona 5V y 5A A continuación está expuesta una tabla con los diferentes tipos de reguladores de tensión 78XX y 79XX Tipos

Tensión de salida

7805

5V

7806

6V

7808

8V

7812

12V

7815

15V

7818

18V

7824

24V

79XX

los mismos que arriba pero negativos

Intensidad máx. de salida Sin letra intermedia =1A Con L intermedia =100mA Con M intermedia =500mA Con H intermedia =5A

Tensión mín. de entrada

Tensión máx. de entrada

8V

35V 9V

35V

11V

35V

15V

35V

18V

35V

21V

35V

27V

35V

los mismos que arriba pero negativos

Para reconocer la intensidad máxima que ofrece cada integrado hay que ver si contiene alguna letra entre medias de la nomenclatura ( 78? XX). Ej. 78H12, esta nomenclatura significa que ofrece una tensión fija de 12 V a una intensidad máxima de 5A. Si se quiere incrementar la corriente de salida de un regulador monolítico de esta serie se puede implementar el siguiente circuito, en el se adiciona un transistor al

esquema básico de conexión de este tipo de reguladores, este permite ampliar el rango de Io o corriente de salida. Una mejora del circuito anterior lo constituye el siguiente esquema en donde se adiciona un elemento de protección contra cortocircuito. Este tipo de aplicación se le llama Fuente de Alimentación estabilizada y Cortocircuitadle. Esto quiere decir que si por algún accidente o cualquier fallo se cortocircuita la salida a masa, el circuito deja de funcionar (no ofrece intensidad) hasta que se des cortocircuite, así nos evitaremos el sobrecalentamiento y estropeado de los transistores y del integrado.

Reguladores de tensión ajustable de tres terminales Los reguladores de ajustables de tres terminales permiten ajustar la tensión de salida a partir de resistencias externas conectadas al terminal denominado ADJUSTMENT o ADJ. Uno de los más utilizados es el LM317 (positivo) y el LM337 (negativo) de la National Semiconductor capaces de proporcionar hasta 1.5 A de corriente de salida, otros ejemplos de estos reguladores son el LM338 de la misma fabrica cuya corriente alcanza hasta 5 A, LT1038 de Linear Technology y LM896 de 10 A de salida El LM317 posee una tensión de referencia interna del tipo “bangap” que proporciona una Vref = 1.25 V entre los terminales de salida y de ajuste y está polarizado por una fuente de corriente estable Iadj = 65 A. Un ejemplo de una aplicación típica de este integrado es el siguiente circuito. Si se analiza un poco el circuito se comprueba que: Vo = Vref (1 + R2/R1) + Iadj x R2; si consideramos que la corriente Iadj es despreciable frente a la corriente que circula por R1 y R2 entonces: Vo = Vref (1+ R2/R1) Variando R2 la tensión de salida Vo puede ser ajustada a cualquier valor del rango . Los reguladores de tensión duales conocidos como “dual tracking regulators” proporcionan doble salida idóneas para alimentar operacionales, convertidores y otros dispositivos que necesiten de dos tensiones de igual magnitud y polaridad opuesta que mantenga su simetría para los diferentes requerimientos de la carga, un circuito capaz de proporcionar esto es el RC4195 de Raytheon que tiene una Vo = +/-15V, incluso hay un regulador de estas características que además es ajustable es el RC4194

Regulador no disipativo en serie o regulador de conmutación En este caso el elemento de paso es un interruptor representado por un transistor que pasa de su estado de corte a saturación, este transistor convierte la tensión DC no regulada de entrada en tensión AC, de la cual se obtiene el valor medio a través de un filtro LC. En este tipo de regulador la tensión de salida se controla mediante la modulación del ancho de banda de los pulsos de la señal en la entrada del filtro.

Este diagrama de bloques trata de esquematizar de manera muy simple un regulador de conmutación, La mayor ventaja del circuito de conmutación es la eficiencia del circuito, derivada de que el elemento de paso opera sólo en corte o saturación. La eficiencia de conversión se aproxima al 85% ó 90%. La disipación de potencia es considerablemente menor que la correspondiente a un regulador lineal, además los reguladores de conmutación pueden generar tensiones de salida mayores que la entrada no regulada y tensiones de salida de polaridad opuesta a la entrada. Otra ventaja que tienen las fuentes de alimentación conmutadas es que pueden conectar directamente la tensión de la línea rectificada y filtrada, si que sea necesario un transformador de potencia de alterna, dando lugar a las fuentes conmutadas conectadas a la línea (line-powered switching supplies). El resultado es una fuente de continua pequeña, ligera y además funcionan a menor temperatura debido a su mayor eficiencia, por estas razones las fuentes conmutadas se utilizan casi universalmente en computadores y en instrumentos portátiles. Los principales problemas que tienen las fuentes conmutadas son el ruido de conmutación presente en la salida y el costo. Como se dijo antes en estos reguladores un transistor que funciona como conmutador aplica periódicamente toda la tensión no regulada a una autoinducción durante intervalos cortos. La corriente de la autoinducción crece durante cada pulso, almacenando energía (1/2LI2) que se transfiere a un filtro capacitivo a la salida. Igual que en los reguladores lineales, se compara la salida con una tensión de referencia, pero en los reguladores de conmutación la salida se controla cambiando la anchura de pulso de un oscilador en vez de controlando linealmente la tensión de base. La parte fundamental de un regulador de conmutación es un oscilador PWM (modulación por anchura de pulsos) en donde la anchura de pulso es controlada por tensión. La salida del PWM conmuta un transistor entre corte y saturación, con ciclo útil que se controla con la diferencia entre la tensión de realimentación y la tensión de referencia.

Este esquema sirve para explicar la regulación por modulación de pulsos, aquí básicamente si VR2 Vref, el ciclo útil de PWM disminuye hasta que VR2= Vref ; por el contrario; si VR2 Vref, el ciclo útil del PWM aumenta. Por tanto, el voltaje de salida es proporcional al ciclo útil del PWM. Frecuencias típicas para el PWM están en el rango de 1Khz a 200Khz, debido a las altas frecuencias que se utilizan los componentes del filtro pueden ser relativamente pequeños y aun así consiguen una excelente reducción del rizado. La mayoría de os reguladores de conmutación modernos emplean FETs VMOS y DMOS de potencia como elemento de conmutación para conseguir una mayor velocidad de operación.

La soldadura Consiste en unir las partes a soldar de manera que se toquen y cubrirlas con una gota de estaño fundido que, una vez enfriada, constituirá una verdadera unión, sobre todo desde el punto de vista electrónico. En este cursillo vamos primero a aprender a soldar hilos de cobre construyendo formas

geométricas, para familiarizarnos con el soldador, el estaño, el soporte, el de soldador, las herramientas de trabajo, etc... Después nos introduciremos en la soldadura con estaño orientada al montaje de circuitos impresos, que es nuestro objetivo principal.

