electronica simple
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Algunas cosas sobre electronicaTRANSCRIPT
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Prologo.
De acuerdo a los estudios programados nuestro tema dio énfasis a la
problemática de servicios de luz eléctrica ya que a veces se presenta en lugares
inesperados apagones, esto se realizo gracias a que nos vimos involucrados a
buscar más acerca de este problema que afecta en la vida cotidiana de las
personas. El objetivo de este trabajo es mejorar una luz de emergencia hechas
con menos materiales para que tenga el mismo funcionamiento; la importancia del
estudio es necesaria ya que por medio de la información recabada e investigada
nos ayudara a mejorar este sistema eléctrico además poder ayudar a las
personas ante cualquier apagón imprevisto.
Está integrado este trabajo con 3 capítulos a lo largo de todo esto nos dieron un
entendimiento mejor en que nos basamos y así dar un enfoque preciso sobre la
información que retomamos para realizarlo aunque todo es teoría, el
procedimiento metodológico se llevo a la guía llamada El Diseño de la
Investigación Social de los autores Francisco GómezJara/Nicolás Pérez que sin
duda fue la base y fundamento en todo lo necesario para llevar a cabo la solución
de esta problemática, en cuanto a las limitación está considerado el tiempo
previsto y así en lo económico para poder realizarlo, también se conto el
honorario de un Ingeniero Eléctrico, y por último se utilizo transporte público. Las
definiciones que se utilizan son de manera sencilla y coherente para el lector así
tendrá un mejor entendimiento de cómo se ha realizo y los materiales en que nos
basamos.
Finalmente, pretendemos dar a conocer nuestro prototipo y así usar menos
componentes para que funcione adecuadamente y tener un Mecanismo de
Iluminación de Emergencia, con esto tendrán una solución ya que la demanda de
alumbrado con el tiempo tendera a mas. Nuestros agradecimientos van dirigidos a
las personas que quieran saber más de este tema y se sientan plagiadas a leer
este recopilación, de antemano se le agradece a la materia FUNDAMENTOS DE
LA INVESTIGACION por esclarecer dudad y ayudarnos con el entendimiento del
libro, que nos enseño lo referente para esta investigación.
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INTRODUCCIÓN.
En la actualidad se siguen presentando los apagones parciales en diferentes
lugares o establecimientos lo cual nos llevo a la problemática, desde hace varios
años se viene creando dispositivos de alumbrado de emergencia que han sido
útiles de cualquier modo; estos nos sirven para poder realizar nuestras
actividades o tener un andar seguro en algún establecimiento que tengan
este sistema. Nosotros nos vimos obligados a mejor este dispositivo ya que el
cual se pueden poner sustituir los componentes que al igual se hará más
económico pero cumple su misma función.
Puedo recalcar que nuestra población tiene como fuente principal la energía
eléctrica y así como primer uso el alumbrado para realizar sus actividades, los
encargados del servicio eléctrico pueden dar infinidades de cosas porque se fue
la luz parcialmente hay empresas que fabrican luces de emergencia y hay
personas que no les alcanzan o por diferentes razones. Esta preocupación es
válida para las carreras de ingeniería con el uso de Electricidad en nivel mundial;
el avance constante de la tecnología también va de ante mano con la electricidad,
todo tipo ingeniería parte de la teoría para llegar a la práctica y eso es donde
parte este trabajo.
No cabe duda de que el lector requerirá profundizar esas áreas que tiene duda,
los temas presentados son las bases que tomamos para realiza el proyecto
nombrado, hay citas de libros, fuentes bibliográficas que le ayudaran en su duda y
podrá tener un mejor entendimiento al igual que el juicio de los demás.
Los mecanismos de iluminación de emergencia nos entrega información acerca
de los elementos y componentes que tomamos en cuenta para concluir como son:
el silicio, semiconductores, resistencias y sus tipos, condensadores y sus tipos,
transistores y sus tipos, el temporizador NE555 en sus diferentes acciones, los
capacitores y sus tipos, entre otros.
Será interesante que los lectores quieran hacer este tipo de prototipos
sustituyendo otros componentes y así tener el mismo funcionamiento.
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INDICE.
Contenido INTRODUCCIÓN. ............................................................................................................................ 2
INDICE. ............................................................................................................................................. 3
CAPITULO 1 ........................................................................................................................................ 6
LA ELECTRONICA. ............................................................................................................................... 7
¿QUE ES UN SEMICONDUCTOR? ......................................................................................... 20
SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS.................................................................................................. 25
EL PRIMER DISPOSITIVO ELECTRÓNICO: EL DIODO.......................................................................... 27
POLARIZACIÓN ELÉCTRICA ............................................................................................................... 29
ELEMENTOS NO LINEALES. ............................................................................................................... 30
RESISTENCIA VARIABLE .................................................................................................................... 30
Resistencias Dependientes (luz, temperatura, tensión) .................................................. 31
RESISTENCIAS DEPENDIENTES ...................................................................................................... 31
EL CONDENSADOR. ............................................................................................................... 32
TIPOS DE CONDENSADORES. ................................................................................................ 35
BOBINAS ........................................................................................................................................... 40
CARACTERISTICAS ................................................................................................................ 41
TIPOS DE BOBINAS ................................................................................................................ 42
1. FIJAS ...................................................................................................................................... 42
2. VARIABLES ........................................................................................................................... 43
ALGUNOS CIRCUITOS ....................................................................................................................... 43
TRANSISTORES.................................................................................................................................. 44
El Transistor Bipolar o BJT ................................................................................................................ 45
Regiones operativas del transistor ......................................................................................... 46
Aplicaciones de los Transistores............................................................................................. 47
FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR. ......................................................................................... 48
TAMBIÉN PODEMOS MEDIR TENSIONES, VOLTAJES EN EL TRANSISTOR. ......... 56
PROBLEMA CON TRANSISTORES ..................................................................................... 56
TRANSISTOR DE CONTACTO PUNTUAL .......................................................................... 57
Transistor de unión bipolar................................................................................................... 57
TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO ............................................................................................ 58
TRANSISTOR PNP. ......................................................................................................................... 59
4
Descripción .................................................................................................................................... 59
Materiales ....................................................................................................................................... 59
Acción ............................................................................................................................................ 59
Usos .............................................................................................................................................. 60
CIRCUITOS INTEGRADOS: AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y
TEMPORIZADORES .................................................................................................................... 60
Amplificadores Operacionales ......................................................................................................... 60
Graficas de un transistor. ................................................................................................................. 61
CIRCUITOS INTEGRADOS: AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y
TEMPORIZADORES .................................................................................................................... 62
Amplificadores Operacionales ................................................................................................. 62
Esquema eléctrico del amplificador operacional .................................................................. 62
Temporizador NE555 ................................................................................................................ 63
Funcionamiento del NE555 como retardador de la desconexión
(monoestable) ............................................................................................................................ 64
Funcionamiento del NE55 como astable (automático) ........................................................ 64
Funcionamiento del NE555 como astable simétrico (automático) .................................... 65
CAPITULO 2 .................................................................................................................................. 66
CAPACITORES ............................................................................................................................. 67
CAPACITORES CERÁMICOS .................................................................................................... 68
CAPACITORES DE PLÁSTICO .................................................................................................. 69
CAPACITORES DE MICA ........................................................................................................... 70
CAPACITORES DE DOBLE CAPA ELÉCTRICA .................................................................... 71
RESISTENCIAS DE HILO BOBINADO ..................................................................................... 78
RESISTENCIAS DE CARBÓN PRENSADO ............................................................................ 79
RESISTENCIAS DE PELÍCULA DE CARBÓN ......................................................................... 79
RESISTENCIAS DE PELÍCULA DE ÓXIDO METÁLICO ....................................................... 80
RESISTENCIAS DE PELÍCULA METÁLICA ............................................................................ 81
RESISTENCIAS DE METAL VIDRIADO ................................................................................... 81
TIPOS DE DIODOS. ............................................................................................................................ 82
DIODO DETECTOR O DE BAJA SEÑAL ................................................................................. 82
DIODO RECTIFICADOR .............................................................................................................. 82
DIODO ZÉNER .............................................................................................................................. 83
DIODO VARACTOR ............................................................................................................................ 83
DIODO EMISOR DE LUZ (LED’s) ........................................................................................................ 84
5
DIODO LÁSER .................................................................................................................................... 85
DIODO ESTABILIZADOR .................................................................................................................... 85
DIODO TÚNEL ................................................................................................................................... 85
DIODO PIN ........................................................................................................................................ 86
DIODO BACKWARD .......................................................................................................................... 86
DIODO SCHOTTKY ............................................................................................................................. 87
FOTODIODOS .................................................................................................................................... 87
CAPITULO 3 ...................................................................................................................................... 89
DE REEMPLAZO ................................................................................................................................ 91
DE EMERGENCIA .............................................................................................................................. 91
DE EVACUACIÓN ............................................................................................................................... 91
TRAZADO DEL ALUMBRADO ............................................................................................................ 91
CONCLUSIÓN ............................................................................................................................... 92
APENDICE 1 .................................................................................................................................. 95
APENDICE 2 .................................................................................................................................. 96
APENDICE 3 .................................................................................................................................. 97
MEMORIA METODOLOGICA ..................................................................................................... 98
FUENTES BIBLIOGRAFICAS ..................................................................................................... 99
6
CAPITULO 1
LA
ELECTRONICA:
ELEMENTOS
SIMPLES.
7
LA ELECTRONICA. INTRODUCCIÓN. MATERIALES CONDUCTORES
Todos los cuerpos o elementos químicos existentes en la naturaleza poseen características diferentes, agrupadas todas en la denominada “Tabla de Elementos Químicos”. Desde el punto de vista eléctrico, todos los cuerpos simples o compuestos formados por esos elementos se pueden dividir en tres amplias categorías:
Conductores Aislantes Semiconductores
Imagen 1.
Fuente:http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.
htm
Los materiales conductores ofrecen una baja resistencia al paso de la corriente
eléctrica. Los semiconductores se encuentran a medio camino entre los
conductores y los aislantes, pues en unos casos permiten la circulación de la
corriente eléctrica y en otros no. Finalmente los cuerpos aislantes ofrecen una alta
resistencia al paso de la corriente eléctrica. En la foto superior se muestran
algunos de esos materiales: A) Conductor de alambre de cobre. B) Diodos
y C) transistor (dispositivos semiconductores en ambos casos). D) Aislantes de
porcelana instalados en un transformador distribuidor de energía eléctrica de bajo
voltaje y E) Aislantes de vidrio soportando cables a la intemperie montados en un
poste para distribución de energía eléctrica de media tensión. Los aislantes, al
contrario de los conductores, constituyen materiales o cuerpos que ofrecen una
alta resistencia al paso de la corriente eléctrica.
MATERIALES CONDUCTORES
En la categoría “conductores” se encuentran agrupados todos los metales que en
mayor o menor medida conducen o permiten el paso de la corriente eléctrica por
sus cuerpos. Entre los mejores conductores por orden de importancia para uso en
la distribución de la energía eléctrica de alta, media y baja tensión, así como para
la fabricación de componentes de todo tipo como dispositivos y equipos eléctricos
y electrónicos, se encuentran el cobre (Cu), aluminio (Al), plata (Ag), mercurio
(Hg) y oro (Au)
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Los conductores de cobre son los materiales más utilizados en los circuitos eléctricos por la baja resistencia que presentan al paso de la corriente.
Imagen 2
Fuente:
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.htm
En general el núcleo de los átomos de cualquier elemento que forman todos los cuerpos sólidos, líquidos y gaseosos que conocemos se encuentran rodeados por una nube de electrones que giran su alrededor, distribuidos en una o en varias órbitas, capas o niveles de energía. Al átomo de cada elemento contemplado en la “Tabla de Elementos Químicos” le corresponde un número atómico que sirve para diferenciar las propiedades de cada uno de ellos. Ese número coincide también con la cantidad total de electrones que giran alrededor del núcleo de cada átomo en particular. No obstante, independientemente de la cantidad total de electrones que le corresponda a cada elemento, en la última capa u órbita sólo pueden girar de uno a ocho electrones como máximo.
Imagen 3
Fuente:
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_
semiconductor/ke_semiconductor_1
.htm
Diferentes formas de representar de forma gráfica un mismo átomo, en este caso de cobre (Cu): A) Normal, en.la que aparecen todos los electrones girando alrededor del núcleo de ese elemento en sus respectivas órbitas. B) Representación plana en la que se pueden observar, de. forma parcial, las cuatro órbitas o niveles de energía que le corresponden a ese átomo con la distribución numérica de todos los electrones que posee en cada una de ellas. (29 en total).
C) La misma representación plana, pero más simplificada, en la que se muestra
solamente la última órbita o banda de valencia, identificada con. él número “1”, o
sea, el único electrón que posee en esa posición. D) El mismo átomo mostrado
ahora en representación plana, con la última órbita y el único electrón que gira en
la misma.
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Banda de valencia
Como ya conocemos, todos átomos que integran cualquier cuerpo material
poseen órbitas o capas, denominadas también niveles de energía, donde giran
electrones alrededor de sus núcleos. La última de esas capas se denomina
“banda de valencia” y es donde giran los electrones que en unos casos el átomo
puede ser ceder, como ocurre con los metales y en otros casos puede atraer o
captar de la banda de valencia de otros átomos cercanos. La banda de valencia
es el nivel de energía que determina que un cuerpo se comporte como conductor,
aislante o semiconductor.
En el caso de los metales en la última órbita o “banda de valencia” de sus átomos
sólo giran entre uno y tres electrones como máximo, por lo que su tendencia es
cederlos cuando los excitamos empleando métodos físicos o químicos. Las
respectivas valencias de trabajo (o números de valencia) de los metales son las
siguientes: +1, +2 y +3.
Esos números con signo positivo (+) delante, corresponden a la cantidad de
electrones que pueden ceder los átomos de los metales, de acuerdo con la
cantidad que contiene cada uno en la última órbita.
En general la mayoría de los elementos metálicos poseen conductividad eléctrica,
es decir, se comportan como conductores de la electricidad en mayor o menor
medida. Los que poseen un solo electrón (a los que les corresponde el número de
valencia +1, como el cobre), son los que conducen la corriente eléctrica con mayor
facilidad.
Imagen 4
Fuente:
http://www.asifunciona.com
/fisica/ke_ semiconductor/
ke_semiconductor_1.htm
En los conductores eléctricos las bandas de
energía, formadas por la banda de
conducción y la banda de valencia del
elemento metálico, se superponen facilitando
que los electrones puedan saltar desde la
última órbita de un átomo a la de otro de los
que integran también las moléculas del
propio metal. Es por eso que cuando se
aplica corriente eléctrica a un circuito
formado por conductores de cobre, por
ejemplo, los electrones fluyen con facilidad
por todo el cuerpo metálico del alambre que
integra el cable.
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Normalmente las bandas de energías se componen de: 1) una banda de
valencia. 2) una banda de conducción y, 3) otra banda interpuesta entre las dos
anteriores denominada “banda prohibida”. La función de esta última es impedir o
dificultar que los electrones salten desde la banda de valencia hasta la banda de
conducción. En el caso de los metales la banda prohíbida no existe, por lo que los
electrones en ese caso necesitan poca energía para saltar de una banda a la otra.
Debido a que en los metales conductores de corriente eléctrica la banda de
valencia o última órbita del átomo pose entre uno y tres electrones solamente (de
acuerdo con el tipo de metal de que se trate), existe una gran cantidad de estados
energéticos “vacíos” que permiten excitar los electrones, bien sea por medio de
una reacción química, o una reacción física como la aplicación de calor o la
aplicación de una diferencia de potencial (corriente eléctrica) que ponga en
movimiento el flujo electrónico.
