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Electrónica
Componentes activos
Semiconductores
Los componentes electrónicos activos se fundamentan en los materiales
semiconductores.
Un semiconductor es una sustancia que se comporta como
conductor o como aislante en función del aporte exterior de
energía.
Los materiales semiconductores
más utilizados son el silicio (Si) y
el germanio (Ge)
Los átomos de silicio y germanio
tienen cuatro electrones en su última
capa.
Estos electrones se combinan con otros
tantos átomos vecinos.
De esta forma al no existir electrones
libres se comporta como aislante
Semiconductores
Tipos:
Semiconductores intrínsecos: formado por átomos de un mismo
elemento. En ellos , la conducción se puede establecer mediante aporte de calor.
Semiconductores extrínsecos: formado por átomos de semiconductor
y de impurezas (dopado). Se emplean para fabricar los componentes más
importantes (diodos, transistor…)
• Tipo N: Se obtiene cuando las impurezas que se introducen
tienen cinco electrones de valencia. Los más empleados son arsénico,
bismuto, antimonio y fósforo.
Por cada átomo de impureza añadido se genera u electrón libre
• Tipo P: Se obtiene cuando las impurezas que se introducen
tienen tres electrones de valencia. Los más empleados son indio, alumio,
galio y boro.
En este tipo de dopado falta un electrón para completar los enlaces
covalentes entre un átomo de impureza y un átomo de silicio o
germanio.
Diodos
Se obtiene a partir de la unión de semiconductores p y n, añadiendo
dos terminales, siendo el ánodo (+) la zona p y el cátodo (-) la zona n.
Real
Representación
+
Símbolo
+
El polo negativo (cátodo) del diodo,
se identifica por una banda de color
gris.
Comprobación del estado del diodo y su polaridad.
-
Diodos
Polarización del diodo: En función de cómo conectemos el diodo
a los polos de la fuente de alimentación,
permitirá o no, el paso de la corriente
eléctrica.
POLARIZACIÓN
DIRECTA
el ánodo se conecta al
positivo de la batería
y el cátodo al negativo.
INVERSA
el ánodo se conecta al
negativo y el cátodo
al positivo de la batería
CIRCUITO
CARACTERÍSTICAS
El diodo conduce con una caída de
tensión
de 0,6 a 0,7V.
El valor de la resistencia interna seria
muy bajo.
Se comporta como un
interruptor cerrado
El diodo no conduce y toda la tensión
de la pila cae sobre el.
Puede existir una corriente de fuga del
orden de uA.
El valor de la resistencia interna sería
muy alto
Se comporta como un
interruptor abierto.
Diodos
Curva característica del diodo:
Representa la intensidad que recorre un diodo
en relación con el voltaje aplicado.
Cuando se sobrepasa la tensión umbral (Vu), se produce un crecimiento
exponencial de la corriente.
En esta zona, el diodo se comporta
prácticamente como un interruptor cerrado.
Intensidad directa máxima admisible (Idmax). Es el
valor máximo que puede alcanzar la corriente directa
sin sobrepasar la potencia máxima nominal del diodo
( no se destruya).
Al aplicar una tensión inversa, se
pruduce una corriente de fuga (I0)
prácticamente nula.
Tensión de ruptura o Zener (VZ):
es el valor máximo de la tensión
capaz de soportar el diodo sin que
se produzca la conducción en
inversa.
Corriente Zener
Diodos
Resolución de circuitos con diodos:
Existen tres aproximaciones para la resolución:
a) Diodo ideal ( 1ª aproximación)
El diodo ideal actúa exactamente igual que un conductor perfecto, cuando
está polarizado directamente y como aislante perfecto en polarización inversa.
Polarización directa: actúa como un interruptor
cerrado.
Curva equivalente
Polarización indirecta: actúa como un interruptor
abierto.
Dado el circuito de la figura
calcula la intensidad, y la
potencia de la resistencia y el
diodo.
Diodos
Resolución de circuitos con diodos:
b) Segunda
aproximación.
Se necesitarán alrededor de 0,7 voltios para que el
diodo de silicio sea realmente un buen conductor.
(Para el germanio 0,3 V).
El diodo es equivalente a un interruptor
cerrado y una pila de 0,7 V.
Curva aproximada
Dado el circuito de la figura
calcula la intensidad, y la potencia
de la resistencia y el diodo, por la
segunda aproximación
Diodos
Resolución de circuitos con diodos:
c) Tercera aproximación
Curva aproximada:
La curva se aproxima a
una recta que pasa por
0,7 V y tiene una
pendiente cuyo valor es
la inversa de la
resistencia interna.
1
tg 
rB
El diodo se comporta como un interruptor,
una batería y una resistencia en serie.
Dado el circuito de la figura
calcula la intensidad, y la potencia
de la resistencia y el diodo, por la
tercera aproximación, si rB= 0,23Ω
Diodos
Recta de carga:
Es una herramienta gráfica que se emplea
para hallar el valor de la corriente y la tensión del
diodo, conocida la curva del diodo.
• Ecuación de la recta de carga.