El estaño En realidad, el término "estaño" se emplea de forma impropia porque no se trata de estaño sólo, sino de una aleación de este metal con plomo, generalmente con una proporción respectiva del 60% y del 40%, que resulta ser la más indicada para las soldaduras en Electrónica.

Para realizar una buena soldadura, además del soldador y de la aleación descrita, se necesita una sustancia adicional, llamada pasta de soldar, cuya misión es la de facilitar la distribución uniforme del estaño sobre las superficies a unir y evitando, al mismo tiempo, la oxidación producida por la temperatura demasiado elevada del

soldador. La composición de esta pasta es a base de colofonia (normalmente llamada "resina") y que en el caso del estaño que utilizaremos, está contenida dentro de las cavidades del hilo, en una proporción del 2~2.5%.

Proceso para soldar •

•

La punta del soldador esté limpia. Para ello se puede usar un cepillo de alambres suaves (que suele estar incluido en el soporte) o mejor una esponja humedecida (que también suelen traer los soportes). Se frotará la punta suavemente con el cepillo o contra la esponja. En ningún caso se raspará la punta con una lima, tijeras o similar, ya que puede dañarse el recubrimiento de cromo que tiene la punta del soldador (el recubrimiento proporciona una mayor vida a la punta). Las piezas a soldar estén totalmente limpias y a ser posible pre estañadas. Para ello se utilizará un limpia metales, lija muy fina, una lima pequeña o las tijeras, dependiendo del tipo y tamaño del material que se vaya a soldar.

Se está utilizando un soldador de la potencia adecuada. En Electrónica, lo mejor es usar soldadores de 15~30w., nunca superiores, pues los componentes del circuito se pueden dañar si se les aplica un calor excesivo.

Vamos a ver una simulación de soldadura, con lo que ocurre por parte del operador y lo que sucede en las partes a soldar. Nos ayudará a conocer y entender los diferentes pasos de una soldadura, que luego, con la experiencia, se harán automáticamente, sin pensar. Los pasos son éstos: Asegurarse de que las zonas a soldar están bien limpias, sin grasa ni suciedad. Para las placas de circuito impreso se puede utilizar una goma de borrar bolígrafo, tal como vemos aquí. Si se trata de hilos de cobre, se pueden raspar con unas tijeras o una cuchilla para limpiar el hilo.

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Limpiar la punta del soldador de vez en cuando. Para ello frotaremos suavemente la punta en una esponja húmeda, como la del soporte de la figura. Alternativamente podemos raspar la punta con un cepillo de alambres suave, como los que suelen venir incluidos en el soporte.

Acercar los elementos a unir hasta que se toquen. Si es necesario, utilizar unos alicates para sujetar bien las partes. Aplicar el soldador a las partes a soldar, de forma que se calienten ambas partes. Tener en cuenta que los alicates o pinzas absorben parte del calor del soldador.

Las piezas empiezan a calentarse hasta que alcanzan la temperatura del soldador. Si la punta está limpia, esto suele tardar menos de 3 segundos. Este tiempo dependerá de si se usan alicates y de la masa de las piezas a calentar.

Quitar el soldador, aplicar el estaño (unos pocos milímetros) a la zona de la soldadura, evitando tocar directamente la punta. Cuando la zona a soldar es grande, se puede mover el punto de aplicación del estaño por la zona para ayudar a distribuirlo.

La resina del estaño, al tocar las superficies calientes, alcanza el estado semilíquido y sale de las cavidades, distribuyéndose por la superficie de la soldadura. Esto facilita que el estaño fundido cubra las zonas a soldar. El estaño fundido, mientras sigue caliente, termina de distribuirse por las superficies. Retirar el soldador, tratando de no mover las partes de la soldadura. Dejar que la soldadura se enfríe naturalmente. Esto lleva un par de segundos. El metal fundido se solidifica, quedando la soldadura finalizada, con aspecto brillante y con buena resistencia mecánica.

Proceso para desoldar Para desoldar hay varios métodos, aunque nosotros nos vamos a centrar sobre los que se basan en la succión del estaño. Vamos a describir los desoldadores y los chupones.

El desoldador de pera

Aquí a la derecha vemos un soldador de tipo lápiz sin punta. En lugar de la punta se le coloca el accesorio que se ve debajo y ya tenemos un desoldador, que suele recibir el nombre de desoldador de pera. Como se puede observar, el accesorio tiene una punta, un depósito donde se almacena el estaño absorbido, una espiga para adaptarlo al soldador y una pera de goma que sirve para hacer el vacío que absorberá el estaño. Aquí vemos en detalle la punta y el depósito del accesorio para desoldar. Ésta se calienta de la misma manera que la punta normal. El modo de proceder es el siguiente: • • •

•

Presionar la pera con el dedo. Acercar la punta hasta la zona de donde se quiera quitar el estaño. Si la punta está limpia, el estaño de la zona se derretirá en unos pocos segundos. En ese momento, soltar la pera para que el vacío producido absorba el estaño hacia el depósito. Presionar la pera un par de veces apuntando hacia un papel o el soporte para vaciar el depósito. Tener precaución, ya que el estaño sale a 300ºC.

Estos cuatro pasos se pueden repetir si fuera necesario.

El desoldador de vacío o chupón

Este desoldador de vacío es una bomba de succión que consta de un cilindro que tiene en su interior un émbolo accionado por un muelle.

Tiene una punta de plástico, que soporta perfectamente las temperaturas utilizadas. El cuerpo principal (depósito) suele ser de aluminio. Para manejarlo debemos cargarlo venciendo la fuerza del muelle y en el momento deseado pulsaremos el botón que libera el muelle y se produce el vacío en la punta.

Nos servirá para absorber estaño, que estaremos fundiendo simultáneamente con la punta del soldador. El modo de proceder es el siguiente:

Cargar el desoldador. Para ello presionaremos el pulsador de carga, venciendo la fuerza del muelle. Aplicar la punta del soldador a la zona de donde se quiera quitar el estaño. Si la punta del soldador está limpia, el estaño se derretirá en unos pocos segundos. Asegurarse de que el desoldador está listo. En ese momento, sin retirar el soldador, acercar la punta del chupón a la zona y pulsar el botón de accionamiento. Se disparará el émbolo interno produciendo un gran vacío en la punta y absorbiendo el estaño hacia el depósito.

Si es necesario, repetir este último paso cargando previamente el desoldador.

Retirar el soldador y el chupón. En la foto vemos el resultado de la desoldadura. Si después del proceso aún queda algo de estaño sujetando el componente que queremos quitar, entonces será necesario repetir el proceso.