En general los metales mejores conductores de electricidad como el cobre, la
plata y el oro poseen una alta densidad de electrones portadores de carga en la
banda de valencia, así como una alta ocupación de niveles de energía en la banda
de conducción. Hay que destacar que aunque la plata y el oro son mucho mejores
conductores de la corriente eléctrica que el cobre, la mayoría de los cables se
fabrican con este último metal o con aluminio en menor proporción, por ser ambos
metales buenos conductores de la corriente eléctrica, pero mucho más baratos de
producir y comercializar que la plata y el oro.
MATERIALES AISLANTES O DIELÉCTRICOS
A diferencia de los cuerpos metálicos buenos conductores de la corriente eléctrica, existen otros como el aire, la porcelana, el cristal, la mica, la ebonita, las resinas sintéticas, los plásticos, etc., que ofrecen una alta resistencia a su paso. Esos materiales se conocen como aislantes o dieléctricos.
Imagen 5 Imagen 6
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Fuente:
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.htm
Los cuerpos aislantes ofrecen una alta resistencia al paso de la corriente eléctrica. En la foto izquierda.se pueden observar diferentes materiales aislantes de plástico utilizados comúnmente en las cajas de.conexión y en otros elementos propios de las instalaciones eléctricas domésticas de baja tensión, así.como el PVC (PolyVinyl Chloride – Policloruro de Vinilo) empleado como revestimiento en los cables.conductores. En la foto de la derecha aparece, señalado con una flecha roja, un aislante de vidrio.utilizado en las torres externas de distribución eléctrica de alta tensión.
Al contrario de lo que ocurre con los átomos de los metales, que ceden sus electrones con facilidad y conducen bien la corriente eléctrica, los de los elementos aislantes poseen entre cinco y siete electrones fuertemente ligados a su última órbita, lo que les impide cederlos. Esa característica los convierte en malos conductores de la electricidad, o no la conducen en absoluto.
Imagen 7 Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/
ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.htm
En los materiales aislantes, la banda de conducción se encuentra prácticamente vacía de portadores de cargas eléctricas o electrones, mientras que la banda de valencia está completamente llena de estos. Como ya conocemos, en medio de esas dos bandas se encuentra la “banda prohibida”, cuya misión es impedir que los electrones de valencia, situados en la última órbita del átomo, se exciten y salten a la banda de conducción.
La energía propia de los electrones de valencia equivale a unos 0,03 eV (electronvolt) aproximadamente, cifra muy por debajo de los 6 a 10 eV de energía de salto de banda (Eg) que requerirían poseer los electrones para atravesar el ancho de la banda prohibida en los materiales aislantes.
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MATERIALES SEMICONDUCTORES
Los primeros semiconductores utilizados para fines técnicos fueron pequeños detectores diodos empleados a principios del siglo 20 en los primitivos radiorreceptores, que se conocían como “de galena”. Ese nombre lo tomó el radiorreceptor de la pequeña piedra de galena o sulfuro de plomo (PbS) que hacía la función de diodo y que tenían instalado para sintonizar las emisoras de radio. La sintonización se obtenía moviendo una aguja que tenía dispuesta sobre la superficie de la piedra. Aunque con la galena era posible seleccionar y escuchar estaciones de radio con poca calidad auditiva, en realidad nadie conocía que misterio encerraba esa piedra para que pudiera captarlas.
En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su conductividad eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de luz. Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o solares. Posteriormente, en 1947 William Shockley, investigador también de los Laboratorios Bell, Walter Brattain y John Barden, desarrollaron el primer dispositivo semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y que se convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna.
Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), por ejemplo, constituyen elementos que poseen características intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni la otra. Sin embargo, bajo determinadas condiciones esos mismos elementos permiten la circulación de la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario. Esa propiedad se utiliza para rectificar corriente alterna, detectar señales de radio, amplificar señales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas utilizadas en electrónica digital, etc.
Fuente: http://www.asifunciona.com
/fisica/ke_semiconductor/
ke_semiconductor_1.htm
Imagen 8
Lugar que ocupan en la Tabla Periódica los trece elementos con características de semiconductores, identificados con su correspondiente número atómico y grupo al que pertenecen.
Los que aparecen con fondo gris corresponden a “metales”, los de fondo verde a “metaloides” y los de fondo azul a “no metales”.
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TABLA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES
Tabla 1
Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.htm
Número Atómico
Nombre del Elemento
Grupo en la Tabla Periódica
Categoría Electrones en la última órbita
Números de valencia
48 Cd (Cadmio) IIa Metal 2 e- +2
5 B (Boro)
IIIa
Metaloide 3 e- +3
13 Al (Aluminio)
Metal
31 Ga (Galio)
49 In (Indio)
14 Si (Silicio) IVa Metaloide
4 e- +4
32 Ge (Germanio)
15 P (Fósforo)
Va
No metal 5 e- +3, -3, +5
33 As (Arsénico) Metaloide
51 Sb (Antimonio)
16 S (Azufre)
VIa No metal
6 e- +2, -2 +4, +6
34 Se (Selenio)
52 Te (Telurio) Metaloide
Esos elementos semiconductores que aparecen dispuestos en la Tabla Periódica constituyen la materia prima principal, en especial el silicio (Si), para fabricar diodos detectores y rectificadores de corriente, transistores, circuitos integrados y microprocesadores. Los átomos de los elementos semiconductores pueden poseer dos, tres, cuatro o cinco electrones en su última órbita, de acuerdo con el elemento específico al que pertenecen. No obstante, los elementos más utilizados por la industria electrónica, como el silicio (Si) y el germanio (Ge), poseen solamente cuatro electrones en su última órbita. En este caso, el equilibrio eléctrico que proporciona la estructura molecular cristalina característica de esos átomos en estado puro no les permite ceder, ni captar electrones. Normalmente los átomos de los elementos semiconductores se unen formando enlaces covalentes y no permiten que la corriente eléctrica fluya a través de sus cuerpos cuando se les aplica una diferencia de potencial o corriente eléctrica. En esas condiciones, al no presentar conductividad eléctrica alguna, se comportan de forma similar a un material aislante.
La mayor o menor conductividad eléctrica que pueden presentar los materiales semiconductores depende en gran medida de su temperatura interna. En el caso de los metales, a medida que la temperatura aumenta, la resistencia al paso de la corriente también aumenta, disminuyendo la conductividad. Todo lo contrario
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ocurre con los elementos semiconductores, pues mientras su temperatura aumenta, la conductividad también aumenta.
En resumen, la conductividad de un elemento semiconductor se puede variar aplicando uno de los siguientes métodos:
Elevación de su temperatura Introducción de impurezas (dopaje) dentro de su estructura cristalina Incrementando la iluminación.
Con relación a este último punto, algunos tipos de semiconductores, como las
resistencias dependientes de la luz (LDR – Light-dependant resistors), varían su
conductividad de acuerdo con la cantidad de luz que reciben.
Imagen 9
Resistencia dependiente de la luz (LDR), conocida también como fotoresistor o célula fotoeléctrica. Posee la característica de disminuir el valor de su resistencia interna cuando la intensidad de luz que incide sobre la superficie de la celda aumenta. Como material o elemento semiconductor utiliza el sulfuro de cadmio (CdS) y su principal aplicación es en el encendido y apagado automático del alumbrado público en las calles de las ciudades, cuando disminuye la luz solar.
En dependencia de cómo varíen los factores de los puntos más arriba expuestos, los materiales semiconductores se comportarán como conductores o como aislantes.
La conductividad eléctrica de los cuerpos materiales (σ) constituye la capacidad que tienen de conducir la corriente eléctrica. La fórmula matemática para hallar la
conductividad es la siguiente: Como se puede apreciar en esta fórmula, la conductividad (σ) se obtiene hallando primeramente el resultado de la recíproca de la resistencia (o sea, 1/R) multiplicándolo a continuación por el resultado que se obtiene de dividir la longitud del material (L) entre su área (A). En esa fórmula se puede observar también que la resistencia (R) es inversamente proporcional a (σ), por lo que, a menor resistencia en ohm de un cuerpo, la conductividad resultante será mayor.
SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
Los materiales semiconductores, según su pureza, se clasifican de la siguiente forma:
1. Intrínsecos 2. Extrínsecos
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Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado
puro, o sea, que no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de
su estructura. En ese caso, la cantidad de huecos que dejan los electrones en la
banda de valencia al atravesar la banda prohibida será igual a la cantidad de
electrones libres que se encuentran presentes en la banda de conducción.
Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un elemento semiconductor
intrínseco, algunos de los enlaces covalentes se rompen y varios electrones
pertenecientes a la banda de valencia se liberan de la atracción que ejerce el
núcleo del átomo sobre los mismos. Esos electrones libres saltan a la banda de
conducción y allí funcionan como “electrones de conducción”, pudiéndose
desplazar libremente de un átomo a otro dentro de la propia estructura cristalina,
siempre que el elemento semiconductor se estimule con el paso de una corriente
eléctrica.
Imagen 10
Fuente:
http://www.asifunciona.com
/fisica/ke_semiconductor/
ke_semiconductor_1.htm
Como se puede observar en la ilustración, en el caso de los semiconductores el espacio correspondiente a la banda prohibida es mucho más estrecho en comparación con los materiales aislantes. La energía de salto de banda (Eg) requerida por los electrones para saltar de la banda de valencia a la de conducción es de 1 eV aproximadamente. En los semiconductores de silicio (Si), la energía de salto de banda requerida por los electrones es de 1,21 eV, mientras que en los de germanio (Ge) es de 0,785 eV.
Estructura cristalina de un semiconductor intrínseco, compuesta solamente por átomos de silicio (Si) que forman una celosía. Como se puede observar en la ilustración, los átomos de silicio (que sólo poseen cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia), se unen formando enlaces covalente para completar ocho electrones y crear así un cuerpo sólido semiconductor. En esas condiciones el cristal de silicio se comportará igual que si fuera un cuerpo aislante.
Fuente:
http://www.asifunciona.com
/fisica/ke_semiconductor/
ke_semiconductor_1.htm
Imagen 11
SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS
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Cuando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le
introduce cierta alteración, esos elementos semiconductores permiten el paso de
la corriente eléctrica por su cuerpo en una sola dirección. Para hacer posible, la
estructura molecular del semiconductor se dopa mezclando los átomos de silicio o
de germanio con pequeñas cantidades de átomos de otros elementos o
"impurezas".
Generalmente los átomos de las “impurezas” corresponden también a elementos
semiconductores que, en lugar de cuatro, poseen tres electrones en su última
órbita [como el galio (Ga) o el indio (In)], o que poseen cinco electrones también
en su última órbita [como el antimonio (Sb) o el arsénico (As)]. Una vez dopados,
el silicio o el germanio se convierten en semiconductores “extrínsecos” y serán
capaces de conducir la corriente eléctrica.
En la actualidad el elemento más utilizado para fabricar semiconductores para el
uso de la industria electrónica es el cristal de silicio (Si) por ser un componente
relativamente barato de obtener. La materia prima empleada para fabricar
cristales semiconductores de silicio es la arena, uno de los materiales más
abundantes en la naturaleza. En su forma industrial primaria el cristal de silicio
tiene la forma de una oblea de muy poco grosor (entre 0,20 y 0,25 mm
aproximadamente), pulida como un espejo.
Imagen 12
Imagen 13
Fuente:
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.htm
A la izquierda se muestra la ilustración de una oblea (wafer) o cristal semiconductor de silicio pulida con brillo de espejo, destinada a la fabricación de transistores y circuitos integrados. A la derecha aparece la cuarta parte de la oblea conteniendo cientos de minúsculos dados o “chips”, que se pueden obtener de cada una. Esos chips son los que después de pasar por un proceso tecnológico apropiado se convertirán en transistores o circuitos integrados. Una vez que los chips se han convertido en transistores o circuitos integrados serán desprendidos de la oblea y colocados dentro.de una cápsula protectora con sus correspondientes conectores externos.
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El segundo elemento también utilizado como semiconductor, pero en menor proporción que el silicio, es el cristal de germanio (Ge).
Imagen 14 Fuente :
http://www.asifunciona.com
/fisica/ke_semiconductor
/ke_semiconductor_1.htm
Durante mucho tiempo se empleó también el selenio (S) para fabricar diodos semiconductores en forma de placas rectangulares, que combinadas y montadas en una especie de eje se empleaban para rectificar la corriente alterna y convertirla en directa. Hoy en día, además del silicio y el germanio, se emplean también combinaciones de otros elementos semiconductores presentes en la Tabla Periódica.
Placa individual de 2 x 2 cm de área, correspondiente a un antiguo diodo de selenio.
Entre esas combinaciones se encuentra la formada por el galio (Ga) y el arsénico (As) utilizada para obtener arseniuro de galio (GaAs), material destinado a la fabricación de diodos láser empleados como dispositivos de lectura en CDs de audio.
Lente (señalada con la flecha) detrás de la cual se encuentra instalado un diodo láser de arseniuro de galio (GaAs) empleado para leer datos de texto, presentaciones multimedia o música grabada en un CD. En esta ilustración él. CD se ha sustituido por un disco similar transparente de plástico común.
Imagen 15 Fuente :
http://www.asifunciona.com
/fisica/ke_semiconductor
/ke_semiconductor_1.htm
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En el caso del silicio (Si) y el germanio (Ge) cuando se encuentran en estado puro, es decir, como elementos intrínsecos, los electrones de su última órbita tienden a unirse formando "enlaces covalentes", para adoptar una estructura cristalina. Los átomos de cualquier elemento, independientemente de la cantidad de electrones que contengan en su última órbita, tratan siempre de completarla con un máximo de ocho, ya sea donándolos o aceptándolos, según el número de valencia que le corresponda a cada átomo en específico.
Con respecto a los elementos semiconductores, que poseen sólo cuatro electrones en su última órbita, sus átomos tienden a agruparse formando enlaces covalentes, compartiendo entre sí los cuatro electrones que cada uno posee, según la tendencia de completar ocho en su órbita externa. Al agruparse de esa forma para crear un cuerpo sólido, los átomos del elemento semiconductor adquieren una estructura cristalina, semejante a una celosía. En su estado puro, como ya se mencionó anteriormente, esa estructura no conduce la electricidad, por lo que esos cuerpos semiconductores se comportan como aislantes.
CONVERSIÓN DEL SILICIO EN SEMICONDUCTOR "TIPO-N" O EN "TIPO-P"
Tanto los cristales de silicio (Si) como los de germanio (Ge) en estado puro se
pueden convertir en dispositivos semiconductores, capaces de conducir la
corriente eléctrica si para ello alteramos su estructura molecular cristalina
introduciendo ciertas cantidades de "impurezas".
Para realizar ese cambio será necesario introducir átomos de otros elementos
semiconductores apropiados que posean tres electrones en su banda de valencia
o última órbita (átomos trivalentes) o también cinco electrones en esa propia
órbita (átomos pentavalentes). A tales efectos se consideran impurezas los
siguientes elementos con átomos trivalentes: aluminio (Al), galio (Ga) e indio (In).
También se consideran impurezas los átomos pentavalentes de arsénico (As),
fósforo (P) o de antimonio (Sb).
Cuando añadimos a la estructura cristalina del silicio o del germanio una pequeña
cantidad de átomos de un elemento pentavalente en función de “impurezas”,
estos átomos adicionales reciben el nombre de "donantes", porque cada uno dona
o cede uno de sus cinco electrones a la estructura cristalina del semiconductor.
Si, por el contrario, los átomos que se añaden como impurezas son trivalentes, se
denominan entonces "aceptantes”, porque cada uno tendrá que captar o aceptar
un electrón procedente de la propia estructura cristalina del silicio o del germanio.
La conductividad que presente finalmente un semiconductor “dopado” dependerá
de la cantidad de impurezas que contenga en su estructura cristalina.
