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Electrónica Analógica Básica
Primera parte
Componentes electrónicos:
Resistencias.
Condensadores.
Bobinas
Asociación de componentes pasivos
Diodos
Transistores
Circuitos integrados
COMPONENTES ELECTRÓNICOS
Componentes pasivos
Se fabrican con carbón,
acero, cobre.
Resistencias.
Condensadores
Bobinas
Componentes semiconductores
Se fabrican con materiales específicos
como: selenio, germanio y silicio.
Diodos.
Transistores.
Circuitos integrados
RESISTENCIAS
Función
Valor
Oponerse al paso de la corriente
Depende de:
longitud (l)
sección (S)
ρ = Resistividad
Ohmio (Ω)
Unidades
Múltiplos:
kΩ kiloohmio (1.103 Ω)
MΩ megaohmio (1.106 Ω)
Utilidad de las resistencias:
Para ajustar la tensión.
Montaje en serie.
Para limitar la intensidad.
Montaje en paralelo.
TIPOS DE RESISTENCIAS (I)
TIPOS DE RESISTENCIAS (II)
TIPOS DE RESISTENCIAS (y III)
PROBLEMAS I
Para aplicar la fórmula del cálculo de la resistencia de un conductor:
Donde:
La resistividad ρ se expresa en Ω. m
La longitud l se expresa en m.
La sección en m2.
Ley de Ohm:
V = diferencia de potencial en voltios (v)
I = Intensidad en amperios (A)
R = resistencia en ohmios (Ω).
CONDENSADORES (I)
Función
Almacenar carga eléctrica para suministrarla en un
momento determinado.
La capacidad C de un condensador depende de la
superficie de las armaduras, de la distancia que las
separa y de la naturaleza del diélectrico.
C=є.S/d
donde:
є = constante dieléctrica
d = distancia antre armaduras
S = superfifice armaduras
C=Q/V
donde:
Q = carga eléctrica que puede
almacenar
V = diferencia de potencial
Valor
faradio (F)
Unidades
Submúltiplos:
μF = microfaradio (1.10-6 F).
n = nanofaradio(1.10-9 F).
p = picofaradio (1.10-12 F).
CONDENSADORES (II)
Conexionado
En serie con una resistencia y una fuente
de tensión contínua
Funcionamiento
Tipos de condensadores (banco de imágenes CNICE)
Condensador eléctrico (Wikipedia)
CONDENSADORES (III)
BOBINAS
Función
Valor
Almacenar energía eléctrica de forma
magnética para cederla en un momento
determinado.
La autoinducción L de una bobina depende
del número de espiras que forman el
arrollamiento (N), del flujo magnético que la
atraviesa (Φ) y de la intensidad de corriente
que la recorre (I).
L = N.Φ / I
Unidades
Funcionamiento
henrio (H)
Submúltiplos:
mH = milihenrio (1.10-3 H)
μH = microhenrio (1.10-6 H).
ASOCIACIÓN DE COMPONENTES PASIVOS
serie
paralelo
serie
paralelo
Las bobinas interaccionan entre ellas generando inducciones parásitas.
Sólo se asocian cuando interesa aprovechar este fenómeno.
COMPORTAMIENTO DE LOS COMPONENTES PASIVOS DESCRITOS
Componente
Periodo transitorio
Periodo estacionario
Resistencia
No se distinguen diferencias entre ambos periodos.
Condensador
Permite un crecimiento
progresivo de su tensión entre
bornes
Alcanza la tensión de la fuente a
la que estaba conectado
Bobina
Permite un crecimiento
progresivo de la intensidad a
través de ella.
Alcanza la intensidad máxima
permitida por la resistencia y la
fuente.
DIODOS
Función
Composición
Polarización
Actúa como un componente unidireccional, es decir,
deja pasar la corriente sólo en un sentido
Está formado por la unión de dos cristales semiconductores
uno de tipo N, llamado cátodo, y otro de tipo P, llamado
ánodo.
TRANSISTORES
Función
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que
puede funcionar, bien como interruptor, bien como amplificador
de una señal eléctrica de entrada.
Clasificación
Bipolares
Formados por la unión
de tres cristales
semiconductores.