Este dispositivo tiene un depósito suficientemente grande como para no necesitar vaciarlo cada vez que se usa, como ocurre con el desoldador de pera. Para limpiarlo, generalmente hay que desmontarlo desenroscando sus partes.

ELABORACION DE CIRCUITOS IMPRESOS Un circuito impreso es una placa de material aislante (plástico, baquelita, vidrio, etc.), provista de unas pistas o caminos de cobre que sirven para interconectar los diversos componentes que constituyen el circuito en cuestión. Generalmente, antes de pasar a diseñar el circuito impreso de un determinado esquema electrónico, se ha de comprobar el funcionamiento del mismo en una placa de montaje rápido o placa de inserción. (placa protoboard) Se puede realizar el montaje definitivo en una placa de agujeros o de tiras de cobre. Para la elaboración de un circuito impreso se han de seguir los siguientes pasos: Diseño de la placa del C.I El método tradicional consiste en realizar el diseño (dibujo) del circuito en papel milimetrado, teniendo en cuenta el tamaño de los componentes, su distribución, distancia entre patillas (pines) y disposición de las mismas, sobre todo cuando se trata de elementos con tres o más terminales, tales como transistores o circuitos integrados. Es aconsejable, asimismo, realizar un dibujo de la vista de componentes, tal y como quedarán distribuidos en la placa. Seguidamente se calcará este diseño original sobre papel vegetal, utilizando para ello un rotulador permanente (preferentemente negro) y procurando que todas las conexiones (pistas) sean correctas.Este diseño del circuito impreso se puede realizar también por medios informáticos, utilizando herramientas (software) desarrolladas para ello (PCB Wizard)

También se puede utilizar un programa de Dibujo (AutoCad) Puede ser conveniente seguir los siguientes pasos: Poner rejilla 2.5 m.m. y forzar coordenadas 1. Dibujar los componentes (capa componentes) y situarlos en su sitio (utilizar bloques predefinidos) 2. Dibujar las pistas en otra capa (capa pistas): 1. Primero dibujar arandelas en los puntos donde se inserten los componentes interior 0,5mm y exterior 1,5mm 2. Dibujar las pistas, uniendo las arandelas, utilizando un grosor de

línea proporcionado 3. Hacer una simetría de este dibujo para ver como quedaría la placa por el lado de las pistas (ocultar la capa componentes) imprimir y transferir este dibujo a la placa

Preparación de la placa Realizado el diseño, se procede a la preparación de la placa virgen, incluyendo las siguientes operaciones: •

•

Cortado de la placa, adecuando su tamaño al del diseño realizado, utilizando para ello la herramienta adecuada (sierra metálica, cizalla, lima fina, etc.). Limpieza de la superficie de cobre

Dibujo de las pistas sobre la placa A continuación se procede a realizar, en la cara de cobre de la placa virgen, el dibujo o impresión de las pistas del circuito. Para ello se pueden emplear tres procedimientos: • Utilizando rotuladores indelebles Colocando el papel vegetal sobre la placa y prestando atención a la posición en la que se emplaza, mediante un granete, se marcan levemente los puntos donde irán colocados los terminales de los componentes (soldaduras). Una vez realizada esta operación, se retira el papel vegetal y se dibujan las pistas y los puntos de los terminales, procurando que en ambos no queden poros en la tinta depositada. Se han de emplear rotuladores permanentes preferentemente de color negro. Se trata del método más sencillo. • Utilizando tiras adhesivas Consiste, como en el caso anterior, en marcar los, puntos de conexión, pero en lugar de utilizar rotuladores, se pegan las adecuadas tiras adhesivas así como las

"arandelas" de conexión, procurando que ninguna pista quede abierta. • Utilizando métodos de fotograbado Se coloca el papel vegetal en la correcta posición sobre la placa virgen una vez foto sensibilizada y, posteriormente, en función de dicha fotosensibilización se introduce unos minutos en la insoladora. Dicho aparato emite luz ultravioleta que altera el barniz fotosensible que recubre la placa de forma que, al sumergir la placa en un baño de líquido revelador, el barniz endurecido por la luz realice la misma función que el rotulador y las tiras adhesivas. Atacado de la placa El objeto de este procedimiento es el de eliminar el cobre no necesario de la placa, de forma que solamente permanezca en los lugares donde ha de existir conexión eléctrica entre los distintos componentes. Se puede realizar en un recipiente o bandeja de plástico donde se pondrá una parte de ácido clorhídrico, dos de agua oxigenada y tres de agua del grifo: • • •

50 cm3 Agua oxigenada 110 volúmenes 50 cm3 Agua fuerte (salfuman) 100 cm3 Agua del grifo

También se puede utilizar cloruro férrico disuelto en agua. Una vez que la placa se ha introducido en la disolución, al cabo de unos pocos minutos ésta absorberá parte del cobre de la misma, excepto de las pistas. También es posible utilizar máquinas que automatizan todo el procedimiento. Se ha de prestar especial cuidado en la manipulación de estos compuestos químicos, pues pueden ocasionar quemaduras graves en la piel. Limpieza y taladrado de la placa Al acabar el proceso anterior se limpiará la placa con agua y se secará. También se puede lijar suavemente para eliminar restos de rotulador, tiras adhesivas o barniz. A continuación se procederá a taladrar, con una broca del diámetro adecuado, en los lugares donde vayan a ir insertados los componentes. Inserción de componentes y soldaduras

Una vez realizados los taladros, se pasa a insertar los componentes y regletas de conexión en los lugares adecuados para posteriormente soldarlos a la placa. Para ello se utiliza como ayuda la vista de componentes realizada previamente.

Traspaso del diseño de pistas a la placa de circuito impreso

Aquí vamos a ver dos de los más usados, que son: • •

Transferencia mediante rotulación Transferencia mediante fotolito e insoladora, con placas fotosensibles

Transferencia por el método clásico de rotulación Éste es uno de los métodos más "artesanos" para hacer una placa de circuito impreso. Es el más indicado cuando queremos hacer una sola placa y el diseño es sencillo.Como ya hemos visto en el Tema 3, el diseño de pistas siempre lo hacemos con la placa vista desde el lado de los componentes. Sin embargo lo que vamos a hacer es dibujar las pistas con un rotulador sobre la capa de cobre de la placa, esto es, sobre el lado de las pistas y de las soldaduras. Esto significa que debemos copiar el diseño, lo más fielmente posible sobre la placa, y DADO LA VUELTA, de forma que el dibujo rotulado sea simétrico al que tenemos en el papel. Vamos por pasos: 1. Tenemos el diseño de pistas del circuito, que podemos sacar de una revista o bien hacer a mano, si se trata de algo sencillo. En la foto tenemos un diseño visto desde el lado de los componentes (la cara de arriba).