Generalmente para una proporción de un átomo de impureza que se añade por
cada 100 millones de átomos del elemento semiconductor, la conductividad
aumenta en 16 veces.
19
SEMICONDUCTOR DE SILICIO "TIPO-N"
Como ya conocemos, ni los átomos de silicio, ni los de germanio en su forma
cristalina ceden ni aceptan electrones en su última órbita; por tanto, no permiten la
circulación de la corriente eléctrica, por tanto, se comportan como materiales
aislantes.
Pero si la estructura cristalina de uno de esos elementos semiconductores la
dopamos añadiéndole una pequeña cantidad de impurezas provenientes de
átomos de un metaloide como, por ejemplo, antimonio (Sb) (elemento
perteneciente los elementos semiconductores del Grupo Va de la Tabla Periódica,
con cinco electrones en su última órbita o banda de valencia), estos átomos se
integrarán a la estructura del silicio y compartirán cuatro de sus cinco electrones
con otros cuatro pertenecientes a los átomos de silicio o de germanio, mientras
que el quinto electrón restante del antimonio, al quedar liberado, se podrá mover
libremente dentro de toda la estructura cristalina. De esa forma se crea un
semiconductor extrínseco tipo-N, o negativo, debido al exceso de electrones libres
existentes dentro de la estructura cristalina del material semiconductor.
Estructura cristalina compuesta por átomos de silicio (Si) formando una celosía. Como se puede observar, esta estructura se ha dopado añadiendo átomos de antimonio (Sb) para crear un material semiconductor “extrínseco”. Los átomos de silicio (con cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia) se unen formando enlaces covalentes con los átomos de antimonio (con cinco en su última órbita banda de valencia). En esa unión quedará un electrón libre dentro de la estructura cristalina del silicio por cada átomo de antimonio que se haya añadido. De esa forma el cristal.de silicio se convierte en material semiconductor tipo-N (negativo) debido al exceso electrones libres con cargas negativas presentes en esa estructura.
Imagen 16 Fuente :
http://www.asifunciona.com/fisica/
ke_semiconductor/
ke_semiconductor_1.htm
Si a un semiconductor tipo-N le aplicamos una diferencia de potencial o corriente
eléctrica en sus extremos, los electrones libres portadores de cargas negativas
contenidos en la sustancia impura aumentan. Bajo esas condiciones es posible
establecer un flujo de corriente electrónica a través de la estructura cristalina del
semiconductor si le aplicamos una diferencia de potencia o corriente eléctrica.
No obstante, la posibilidad de que al aplicárseles una corriente eléctrica los
20
electrones se puedan mover libremente a través de la estructura atómica de un
elemento semiconductor es mucho más limitada que cuando la corriente fluye por
un cuerpo metálico buen conductor.
SEMICONDUCTOR DE SILICIO "TIPO-P"
Si en lugar de introducir átomos pentavalentes al cristal de silicio o de germanio lo dopamos añadiéndoles átomos o impurezas trivalentes como de galio (Ga) (elemento perteneciente al Grupo IIIa de la Tabla Periódica con tres electrones en su última órbita o banda de valencia), al unirse esa impureza en enlace covalente con los átomos de silicio quedará un hueco o agujero, debido a que faltará un electrón en cada uno de sus átomos para completar los ocho en su última órbita. En este caso, el átomo de galio tendrá que captar los electrones faltantes, que normalmente los aportarán los átomos de silicio, como una forma de compensar las cargas eléctricas. De esa forma el material adquiere propiedades conductoras y se convierte en un semiconductor extrínseco dopado tipo-P (positivo), o aceptante, debido al exceso de cargas positivas que provoca la falta de electrones en los huecos o agujeros que quedan en su estructura cristalina.
¿QUE ES UN SEMICONDUCTOR?
Como la misma palabra indica, no son buenos conductores, pero tampoco son
aislantes. Podemos definir los semiconductores como aquellos materiales que se
comportan como conductores, solo en determinadas condiciones. Por eso se dice
que están en un punto intermedio entre los conductores y los aislantes.
Por ejemplo, hay materiales que a partir de una cierta temperatura son
conductores, pero por debajo, son aislantes.
En electrónica son muy importantes los semiconductores, ya que muchos
componentes se fabrican con ellos.
Cuando acabes de ver el tema, te recomendamos que hagas los ejercicios sobre
semiconductores de la parte de abajo para repasar y ver lo que has aprendido.
Teoría de los Semiconductores
Para entender los principios físicos de los semiconductores tenemos que conocer
como están formados los átomos de los elementos.
En el núcleo del átomo se encuentran protones, con carga positiva y los
neutrones, solo con masa, no tienen carga eléctrica. Fuera del núcleo y girando
alrededor de él, en las llamadas órbitas, se encuentran los electrones, con la
misma carga que los protones pero negativa.
21
Imagen 17
Fuente:
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.htm
Cualquier átomo tiene el mismo número de protones en su núcleo que electrones
girando en órbitas alrededor del núcleo. La carga positiva de los protones se
anula con la negativa de los electrones, por eso el átomo, en su estado normal,
tiene carga eléctrica nula.
Pero no todos los átomos son iguales. Cada elemento de la tabla periódica tiene
diferentes átomos, pero todos están formados por las mismas partículas:
protones, neutrones y electrones. Solo se diferencian en el número de ellas. El
número de protones o electrones determina el número atómico del elemento.
Recuerda: los materiales están formados por átomos.
Son los electrones, las partículas que realmente importan para estudiar la
conducción eléctrica. La corriente eléctrica es un movimiento de electrones. Si
somos capaces de mover los electrones de los átomos de un material,
conseguiremos generar corriente eléctrica por él. Esta material se convertirá en
conductor. Hay materiales que no podemos mover los electrones de sus átomo
nunca, serán los aislantes.
Los electrones que más fácil nos resultaría hacerles abandonar el átomo, son los
que se encuentran en la última capa u órbita del átomo. Ahora veremos por qué.
Cada órbita o capa en la que giran los electrones esta situada en lo que se llama
una banda de energía. Los electrones que están girando un una banda, tiene la
misma energía que esa banda. Los electrones más cercanos al núcleo están muy
unidos a él y tienen poca energía. Los más externos son las que tienen más
energía, pero los que resulta más fácil hacerles abandonar el átomo.
Para que un electrón de las capas más próximas al núcleo sea capaz de
abandonar el átomo, tendríamos que ir pasándolo de capa en capa hasta llegar a
22
la última capa. Es decir necesitaríamos ir suministrándole energía para pasar de
una capa a otra hasta llegar a la más externa (banda de valencia). Inicialmente,
tienen poca energía y pasarían a mucha energía al llegar a la capa más externa.
Esto sería muy difícil de hacer, por este motivo, estos electrones no se usan para
abandonar el átomo y provocar corriente eléctrica.
Solo se usan los electrones de la última capa, llamados electrones de valencia.
Estos son los que utilizaremos para hacerles abandonar el átomo, que pasen a
otro y provocar corriente eléctrica por el material.
Si te interesa la configuración electrónica de los átomos te recomendamos el
siguiente enlace para ampliar conocimientos: Configuración electrónica de los
elementos.
Pero ojo, estos electrones de la última capa, la más externa o de valencia, todavía
tenemos que lograr que abandonen esta capa para que dejen por completo al
átomo. Es como si tuvieran que saltar una última capa. Esta capa la llamaremos
de conducción. Sería esa capa de conducción, la que tendría que saltar un
electrón de la última capa para hacerle abandonar por completo el átomo. OJO el
salto sería suministrándole energía. Salto es igual a energía. Hay materiales que
esta capa de conducción, sería muy grande, les costaría mucho abandonar el
átomo, incluso estando en la última capa o banda. Estos materiales son los
aislantes. Si es muy fácil hacerles saltar esta capa (que pasen de la de valencia a
la de conducción), se llamaría conductor.
Podríamos resumir todo esto diciendo que los electrones dentro de un átomo, se
pueden encontrar en 3 tipos de bandas diferentes:
- Banda de conducción: Intervalo energético donde están aquellos electrones que
pueden moverse libremente. Están libres de la atracción del atomo.
- Banda Prohibida: Energía que ha de adquirir un electrón de la banda de valencia
para poder moverse libremente por el material y pasar a la banda de conducción.
- Banda de Valencia: Intervalo energético donde están los electrones de la última
órbita del átomo.
Aquí tienes una ilustración de cómo serían las bandas de un material si fuera
conductor, aislante o semiconductor.
Imagen 18
Fuente:
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.htm
23
En los aislantes un electrón de la capa de valencia no podríamos pasarlo a la de
conducción, es demasiado difícil o ancha. Si te fijas en los conductores no hay
capa prohibida, los electrones de valencia pasarían muy fácilmente a la de
conducción.
Los semiconductores tienen una dificultad intermedia para pasar los electrones
de valencia a la de conducción. En la mayoría de ellos es necesario suministrarles
energía en forma de calor para que pasen de la de valencia a la de conducción.
Es decir, convertirles en materiales conductores.
Un semiconductor se caracteriza por tener una banda prohibida, entre la de
conducción y la de valencia, pero no muy ancha.
También tenemos que decir que cuando arrancamos un electrón al átomo, este se
desequilibra, pasando a tener carga positiva (un protón más que electrones tenía).
Esto es lo que se conoce como ionización, ya que lo convertimos en un ión
positivo o catión.
Si por el contrario, el átomo no tiene su última capa llena y, por cualquier
circunstancia le llega un electrón nuevo a esta capa, quedará cargado
negativamente (un electrón más que protones tenía). Se convierte en un Ion
negativo o anión.
El carbono, el silicio, el germanio y el estaño tienen en su última capa 4
electrones, se les llama tetravalente, porque pueden ceder 1, 2,3 o 4 electrones.
UN MATERIAL SEMICONDUCTOR: EL SILICIO
El silicio forma parte de los elementos denominados metaloides o semimetales.
Este tipo de elementos tienen propiedades intermedias entre metales y no
metales. En cuanto a su conductividad eléctrica, este tipo de materiales al que
pertenece el silicio, son semiconductores.
El estado del silicio en su forma natural es sólido (no magnético). El silicio es un
elemento químico de aspecto gris oscuro azulado y pertenece al grupo de los
metaloides. El número atómico del silicio es 14. El símbolo químico del silicio es
Si. El punto de fusión del silicio es de 1687 grados Kelvin o de 1414,85 grados
Celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del silicio es de 3173 grados
Kelvin o de 2900,85 grados Celsius o grados centígrados.
24
Lógicamente un material está formado por millones de átomos, unidos mediante
enlaces. Todos los semiconductores son materiales que tienen su átomos unidos
por enlaces covalentes. (pincha en el enlace subrayado si quieres saber más).
Comparten los electrones de su última capa de 2 en 2. Uno de estos electrones
compartidos entre dos átomo por medio el enlace covalente, será el que
tengamos que arrancar.
Imagen 19
Fuente: http://elementos.org.es/silicio
Pero ¿Qué pasa entonces cuando el electrón abandona el átomo? Pues que
dejará lo que se llama un hueco.
Imagen 20
Fuente: http://elementos.org.es/silicio
Producción de pares electrón-hueco
Cuando un electrón se marcha del átomo rompe el enlace covalente de pares de
electrones y dejará un hueco vacío (fíjate en la imagen de arriba en el silicio). Este
hueco puede ser ocupado, más bien lo ocupará, otro electrón que hubiera
abandonado otro átomo cercano a él. Así que se van generando huecos y estos
huecos se van rellanando por otros electrones de otros átomos. Así es como pasa
la corriente por los semiconductores, pares electrón-hueco.
Se dice que en la conducción de los semiconductores interviene el par electrón-
hueco.
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Imagen 20
Fuente: http://elementos.org.es/silicio
Los dos materiales que más se usan para fabricar semiconductores son
el Germanio y el Silicio. Ahora bien, purificar un material al cien por cien, requiere
procesos muy costosos, lo que hace que los materiales que se usan contengan
muchas impurezas. Por la cantidad de impurezas que posean, se pueden
clasificar en intrínsecos y extrínsecos.
Semiconductores Intrínsecos
Son los que prácticamente carecen de impurezas; un átomo de impureza por
cada 10 elevado a 11, átomos del semiconductor.
Estos semiconductores, que se pueden considerar casi puros, la conducción se
realiza por pares electrón-hueco, producido por generación térmica, de modo que
cuanto mayor es el calor, mayor es la cantidad de portadores de carga libre
generados (electrones-huecos) y menor su resistividad, siendo esta a temperatura
ambiente (27ºC) de:
- Germanio = 60 ohmios por centímetro.
- Silicio = 150.000 ohmios por centímetro.
El Germanio tiene un ancho de banda prohibida de 0,72 eV (electrón voltios) y el
Silicio de 1,12 eV.
Los semiconductores intrínsecos se usan como elementos sensibles a la
temperatura, por ejemplo una termoresistencia (PTC o NTC).
SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS
Son los que poseen un átomo de impureza por cada 10 elevado a 7 átomos de
semiconductor. Además estos átomos de impurezas, más numerosos que en los
intrínsecos, suelen tener 3 o 5 electrones de valencia, con el fin de que les sobre
o les falte un electrón para completar los enlaces covalentes con los átomos del
material semiconductor (recuerda son 4 electrones en el enlace covalente).
Al tener portadores independientes de la generación térmica, la resistividad de
estos es menor que la de los intrínsecos. Este tipo de semiconductores no se
suelen usar para conducción por calor, para eso están los intrínsecos.
26
- Germanio = 4 ohmios por centímetro.
- Silicio = 150 ohmios por centímetro.
La conductividad de este tipo de semiconductores, será mayor cuanto mayor sea
el número de portadores libres y, por tanto aumentará con el número de
impurezas.
Como dijimos anteriormente, los átomos de impurezas suelen tener 3 o 5
electrones de valencia, lo que permite subdividir a estos semiconductores
extrínsecos en dos tipos diferentes: Tipo N y Tipo P. Tipo N con impurezas con 5
electrones de valencia. Tipo P con impurezas de 3 electrones de valencia.
Imagen 22
http://elementos.org.es/silicio
Como ves los del tipo N tienen impurezas donadoras de electrones por que
proporcionan electrones. En la formación de enlaces covalentes les sobra un
electrón.
Los del tipo P tienen impurezas aceptadores de electrones por que proporcionan
huecos. En la formación de enlaces covalentes, al tener solo 3 electrones que
pueden formar enlace, el enlace se queda con un hueco. Como los huecos atraen
a los electrones, se pueden considerar con carga positiva.
Las impurezas en los del tipo N pueden ser átomos de arsénico, antimonio,
fosforo, etc. Las impurezas en los del tipo P pueden ser átomos de aluminio, boro,
galio, etc. Tanto en uno como en otro, los portadores son las impurezas. En un
caso los portadores son electrones (tipo N) y en otro los huecos (tipo P).
La mayoría de los componentes electrónicos que se usan en electrónica: diodos,
transistores, etc. Se construyen uniendo semiconductores del tipo P con los del
tipo N. La unión PN la puedes ver explicada en el siguiente enlace: Uniòn PN.
27
EL PRIMER DISPOSITIVO ELECTRÓNICO: EL DIODO El Diodo es un componente eléctrico que se desarrolló como solución al problema
de transformación de cualquier tipo de corriente alterna en corriente continua.
Este permite el paso de la corriente en un solo sentido, a este proceso se le llama
rectificación. Para esto se inserta en el circuito un dispositivo conocido como
rectificador, el cual es el que permite que solo pase la corriente en un sentido,
bloqueando la corriente en el otro.
Lado P y lado N del diodo
Los diodos están compuestos por dos zonas de material semiconductor (silicio,
germanio) formando lo que se denominada unión P-N.
La zona P se caracteriza por poseer una escasez de electrones y corresponde a
la parte del ánodo (positivo).