Se clasifican en dos grandes grupos:
Bipolares: NPN y PNP
Unipolares: o de efecto campo
Modelo sencillo del funcionamiento
de un transistor
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
N
+
N
+
Concentración
de huecos
+
P
+
-
+
-
-
-
-
-
-
+
-
+
-
-
-
+ +
-
+
-
+ +
-
-
+
-
-
-
+
-
+
-
-
+
-
+
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
-
+ -
-
-
-
-
-
P
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
P
N
N
N
P
Si la zona central es muy ancha el comportamiento es el dos diodos en
serie: el funcionamiento de la primera unión no afecta al de la segunda
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
P
N
P
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
P
N
P
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
P
N
P
El terminal central (base) maneja una fracción de la corriente que circula
entre los otros dos terminales (emisor y colector): EFECTO TRANSISTOR
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
Base
Emisor
Colector
Transistor PNP
P
N
P
El terminal de base actúa como terminal de control manejando una
fracción de la corriente mucho menor a la de emisor y el colector.
El emisor tiene una concentración de impurezas muy superior a la del
colector: emisor y colector no son intercambiables
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
Transistor NPN
N
P
N
Se comporta de forma equivalente al transistor PNP, salvo que la corriente
se debe mayoritariamente al movimiento de electrones.
En un transistor NPN en conducción, la corriente por emisor, colector y
base circula en sentido opuesto a la de un PNP.
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
Transistor NPN
Base
Emisor
Colector
Transistor NPN
N
P
N
La mayor movilidad que presentan los electrones hace que las
características del transistor NPN sean mejores que las de un PNP de
forma y tamaño equivalente. Los NPN se emplean en mayor número de
aplicaciones.
Ejemplo de Transistores
TRANSISTORES (II)
Efecto campo
Están formados por un sustrato de material semiconductor
sobre el que se funden dos islas de material semiconductor de
diferente dopado.
CIRCUITOS INTEGRADOS
En un único soporte físico, generalmente
de silicio, se integran diferentes
componentes individuales, pasivos y/o
semiconductores, que constituyen en
conjunto un sistema electrónico.
Los hay de dos tipos:
De carácter general: se pueden utilizar en
multitud de aplicaciones. La denominación
de los circuitos se corresponde con un
prototipo aceptado por los fabricantes.
Específico: se encargan a medida para cada
aplicación concreta. Su denominación
responde a códigos propios del cliente que
los solicita.
Direcciones y enlaces de interés:
http://es.wikipedia.org/wiki/
http://electronred.iespana.es/electronred/diodo.htm
http://www.simbologia-electronica.com/
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/agrupacion/agrupacion.htm
http://www.monografias.com/trabajos16/componentes-electronicos/componentes-electronicos.shtml
http://www.arrakis.es/~fon/simbologia/_private/colores.htm
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_induc_elecmagnetica/ke_induc_elecmagnetica_1.htm
http://descartes.cnice.mecd.es/Documentacion_3/fisica/electromag/Induccion.htm
http://www-etsi2.ugr.es/alumnos/mlii/transistor.htm
http://perso.wanadoo.es/chyryes/componentes.htm
Electrónica Básica
Segunda parte
Conceptos básicos:
Ganancia.
Realimentación.
- El estudio de redes eléctricas basadas en circuitos electrónicos permite encontrar
relaciones entre las distintas magnitudes (tensiones, intensidades, potencias, etc.)
- Para el análisis de los componentes pasivos, ya sea de forma aislada o dentro
de un circuito. Basta aplicar las fórmulas que los relacionan.
Para el análisis de los componentes semiconductores, es necesario buscar un
-modelo que nos permita predecir el comportamiento del circuito.
-
Por este motivo, la mayoría de los circuitos se suelen representar por un cuadripolo. Es
decir, un elemento que dispone de dos conexiones de entrada y dos de salida
GANANCIA
Ganancia: relación entre la señal de entrada y la señal de salida.
Ganancia =
Señal de salida
Señal de entrada
Es una magnitud adimensional. Sin embargo, se expresa en decibelios (dB)
REALIMENTACIÓN
Para qué
Para evitar que, al disponer varios semiconductores
conectados adecuadamente, la respuesta con la
frecuencia no sea la más adecuada y el sistema se
desestabilice.