2. Como el cobre está por el lado de las pistas (cara de abajo), lo primero que debemos hacer para transferir el diseño a la placa es dar la vuelta al papel y marcar las posiciones donde deben ir los taladros de la placa (donde se insertarán

las patillas de los componentes). Podemos marcarlos con un bolígrafo de tinta líquida o un rotulador normal:

3. Luego colocamos la placa con el cobre hacia nosotros y colocamos el papel tal como se ve aquí. Centraremos la placa de forma que el diseño esté alineado con la placa y luego sujetaremos la placa al papel con cinta adhesiva para evitar que se mueva.

4. Ahora tenemos que transferir las posiciones de los taladros a la placa. Esto se puede hacer como vemos en la foto (pinchando con un punzón o la punta de unas tijeras) para marcar los taladros o bien se puede hacer con un papel de carbón, de forma que queden marcados dichos puntos en la placa. La ventaja del punzón o las tijeras es que dejamos hecho un pequeño hoyo en cada punto, lo que luego facilitará que las finas brocas (menos de 1mm. de diámetro) se centren ellas solas en cada lugar. Estas marcas debemos hacerlas con un poco de suavidad, ya que no se trata de taladrar la placa con las tijeras ni con el punzón, así que habrá que tener cuidado con la fuerza que empleamos. Si usamos un punzón, lo golpearemos con unos alicates u otra herramienta similar, no con un martillo. 5. La placa debe estar bien limpia, cosa que conseguiremos frotándola con una goma de borrar bolígrafo o bien usando un limpiametales, de tal forma que la superficie de cobre quede limpia y brillante.

Una vez marcados los taladros, nos servirán de referencia para dibujar las pistas. Como ya hemos comentado, hay que transferir el diseño haciendo el espejo, tal como vemos en estas fotos. Esto debemos hacerlo con un rotulador de tinta permanente (resistente al agua). Nosotros utilizamos el típico rotulador EDDING o STAEDTLER permanent. Debe tener punta fina o al menos lo suficientemente fina como para permitirnos dibujar las pistas correctamente sin que se junten unas con otras.

6. Finalmente debemos cortar la placa a la medida necesaria. Para cortar podemos usar una sierra de pelo (de marquetería, como se ve en la foto) o bien una sierra de arco, de las de cortar hierro. Esto podría haberse hecho antes del punto 4, aunque también puede hacerse al final, si nos resulta más cómodo. Aquí vemos cómo queda la placa, una vez rotulada. Ahora ya podríamos pasar al ataque con ácido, taladrado y montaje, pasos que describiremos más adelante.

Transferencia mediante fotolito, con placa fotosensible – Parte 1, la insolación Éste es un método un poco más laborioso y necesitaremos algo más de material. Es el indicado para placas complicadas, con pistas finas, con pistas por las dos caras, o cuando necesitamos hacer varias placas iguales. Tiene la ventaja de que

si se hace bien el proceso, la placa queda "exactamente" igual que el original, con lo que obtendremos resultados de muy buena calidad. Adicionalmente, podemos colocar en la transparencia cualquier texto, firma o logotipo a nuestro gusto, como en la placa que vemos más abajo. Lo vemos por pasos: 1. Partiremos del diseño de pistas (fotolito) en una transparencia o en papel vegetal. En la foto vemos el diseño de un circuito digital que tiene numerosas pistas. Observamos también un logotipo, que luego quedará grabado sobre el cobre. NOTA IMPORTANTE: Si vamos a usar una transparencia que tenga las pistas marcadas en negro y el resto transparente (foto de la izquierda), deberemos usar una placa foto sensibilizada POSITIVA. En caso contrario (foto de la derecha) deberemos usar una placa foto sensibilizada NEGATIVA. La placa negativa no suele usarse casi, ya que se emplea mucha tinta para obtener el

fotolito.

2. Preparamos la insoladora. Nosotros tenemos una insoladora formada por 4 tubos fluorescentes de luz actínica (ultra-violeta) de 20w. Está montada de tal forma que sólo permite insolar una cara de la placa, de forma que si queremos hacer una placa de doble cara deberemos insolar primero una cara y luego dar la vuelta a la placa para insolar la otra. Conviene que la insoladora disponga de un temporizador de hasta 5 minutos, para poder controlar bien los tiempos de exposición, aunque con un reloj también se puede hacer. También podemos usar tubos de luz blanca, como los de iluminación, incluso podemos improvisar una insoladora artesanal con una mesa,

una bombilla potente y un cristal. 3. Cogemos la placa fotosensible. Como ya hemos dicho, tienen una capa uniforme de barniz fotosensible sobre la capa de cobre y vienen protegidas por un plástico opaco adherido. Deberemos despegar el plástico opaco protector en un ambiente de luz muy tenue.

4. Continuando con luz tenue Colocamos el fotolito sobre el cristal de la insoladora y luego la placa encima, de forma que el lado del cobre esté en contacto con la tinta del fotolito. Si se trata de una placa de doble cara, primero sujetaremos los dos fotolitos entre sí con cinta adhesiva teniendo especial cuidado para que las posiciones de los taladros en ambas caras coincidan. Después introducimos la placa entre los dos fotolitos, como vemos en la foto.

5. Ahora sujetamos la placa al fotolito con cinta adhesiva. Suele ser bastante práctico hacer unos recortes al fotolito en unas zonas que no haya pistas, como se ve en las fotos, para poder pegar la cinta adhesiva. Colocamos el conjunto en la insoladora, en el centro, tal como se veía en la foto del paso 2 y bajamos la tapa de la insoladora.

6. Seleccionamos el tiempo de exposición y encendemos la insoladora. El tiempo idóneo depende del tipo de fotolito que usemos y del tipo de luz de la insoladora y lo podremos determinar después de unas pocas pruebas. En nuestro caso, usando papel vegetal impreso con inyección de tinta como fotolito y 4 tubos de luz actínica, los tiempos suelen andar sobre los 3 minutos de exposición. Si usamos una transparencia en papel de acetato con tóner de fotocopiadora, hay que dar un tiempo de exposición menor, ya que este papel es totalmente transparente y deja pasar más luz en las zonas que no hay tinta. De la misma forma, si usamos un flexo o la luz del sol, debemos hacer algunas pruebas con trozos pequeños de placa y nuestro fotolito para determinar el tiempo idóneo de exposición. Como nota curiosa, decir que usando el sol de pleno agosto en España y un fotolito de papel vegetal y haciendo que los rayos del sol incidieran de forma perpendicular en la placa, fue necesario un tiempo de exposición de sólo 60 segundos. El proceso fue simple: sujetar bien el conjunto placa-fotolito-cristal, meterlo en una caja cerrada, sacarlo de la caja rápidamente y sujetarlo frente al sol, esperar el tiempo de insolación (60 seg.) y meterlo rápidamente de nuevo en la caja. Con estos pasos ya tenemos la placa insolada. Ahora, mientras preparamos los siguientes pasos conviene dejar la placa en una caja cerrada, de forma que podamos encender alguna luz más sin velar la placa.