La zona N presenta un exceso de electrones y corresponde a la parte del cátodo
(negativo).
En el lugar de contacto de las zonas P y N en el diodo, se crea una región
denominada “de transición” en donde se genera una diferencia potencial y se
crean iones positivo e iones negativos en cada uno de los lados. Para que los
electrones se puedan mover se necesita superar esta diferencia potencial, si esto
es logrado se producirá la corriente eléctrica, circulando los electrones de la zona
N a la P y la corriente de la P a la N.
El diodo posee dos tipos de polarización:
Directa: Cuando se le aplica una diferencia potencial proveniente de una batería o
una fuente de alimentación, el polo negativo de esta debe estar conectado en el
lado N y el positivo en el lado P.
Inversa: El lado negativo de la fuente alimentadora o batería debe estar en
contacto con el lado P y el positivo con el lado N.
El primer diodo, denominado “de vacío”, consistía en un receptáculo de vidrio o de
acero que contenía un cátodo y un ánodo y estaba exento de aire, ya que este
producía una oxidación del filamento (cátodo), y este filamento estaba rodeado de
una placa llamada ánodo.
28
Imagen 23
Fuente: http://html.rincondelvago.com/diodo.html
Un diodo es de estructura pequeña, posee un solo color a diferencia de las
resistencias las cuales son de muchos colores, y una línea, la cual indica la
dirección que llevará la corriente, que en este caso sería de cátodo a ánodo. En
su base, se ubican 9 patillas de conexión.
En la actualidad, el diodo que se emplea esta constituido por materiales
semiconductores los cuales sometidos a altas temperaturas y mezclados con
impurezas o en presencia de luz pueden aumentar notablemente su
conductividad.
Estos diodos presentan unas ventajas fundamentales:
Su tamaño es menor. Lo que permite construir circuitos más pequeños.
Posee dos terminales, lo que facilita su montaje.
La cantidad de calor que genera, es mucho menor, ya que no necesita que
se caliente ningún filamento.
Funcionan con tensiones más bajas, lo que permite que se emplee en los
circuitos alimentados a pilas y baterías.
También pueden ser utilizados en equipos que manejen grandes
corrientes, en los que de vacío no se podían ocupar, por ser estos muy
grandes.
El diodo lo podemos encontrar en las radios, en la cual entra una corriente alterna
con un potencial eléctrico muy alto, y gracias al diodo, se transforma en continua y
con un potencial mas bajo; también lo podemos encontrar en la televisión (diodo
de Zener)
Los diodos admiten sólo unos valores máximos de corrientes y si estos son
sobrepasados se destruyen.
29
POLARIZACIÓN ELÉCTRICA
En cualquier objeto, existen dos cuotas, el negativo y el positivo. Polarización es
la separación de estos cargos. Es decir, separar las cargas negativas de las
cargas positivas. Que no implica la carga. En cualquier caso, un material se dice
que ser polarizada cuando en pandillas de átomos de un punto más electrones
que neutrones mientras que en otro momento posee átomos más protones que
electrones.
Polarización puede hacerse por cualquiera de los dos electrones que hace pasar
a través de la superficie de un punto a otro o por distorsión de electrones como en
el caso de los aisladores.
Para entender la polarización, es necesario revisar el comportamiento de los
electrones, como son los principales contribuyentes de la polarización eléctrica.
En cualquier átomo, los electrones se encuentran normalmente en una región
llamada la nube de electrones. Una nube con una densidad mayor implica una
mayor posibilidad de encontrar un electrón en ese momento, mientras una nube
con menor densidad implica una baja posibilidad de encontrar un electrón en ese
momento.
Estas nubes de electrones fácilmente pueden ser distorsionadas; un átomo que
tiene una alta afinidad hacia los electrones fácilmente distorsiona estas nubes de
electrones. Un átomo que ha sufrido la polarización es considerado neutral. Esto
es porque es sólo el centro de los electrones y los átomos que se ha desplazado.
Polarización eléctrica es el desplazamiento relativo de las negativas y las cargas
positivas en sentido contrario debido a un campo eléctrico. Esto puede tener lugar
en conductores o aislantes. Cuando un conductor se expone a un campo externo,
electrones son forzados a moverse de un lado del conductor a otro dependiendo
de la polaridad del campo eléctrico presente.
Aisladores también pueden ser polarizados por un campo eléctrico. Un buen
ejemplo es un dieléctrico en los condensadores una función muy importante de
una polarización del campo eléctrico. Un condensador no tendrá la capacidad
para almacenar la carga si su dieléctrico no es eléctricamente polarizado. Cada
material tiene su propia manera única de responder a un campo eléctrico y cómo
le afecta el campo eléctrico. Se llama densidad de polarización.
Un material eléctricamente polarizado tiene cargas más positivas por un lado
mientras que el otro lado tiene cargas negativas. El trabajo eléctrico para polarizar
materiales por
30
Donde ko es la permitividad del espacio libre. Expresa la medida en que las ondas
electromagnéticas viajan en el vacío
Polarización eléctrica es muy importante en nuestra vida día a día como su
aplicación por ejemplo en el condensador es muy importante en la electrónica.
ELEMENTOS NO LINEALES. 1.- La cita
“Se le sugiere al lector, para que tenga un buen entendimiento”.
Ingeniero Francisco Robles.
ELECTRONICA
Página17
RESISTENCIA VARIABLE 1. Resistencia variable
Conocida la dependencia de la resistencia eléctrica en función de los parámetros geométricos, es fácil comprender cómo se puede construir un dispositivo que muestre una resistencia variable.
En la figura se muestra una barra de un material conductor, que tiene forma de barra rígida AC sobre la que se apoya un cursor apoyado en B.
La resistencia eléctrica que observa el circuito es la que viene dada por la longitud de la barra desde A a B.
31
En los casos extremos en que:
A coincide con B. La resistencia será cero. B coincide con C. La resistencia será máxima.
En general el valor de la resistencia se podría calcular con la siguiente fórmula.
De donde se deduce que la resistencia cumplirá
Las resistencias variables con contacto deslizante se denominan potenciómetros y tienen el siguiente símbolo.
Resistencias Dependientes (luz, temperatura, tensión)
RESISTENCIAS DEPENDIENTES
Las resistencias dependientes son resistencias cuyo valor óhmico varía en
función de diferentes características, como la luz ambiental, la temperatura o la
tensión.
FOTORESISTORES o LDR
LDR son las siglas en inglés de Light Dependant Resistor (resistencia que varía
con la luz).
En español el nombre más correcto de estos componentes es fotorresistencias o
fotorresistores, pero el nombre más común es LDR.
Son resistencias variables como los potenciómetros, pero tienen la propiedad de
que su valor varía en función de la luz que reciben. Cuando no reciben luz, tienen
una gran resistencia; en cambio si reciben mucha luz su resistencia baja y dejan
pasar la corriente.
32
Su símbolo es el de la resistencia, pero con unas flechas que representan la luz
que incide sobre ellas. Su valor se medirá igualmente en Ω ó kΩ, como cualquier
resistencia. Se las suele utilizar en las fotocélulas.
TERMITORES
Los Termistores son resistencias de valor variable. En esta ocasión, varían
con la temperatura. Existen dos tipos:
• Los NTC (Negative Temperature Coefficient), cuya resistencia disminuye con la
temperatura.
• Los PTC (Positive Temperature Coefficient), cuya resistencia aumenta con la
temperatura.
A simple vista no se puede distinguir los NTC de los PTC.
Naturalmente, su valor se mide en Ω o kΩ. Se los utiliza para variar el
funcionamiento de un circuito en función de la temperatura
VARISTORES
Estos resistores normalmente poseen una muy alta resistencia pero cuando
llegan a una determinada tensión se ponen en corto circuitos y explotan. Se
utilizan para proteger a los equipos sobre tensión provenientes de la red de
alimentación, ejemplo para 220 volt o de supresión de altas tensiones transitorias.
Símbolos
NTC PTC VDL LDR
EL CONDENSADOR.
DEFINICION
Se denomina condensador al dispositivo formado por dos placas conductoras cuyas cargas son iguales pero de signo opuesto. Básicamente es un dispositivo que almacena energía en forma de campo eléctrico. Al conectar las placas a una batería, estas se cargan y esta carga es proporcional a la diferencia de potencial aplicada, siendo la constante de proporcionalidad la capacitancia: el condensador.
33
6.1
Donde Q es la carga de una de las placas y V la diferencia de potencial entre ellas. La unidad de la capacitancia es el Faradio y la podemos definir como:
Es la capacidad de un condensador, en el que sometidas sus armaduras a una
diferencia de potencial de un voltio, esta adquiere una carga eléctrica de un
coulomb.
Imagen 24
Fuente:
http://www.av.anz.udo.edu.ve/file.php/1/ElecMag/capitulo%20V/el%20condensado
r.html
La unidad del Faradio es muy grande (un condensador de placas paralelas de un
Faradio, ocuparía un área aproximada de 1011m2 que en la práctica es imposible), por lo
tanto para fines prácticos se utilizan submúltiplos como: micro Faradio 10-6F, nano
Faradio 10-9F y el picofaradio 10-12F.
Los condensadores tienen muchas formas geométricas y aquí estudiaremos solo tres,
que son: Los de placas paralelas, los cilíndricos y los esféricos.
CONDENSADOR DE PLACAS PLANAS
Es aquel condensador formado por dos láminas conductoras de área A y separadas paralelamente por una distancia d, que es pequeña comparada con las dimensiones de las aristas del área. Al conectar el condensador a una fuente de poder (dispositivo que suministra energía eléctrica) cada una de las placas adquiere una carga de valor Q. De la sección de campo eléctrico, tenemos que el campo total entre dos placas planas paralelas.
34
Campo entre las placas Figura 6
Fuente:
http://www.av.anz.udo.edu.ve/file.php/1/ElecMag/capitulo%20V/el%20condensado
r.html
Si entre ellas lo que existía era aire. La diferencia de potencial es:
Y la densidad de carga está dada por:
Tenemos que la diferencia de potencial es:
Aplicando la ecuación 6.1, nos queda:
ENERGIA ALMACENADA EN UN CONDENSADOR
En el proceso de cargar un condensador, se va generando un campo eléctrico en toda la región entre placas, lo cual implica una cantidad de energía eléctrica cuya densidad es proporcional al cuadrado de la magnitud del campo eléctrico. Esta energía es proporcionada externamente y consiste en el trabajo que se debe realizar para colocar una carga extra y del mismo signo sobre la placa ya parcialmente cargada, venciendo la repulsión coulombiana. En virtud de que el campo eléctrico generado es conservativo, el condensador almacena esta energía suministrada.
35
El trabajo total realizado por la batería o pila es el área del triangulo de base Q y altura V, es decir:
Fig.6.5 Linealidad de la
carga con el voltaje
Este trabajo para mover las cargas es igual a la energía almacenada en el condensador:
Esta energía se puede expresar en términos del campo eléctrico existente
entre las placas:
Donde la densidad de energía está dada por:
y
Finalmente la densidad de energía es:
Esta relación es válida para cualquier configuración.
CONEXION DE CONDENSADORES
El fin de estas conexiones es tener una mayor o menor capacitancia en un circuito.
TIPOS DE CONDENSADORES.
CONDENSADORES EN PARALELOS
Tres o más condensadores estan conectados en paralelos cuando se conectan de
la manera que estan en la figura.6.6.
Las primeras tres placas estan conectadas al terminal positivo, mientras que que
36
las otras tres estan conectadas al terminal negativo. De esta forma, la diferencia de potencial entre las placas del condensador es la misma para todas. La carga sumunistrada por la fuente se reparte entre los tres condensadores. En resumen:
a.- La carga total es igual a la suma de las cargas de cada condensador.
Fig.6.6 Condensadores en paralelos
B.-La diferencia de potencial es la misma en cada uno de los condensadores.
Es posible sustituir el conjunto de condensadores por uno solo, sabemos que:
Y así para Q1, Q2 y Q3. Introduciendo en (6.6) y desarrollando:
Es decir, al colocar los condensadores en paralelos, su capacidad aumenta.
CONDENSADORES EN SERIES
Tres o más condensadores están conectados en serie cuando se conectan como en la fig. ( 6.7).
Al conectarse los condensadores a la pila o batería, se extraen electrones de la placa izquierda de C1, los cuales son trasladados a la placa derecha de C3, como consecuencia ambas= placas adquieren la misma carga, después la placa derecha
Fig.6.7 Condensadores en series
37
de C1 se carga por inducción se carga con signo contrario, y este proceso continua con C2. En resumen:
a.- La carga de los condensadores es la misma para cada uno de los condensadores que intervienen en la conexión.
b.-El voltaje V, aplicado a los capacitores conectados, se divide de manera que se cumple :
Podemos obtener un condensador equivalente aplicando las dos condiciones anteriores. Sabemos que:
Y para V1, V2 y V3. Introduciendo en (6.10), obtenemos:
CONDENSADORES CON DIELECTRICO
En general los condensadores llevan entre sus láminas una sustancia no conductora o dieléctrica. ¿Qué finalidad tiene colocar un dieléctrico entre las placas de un condensador? por tres razones:
1. Permiten una mayor rigidez mecánica en la estructura física del condensador.
2. Aumenta la capacidad del condensador. 3. Permiten que se pueda aplicar un mayor voltaje sin que cause una
descarga.
A continuación vamos a mostrar dos experimentos sobre el efecto de un dieléctrico en un condensador.
INSERTANDO UN DIELECTRICO CON LA BATERIA CONECTADA
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Tenemos un condensador de capacidad que adquiere una carga mediante una batería. Si se introduce un dieléctrico, se observa que la carga aumenta en un factor k. Como el voltaje no se altera, porque la batería está conectada, podemos concluir que la nueva capacitancia del condensador es:
Fig.6.8 Condensadores sin
dieléctrico
Fig. 6.9 Condensador con dieléctrico
La capacidad aumenta en un factor k.
INSERTANDO UN DIELECTRICO CON LA BATERIA DESCONECTADA
Tenemos un condensador de capacidad que adquiere una carga mediante una batería:
Fig.6.10 Condensadores sin dieléctrico
Ahora se desconecta de la batería y se
introduce un dieléctrico. Se observa que la
diferencia de potencial disminuye (V = V0/k).
Como la carga no se altera, podemos
concluir que el condensador tiene una nueva
capacitancia:
Fig. 6.11 Condensador con
dieléctrico
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La capacidad también aumenta en un factor K.
DENTRO DEL DIELECTRICO
Un dieléctrico puede estar compuesto por moléculas polares o por no polares. ¿Que son moléculas polares? Son aquellas en la cual el centro de distribución de cargas negativas no coincide con el de cargas positivas, por ejemplo el agua H20. ¿Que son moléculas no polares? Son aquellas en la cual el centro de distribución de cargas negativas coincide con de cargas positivas, por ejemplo las moléculas de N2 y O2. Bajo la acción de un campo eléctrico, se produce cierto grado de orientación. Cuanto más intenso es el campo, tanto mayor es el número de dipolos que se orientan en la dirección del campo sean polares o no polares las moléculas de un dieléctrico, el efecto neto de un campo exterior se encuentra representado en la figura inferior.
CARGAS LIBRES Y CARGAS INDUCIDAS
La densidad de carga inducida en la superficie del dieléctrico es menor que la densidad de cargas libres en la placa metálica. Para un capacitor de placas paralelas podemos hallar una relación entre esas dos densidades de cargas. El campo eléctrico es de magnitud /, mientras que el campo inducido es opuesto y de magnitud, fIg (6.12), por lo tanto:
Desarrollando, tenemos:
Como k > 0, de esta expresión se deduce que la densidad de carga inducida siempre es menor que la densidad de carga libre.