Sea el circuito de la figura:
I
VS  VD
RS
Punto de saturación: Es aquel donde la corriente
I Sat
(Punto de trabajo)
VS

RS
es máxima, implica VD = 0
Punto de corte con el eje Y
Punto de corte: Cuando la corriente es mínima I=0
VS  VD
Punto de corte con el eje X
Diodos
Tipos de diodos:
a) Diodo LED (Light Emitter Diode)
Es un diodo que emite luz cuando está polarizado
directamente.
El voltaje de conducción o tensión umbral es de 1,8 V a 2 V
Símbolo
Se tiene que colocar siempre una resistencia en
serie con el LED para protegerlo, limitando la
intensidad que pasa por el y proporcionarle la tensión
adecuada.
Identificación de polos
+
-
La patilla más corta es el
cátodo (polo negativo).
El chaflán corresponde al
cátodo (-).
Diodos
Tipos de diodos:
a) Diodo LED (Light Emitter Diode)
Identificación de polos (Mediante el polímetro)
1
Colocamos la
ruleta en el símbolo
del diodo. La punta
de prueba roja sobre
el ánodo (+),patilla
larga y la negra sobre
el cátodo (-), patilla
corta. Nos dará una
lectura en la pantalla.
Si se coloca al revés
no da lectura o no se
enciende el LED
Diodos
a) Diodo LED (Light Emitter Diode)
Cálculo de la resistencia en serie:
Normalmente se conocen los datos del Led, su intensidad máxima ( 5 mA a
20 mA) y su tensión 1,5 V a 2 V.
Ejemplo:
Conocidas las magnitudes de un LED: intensidad
máxima de 20 mA y tensión de 2V. Calcula la resistencia a
conectar en serie si disponemos de una pila de 6 V.
Esquema:
I = 20 mA
LED
VD= 2 V
Por ser un circuito en serie:
VP  VR1  VD
VR1  VP  VD  4V
Ley de Ohm :
R1 
VR1
4V

 200
I
0,02 A
El valor de resistencia normalizado más cercano es 180Ω o 220Ω.
¿Cuál pondremos?
Se toma la de mayor valor para no superar la Imax
Diodos
a) Diodo LED (Light Emitter Diode)
Ejercicio:
En el circuito de la figura, calcula la resistencia de
protección del LED, así como su potencia, sabiendo que la
tensión umbral de éste es de 2 v y que la intensidad
máxima que ha de circular es de 12,5 mA.
Diodos
Tipos de diodos:
b) Diodo Zener: Es un diodo diseñado para trabajar en polarización
inversa.
Cuando se alcanza la tensión de
ruptura o tensión Zener (VZ), el diodo
deja pasar una elevada corriente
inversa (IZ).
Se utiliza para
estabilizar la
tensión.
Símbolo:
Identificación polos:
El cátodo (-) se identifica
con una anilla marcada en
un extremo.
Diodos
Tipos de diodos:
c) Diodo emisor de luz infrarroja:
Es un diodo que emite luz infrarroja.
Con un receptor apropiado nos permite activar y
desactivar un circuito de control.
Ejemplos: - Mando de televisión.
- Control puerta de garaje
- Máquinas de tabaco.
Datos componente TSUS5400
La patilla mas larga es el ánodo (+)
y la más corta el cátodo (-)
Transistores
Los transistores son operadores electrónicos que,
conectados de forma adecuada en un circuito, pueden
funcionar como interruptores o como amplificadores de una
señal eléctrica.
Está constituido por tres cristales
semiconductores que forman dos
uniones PN juntas y en oposición.
Todo transistor dispone de tres patillas o
terminales, que están conectadas a cada
cristal semiconductor:
Base (B): Es la patilla de control
Colector (C):
Emisor (E):
Transistores
Dependiendo de la colocación de los
semiconductores existen dos tipos:
NPN
Símbolo:
PNP
Colector
Símbolo:
Base
Emisor
Transistores
Identificación de terminales
Existen muchos tipos de transistores con encapsulados
diferentes. Para realizar un montaje, es necesario identificar
cada patilla y asegurar así el funcionamiento correcto.
Buscando la
información en las
hojas del fabricante
(Data sheet) y en
función del tipo y su
encapsulado
identificaremos cada
patilla.
Transistores
Identificación de terminales
Los polímetros digitales tienen unas
clavijas que sirven para medir la ganancia del
transistor.
Para
identificar
los
terminales, se coloca la rueda
selectora en el indicador de
medida de ganancia (hFE), se
introducen los terminales del
transistor de forma aleatoria en
las clavijas E, B,C,E repitiendo
el proceso hasta que aparezca
un valor coherente en la
pantalla ( un número entero
mayor que 1), y , en ese caso,
la base, el colector y el emisor
del transistor se corresponden
con las iniciales B, C y E
respectivamente.
Transistores
Funcionamiento del transistor NPN
Los transistores pueden funcionar de tres formas
distintas: en activa, en corte y en saturación.
Analizamos su funcionamiento a través de un símil hidráulico.