Colocación idónea del fotolito En el dibujo siguiente vemos la colocación del fotolito sobre la placa de cobre fotosensible. Ya se ha retirado el plástico opaco protector. Vemos en este caso que la tinta de la impresora o fotocopiadora está en la parte superior del fotolito, cosa que en la mayoría de los casos representará un problema, debido a las sombras producidas.

Por lo general la luz de la insoladora no incidirá sobre la placa en una sola dirección (a no ser que usemos la luz del sol), sino que provendrá de varias direcciones, ya que los tubos fluorescentes tienen una cierta superficie luminosa. Además, si tenemos colocado un espejo debajo de los tubos en la insoladora, la luz provendrá aún de más direcciones. Esta luz difusa y el grosor del papel provocan que la radiación luminosa llegue al barniz fotosensible como se muestra en el dibujo. Como vemos, el área donde incide la luz (azul claro) es algo diferente al área especificada en el fotolito, lo que puede llegar a provocar que algunas pistas finas se hagan más finas aún o incluso lleguen a desaparecer.

La solución a esto consiste en imprimir el fotolito de tal forma que la tinta quede siempre en contacto con el barniz fotosensible. En caso de que sea necesario, esto se puede conseguir imprimiendo el "espejo" del diseño de pistas. El software de diseño de circuitos impresos casi siempre ofrece esta posibilidad.

Como vemos ahora, las zonas donde incide la luz (azul claro) son prácticamente similares a las originales, lo que producirá una placa de gran fidelidad. Asimismo deberemos cuidar que el fotolito quede totalmente en contacto con la placa y que no tenga arrugas, ya que cualquier separación entre la tinta y el barniz fotosensible provocará que las pistas disminuyan su grosor y además queden mal definidas (borrosas).

Clasificación de los amplificadores de potencia para AF La primera clasificación que podemos hacer con los amplificadores viene determinada por las frecuencias con las que van a trabajar. Si las frecuencias están comprendidas dentro de la banda audible los amplificadores reciben el nombre de amplificadores de audio frecuencia o amplificadores de Baja frecuencia. (Amplificadores A.F. o amplificadores B.F., respectivamente). En el tema anterior veíamos que en las transmisiones vamos a utilizar otros amplificadores que trabajan con la gama alta de frecuencias, las radio frecuencias (amplificadores de R.F). Dentro de las dos gamas de amplificadores vistas, también, podemos hacer una clasificación atendiendo a su forma de trabajo: a) Amplificadores de tensión: son los que su principal misión es suministrar una tensión mayor en su salida que en su entrada

b) Amplificadores de potencia: aquellos que, aparte de suministrar una mayor tensión, suministran también un mayor corriente (amplificación de tensión y amplificación de corriente y, por ende, amplificación de potencia) Podemos, según esto, tener: amplificadores de tensión (tanto para B.F. como para R.F.) y amplificadores de potencia (también, para ambas gamas de frecuencias). En este tema únicamente vamos a entrar en los amplificadores de potencia, que son los que nos interesan para iniciar el campo de las R.F., el resto los damos por estudiados y aprendidos (porque son los montajes de amplificadores que se estudian en los principios básicos).

2. Clases de amplificadores de potencia Tal y como decíamos en el punto anterior, este tipo de amplificadores (amplificadores de potencia, ya sean para B.F. o para R.F.), tienen la particularidad de que en su salida tenemos ganancia de tensión y de corriente con respecto a la señal de entrada. Este tipo de amplificadores pueden entregarnos en su salida toda la señal de entrada o una parte de la misma; atendiendo a esta característica, los amplificadores de potencia, podemos clasificarlos de la siguiente forma: A. Amplificadores de clase A: un amplificador de potencia funciona en clase A cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante todo el período de la señal de entrada. B. Amplificadores de clase B: un amplificador de potencia funciona en clase B cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante un semiperíodo de la señal de entrada. C. Amplificadores de clase AB: son, por así decirlo, una mezcla de los dos anteriores, un amplificador de potencia funciona en clase AB cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante menos de un período y más de un semiperíodo de la señal de entrada. D. Amplificadores de clase C: un amplificador de potencia funciona en clase C cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante menos de un semiperíodo de la señal de entrada.

Alguien puede que haya visto, en algún libro o manual de reparación, una notación tipo a esto: Amplificador clase AB1 o también amplificador clase B2; estas notaciones vienen de los antiguos amplificadores con válvulas. Los subíndices 1 y 2 indicaban que no existía corriente de reja (el 1) o que si existía (el 2), esto era debido a que en la polarización de la válvula, la reja se hacía positiva con respecto al cátodo (para los que nunca hayan oído hablar de las válvulas, diremos, que la reja se correspondería con la base de un transistor y el cátodo con el terminal de salida, que en los transistores, dependiendo del tipo de conexión, puede ser el emisor o el colector). En los amplificadores de clase A no hay nunca corriente de reja (base) por lo que es indiferente decir que el amplificador es de clase A1 o de clase A. Lo contrario ocurre en los amplificadores de clase C donde siempre va a existir corriente de reja (base), en este caso es indiferente decir que el amplificador es de clase C2 o de clase C (a secas). En los amplificadores de clase B y AB, puede que exista o no la corriente de base (o reja) por lo que sí es importante que nos especifiquen el tipo de amplificador del que se trata (AB1 diría que no tiene corriente de base y B2 indicaría que sí hay corriente de base). Este tipo de notación también podemos encontrarla en los amplificadores transistorizados

Amplificador de potencia clase C Clase C En esta clase de amplificadores el elemento activo conduce un tiempo t1– t2 en cada periodo T = 2 / o, de forma que el semi ángulo de conducción, definido como 2 = o(t1– t2) sea inferior a /2. En el clase B = /2, mientras que = en el clase A. 7.4 Apuntes SEC. UIB