Fig.6.13 Cargas libres e inducidas
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LEY DE GAUSS Y DIELECTRICO
Supongamos un condensador de placas paralelas cargado, y escogemos una caja cilíndrica gaussiana que tenga una tapa plana dentro de la superficie metálica y la otra dentro del dieléctrico.
Esta superficie incluirá tanto cargas libres , como cargas inducidas , las cuales debemos tomar en cuenta al escribir la ley de Gauss:
Si A es el área de las tapas del cilindro gaussiano, la carga encerrada es:
Por lo tanto podemos re escribir la ley de Gauss de la siguiente forma:
Esta ecuación fue deducida para un condensador de placas paralelas, pero tiene validez para cualquier geometría, aunque tenga una constante dieléctrica que no sea uniforme y también cuando entre las placas metálicas existan varios dieléctricos con diferentes constantes.
Podemos definir el vector desplazamiento eléctrico como:
Así la ley de Gauss nos queda:
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:
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1. Bobina 2. Inductancia 3. Bobina con
tomas fijas
4. Bobina con núcleo ferromagnético
5. Bobina con
núcleo de
ferroxcube
6. Bobina
blindada
7. Bobina electroimán 8. Bobina
ajustable 9. Bobina variable
Fuente:
http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Las-
bobinas.php
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.
CARACTERISTICAS
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.
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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
Fuente: http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Las-bobinas.php
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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.
Imagen 25
Fuente:
http://platea.pntic.mec.es/~msanch2/tecnoweb/recursos/ejercici/4eso/cirele01.hh
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.
ALGUNOS CIRCUITOS
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Fuente:
2.- La cita
“Estos diagramas se que les causara duda pero si se dan cuenta del tema de condensadores,
tendrán un mejor entendimiento”
Ingeniero Francisco Robles.
ELECTRONICA.
Página 15.
TRANSISTORES ¿Qué es un Transistor?
El transistor, inventado en 1951, es el componente electrónico estrella, pues inició una auténtica revolución en la electrónica que ha superado cualquier previsión inicial. También se llama Transistor Bipolar o Transistor Electrónico.
El Transistor es un componente electrónico formado por
materiales semiconductores, de uso muy habitual, pues lo encontramos presente
en cualquiera de los aparatos de uso cotidiano como las radios, alarmas,
automóviles, ordenadores, etc.
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, etc. 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 son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control. En la imagen siguiente vemos a la izquierda un transistor real y a la derecha el
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símbolo usado en los circuitos electrónicos. Fíjate que siempre tienen 3 patillas y se llaman emisor, base y colector. Es muy importante saber identificar bien las 3 patillas a la hora de conectarlo. En el caso de la figura, la 1 sería el emisor, la 2 el colector y la 3 la base.
Un transistor es un componente que tiene, básicamente, dos funciones: - 1. Deja pasar o corta señales eléctricas a partir de una PEQUEÑA señal de mando. Como Interruptor. Abre o cierra para cortar o dejar pasar la corriente por el circuito. - 2. Funciona como un elemento Amplificador de señales. Le llega una señal pequeña que se convierte en una grande. Pero el Transistor también puede cumplir funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.
El Transistor Bipolar o BJT
Transistor NPN
Transistor PNP
El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio.
Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor.
El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor.
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El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor), una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación. Este factor se llama b (beta) y es un dato propio de cada transistor.
Entonces:
Según la fórmula anterior las corrientes no dependen del voltaje que alimenta el circuito (Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ib cambia ligeramente cuando se cambia Vcc. Ver figura.
En el segundo gráfico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder entender que a más corriente la curva es más alta.
Regiones operativas del transistor
Región de corte: Un transistor esta en corte cuando:
Corriente de colector = corriente de emisor = 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:
Corriente de colector = corriente de emisor = corriente máxima, (Ic = Ie = I máxima)
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.
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Configuraciones: Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con transistores, cada una de ellas con características especiales que las hacen mejor para cierto tipo de aplicación. y se dice que el transistor no está conduciendo. Normalmente este caso se presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0)
- Emisor común
- Colector común
- Base común
Nota: Corriente de colector y corriente de emisor no son exactamente iguales, pero se toman como tal, debido a la pequeña diferencia que existe entre ellas, y que no afectan en casi nada a los circuitos hechos con transistores.
Aplicaciones de los Transistores
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.
Distintos encapsulados de transistores.
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FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR.
Veamos cómo funciona un transistor. Funcionamiento del Transistor Un transistor puede tener 3 estados posibles en su trabajo dentro de un circuito: - En activa: deja pasar más o menos corriente. - En corte: no deja pasar la corriente. - En saturación: deja pasar toda la corriente. Para comprender estos 3 estados lo vamos hacer mediante un símil hidráulico que es más fácil de entender. Lo primero imaginemos que el transistor es una llave de agua como la de la figura. Hablaremos de agua para entender el funcionamiento, pero solo tienes que cambiar el agua por corriente eléctrica, y la llave de agua por el transistor y ya estaría entendido (luego lo haremos). Empecemos.
En la figura vemos la llave de agua en 3 estados diferentes. Para que la llave suba y pueda pasar agua desde la tubería E hacia la tubería C, es necesario que entre algo de agua por la pequeña tubería B y empuje la llave hacia arriba (que el cuadrado de líneas suba y permita el paso de agua). En el símil tenemos: B = base E = Emisor C = Colector - Funcionamiento en corte: si no hay presión de agua en B (no pasa agua por su tubería), la válvula esta cerrada, no se abre la válvula y no se produce un paso de fluido desde E (emisor) hacia C (colector). La válvula está en reposo y no hace nada. - Funcionamiento en activa: si llega (metemos) algo de presión de agua por la base B, se abrirá la válvula en función de la presión que llegue, comenzando a pasar agua desde E hacia C. - Funcionamiento en saturación: si llega suficiente presión por B se abrirá totalmente la válvula y toda el agua podrá pasar desde el emisor E hasta el
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colector C (la máxima cantidad posible). Por mucho que metamos más presión de agua por B la cantidad de agua que pasa de E hacia C es siempre la misma, la máxima posible que permita la tubería. Si metiéramos demasiada presión por B podríamos incluso estropear la válvula. Como ves una pequeña cantidad de agua por B permite el paso de mucho más agua entre E y C (amplificador). ¿Entendido? Pues ahora el funcionamiento del transistor es igual, pero el agua lo cambiamos por corriente eléctrica y la llave de agua será el transistor. En un transistor cuando no le llega nada de corriente a la base, no hay paso de corriente entre el emisor y el colector (en corte), funciona como un interruptor abierto entre el emisor y el colector, y cuando tiene la corriente de la base máxima (en saturación) su funcionamiento es como un interruptor cerrado dejando pasar la corriente, entre el emisor y el colector. Además pasa la máxima corriente permitida por el transistor entre E y C. El tercer caso es que a la base del transistor le llegue una corriente más pequeña de la corriente de base máxima para que se abra el transistor, entonces entre Emisor y Colector pasará una corriente intermedia que no llegará a la máxima. Como ves el funcionamiento del transistor se puede considerar como un interruptor que se acciona eléctricamente, por medio de corriente en B, en lugar de manualmente como son los normales. Pero también se puede considerar un amplificador de corriente por que con una pequeña corriente en la base conseguimos una corriente mayor entre el emisor y colector. Acuérdate del símbolo y mira la siguiente figura:
Las corrientes en un transistor son 3, corriente de base Ib, corriente de emisor Ie y corriente del colector Ic. En la imagen vemos las corrientes de un transistor tipo NPN.
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Los transistores están formados por la unión de tres cristales semiconductores, dos del tipo P uno del tipo N (transistores PNP), o bien dos del tipo N y uno del P (transistores NPN). Puedes saber más sobre estas uniones aquí: Unión PN. Según esto podemos tener 2 tipos de transistores diferentes: PNP o NPN.
Polarización de un Transistor Polarizar es aplicar las tensiones adecuadas a los componentes para que funcionen correctamente. Un polo P estará polarizado directamente si se conecta al positivo de la pila, el polo N estará polarizado directamente si se conecta al polo negativo. El revés estaría polarizado inversamente. Hay una gama muy amplia de transistores, por lo que antes de conectar deberemos identificar sus 3 patillas y saber si es PNP o NPN. En los transistores NPN se debe conectar al polo positivo el colector y la base, y en los PNP el colector y la base al polo negativo. La unión BASE-EMISOR siempre polarizado directamente, y la unión COLECTOR–BASE siempre polarizado inversamente en los dos casos.
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Diferencias entre el transistor PNP y el NPN Fíjate en los 2 tipos, la principal diferencia es que en el PNP la corriente de salida (entre el emisor y colector) entra por el emisor y sale por el colector. Fíjate que la flecha en el símbolo "pincha a la base". Una regla para acordarse es que el PNP pincha (la p del principio). En el NPN la corriente entra por el colector y sale por el emisor, al revés. Si te fijas en la flecha la flecha "no pincha a la base". Según la regla NPN = no pincha (la N del NPN). Con esta regla te acordarás muy fácilmente si el símbolo es de un PNP o NPN. Recuerda pincha PNP, no pincha NPN. Otra cosa muy importante a tener en cuenta, es la dirección de las corrientes y las tensiones de un transistor, sea NPN o PNP. Fíjate en la siguiente imagen. En este caso hemos puesto el emisor abajo y el colector arriba, no pasa nada es lo mismo, pero en algunos esquemas te los encontrarás de esta forma y es bueno verlos así también.
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Si te fijas, es fácil averiguarlas por intuición con la flecha del símbolo. Si es PNP lógicamente la I del emisor (IE) tendrá la dirección del emisor, por que entra por él. Por donde entran las corrientes estará el positivo de las tensiones. Si la corriente del emisor entra por el emisor (PNP), la tensión emisor colector tendrá el positivo por donde entre, es decir en el emisor, y se llamará Tensión emisor-colector (Ve-c). Si la corriente entra por el colector, o lo que es lo mismo sale por el emisor se llamara Tensión colector-emisor (Vc-e) y la corriente saldrá por el emisor. No te líes que es muy fácil, solo tienes que fijarte un poco, y no hace falta aprenderlas de memoria. Formulas del Transistor Si te fijas en un PNP la corriente que entra es la del emisor, y salen la del colector + la corriente de la base, pero al ser la de base tan pequeña comparada con las otras dos, se puede aproximar diciendo que IE = IC. En realidad las intensidades en un transistor serían: IE = IC + IB; para los 2 tipos de transistores. Fíjate en la flecha del símbolo y las deducirás. Si nos dan 2 intensidades y queremos calcular la tercera solo tendremos que despejar. ¿Cómo serían las intensidades en corte? Pues todas cero.
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Otro dato importante en un transistor es la ganancia, que nos da la relación que hay entre la corriente de salida IC y la necesaria para activarlo IB (corriente de entrada). Se representa por el símbolo beta β. β = IC / IB La ganancia es realmente lo que se amplifica la corriente en el transistor. Por ejemplo una ganancia de 100 significa que la corriente que metamos por la base se amplifica, en el colector, 100 veces, es decir será 100 veces mayor la de colector que la de la base. Como la de colector es muy parecida a la del emisor, podemos aproximar diciendo que la corriente del emisor también es 100 veces mayor que la de la base. En un transistor que tenga una ganancia de 10, si metemos 1 amperio por la base, por el colector obtendremos 10 amperios. Como ves, el transistor también es un amplificador. Pero OJO imagina que el transistor que tienes solo permite como máximo 5 amperios de salida, ¿qué pasaría si metemos 1 amperio en la base? ¡¡¡Se quemaría!! por que no soportaría esa corriente de 10A en el colector. También es muy importante que sepas que la corriente del colector depende del receptor que tengamos conectado a la salida, entre el colector y el emisor. La corriente del colector será la que "chupe" ese receptor, nunca mayor. Si en el caso anterior el receptor fuera un lámpara que solo consumiera 3 amperios no pasaría nada, ya que entre el emisor y el colector solo circularían los 3 amperios que demanda la lámpara. Fíjate en el siguiente circuito:
La lámpara "chupa" 3 amperios, pues la corriente máxima que pasará entre emisor y colector, o lo que es lo mismo la corriente que circulará por el circuito de salida será 3A, nunca más de 3 Amperios, que es la que demanda la lámpara. En ese circuito para que la lámpara luzca necesitamos meter una pequeña corriente por la base para activar el transistor. Si no hay corriente de base la lámpara no lucirá, por que el transistor actúa como un interruptor abierto entre el colector y el emisor. De todas formas hay que fijarse muy bien en las corrientes máximas que aguanta el transistor que estemos usando para no quemarlo. Otro dato importante es la potencia máxima que puede disipar el transistor. Según la fórmula de la potencia: P = V x I, en el transistor sería: P = Vc-e x Ic tensión colector-emisor por intensidad del colector. Tenemos que saber la potencia total que tiene el receptor o los receptores que pongamos en el circuito de salida para elegir un transistor que sea capaz de disipar esa misma potencia o superior, de lo contrario se quemaría.
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En el caso del circuito anterior P = 3A x 6V = 18w, con lo cual el transistor para el circuito deberá ser de esa misma potencia, mejor un poco mayor. Por último hablemos de las tensiones. Todos los transistores cumplen que Vcb + Vbe = Vce, es decir las tensiones de la base son iguales a la tensión de salida. El circuito básico de un transistor es el que ves a continuación:
La resistencia de base sería la de 20KΩ (kilo ohmios) y la resistencia de 1KΩ sería el receptor de salida. Muchas veces se usa la misma pila para todo el circuito, como verás más adelante. Circuitos con Transistores Empecemos por uno básico. Se trata de un circuito que cuando ponemos los dedos entre 2 chapas se active un motor de c.c. (corriente continua). Aquí lo tenemos:
Según esta en el esquema no hay corriente de base y el transistor será un interruptor abierto entre el emisor y colector, lo que hace que el motor no gire. Si ponemos lo dedos uniendo las dos chapas de la izquierda, a la base le llegará una pequeña corriente a través de la Rb de 2,2Kohmios. Esto hace que el transistor se active y se comporte como un interruptor cerrado entre emisor y
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colector, permitiendo paso de corriente en el circuito de salida, con lo que el motor gira. ¿Fácil NO? Pues ya tienes tu primer circuito con un transistor. Vamos a por otro. Ahora vamos a construir una alarma por rotura de un cable. Cuando el cable se rompe un zumbador (timbre) suena. Aquí tienes el circuito:
Fíjate que cuando el cable no esta roto la corriente de la pila se cierra por la Rb de 10Kohmios y vuelve a la pila por el cable que no le ofrece ninguna resistencia. El transistor esta en corte, no hay Ib, y por el circuito de salida no pasa corriente, lo que implica que la alarma no suena. Cuando el cable se rompe la corriente entra por la Rb y pasa a la base porque no puede circular por el cable. ¿Qué pasará?. Pues que hay corriente en la base, el transistor se activa y la alarma suena.
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A fin de que los transistores funcionen correctamente, el voltaje y la corriente de polarización deben ser aplicados de forma correcta en los puntos correctos. Esta tensión de polarización varía dependiendo del tipo de transistor y los materiales
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de construcción utilizados. La función del transistor, ya sea como un amplificador o como un interruptor, también determinará la cantidad de voltaje necesario para lograr los resultados esperados. Muchas configuraciones de transistor utilizadas, ya sea para actuar como interruptores o amplificadores, también juegan un papel en la determinación de la cantidad y dirección de la tensión necesaria para el funcionamiento normal del transistor.
TAMBIÉN PODEMOS MEDIR TENSIONES, VOLTAJES EN EL TRANSISTOR.