En qué consiste
En tomar un parte de la
señal de salida de un
componente e introducirla
de nuevo a su entrada.
Electrónica Básica
Tercera parte
Amplificador operacional:
Amplificador operacional.
Circuitos básicos.
- Circuito inversor.
- Circuito no inversor.
- Circuito sumador.
Temporizadores.
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Se trata de un conjunto de componentes (más de 50) conectados entre sí
(circuito integrado). El componente más importante que contiene es el transistor.
Ajuste offset
1
8
+Vcc
Entrada
inversora
2
-
Entrada no
inversora
3
+
-Vcc
Circuito inversor
4
Circuito no inversor
7
6
5
salida
Ajuste offset
Circuito sumador
Ejemplo de Amplificador Operacional
LM741
LM741
Amplificador operacional de propósito general
Conceptos básicos de AO
Encapsulado:
Inserción
SMD
El amplificador Operacional
●
Básicamente el Amp. Op. (Op. Amp.) es un dispositivo amplificador de la
diferencia de sus dos entradas, con una alta ganancia, una impedancia de
entrada muy alta y una baja impedancia de salida
Como se mencionó antes, el amplificador tiene 2 entradas: una de ellas es la
entrada inversora (-) y la otra es la entrada no inversora (+) y tiene una sola
salida. Este amplificador se alimenta usualmente por una fuente de voltaje de
doble polaridad que está en los rangos de +/- 5 voltios a +/- 15 voltios, también
se puede alimentar con una sola fuente con ayuda de un arreglo adicional. Ver
las siguientes figuras:
●
Fuente de doble polaridad
Fuente de doble polaridad desde
una sola fuente
En la segunda figura las resistencias Ra y Rb deben ser exactamente iguales,
para que V+ y V- tengan el mismo valor absoluto
●
- El Amplificador Operacional utilizado como inversor
●
¿Por qué el nombre de inversor? La razón es muy simple: la señal de salida
es igual en forma (no necesariamente en magnitud) a la señal de entrada,
pero invertida, ver los dos gráficos siguientes. (cuando la señal de entrada se
mueve en un sentido, la de salida se mueve en sentido opuesto).
●
entrada
salida invertida
El amplificador se conecta como se muestra en la siguiente figura, donde
tenemos una resistencia R1, conectada entre la entrada de la señal y la
entrada inversora (-) del amplificador y una resistencia R2 conectada entre la
salida del amplificador y la entrada no inversora (-). La entrada no inversora (+)
●
se conecta a tierra en el caso de que el circuito amplificador esté alimentado con una
fuente de doble polaridad o a la tierra virtual en el caso de que esté alimentado con una
fuente de una sola polaridad.
La ganancia del amplificador o lo que es lo mismo la relación de magnitudes entre la
señal de salida y la de entrada, depende de los valores de las resistencias R1 y R2 y
está dada por la fórmula: Av = - R2 / R1 (El signo negativo indica que la señal de
salida es la invertida de la señal de entrada)
Por ejemplo si R1 = 1 K y R2 = 10 K, la ganancia del amplificador será:
Av = 10 K / 1 K = 10
y la señal de salida será de – 10 Voltios (el signo negativo se pone porque la salida es
invertida), entregando la misma corriente a la salida, a través de la resistencia R2.
I
El Amplificador Operacional utilizado como No
inversor
A este tipo de amplificador la señal le entra directamente a la entrada no
inversora (+) y la resistencia de entrada R1 se pone a tierra. En este caso la
impedancia de entrada es mucho mayor que en el caso del amplificador
inversor.
Aquí, si la señal de entrada se mueve en un sentido, la señal de salida se
mueve en el mismo sentido o sea la señal de salida sigue a la de entrada (están
en fase). Ver los gráficos siguientes.
entrada
Av = 1 + R2 / R1
salida
Seguidor de voltaje
entrada
Av = 1 ; es decir
salida
Vin = Vout
TEMPORIZADORES
Es un dispositivo que permite retardar o activar una señal al cabo de un tiempo
determinado.
Los hay de dos tipos: mecánicos y eléctricos.