Su esquema es similar al del clase A que se muestra en la figura 7.1 y que repetimos aquí para comodidad del lector, pero en este caso es imprescindible poner en paralelo con RL un circuito LC sintonizado. . L∞viVCC+ vo– RBVBBRLC∞C∞C L Fig. 7.6 Esquema de un amplificador clase C con BJT. La tensión VBB es ahora negativa, de forma que el BJT sólo entra en zona activa alrededor del máximo de vi, cuando vi + VBB > 0.7 V. otvCE otvi otiCImVCCVBB0.7 2 Fig. 7.7 Tensiones de entrada y salida en el amplificador clase A. Si asumimos que en toda la zona activa la corriente de colector es proporcional a la tensión de control, para una entrada sinusoidal toma la forma representada en la figura 7.7. Esta corriente puede escribirse como iC = IPcos( ot) – ID, mientras sea IPcos( ot) ≥ID iC = 0, en el resto Y puesto que en ot = tenemos iC = 0, resulta que ID = IPcos ( ). La función iC(t) es par y por eso puede descomponerse en serie de Fourier como iC = Io + I1cos( ot) + I2cos(2 ot) + ···· Donde Io es su valor medio, I1 la componente fundamental y el resto, de I2 en 7.5 adelante, armónicos. ) Cos (sinoooPoII − ) 2sin2 (21ooPII − Apuntes SEC. UIB Las tensiones vCE y vo tienen una forma sinusoidal porque el filtro LC cortocircuita todos los armónicos de iC(t) y sólo deja la componente fundamental. La potencia entregada a la carga es LoRIs2121 El consumo de potencia, despreciando la potencia empleada para polarizar el BJT, es CCCQDVIs Donde ICQ = Io. El rendimiento máximo se obtiene cuando vo toma la máxima amplitud posible, VCC si aproximamos VCE,sat, = 0, y para eso se requiere que I1RL = VCC. En ese caso el rendimiento sólo depende de )cos()sin()2sin(241ooooomáx − − En la figura 7.8 se muestra el rendimiento máximo en función del semiángulo de conducción. Si = 180º max = 50 % (Clase A), si = 90º max = 78 % (Clase B) y para la clase C siempre es superior. Si = 0º max = 100 %, claro que en este caso la corriente máxima que debería soportar el transistor es infinita. Así que un buen compromiso consiste en emplear = 60º para obtener max = 90 %. o max (%) Clase B100 50 0 180 90 Clase A Fig. 7.8 Rendimiento máximo del amplificador clase C en función del semi ángulo de conducción. Notar que, a diferencia de la clase A o B, la clase C no es un amplificador lineal: la salida es nula hasta que la amplitud de la tensión de entrada supera VBB + 0.7. Este amplificador sólo puede usarse para FM o PM porque emplea señales de amplitud constante o para señales digitales y de banda estrecha.

JFET

Esquema interno del transistor JFET canal P El JFET (Junction Field-Effect Transistor, en español transistor de efecto de campo de unión) es un dispositivo electrónico, esto es, un circuito que, según unos valores eléctricos de entrada, reacciona dando unos valores de salida. En el caso de los JFET, al ser transistores de efecto de campo eléctrico, estos valores de entrada son las tensiones eléctricas, en concreto la tensión entre los terminales S (fuente) y G (puerta), VGS. Según este valor, la salida del transistor presentará una curva característica que se simplifica definiendo en ella tres zonas con ecuaciones definidas: corte, óhmica y saturación. Físicamente, un JFET de los denominados "canal P" está formado por una pastilla de semiconductor tipo P en cuyos extremos se sitúan dos patillas de salida (drenador y fuente) flanqueada por dos regiones con dopaje de tipo N en las que se conectan dos terminales conectados entre sí (puerta). Al aplicar una tensión positiva (en inversa) VGS entre puerta y fuente, las zonas N crean a su alrededor sendas zonas en las que el paso de electrones (corriente ID) queda cortado, llamadas zonas de exclusión. Cuando esta VGS sobrepasa un valor determinado, las zonas de exclusión se extienden hasta tal punto que el paso de electrones ID entre fuente y drenador queda completamente cortado. A ese valor de VGS se le denomina Vp. Para un JFET "canal N" las zonas p y n se invierten, y las VGS y Vp son positivas, cortándose la corriente para tensiones mayores que Vp.

Gráfica de entrada de un transistor JFET canal n o canal p Así, según el valor de VGS se definen dos primeras zonas; una activa para tensiones negativas mayores que Vp (puesto que Vp es también negativa) y una zona de corte para tensiones menores que Vp. Los distintos valores de la ID en función de la VGS vienen dados por una gráfica o ecuación denominada ecuación de entrada. En la zona activa, al permitirse el paso de corriente, el transistor dará una salida en el circuito que viene definida por la propia ID y la tensión entre el drenador y la fuente VDS. A la gráfica o ecuación que relaciona estás dos variables se le denomina ecuación de salida, y en ella es donde se distinguen las dos zonas de funcionamiento de activa: óhmica y saturación.

Transistor JFET Mediante la gráfica de entrada del transistor se pueden deducir las expresiones analíticas que permiten analizar matemáticamente el funcionamiento de este. Así, existen diferentes expresiones para las distintas zonas de funcionamiento. Para |VGS| > |Vp| (zona activa), la curva de valores límite de ID viene dada por la expresión:

Siendo la IDSS la ID de saturación que atraviesa el transistor para VGS = 0, la cual viene dada por la expresión:

Los puntos incluidos en esta curva representan las ID y VGS (punto de trabajo, Q) en zona de saturación, mientras que los puntos del área inferior a ésta representan la zona óhmica. Para |VGS| < |Vp| (zona de corte): ID = 0 Ecuación de salida En la gráfica de salida se pueden observar con más detalle los dos estados en los que el JFET permite el paso de corriente. En un primer momento, la ID va aumentando progresivamente según lo hace la tensión de salida VDS. Esta curva viene dada por la expresión:

Que suele expresarse como

, siendo:

Por tanto, en esta zona y a efectos de análisis, el transistor puede ser sustituido por una resistencia de valor Ron, con lo que se observa una relación entre la ID y la VDS definida por la Ley de Ohm Esto hace que a esta zona de funcionamiento se le denomina zona óhmica. A partir de una determinada VDS la corriente ID deja de aumentar, quedándose fija en un valor al que se denomina ID de saturación o IDSAT. El valor de VDS a partir del cual se entra en esta nueva zona de funcionamiento viene dado por la expresión: VDS = VGS − Vp. Esta IDSAT, característica de cada circuito, puede calcularse mediante la expresión:

- Características eléctricas del JFET El JFET de canal n está constituido por una barra de silicio de material semiconductor de tipo n con dos regiones (islas) de material tipo p situadas a ambos lados. Es un elemento tri-terminal cuyos terminales se denominan drenador (drain), fuente (source) y puerta (gate). En la figura 1.10.a se describe un esquema de un JFET de canal n, en la 1.10.b el símbolo de este dispositivo y en la 1.10.c el símbolo de un JFET de canal P La polarización de un JFET exige que las uniones p-n estén inversamente polarizadas. En un JFET de canal n, o NJFET, la tensión de drenador debe ser mayor que la de la fuente para que exista un flujo de corriente a través de canal. Además, la puerta debe tener una tensión más negativa que la fuente para que la unión p-n se encuentre polarizado inversamente. Ambas polarizaciones se indican en la figura 1.11.