Si pongo, por ejemplo un voltímetro midiendo la diferencia de potencial (tensión) entre las patas de un transistor también obtengo información sobre su funcionamiento. Por ejemplo, si mido la tensión entre base y emisor (base -> terminal rojo positivo y emisor -> terminal negro negativo) obtengo VBE. De la misma forma obtengo las tensiones que me harían falta:
Estas tensiones también cumplen esta fórmula: VCE=V BE V CB
3.- La cita
“Se le recomienda ir a esta cita ya que podrá tener más detalles”
Ingeniero Francisco Robles.
ELECTRONICA
Página 18.
PROBLEMA CON TRANSISTORES
4.-La cita
“Son unos problemas propuestos por el autor de este libro”
Ingeniero Francisco Robles.
ELECTRONICA
Página 21.
57
TRANSISTOR DE CONTACTO PUNTUAL
Llamado también «transistor de punta de contacto», fue el primer transistor capaz
de obtener ganancia, inventado en 1947 por John Bardeen y Walter Brattain.
Consta de una base de germanio, semiconductor para entonces mejor conocido
que la combinacióncobre-óxido de cobre, sobre la que se apoyan, muy juntas, dos
puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de base es
capaz de modular la resistencia que 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
Artículo principal: Transistor de unión bipolar
Diagrama de Transistor NPN
El transistor de unión bipolar (o BJT, por sus siglas del inglés bipolar junction
transistor) se fabrica sobre un monocristal de materialsemiconductor como el
germanio, el silicio o el arseniuro de galio, cuyas cualidades son intermedias entre
las de un conductor eléctrico y las de un aislante. Sobre el sustrato de cristal se
contaminan en forma muy controlada tres zonas sucesivas, N-P-N o P-N-P, dando
lugar a dos uniones PN.
Las zonas N (en las que abundan portadores de carga Negativa) se obtienen
contaminando el sustrato con átomos de elementos donantes de electrones, como
el arsénico o el fósforo; mientras que las zonas P (donde se generan portadores
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de carga Positiva o «huecos») se logran contaminando con átomos aceptadores
de electrones, como el indio, el aluminio o el galio.
La tres zonas contaminadas, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde
la letra intermedia siempre corresponde a la región 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 está 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.
TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO
El transistor de efecto de campo de unión (JFET), fue el primer transistor de
efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de
silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto
óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más
básica. Si se difunden dos regiones P en una barra de material N y se conectan
externamente entre sí, se producirá una puerta. A uno de estos contactos le
llamaremos surtidor y al otro drenador. Aplicando tensiónpositiva entre el
drenador y el surtidor y conectando la puerta al surtidor, estableceremos una
corriente, a la que llamaremos corriente de drenador con polarización cero. Con
un potencial negativo de puerta al que llamamos tensión de estrangulamiento,
cesa la conducción en el canal.
El transistor de efecto de campo, o FET por sus siglas en inglés, que controla la
corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada.
Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante una unión
PN.
Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la
compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico.
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.
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TRANSISTOR PNP.
Los transistores PNP amplifican las señales electrónicas.
Hemera Technologies/PhotoObjects.net/Getty Images
Un transistor es un dispositivo electrónico simple que conmuta y amplifica las corrientes eléctricas. Aunque los científicos han inventado muchos tipos de transistores, el transistor de unión fue desarrollado primero, y el PNP esuno de ellos. Un transistor PNP es uno que controla el flujo de corriente principal, alterando el número de agujeros en lugar del número de electrones en la base. El bajo costo, fiabilidad y el tamaño pequeño de los transistores los ha convertido en uno de los grandes inventos del siglo 20.
Descripción Un transistor PNP típico tiene una caja de metal o de plástico de aproximadamente el tamaño de una arveja. Los transistores de alta potencia son más grandes, casi tan grandes como una tapa de botella. El dispositivo tiene tres cables denominados conectores que se conectan a otras partes de un circuito. Los conectores se llaman base, colector y emisor, y cada uno tiene una función específica. El cuerpo del transistor puede tener un número de pieza y el logotipo del fabricante impreso o estampado en ella, junto con las letras "E", "B" y "C" que identifican los terminales de emisor, base y colector.
Materiales El transistor consta de tres cintas de silicio especialmente tratado, un elemento que conduce la electricidad cuando se mezcla con trazos de otros elementos. Las dos capas exteriores tienen un tratamiento que les hace preferir las cargas eléctricas positivas. La capa interna prefiere cargas negativas. Las tres capas juntas forman un transistor positivo-negativo-positivo, o PNP, para abreviar.
Acción Una pequeña corriente eléctrica que fluye a los conectores emisores y a la base del transistor controla una corriente más grande desde el emisor al colector. Un transistor PNP gira sobre la conexión de su emisor-colector si la tensión en la base es menor que en el emisor. Esta acción de tipo válvula permite que el transistor controle corrientes grandes y pequeñas, un efecto amplificador en las corrientes más pequeñas.
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Usos
Un transistor PNP en un radio aumenta la señal relativamente pequeña de una
antena, lo que te permite sintonizar emisoras a muchos kilómetros de distancia.
Los transistores de los amplificadores de potencia transmiten a los altavoces que
requieren grandes cantidades de corriente. En los circuitos de computación,
rápidamente intercambian corrientes de encendido y apagado de manera
completa. Los transistores también generan señales estables de alta frecuencia
utilizadas en radio y televisión.
CIRCUITOS INTEGRADOS: AMPLIFICADORES OPERACIONALES
Y TEMPORIZADORES
Amplificadores Operacionales
Los amplificadores operacionales se inventaron para las ya obsoletas computadoras analógicas, pero su universalidad y facilidad de adaptación los hacen apropiados para cumplir muy diversas funciones, con solo agregarles uno o dos resistores, o capacitores, según la aplicación. Podemos ver en la figura, la composición interna de un amplificador operacional. Nótese que los símbolos de los transistores carecen de círculo, porque comparten el encapsulado.
El circuito incluye un amplificador de entrada, uno adicional inmediato, un
amplificador seguidor emisorico, que permite obtener mas corriente, y un cuarto
amplificador a la salida. Esa división en etapas permite un mejor control, que el
que se obtendría con solo dos transistores.
61
5.- La cita
“En los capítulos retomados nos dará idea de que es amplificador y así se reitera
leer el capitulo los capítulos anteriores hasta leer el capitulo 15”
Lic. Agustín Rela
Electrónica y Electricidad.
Página 177.
Graficas de un transistor. Para un transistor podemos definir muchas graficas, pero la mas habitual son las graficas en las
que en el eje Y tengo la intensidad del colector IC (normalmente en amperios), y en la del eje X o
de abscisas la tensión entre colector y emisor VCE.
En la imagen de la derecha tenemos dichas curvas obtenidas con un trazador. Una curiosidad:
estudiamos tres regiones de funcionamiento pero existe una cuarta: Zona Activa Inversa (ZAI). En
la zona activa directa la intensidad de colector es igual a β veces la intensidad que tenga en la
base.
La intensidad de colector en saturación siempre será menor que ese valor. Las dos zonas se
separan por una curva aproximadamente en el valor de VCE = 0.2 Voltios. Debajo tenemos otro
ejemplo con otra grafica para otro valor distinto de IB. Y otra más con la zona de corte.
6.- La cita
“Este tipo de grafica tiene como objetivo dar a conocer la intensidad eléctrica”
Electrónica.
62
Ingeniero Francisco Robles.
Página 19
CIRCUITOS INTEGRADOS: AMPLIFICADORES OPERACIONALES
Y TEMPORIZADORES
Los Circuitos Integrados (C.I.) son circuitos que tienen un uso específico,
compuestos de los elementos simples estudiados: transistores, diodos,
resistencias, condensadores, fabricados en una oblea de sillico (miniaturizados),
conectados los lugares importantes donde daremos señal y recogeremos los
resultados con contactos eléctricos o terminales, y empaquetados o protegidos
por una carcasa de plástico. También se les llama chip o microchip.
Amplificadores Operacionales
Este circuito integrado sirve para aumentar una señal de entrada, por ejemplo, la
señal de voltaje que tiene un micrófono para que salga por un altavoz, o para
amplificar la señal de antena de una televisión (no el 741 sino otro modelo).
Esquema eléctrico del amplificador operacional
Es un microchip de 8 patas. Su representación es la de un triángulo. En su base hay conectadas
dos entradas, V+ y V- que corresponden a las patas número 3 y número 2 respectivamente. La
señal de salida Vo se localiza en la pata nº 6. El resto de las patas importantes son la nº 4 y la nº 7
por donde se alimenta (tensiones de alimentación que vienen de una fuente de alimentación o de
una pila). La nº 4 es una tensión NEGATIVA o cero. La nº 7 es una tensión POSITIVA. Las patas 1, 5
y 8 no las vamos a estudiar. Normalmente se alimenta simétricamente. Por ejemplo, si en la pata
7 hay 12 Voltios en la 4 habrá la misma tensión pero negativa: -12 Voltios.
63
Temporizador NE555
El temporizador NE555 es otro circuito integrado de 8 patas. Genera señales temporales con
mucha estabilidad y precisión, lo cual lo convierte en el circuito base de muchas aplicaciones que
necesite un control del tiempo: temporizadores, generadores de señales, relojes, retardadores,
etc. En general, con él seremos capaces de que en la salida un tiempo determinado esté alta (A la
tensión de alimentación) y otro tiempo esté baja (a 0 voltios), y ambos tiempos los podamos
controlar muy bien con este microchip.
La descripción de los pines de un 555 se refiere al de encapsulado DIP-8. El encapsulado es la
cubierta de plástico con los contactos, y DIP 8 significa que tiene cuatro patas a un lado y cuatro a
otro.
PATILLA 1.- Masa (GND). En ella se conecta el polo negativo de la fuente de alimentación. Es el
terminal a 0 voltios.
PATILLA 2.- Entrada de disparo (Trigger). Es la entrada del circuito. Por ella se introducen las
señales para dispararlo o ponerlo en marcha.
PATILLA 3.- Salida (Output). Cuando está activada proporciona una tensión aproximadamente
igual a la de alimentación.
PATILLA 4.- Reset. Permite la interrupción del ciclo de trabajo. Cuando no se usa se conecta al
positivo de la alimentación.
PATILLA 5.- Tensión de Control (Control Voltage). Esta tensión debe ser 1/3 de la de alimentación.
Cuando no se usa, se debe conectar un condensador entre 10nF y 100 nF entre éste y tierra.
64
Funcionamiento del NE555 como retardador de la desconexión
(monoestable)
Al accionar el pulsador SW1, se aplica una pequeña tensión de disparo a TRIGGER. Esto provoca
que la salida (Patilla 3) pase a tener la tensión de alimentación VCC. En un principio la patilla
TRIGGER estaba cargada a VCC, y baja a un valor menor de 1/3 de VCC. Cuando eso sucede, se
empieza a cargar el condensador C1 a través de la resistencia R1. Cuando la tensión en este
condensador alcanza los 2/3 de la tensión de VCC se activa la patilla 7 de descarga (DISCHARGE).
En ese momento la salida vuelve a ser 0 Voltios.
Funcionamiento del NE55 como astable (automático)
Cuando se conecta la alimentación, el condensador está descargando y la salida del 555 pasa a
nivel alto hasta que el condensador C1, que se va cargando, alcanza los 2/3 de la tensión de
alimentación. Cuando lo alcanza la salida del 555 conmuta a ceroy y el condensador C1 comienza
a descargarse a través de la resistencia RB. Cuando la tensión en el condensador C1 llega a 1/3 de
la alimentación, comienza de nuevo a cargarse, y así sucesivamente mientras se mantenga la
alimentación.
65
Funcionamiento del NE555 como astable simétrico (automático)
Parecido al anterior, pero la señal de salida puede ser simétrica, es decir que el tiempo en que la
señal está a nivel alto es el mismo tiempo en el que la señal está baja.
Los elementos del circuito son tan pequeños que se necesita un buen microscopio para verlo. En
un microchip de un par de centímetros de largo por un par de centímetros de ancho pueden
caber millones de transistores además de resistencias, condensadores, diodos, entre otros.
7.- La cita
“Para saber más de este tema se deberá a ir a la pagina sugerida, así tendrá un mejor
entendimiento”
Ingeniero Francisco Robles.
Página 23.
66
CAPITULO 2 ELECTRICIDAD
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CAPACITORES
Imagen 27
Fuente:
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm
CAPACIDAD DE UN CONDUCTOR.
Cuando un conductor se carga, es decir, se le comunica una carga eléctrica, adquiere un cierto potencial, que depende de consideraciones geométricas (de su forma). Pues bien; a la relación entre carga y potencial se le llama CAPACIDAD de ese conductor.
Podemos entonces definir una magnitud llamada CAPACITANCIA o CAPACIDAD, como la relación entre la carga almacenada (Q) y la tensión a la que se encuentra (V).
Escribimos entonces:
C = Q / V
Un conductor que, con la misma carga que otro, adquiera menor potencial, tendrá más capacidad que el segundo, y viceversa.
La unidad de capacidad es el FARADIO. El faradio es una unidad tan sumamente grande que no resulta en absoluto práctica.
Los submúltiplos del Faradio son:
· El microfaradio (m F) = 0,000001 F. (10-6 F)
· El nanofaradio (nF) = 0,000000001 F. (10-9 F)
· El picofaradio (pF) = 0,000000000001 F. (10-12 F)
Cuando se da la capacidad en "K", no quiere decir Kilofaradio, sino Kilopicofaradio (1000 picofaradios); y como 1000 picofaradios es igual a 1 nanofaradio, cuando
68
alguien nos dice que un capacitor tiene 4K7, nos está diciendo que tiene 4,7 kilopicofaradio, que es lo mismo que decir 4,7 nanofaradio.
Recuerde: Los dispositivos que almacenan cargas eléctricas se denominan CAPACITORES.
En un Capacitor la relación carga / tensión es constante y se llama CAPACITANCIA, y su unidad es el Faradio.
Símbolos
Imagen 28
Fuente:
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm
TIPOS DE CAPACITORES:
CAPACITORES FIJOS
Estos capacitores tienen una capacidad fija determinada por el fabricante y su valor no se puede modificar. Sus características dependen principalmente del tipo de dieléctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dieléctrico usado.
De esta forma podemos distinguir los siguientes tipos:
Cerámicos. Plástico. Mica. Electrolíticos. De doble capa eléctrica.
CAPACITORES CERÁMICOS
El dieléctrico utilizado por estos capacitores es la cerámica, siendo el material más utilizado el dióxido de titanio. Este material confiere al capacitor grandes inestabilidades por lo que en base al material se pueden diferenciar dos grupos: Grupo I: caracterizados por una alta estabilidad, con un coeficiente de temperatura bien definido y casi constante.
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Grupo II: su coeficiente de temperatura no está prácticamente definido y además de presentar características no lineales, su capacidad varía considerablemente con la temperatura, la tensión y el tiempo de funcionamiento. Las altas constantes dieléctricas características de las cerámicas permiten amplias posibilidades de diseño mecánico y eléctrico.
Las especificaciones de estos Capacitores son aproximadamente las siguientes:
·Capacitancias en la gama de 0,5 pF hasta 470 nF
·Tensión de trabajo desde 3 V. a 15.000 Volts o más.
·Tolerancia entre 1% y 5%
·Relativamente chicos en relación a la Capacitancia.
·Amplia banda de tensiones de trabajo.
·Son adecuados para trabajar en circuitos de alta frecuencia.
·Banda de tolerancia buena para aplicaciones que exigen precisión.
Imagen 29
Fuente:
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm
Capacitores cerámicos
CAPACITORES DE PLÁSTICO
Estos capacitores se caracterizan por las altas resistencias de aislamiento y elevadas temperaturas de funcionamiento.
Según el proceso de fabricación podemos diferenciar entre los de tipo k y tipo MK, que se distinguen por el material de sus armaduras (metal en el primer caso y metal vaporizado en el segundo).