Imaginemos una tubería que dispone de una llave de paso B con un “muelle
de cierre” cuya resistencia se vence al presionar la base. El agua intentará
pasar del emisor E al colector C.
Corte: si no hay presión en B (base), no puede abrir la válvula
y no se produce paso de fluido de E a C.
Si no hay corriente en la base del transistor no pasa
la corriente del colector al emisor. Se comporta como un interruptor
abierto.
Transistores
Funcionamiento del transistor NPN
Activa: si llega algo de presión a B (base), está abrirá más o
menos la válvula y dejará pasar más o menos fluido de E a C
El transistor permitirá un paso de corriente proporcional
a la intensidad en la base y siempre superior a esta. A la
relación entre ambas corrientes se le llama amplificación
o ganancia.
Se comporta como un amplificador
Transistores
Funcionamiento del transistor NPN
Saturación: si llega suficiente presión a B (base) de forma
que abra totalmente la válvula, se comunica E con C y el fluido
pasa sin dificultad.
Cuando la intensidad en la base es grande, el
transistor se comporta como un interruptor cerrado
Con una pequeña señal en la base ( μA) se controla el funcionamiento
del transistor.
Transistores
Las tensiones y corrientes en el transistor.
En la figura se observa el sentido de las
diferentes intensidades de corriente, así
como la denominación de las tensiones
entre los tres terminales.
 Considerando el transistor como un
nudo eléctrico:
IC
IB
IE
 Considerando el transistor como una malla:
VCE
VCB
VCB
Transistores
Para funcionamiento en activa, se cumple:
Donde:
IB = Intensidad de corriente en la base.
IC = Intensidad de corriente en el colector.
IE = Intensidad de corriente en el emisor.
ß = ganancia en intensidad
VCE = tensión entre el colector y el emisor.
VBE = tensión entre la base y el emisor.
VCB = tensión entre el colector y la base.
Transistores
Regiones de funcionamiento.
Región de corte
Se caracteriza porque tanto la unión base-emisor como la
unión base-colector están polarizadas inversamente.
En estas condiciones la tensión en la base
es nula o negativa, luego las intensidades
que aparecen son prácticamente nulas, el
transistor no conduce.
La tensión entre el colector y el emisor (VCE) es
prácticamente igual a la de alimentación.
VCE = VCC
La tensión entre la base y el emisor (VBE) es menor a 0,7 V (silicio).
VBE < 0,7 v
El transistor se comporta como un
interruptor abierto.
Transistores
Regiones de funcionamiento.
Región activa
Se caracteriza porque la unión base-emisor se polariza
directamente y, en inverso, la unión base-colector.
En este caso, las intensidades de corriente
ya no son nulas ( el transistor conduce
parcialmente).
La tensión entre el colector y el emisor (VCE)
está comprendida entre 0,2 V y la tensión de
alimentación.
0,2 v ≤ VCE ≤ VCC
La tensión entre la base y el emisor (VBE) es mayor o igual a 0,7 V
(silicio).
VBE ≥ 0,7 v
La intensidad en el colector
será:
El transistor se comporta como un
amplificador.
Transistores
Regiones de funcionamiento.
Región de saturación
Se caracteriza porque las uniones base-emisor y basecolector se polariza directamente.
El transistor conduce plenamente y la tensión
colector-emisor es aproximadamente 0,2 V.
VCE = 0,2 V
En esta región ya no se cumple la ecuación
fundamental del transistor, sino que la
intensidad de colector es inferior a la que se
obtendría en zona activa.
El transistor se comporta como un
interruptor cerrado.
Transistores
Regiones de funcionamiento.
Tabla resumen del funcionamiento del transistor
Transistores
Curvas características.
Resolución de circuitos con transistores
VCC
RC
RC
RB
VBB
VCC
VBB
RB
Ib
Ib
VCE
VBE
Diferenciamos dos circuitos:
Circuito de entrada: formado por la base y el emisor.
RB
VBB
VBE
Ib
Circuito equivalente
 VBB  I b RB  VBE  0
VBB  VBE
Ib 
RB
Resolución de circuitos con transistores
VCC
RC
RC
Ib
Ic
RB
VCC
Circuito de salida:
RC
VCE
VCC
VCE
VBE
formado por el colector y el emisor.
Malla:
Ic
RB
Ib
Ib
VBB
VBB
 VCC  I c RC  VCE  0
VCC  VCE
Ic 
RC
Resolución de circuitos con transistores (NPN)
Pasos a seguir suponiendo transistor en activa.
• Suponiendo transistor en activa :
VBE ≥ 0,7 v
• Calcular la intensidad de la base (Ib) : mediante malla de entrada
RB
VBB
• Si Ib> 0
Ib
RC
VCC
VBB  VBE
Ib 
RB
Está en activa
• Calcular la tensión VCE : mediante la expresión
y la malla de salida  VCC  I c RC  VCE  0
Ic    Ib
• Se comprueba que VCE > VCEsat> 0,2 v
• Si no se cumplen estas condicines expuestas el transistor esta
polarizado en saturación