Las curvas de características eléctricas de un JFET son muy similares a las curvas de los transistores bipolares. Sin embargo, los JFET son dispositivos controlados por tensión a diferencia de los bipolares que son dispositivos controlados por corriente.

Por ello, en el JFET intervienen como parámetros: ID (intensidad drain o drenador a source o fuente), VGS (tensión gate o puerta a source o fuente) y VDS (tensión drain o drenador a source o fuente). Se definen cuatro regiones básicas de operación: corte, lineal, saturación y ruptura. A continuación se realiza una descripción breve de cada una de estas regiones para el caso de un NJFET.

Transistor de efecto de campo (FET) Los transistores de efecto de campo o FET (Field Effect Transistor) son particularmente interesantes en circuitos integrados y pueden ser de dos tipos: transistor de efecto de campo de unión o JFET y transistor de efecto de campo metal-óxido semiconductor (MOSFET). Son dispositivos controlados por tensión con una alta impedancia de entrada (1012 ohmios). Ambos dispositivos se utilizan en circuitos digitales y analógicos como amplificador o como conmutador. Sus características eléctricas son similares aunque su tecnología y estructura física son totalmente diferentes. Entre las principales aplicaciones de este dispositivo podemos destacar: APLICACIÓN PRINCIPAL VENTAJA Aislador o separador Impedancia de entrada (buffer) alta y de salida baja Amplificador de RF

Bajo ruido

Amplificador con CAG Amplificador cascada

Baja distorsión de intermodulación Facilidad para controlar ganancia Baja capacidad de entrada

Troceador

Ausencia de deriva

Mezclador

Resistor variable por Se controla por voltaje voltaje Amplificador de baja Capacidad pequeña de frecuencia acoplamiento Mínima variación de Oscilador frecuencia Circuito MOS digital Pequeño tamaño

USOS Uso general, equipo de medida, receptores Sintonizadores de FM, equipo para comunicaciones Receptores de FM y TV, equipos para comunicaciones Receptores, generadores de señales Instrumentos de medición, equipos de prueba Amplificadores de cc, sistemas de control de dirección Amplificadores operacionales, órganos electrónicos, controlas de tono Audífonos para sordera, transductores inductivos Generadores de frecuencia patrón, receptores Integración en gran escala, computadores, memorias

Siempre nos va a interesar estar en la región de saturación, para que la única variable que me controle la cantidad de corriente que pase por el drenador sea la tensión de puerta. Ecuación de Shockley:

ID=IDSS(1VGS/Vp)2

Donde: • •

Vp es la tensión de puerta que produce el corte en el transistor FET. IDSS es la corriente máxima de drenador que circula por el transistor, al aumentar VDS, cuando la polarización de la puerta es VSG= 0 vol

Parámetros del FET La corriente de sumidero Id es función tanto de la tensión de sumidero Vds como de la puerta Vgs. Como la unión está polarizada inversamente, suponemos que la corriente de puerta es nula, con lo que podemos escribir: Ig = 0 e Id = ƒ(Vds, Vgs) En la zona de estricción (saturación) en que las características son casi rectas (en el gráfico, son horizontales, pero en realidad tienen una pendiente positiva) podemos escribir la respuesta del transistor para pequeños incrementos de Vds y Vgs en esta forma

El parámetro rd se llama resistencia diferencial del sumidero del FET, y es la inversa de la pendiente de la curva. Que como en el gráfico, dicha pendiente es cero (en la realidad, como he dicho antes existe algo de pendiente), entonces la rd es infinita (muy grande). El parámetro gm se le denomina conductancia mutua o transconductancia, y es igual a la separación vertical entre las características que corresponden a diferencias de valor de Vgs de 1 voltio.

Técnicas de mano facturas Es un dispositivo de tres terminales y dos junturas, creado en un material semiconductor sólido cristalino (generalmente germanio, silicio, ó arseniuro de galio) con diferentes contaminaciones, que permite regular la circulación de una corriente eléctrica mediante una corriente de control, mucho menor. El primer transistor se creó en los laboratorios Bell (Estados Unidos de N.A.) en 1947, partiendo de una oblea de germanio, gracias a los trabajos de William Shockley, John Bardeen, y Walter Brattain, por lo cual recibieron el premio Nobel. En el año 1954, la firma Texas Instruments de Estados Unidos, fabricó el primer transistor de silicio, lo cual bajó los costos y permitió, gracias a nuevas técnicas de fabricación, su comercialización a gran escala. Han reemplazado en la mayoría de las aplicaciones a los tubos ó válvulas electrónicas, en los circuitos de radio, audio, etc. permitiendo la fabricación de equipos portátiles e inmunes a vibraciones y de bajo consumo de energía (en los primeros tiempos se llamaba a los equipos transistorizados de "estado sólido" o "frios"). Como se indicó con anterioridad, el JFET es un dispositivo de tres terminales, siendo una de ellas capaz de controlar el flujo de corriente entre las otras dos. En nuestra explicación sobre el transistor BJT se utilizó el transistor npn a lo largo de la mayor parte de las secciones de análisis y diseño, con una sección dedicada a los efectos resultantes de emplear un transistor pnp. Para el transistor JFET el dispositivo de canal-n aparecerá como el dispositivo predominante, con párrafos y secciones dedicadas a los efectos resultantes del uso de un JFET de canal-p. La construcción básica del JFET de canal-n se muestra en la figura siguiente Observe que la mayor parte de la estructura es el material tipo n que forma el canal entre las capas difundidas en material tipo p. El extremo superior del canal tipo n se conecta mediante contacto óhmico a la terminal denominada como drenaje (drain) (D), mientras que el extremo inferior del mismo material se conecta por medio de contacto óhmico a la terminal llamada la fuente (source) (S). Los dos materiales tipo p se encuentran conectados juntos y al mismo tiempo hacia la terminal de compuerta (gate) (Q). Por tanto, esencialmente el drenaje y la fuente se conectan en esencia a los extremos del canal tipo n y la compuerta, a las dos capas del material tipo p. En ausencia de cualquiera de los potenciales aplicados, el JFET tiene dos uniones p-n bajo condiciones sin polarización. El resultado es una región de agotamiento en cada unión, como se ilustra en la figura siguiente, que se parece a la misma región de un diodo bajo condiciones sin polarización. Recuérdese también que una región de agotamiento es aquella región carente de portadores libres y por lo tanto incapaces de permitir la conducción a través de la región.