Según el dieléctrico usado se pueden distinguir estos tipos comerciales:
KS: styroflex, constituidos por láminas de metal y poliestireno como dieléctrico.
KP: formados por láminas de metal y dieléctrico de polipropileno.
MKP: dieléctrico de polipropileno y armaduras de metal vaporizado.
70
MKY: dieléctrico de polipropileno de gran calidad y láminas de metal vaporizado.
MKT: láminas de metal vaporizado y dieléctrico de teraftalato de polietileno (poliéster).
MKC: makrofol, metal vaporizado para las armaduras y policarbonato para el dieléctrico.
A nivel orientativo estas pueden ser las características típicas de los capacitores de plástico:
Tabla 2
Fuente:
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm
TIPO CAPACIDAD TOLERANCIA TENSION TEMPERATURA
KS 2pF-330nF +/-0,5% +/-5% 25V-630V -55ºC-70ºC
KP 2pF-100nF +/-1% +/-5% 63V-630V -55ºC-85ºC
MKP 1,5nF-4700nF +/-5% +/-20% 0,25KV-40KV -40ºC-85ºC
MKY 100nF-1000nF +/-1% +/-5% 0,25KV-40KV -55ºC-85ºC
MKT 680pF-0,01mF +/-5% +/-20% 25V-630V -55ºC-100ºC
MKC 1nF-1000nF +/-5% +/-20% 25V-630V -55ºC-100ºC
CAPACITORES DE MICA
El dieléctrico utilizado en este tipo de capacitores es la mica o silicato de aluminio y potasio y se caracterizan por bajas pérdidas, ancho rango de frecuencias y alta estabilidad con la temperatura y el tiempo.
Capacitores electrolíticos
En estos capacitores una de las armaduras es de metal mientras que la otra está constituida por un conductor iónico o electrolito. Presentan unos altos valores capacitivos en relación al tamaño y en la mayoría de los casos son polarizados.
Podemos distinguir dos tipos:
71
Electrolíticos de aluminio: la armadura metálica es de aluminio y el electrolito de tetraborato armónico.
Electrolíticos de tántalo: el dieléctrico está constituido por óxido de tántalo y nos encontramos con mayores valores capacitivos que los anteriores para un mismo tamaño. Por otra parte las tensiones nominales que soportan son menores que los de aluminio y su costo es algo más elevado.
Las principales características de los capacitores electrolíticos son:
Capacitancia en la gama de 1uF a 220.000 uF. Tensiones de trabajo entre 2 y 1.000 V. Tolerancia entre –20% y +50%, generalmente. La corriente de fuga es relativamente alta o sea que la aislamiento
no es excelente. Son polarizados, se debe respetar la polaridad. La capacidad aumenta a medida que el capacitor envejece. Tienen una duración limitada. La Capacitancia varía ligeramente con la tensión. Los capacitores electrolíticos no se usan en circuitos de alta
frecuencia, se usan en circuitos de baja frecuencia, uso general y corriente continuo.
Capacitor electrolítico: Tiene polaridad, normalmente se marca el negativo con el signo - . El terminal negativo es el de menor longitud.
Hay que asegurarse de no conectar el capacitor entre dos puntos del circuito cuya tensión supere la máxima que soporta el capacitor.
CAPACITORES DE DOBLE CAPA ELÉCTRICA
Estos capacitores también se conocen como supercapacitores o CAEV debido a la gran capacidad que tienen por unidad de volumen. Se diferencian de los capacitores convencionales en que no usan dieléctrico por lo que son muy delgados. Las características eléctricas más significativas desde el punto de su aplicación como fuente acumulada de energía son: altos valores capacitivos para reducidos tamaños, corriente de fugas muy baja, alta resistencia serie, y pequeños valores de tensión.
CAPACITORES VARIABLES Y AJUSTABLES
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Estos capacitores presentan una capacidad que podemos variar entre ciertos límites. Igual que pasa con las resistencias podemos distinguir entre capacitores variables, su aplicación conlleva la variación con cierta frecuencia (por ejemplo sintonizadores); y capacitores ajustables o trimmers, que normalmente son ajustados una sola vez (aplicaciones de reparación y puesta a punto). La variación de la capacidad se lleva a cabo mediante el desplazamiento mecánico entre las placas enfrentadas. La relación con que varían su capacidad respecto al ángulo de rotación viene determinada por la forma constructiva de las placas enfrentadas, obedeciendo a distintas leyes de variación, entre las que destacan la lineal, logarítmica y cuadrática corregida.
Capacitor Ajustable: Trimmer Capacitor Variable: Tandem
Ambos Capacitores poseen dieléctrico de aire.
Fuente:
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm
IDENTIFICACIÓN DE CAPACITORES
Vamos a disponer de un código de colores, cuya lectura varía según el tipo de condensador, y un código de marcas, particularizado en los mismos. Primero determinaremos el tipo de condensador (fijo o variable) y el tipo concreto dentro de estos. Las principales características que nos vamos a encontrar en los capacitores van a ser la capacidad nominal, tolerancia, tensión y coeficiente de temperatura, aunque dependiendo de cada tipo traerán unas características u otras. En cuanto a las letras para la tolerancia y la correspondencia número-color del código de colores, son lo mismo que para resistencias. Debemos destacar que la fuente más fiable a la hora de la identificación son las características que nos proporciona el fabricante.
Capacitores cerámicos tipo placa, grupo 1 y 2.
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Tabla 3
Fuente:
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm
Capacitores cerámicos tipo disco, grupo 1.
Tabla 4
Fuente:
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm
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Capacitores cerámicos tipo disco, grupo 2.
Tabla 5
Fuente:
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm
Capacitores cerámicos tubulares.
CÓDIGO DE COLORES
Tabla 6
Fuente:
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm
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CÓDIGO DE MARCAS
Tabla 7
Fuente.
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm
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Capacitor de 100 nF con diferentes códigos Capacitor de 22 nF con diferentes códigos.
Capacitores de plástico.
CÓDIGO DE COLORES
Tabla 8
Fuente:
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm
CÓDIGO DE MARCAS
Tabla 9
Fuente: http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm
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Capacitores electrolíticos
Estos capacitores siempre indican la capacidad en microfaradios y la máxima tensión de trabajo en voltios. Dependiendo del fabricante también pueden venir indicados otros parámetros como la temperatura y la máxima frecuencia a la que pueden trabajar.
Tenemos que poner especial atención en la identificación de la polaridad. Las formas más usuales de indicación por parte de los fabricantes son las siguientes:
Capacitores de tantalio
Actualmente estos capacitores no usan el código de colores (los más antiguos, si). Con el código de marcas la capacidad se indica en microfaradios y la máxima tensión de trabajo en voltios. El terminal positivo se indica con el signo +:
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Estos capacitores electrolíticos de tantalio, tienen un costo más elevado, debido a que poseen mejores características y tienen mayor precisión y estabilidad.
Resistencias.
Las resistencias son los circuitos donde atraviesa la energía y ayuda en la caída
de voltaje donde se presenta proporcionalmente, una cosa es la teoría y otra es
sus funcionamientos en aparatos eléctricos.
RESISTENCIAS DE HILO BOBINADO
Fueron de los primeros tipos en fabricarse, y aún se utilizan cuando se requieren
potencias algo elevadas de disipación. Están constituidas por un hilo conductor
bobinado en forma de hélice o espiral (a modo de rosca de tornillo) sobre un
sustrato cerámico.
Las aleaciones empleadas son las que se dan en la tabla, y se procura la mayor independencia posible de la temperatura, es decir, que se mantenga el valor en ohmios independientemente de la temperatura.
metal resistividad relativa
(Cu = 1) Coef. Temperatura
a (20° C)
Aluminio 1.63 + 0.004
Cobre 1.00 + 0.0039
Constantan 28.45 ± 0.0000022
Karma 77.10 ± 0.0000002
Manganina 26.20 ± 0.0000002
Cromo-Níquel
65.00 ± 0.0004
Plata 0.94 + 0.0038
Tabla 10
Fuente http://www.lcardaba.com/articles/R_tipos/R_tipos.htm
79
La resistencia de un conductor es proporcional a su longitud, a su resistividad específica (rho) e inversamente proporcional a la sección recta del mismo. Su expresión es:
RESISTENCIAS DE CARBÓN PRENSADO
Estas fueron también de las primeras en fabricarse en los albores de la
electrónica. Están constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual se
prensa hasta formar un tubo este tipo son muy inestables con la temperatura,
tienen unas tolerancias de fabricación muy elevadas.
Las patas de conexión se implementaban con hilo enrollado en los extremos del
tubo de grafito, y posteriormente se mejoró el sistema mediante un tubo hueco
cerámico (figura inferior) en el que se prensaba el grafito en el interior y finalmente
se disponian unas bornas a presión con patillas de conexión.
Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen unas
tolerancias de fabricación muy elevadas, en el mejor de los casos se consigue un
10% de tolerancia, incluso su valor óhmico puede variar por el mero hecho de la
soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas al componente. Además
tienen ruido térmico también elevado, lo que las hace poco apropiadas para
aplicaciones donde el ruido es un factor crítico, tales como amplificadores de
micrófono, fono o donde exista mucha ganancia. Estas resistencias son también
muy sensibles al paso del tiempo, y variarán ostensiblemente su valor con el
transcurso del mismo.
RESISTENCIAS DE PELÍCULA DE CARBÓN
80
Este tipo es muy habitual hoy día, y es utilizado para valores de hasta 2 watios.
Se utiliza un tubo cerámico como sustrato sobre el que se deposita una película
de carbón Las conexiones externas se hacen mediante crimpado de cazoletas
metálicas a las que se une hilos de cobre bañados en estaño para facilitar la
soldadura.
Para obtener una resistencia más elevada se practica una hendidura hasta el
sustrato en forma de espiral, tal como muestra (b) con lo que se logra aumentar la
longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la longitud del elemento
resistivo.
Las conexiones externas se hacen mediante crimpado de cazoletas metálicas a
las que se une hilos de cobre bañados en estaño para facilitar la soldadura. Al
conjunto completo se le baña de laca ignífuga y aislante o incluso vitrificada para
mejorar el aislamiento eléctrico. Se consiguen así resistencias con una tolerancia
del 5% o mejores, además tienen un ruido térmico inferior a las de carbón
prensado, ofreciendo también mayor estabilidad térmica y temporal que éstas.
RESISTENCIAS DE PELÍCULA DE ÓXIDO METÁLICO
Son muy similares a las de película de carbón en cuanto a su modo de
fabricación, pero son más parecidas, eléctricamente hablando a las de película
metálica. Se hacen igual que las de película de carbón, pero sustituyendo el
carbón por una fina capa de óxido metálico (estaño o latón). Estas resistencias
son más caras que las de película metálica, y no son muy habituales. Se utilizan
en aplicaciones militares (muy exigentes) o donde se requiera gran fiabilidad,
porque la capa de óxido es muy resistente a daños mecánicos y a la corrosión en
ambientes húmedos
81
RESISTENCIAS DE PELÍCULA METÁLICA
Este tipo de resistencia es el que mayoritariamente se fabrica hoy día, con unas
características de ruido y estabilidad mejoradas con respecto a todas las
anteriores. Tienen un coeficiente de temperatura muy pequeño, del orden de 50
ppm/°C (partes por millón y grado Centígrado). También soportan mejor el paso
del tiempo, permaneciendo su valor en ohmios durante un mayor período de
tiempo. Se fabrican este tipo de resistencias de hasta 2 watios de potencia, y con
tolerancias del 1% como tipo estándar.
RESISTENCIAS DE METAL VIDRIADO
Son similares a las de película metálica, pero sustituyendo la película metálica por
otra compuesta por vidrio con polvo metálico. Como principal característica cabe
destacar su mejor comportamiento ante sobrecargas de corriente, que puede
soportar mejor por su inercia térmica que le confiere el vidrio que contiene su
composición. Como contrapartida, tiene un coeficiente térmico peor, del orden de
150 a 250 ppm/°C. Se dispone de potencias de hasta 3 watios.
82
Diodos.
Es el dispositivo donde circula en el mismo sentido atreves de él. Este término
proviene del diodo semiconductor. Al igual que sus diferentes tipos y personajes
que contribuyeron a esto.
TIPOS DE DIODOS.
DIODO DETECTOR O DE BAJA SEÑAL
Los diodos detectores también
denominados diodos de señal o de
contacto puntual, están hechos de
germanio y se caracterizan por
poseer una unión PN muy diminuta.
Esto le permite operar a muy altas
frecuencias y con señales
pequeñas. Se emplea por ejemplo,
en receptores de radio para separar
la componente de alta frecuencia
(portadora) de la componente de
baja frecuencia (información
audible). Esta operación se
denomina detección.
DIODO RECTIFICADOR
Los diodos rectificadores son aquellos dispositivos semiconductores que solo
conducen en polarización directa (arriba de 0.7 V) y en polarización inversa no
conducen. Estas características son las que permite a este tipo de diodo rectificar
una señal.
Los hay de varias capacidades en cuanto al manejo de corriente y el voltaje en
inverso que pueden soportar.
83
Los diodos, en general se identifican mediante una referencia. En el sistema
americano, la referencia consta del prefijo “1N” seguido del número de serie, por
ejemplo: 1N4004. La “N” significa que se trata de un semiconductor, el “1” indica el
número de uniones PN y el “4004” las características o especificaciones exactas del
dispositivo. En el sistema europeo o continental se emplea el prefijo de dos letras,
por ejemplo: BY254. En este caso, la “B” indica el material (silicio) y la “Y” el tipo
(rectificador). Sin embargo muchos fabricantes emplean sus propias referencias, por
ejemplo: ECG581.
DIODO ZÉNER
Un diodo zener es un semiconductor que se distingue por su capacidad de mantener
un voltaje constante en sus terminales cuando se encuentran polarizados
inversamente, y por ello se emplean como elementos de control, se les encuentra
con capacidad de ½ watt hasta 50 watt y para tensiones de 2.4 voltios hasta 200
voltios.
El diodo zener polarizado directamente se comporta como un diodo normal, su
voltaje permanece cerca de 0.6 a 0.7 V.
Los diodos zener se identifican por una referencia, como por ejemplo: 1N3828 ó
BZX85, y se especifican principalmente por su voltaje zener nominal (VZ) y la
potencia máxima que pueden
DIODO VARACTOR El diodo varactor también conocido como diodo varicap o diodo de sintonía. Es un
dispositivo semiconductor que trabaja polarizado inversamente y actúan como
84
condensadores variables controlados por voltaje. Esta característica los hace muy
útiles como elementos de sintonía en receptores de radio y televisión. Son también
muy empleados en osciladores, multiplicadores, amplificadores, generadores de FM
y otros circuitos de alta frecuencia. Una variante de los mismos son los diodos
SNAP, empleados en aplicaciones de UHF y microondas.
DIODO EMISOR DE LUZ (LED’s) Es un diodo que entrega luz al aplicársele un determinado voltaje. Cuando esto
sucede, ocurre una recombinación de huecos y electrones cerca de la unión NP; si
este se ha polarizado directamente la luz que emiten puede ser roja, ámbar,
amarilla, verde o azul dependiendo de su composición.
Los LED’s se especifican por el color o longitud de onda de la luz emitida, la caída
de
voltaje directa (VF), el máximo voltaje inverso (VR), la máxima corriente directa (IF) y
la intensidad luminosa. Típicamente VF es del orden de 4 V a 5 V. Se consiguen
LED’s con valores de IF desde menos de 20 mA hasta más de 100 mA e
intensidades desde menos de 0.5 mcd (milicandelas) hasta más de 4000 mcd. Entre
mayor sea la corriente aplicada, mayor es el brillo, y viceversa. El valor de VF
depende del color, siendo mínimo para LED’s rojos y máximo para LED’s azules.
Los LED’s deben ser protegidos mediante una resistencia en serie, para limitar la
85
corriente a través de este a un valor seguro, inferior a la IF máxima.
También deben protegerse contra voltajes inversos excesivos. Un voltaje inverso
superior a 5V causa generalmente su destrucción inmediata del LED.
DIODO LÁSER Los diodos láser, también conocidos como láseres de inyección o ILD’s. Son LED’s
que emiten una luz monocromática, generalmente roja o infrarroja, fuertemente
concentrada, enfocada, coherente y potente. Son muy utilizados en computadoras y
sistemas de audio y video para leer discos compactos (CD’s) que contienen datos,
música, películas, etc., así como en sistemas de comunicaciones para enviar
información a través de cables de fibra óptica. También se emplean en marcadores
luminosos, lectores de códigos de barras y otras muchas aplicaciones.
DIODO ESTABILIZADOR Está formados por varios diodos en serie, cada uno de ellos produce una caída de
tensión correspondiente a su tensión umbral.
Trabajan en polarización directa y estabilizan tensiones de bajo valores similares a
lo que hacen los diodos Zéner.
DIODO TÚNEL Los diodos túnel, también conocidos como diodos Esaki. Se caracterizan por poseer
una zona de agotamiento extremadamente delgada y tener en su curva una región
86
de resistencia negativa donde la corriente disminuye a medida que aumenta el
voltaje. Esta última propiedad los hace muy útiles como detectores, amplificadores,
osciladores, multiplicadores, interruptores, en aplicaciones de alta frecuencia.
DIODO PIN Su nombre deriva de su formación P(material P), I(zona intrínseca)y N(material N)
Los diodos PIN se emplean principalmente como resistencias variables por voltaje y
los diodos Gunn e IMPATT como osciladores. También se disponen de diodos
TRAPATT, BARITT, ILSA.
Son dispositivos desarrollados para trabajar a frecuencias muy elevadas, donde la
capacidad de respuesta de los diodos comunes está limitada por su tiempo de
tránsito, es decir el tiempo que tardan los portadores de carga en atravesar la unión
PN. Los más conocidos son los diodos Gunn, PIN e IMPATT.
DIODO BACKWARD Son diodos de germanio que presentan en polarización inversa una zona de
resistencia negativa similar a las de los diodos túnel.
87
DIODO SCHOTTKY Los diodos Schottky también llamados diodos de recuperación rápida o de
portadores calientes, están hechos de silicio y se caracterizan por poseer una caída
de voltaje directa muy pequeña, del orden de 0.25 V o menos, y ser muy rápidos. Se
emplean en fuentes de potencia, sistemas digitales y equipos de alta frecuencia.
Una variante son los diodos back o de retroceso, los cuales tienen un voltaje de
conducción prácticamente igual a cero, pero también un voltaje inverso de ruptura
muy bajo, lo cual lo limita su uso a aplicaciones muy especiales.
FOTODIODOS Los fotodiodos son diodos provistos de una ventana transparente cuya corriente
inversa puede ser controlada en un amplio rango regulando la cantidad de luz que
pasa por la ventana e incide sobre la unión PN. A mayor cantidad de luz incidente,
mayor es la corriente inversa producida por que se genera un mayor número de
portadores minoritarios, y viceversa. Son muy utilizados como sensores de luz en
fotografía, sistemas de iluminación, contadores de objetos, Sistemas de seguridad,
receptores de comunicaciones ópticas y otras aplicaciones.
88
89
CAPITULO 3 LUZ DE EMERGENCIA.
90
¿Qué es un alumbrado de emergencia?
Podríamos definir el alumbrado de emergencia como una instalación diseñada para
entrar en funcionamiento si falla el sistema de iluminación normal. Bajo este
concepto, podemos especificar tres clases:
A.- ALUMBRADO DE ESCAPE: Se define como la iluminación necesaria para
que el edificio pueda ser evacuado con rapidez y seguridad en caso de un corte de
luz. La iluminancia producida por el sistema sobre cualquier punto del suelo
señalado como ruta de escape deberá ser del orden de un lux, con una autonomía
de 1,5 horas.
B.- ALUMBRADO DE SEGURIDAD: Se refiere a aquel nivel de iluminación que
permite garantizar la seguridad de las personas en trabajos de naturaleza
potencialmente peligrosa. Por ejemplo, en el caso de un operario de una sierra
circular, la iluminancia sobre el área de trabajo no debe ser inferior al 5% de la
dada por el alumbrado normal.
C.- ALUMBRADO SUSTITUTIVO: Se define como la iluminación suficiente para
poder continuar las actividades de importancia vital durante una emergencia, como
por ejemplo, la presente en un pabellón de cirugía.
Tipos de alumbrado de emergencia
• ALUMBRADO NO PERMANENTE: Se alimentan por
un sistema de energía propio, en base a pilas de plomo o
níquel cadmio. Estos sistemas tienen autonomías de
hasta tres horas, dependiendo del modelo del equipo. El
suministro de energía es directo de la red y ante una falla de la energía, el sistema
de iluminación se activa automáticamente y se desconecta cuando llega la energía
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eléctrica. Una vez conectado a la red, sus baterías se recargan. Se dice que este
sistema es el más fiable, pues cada equipo puede seguir funcionando incluso
durante un incendio o aunque se destruyan sus cables de distribución.
• ALUMBRADO DE EMERGENCIA CON APOYO DE GRUPO GENERADOR:
Este sistema opera con un generador o un centro de baterías que automáticamente
entra en acción ante una falla del suministro normal de energía. En este sentido, su
desventaja radica en que depende del respaldo del grupo gen erador, que lo hace
más vulnerable en caso de incendio o daño de la estructura del edificio, como por
ejemplo en un sismo muy fuerte.
Existen varios tipos de luces de emergencia y distintas maneras de utilizarlas:
todo depende del entorno o del giro del lugar. Pero para fines prácticos podemos
segmentarlas en tres grupos:
DE REEMPLAZO: se denomina así cuando existe una falla en el suministro de
iluminación normal o un nivel inadecuado de la misma, que impide seguir con las
actividades normales del lugar. Estas luces no tienen una duración de uso
determinada, pues en condiciones normales pueden ser utilizadas el tiempo
necesario hasta la conclusión de actividades cotidianas.
DE EMERGENCIA: es un alumbrado que se prevé será utilizado ante un fallo de
la iluminación principal. Este ofrece la posibilidad de seguir con las actividades
normales para concluirlas hasta que sea restaurado el suministro, o bien hasta
lograr una evacuación ante una situación de emergencia. En esta categoría
podríamos agregar también el alumbrado para zonas de riesgo, que tiene que ver
con lugares de trabajo con alto riesgo de accidentes. Su duración puede ser
mínima o suficiente para interrumpir las actividades de manera segura.
DE EVACUACIÓN: se llama así a una parte del alumbrado de emergencia que
permite la evacuación de un lugar. Esta nos permite reconocer las rutas alternas
de salida, identificar los puntos de reunión, ubicar herramientas contra incendios,
botiquín y otro tipo de instrumentos útiles en contingencias.
TRAZADO DEL ALUMBRADO Es importante contar con un conocimiento
previo para la buena ubicación e instalación de las luces de emergencia. Para ello
es necesario planear un trazado del alumbrado, dependiendo del espacio que se
necesite iluminar. La trascendencia del trazado radica en dejar visibles las
lámparas con la información de su tensión nominal o su gama de tensiones de
operación. De igual modo es fundamental asegurar que las baterías empleadas
siempre se encuentren con la carga necesaria para que el usuario pueda
encontrar la mayor protección y seguridad posible. Los lugares en los que es
obligatorio contar con iluminación de emergencia son hospitales, oficinas, hoteles,
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industrias, restaurantes y lugares de entretenimiento. No obstante, debería ser
obligatoria también en edificios de vivienda, escuelas, así como en nuestros
propios hogares. Se debe poner especial atención en dejar las señalizaciones
iluminadas en las rutas de evacuación conforme a la Ley de Protección Civil. A
continuación te damos algunas recomendaciones de instalación:
Ubicar donde hay algún cambio de nivel en el piso; es decir, escaleras, rampas,
desniveles, etcétera.
Las luces deben permitir identificar donde están los extintores, botiquines y demás
instrumentos para contingencias.
En los pasillos se debe prever la ubicación de las luces de emergencia, así como
en los cruces.
Colocar iluminación en salidas de emergencia, de tal manera que el tránsito de las
personas sea seguro.
El mejor consejo de todos es buscar a una persona especializada en el tema –
incluso, de protección civil– para lograr la mejor instalación de este tipo
alumbrado, que en cualquier situación de riesgo ayuda con una evacuación fluida,
disminuyendo así accidentes o inclusive una pérdida humana.
CONCLUSIÓN
El proyecto realizado se elaboro para resolver la problemática sobre el alumbrado
en el hogar, que también puede ser utilizado en otros establecimientos; todo lo
investigado, las citas y ejercicios propuestos es para que tenga un conocimiento
más amplio en lo que se elaboro.
Podemos recalcar con el compañero, que los componentes que pusimos les
puede parecer sofisticado para su entendimiento pero si siguen cada detalle verán
que si podrán descifrarlo, pero deben tomar en cuenta que la teoría es la base
para la práctica.
Se sustituyeron unas piezas y otras quitaron para poder lograr el mismo
funcionamiento que el aparato de emergencia que se elaboran las empresas. Asi
se llego que pude tener el mismo funcionamiento
CUADRO DE RECOMENDACIÓN.
TABLA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES
Tabla 1
Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.htm
Número Atómico
Nombre del Elemento
Grupo en la Tabla
Categoría Electrones en la última
Números de valencia
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Periódica órbita
48 Cd (Cadmio) IIa Metal 2 e- +2
5 B (Boro)
IIIa
Metaloide 3 e- +3
13 Al (Aluminio)
Metal
31 Ga (Galio)
49 In (Indio)
14 Si (Silicio) IVa Metaloide
4 e- +4
32 Ge (Germanio)
15 P (Fósforo)
Va
No metal 5 e- +3, -3, +5
33 As (Arsénico) Metaloide
51 Sb (Antimonio)
16 S (Azufre)
VIa No metal
6 e- +2, -2 +4, +6
34 Se (Selenio)
52 Te (Telurio) Metaloide
AUTOR: Texto e ilustraciones José Antonio E. García Álvarez.
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APENDICE 1
Electricidad y Electrónica / Lic. Agustín Rela.
Los constantes descubrimientos en la ciencia de la física lo cual no ha dado a
mostrar muchas leyes y teorías, dada también desde los diferentes aportes pero
son transcritos por otras personas y así no perder su conocimiento alguno; la
electricidad juega un papel importante ya que es una fuente de calor y energía.
Nos orienta con su libro publicado es ayudar a las ingeniarías conceptualmente
eléctrico y física, todo la información que ha puesto lo ha hecho de acuerdo a la
temática de estudio de escuelas secundarias; aunque también es bueno para la
universidad para recalcar algún tema y explicarlo de manera razonable y lo que
vemos en nuestra vida diaria.
Agustín Rela es electrotécnico y Licenciado en Física. Se desempeñó como
docente en escuelas secundarias. Es autor de libros para estudiantes y docentes.
Ha publicado numerosos artículos en revistas especializadas y ha presentado
ponencias en congresos sobre temas referidos a la tecnología y a su enseñanza.
Se desempeñó durante más de veinte años como profesor de física de la
Universidad de Buenos Aires. Actualmente se desempeña como docente en el
Instituto Municipal de Educación Superior de Formación Docente. Es asesor en el
área de investigación y desarrollo en establecimientos industriales en temas
referidos a aisladores de alta tensión.
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APENDICE 2 Electrónica/Ing. Francisco Robles
Este libro nos da una amplia gama de conocimientos actuales que son
sofisticados, pero nos da una explicación más a fondo, aborda a distintos temas
como chips, ondas, entre otros. En el cual nos da los avances que han existido y
nos lo da a conocer con una muy buena y favorable información.
El es un profesor de bachillerato, graduado como físico-matemático; que a los 5
después de su carrera obtuvo el empleo de maestro que lo consideran una gran
hombre, que también ha logrado hacer pequeños libros para retroalimentar la
información de sus alumnos y lectores.
Esta ayuda importante nos orienta a poder avanzar mas las ingenierías para no
olvidar cada parte que nos vendrá bien en cualquier momento o nivel superior.
El se desempeña como docente del bachillerato de Nicaragua; a pesar de tener
sus 56 años de edad, y el estado del país no es favorable.
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APENDICE 3
Electrónica básica para Ingenieros/ Gustavo A. Ruiz Robredo
Este libro es un complemento que nos ayudara a poner mejorar nuestro
conocimiento además todo se relaciona a la electricidad y mecánica; lo cual
influye al proyecto elaborado.
Todos los temas que aborda son muy buenos, pero con el tiempo ya sabrán cómo
se realizo este trabajo y como fue hecho posible.
El alumno adquirirá un núcleo de conocimientos básicos con una fuerte
componente práctica que constituirán una base idónea para abordar una futura
especialización en cualquiera de los campos de la electrónica.
Se parte de la idea de que el estudiante posee los conocimientos previos de las
herramientas de análisis de circuitos lineales en las asignaturas de Electricidad y
Magnetismo y Teoría de Circuitos, y está familiarizado con los modelos y
comportamiento circuital de los principales dispositivos electrónicos más
importantes en la asignatura de Componentes y Dispositivos Electrónicos y
Fotónicos.
De esta manera el alumno pierde la idea del dispositivo como elemento aislado y
lo estudia como elemento constitutivo de un circuito más complejo y en muchos
casos de un sistema integrado.
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MEMORIA METODOLOGICA
Desde el principio se puso en debate y discusión para ver la problemática, y al
tenerlo después de 2 largorosos días se nos ocurrió mejorar un producto y así
poder llevar a cabo ese trabajo.
En el cual tomamos en cuenta estos puntos:
Tiempo que nos tomaría realizar y verlo funcionar.
Estudiar a fondo, buscar libros e investigaciones virtuales.
En lo económico ¿Cuánto gastaríamos para hacerlo?
Necesitar la ayuda de un ingeniero eléctrico.
Que piezas específicas utilizaremos.
La propuesta no estaba muy argumentada.
Tantas cosas teníamos que hacer si que se empezó a realizar la investigación y
así esclarecer un poco nuestras dudas. Pero se pudo afrontar los retos
imprevistos que surgieron día a día, los comentarios plasmados fueron guiados a
diversos autores que ellos están involucrados temáticamente en los mecanismos
de iluminación de emergencia.
El trabajo esta propiciado a mejorar la luz de emergencia, como también el
entendimiento de cada concepto que pusimos, no podemos olvidar los libros que
se tomaron en cuenta.
Todo lo abordado esta englobado y considerado, pero hay partes que no es asi
debido a que se dan desviaciones imprevistas que harán dudar al lector.
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FUENTES BIBLIOGRAFICAS
Electrónica
Ingeniero Francisco Robles
Publicado en el 2010
Nicaragua
Página 12.
Electrónica
Ingeniero Francisco Robles
Publicado en el 2010
Nicaragua
Página 15
Electrónica
Ingeniero Francisco Robles
Publicado en el 2010
Nicaragua
Página 18
Electrónica
Ingeniero Francisco Robles
Publicado en el 2010
Nicaragua
Página 19
Electrónica
Ingeniero Francisco Robles
Nicaragua
Publicado en el 2010
Página 24
Electricidad y electrónica.
Lic. Agustín Rela
Publicado en 2010
Buenos Aires: Ministerio de Educación de la Nación. Instituto Nacional de Educación Tecnológica, 2010.
Página 177.
FUENTES VIRTUALES.
www.wikipedia.com
www.monografias.com
www.ricondelvago.com
www.google.com