Transistor de unión de efecto de campo (JFET). Muy pocas veces las analogías son perfectas y en ocasiones pueden ser engañosas, pero la analogía hidráulica de la figura siguiente proporciona un sentido al control del JFET en la terminal de compuerta y a la conveniencia de la terminología aplicada a las terminales del dispositivo. La fuente de la presión del agua puede semejarse al voltaje aplicado del drenaje a la fuente, el cual establecerá un flujo de agua (electrones) desde el grifo o llave (fuente). La "compuerta", por medio de una señal aplicada (potencial), controla el flujo del agua (carga) hacia el "drenaje". Las terminales del drenaje y la fuente están en los extremos opuestos del canal-n, como se ilustra en la figura anterior, debido a que la terminología se define para el flujo de electrones.

Analogía hidráulica para el mecanismo de control del JFET. VGS = 0 V, Vds cualquier valor positivo En la figura siguiente se ha aplicado un voltaje positivo VDS y a través del canal y la compuerta se ha conectado en forma directa a la fuente para establecer la condición VGS = 0 V. El resultado es que las terminales de compuerta y fuente se hallan al mismo potencial y hay una región de agotamiento en el extremo inferior de cada material p, semejante a la distribución de las condiciones sin polarización de la figura del transistor FET. En el instante que el voltaje vDD ( = VDS) se aplica, los electrones serán atraídos hacia la terminal de drenaje, estableciendo la corriente convencional ID con la dirección definida de la figura siguiente la trayectoria del flujo de carga revela con claridad que las comentes de fuente y

drenaje son equivalentes (ID = Is). Bajo las condiciones que aparecen en la figura siguiente, el flujo de carga es relativamente permitido y limitado únicamente por la resistencia del canal-n entre el drenaje y la fuente.

JFET en la región VGS = 0 V y VDS > 0 V. Es importante observar que la región de agotamiento es más ancha cerca del extremo superior de ambos materiales tipo p. La razón para el cambio en la anchura de la región se puede describir mejor con la ayuda de la figura siguiente. Suponiendo una resistencia uniforme en el canal-n, la resistencia del canal puede dividirse en las partes que aparecen en la figura siguiente. La corriente ID establecerá los niveles de voltaje a través del canal, como se indica en la misma figura. El resultado es que la región superior del material tipo p estará inversamente polarizada alrededor de los 1.5 V, con la región inferior inversamente polarizada sólo en los 0.5 V. Recuérdese, la explicación de la operación del diodo, que cuanto mayor sea la polarización inversa aplicada, mayor será la anchura de la región de agotamiento, de aquí la distribución de la región de agotamiento que se muestra en la figura siguiente. El hecho de que la unión p-n esté inversamente polarizada en la longitud del canal da por resultado una corriente de compuerta de cero amperes, como se ilustra en la misma figura. El

hecho que G = O A es una importante característica del JFET.

Variación de los potenciales de polarización inversa a través de la unión p-n de un JFET de canal n.

Explicación de su encapsulado e identificación de sus terminales. La fabricación de varios de estos dispositivos conectados en diversas configuraciones en una misma oblea de silicio, permitió crear los circuitos integrados o chips, base de todos los aparatos electrónicos modernos. Conectados de manera apropiada, permite amplificar señales muy débiles, convertir energía, encender o apagar sistemas de elevada potencia, crear osciladores desde frecuencias bajas hasta frecuencias de radio, etc. Según sea el orden de los materiales que forman las junturas, existen los transistores tipo NPN ó PNP, los cuales, en disposiciones circuitales apropiadas permiten crear una enorme cantidad de circuitos para diversos fines, ya que se complementan pues funcionan con sentidos opuestos de circulación de corriente. En la actualidad, existen una gran variedad de transistores, de efecto de campo o FET (el electrodo de control actúa por medio de campo eléctrico), los tipo un juntura, los MOS o de óxido metálico (variante de los FET), y otras variaciones como los VMOS (usados para controlar grandes potencias y tensiones), etc. Existe una innumerable cantidad de diseños, especializados para alta potencia, bajo ruido eléctrico, alta frecuencia, alta ganancia de corriente, alta tensión, aplicaciones de conmutación, etc.

Ventajas del FET 1) Son dispositivos controlados por tensión con una impedancia de entrada muy elevada (107 a 1012 ohmios). 2) Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT 3) Los FET son más estables con la temperatura que los BJT

4) Los FET son más fáciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos y permiten integrar más dispositivos en un CI. 5) Los FET se comportan como resistencias controlados por tensión para valores pequeños de tensión drenaje-fuente. 6) La alta impedancia de entrada de los FET les permite retener carga el tiempo suficiente para permitir su utilización como elementos de almacenamiento. 7) Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes. Desventajas que limitan la utilización de los FET 1) Los FET presentan una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacidad de entrada. 2) Los FET presentan una linealidad muy pobre, y en general son menos lineales que los BJT. 3) Los FET se pueden dañar debido a la electricidad estática En este apartado se estudiarán brevemente las características de ambos dispositivos orientadas principalmente a sus aplicaciones analógicas.

Polarización de los FET Los circuitos básicos que se utilizan para polarizar los BJT se pueden emplear para los MOSFET. EL JFET tiene el inconveniente de que la tensión VGS debe ser negativa en un NJFET (positiva en un PJFET) que exige unos circuitos de polarización característicos para este tipo de dispositivos. En este apartado únicamente se presentan dos de los circuitos más utilizados: polarización simple (figura 1.17), se utiliza una fuente de tensión externa para generar una VGS>1. Sin embargo, es más frecuente utilizar circuitos que se basan en la carga y descarga de un condensador. La forma más sencilla es mediante el comparador regenerativo, también llamado Schmitt trigger.

Ser un excelente técnico siempre dependerá de ti y del gusto con que haces tu trabajo  

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Oscilador basado en el comparador regenerativo. Un comparador regenerativo o con histéresis es un circuito con dos niveles de salida que cambia de uno a otro para distintos valores de la tensión de entrada. La figura 5 muestra la manera más sencilla de realizar un comparador regenerativo, utilizando un amplificador operacional con realimentación positiva. En principio, en ausencia de entrada, la salida también debería ser nula. Sin embargo, cualquier fluctuación desequilibrará el sistema. Supongamos, por ejemplo, una fluctuación positiva en la salida. Esto supondrá que la entrada diferencial Vd=V(+) - V() se hará positiva, con lo cual la salida aumentará, incrementando a su vez la entrada, y así sucesivamente hasta llegar a la tensión de saturación. En definitiva, esto significa que un circuito como el de la figura 5 tendrá siempre en su salida la tensión de saturación positiva o negativa. Si, por ejemplo, partimos de una situación en que la salida se encuentra en saturación positiva (Vo=Vsat(+)), la tensión en la entrada no inversora (+) será V(+)=R2Vsat(+)/(R1+R2). Si entonces vamos aumentando la tensión Vi que se aplica a la pata inversora (-), el valor de la salida se mantendrá hasta que Vi supere el valor de V(+). En ese momento, la tensión diferencial de entrada pasa a ser negativa (Vd