Apunte Componentes Electrónicos

Transcripción

Profesor
Ramón Flores Pino
COMPONENTES
Y CIRCUITOS
ELECTRONICOS
RAMON ENRIQUE FLORES PINO
Profesor de Estado para la Enseñanza
Industrial Mención Electricidad
(UTE, Actual Usach)
2014
Nunca digas que no puedes hacer algo porque “donde hay voluntad hay un camino ”
1
Profesor
Ramón Flores Pino
Introducción
En este apunte se encuentran gran parte de los contenidos que corresponden a uno
de los módulos de la especialidad de Electricidad. El que se denomina Medición y Análisis
de Componentes y Circuitos Electrónicos (MACCE). Los contenidos están tratados en una
forma muy accequibles a las capacidades de comprensión de los estudiantes de
enseñanza media técnico profesional.La gran cantidad de ellos en especial algunas imágenes corresponden a lo que está
disponible en la web, con adaptaciones para su mejor comprensión y algunas de ellas
creadas por el autor.
Un gran saludo para todos
2
Profesor
Ramón Flores Pino
INDICE
Tema
Página
Resistencias eléctricas
4
Condensadores
15
Bobinas
25
Transformadores
29
Materiales Semiconductores
44
Diodos
45
Fuentes de alimentación
61
Transistores bipolares
69
Transistores especiales
82
Tiristores
93
Circuitos integrados
106
Circuito integrado 555
110
Amplificador operacional
114
Sensores electrónicos
120
3
Profesor
Ramón Flores Pino
RESISTENCIAS ELECTRICAS
Son componentes pasivos (aquellos que no son capaces de generar corriente) que
se oponen al paso de la corriente a través de ellos y están presentes en todos los circuitos
electrónicos.- Existen de diversos tipos y formas comerciales. Las mas comunes en los
circuitos son las de carbón.Símbolo
En general todo consumo eléctrico representa una forma de resistencia
independiente del efecto que produzca.Tipos de resistencias
1.- Resistencias de carbón
Hay dos tipos de resistencias fijas de carbón, las aglomeradas y las de capa o película.
En las aglomeradas, el elemento resistivo es una masa homogénea de carbón, mezclada
con un elemento aglutinante y fuertemente prensada en forma cilíndrica. Los terminales se
insertan en la masa resistiva y el conjunto se recubre con una resina aislante de alta
disipación térmica.
Este tipo de resistencia se fabrica en rangos de potencias bajas , comúnmente hasta los
dos o tres watts.- Las formas comerciales mas comunes se muestran a continuación:
4
Profesor
Ramón Flores Pino
El valor ohmico en este tipo de resistencias se hace a través de un código de bandas de
colores dado que su tamaño cuando es reducido no permite escribir una cifra sobre el
cuerpo. El código es el siguiente:
Código de Colores para Resistencias de Carbón
Color de la franja
Español
English
Negro
Black
Café
Brown
Rojo
Red
Naranja
Orange
Amarillo
Yellow
Verde
Green
Azul
Blue
Violeta
Violet
Gris
Gray
Blanco
White
Dorado
Gold
Plateado
Silver
Sin Color
No Color
Primera
Cifra
0
1
2
3
4
5
6
7
Segunda
Cifra
0
1
2
3
4
5
6
7
Multiplicador
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
10000000
0,1
0,01
Tolerancia
1%
2%
5%
10 %
20 %
Como Funciona
Si se tiene la siguiente resistencia
5
Profesor
Ramón Flores Pino
De acuerdo al código, esta resistencia tiene el siguiente valor
Primera banda
Segunda Banda
Tercera Banda
Cuarta Banda
(Amarillo)
(Negro)
(Rojo)
(Dorado)
=
=
=
=
4
0
100
5%
R = 4 0 * 100 +/- 5% = 4000 +/- 200 Ohms
El valor máximo de esta Resistencia es
Rmax. = 4000 + 200 = 4200 Ohms
El Valor mínimo
Rmin. = 4000 - 200 = 3800 Ohms
Esto significa, si al medir esta resistencia con un tester este marca cualquier valor
entre 3800 y 4000 Ohms, la resistencia esta buena. Si el tester marca un valor bajo los
3800 o sobre los 4000 Ohms, la resistencia esta desvalorizada ( mala ).Si una resistencia tiene cinco bandas
En este caso las tres primeras bandas son significativas, por lo cual la resistencia tiene el
siguiente valor.
Primera Cifra
Rojo
=2
Segunda Cifra
Verde
=5
Tercera Cifra
Violeta
=7
Multiplicador
Naranja
= 1000
Tolerancia
Dorado
= 5%
R = 2 5 7 * 1000 +/- 5 %
= 257000 +/- 12850 Ohms
6
Profesor
Ramón Flores Pino
El valor máximo y mínimo se calcula al igual como se hace con las de cuatro bandas
2.- Resistencias de Alambre con cubierta de cerámica
Este tipo de resistencia se fabrica con alambre bobinado el cual se recubre de cerámica,
permitiendo así que la resistencia pueda disipar una gran potencia. Algunas formas
comerciales son
Comúnmente traen escrito en el cuerpo su valor ohmico y la potencia
3.- Resistencias Variables
Son todas aquellas cuyo valor ohmico se puede variar en
alguna forma mecánica, ya sea giratoria, deslizante o por selector de tramos.
Una de las mas comunes son las giratorias de película de carbón que en el comercio se
venden como “Potenciómetros”. Lo correcto es que el potenciómetro es un tipo de
resistencia variable que hace una función determinada y por la cual recibe este nombre,
así también hay otra función que se denomina “reóstato”.El Potenciómetro
Puede ser de desplazamiento deslizante lineal o desplazamiento
giratorio y su función es la de variar un voltaje en un circuito
7
Profesor
Ramón Flores Pino
Función en un circuito
El potenciómetro se conecta a un voltaje fijo, el cual es transformado en variable para
entregarlo a una carga.
El Reóstato
Esta resistencia variable tiene la función de controlar corriente en un circuito y
su conexión es la siguiente
Para transformarlo en reóstato se deben unir (puentear) dos de los tres contactos
En conclusión: depende de la forma en que se conecte la resistencia variable, es el
nombre que recibe, reóstato o potenciómetro.4.- Resistencias no lineales
4.1- Resistencia LDR (Resistencia no lineal)
8
Profesor
Ramón Flores Pino
El LDR (Light Dependent Resistor), resistor dependiente de la luz es una resistencia que
varía su valor dependiendo de la cantidad de luz que la ilumina.
Los valores de una fotorresistencia cuando está totalmente iluminada y cuando está
totalmente a oscuras varía, puede medir de 50 ohmios a 1000 ohmios (1K) en
iluminación total y puede ser de 50K (50,000 Ohms) a varios megaOhms cuando está a
oscuras.
El LDR es fabricado con materiales de estructura cristalina, y utiliza sus propiedades
fotoconductoras. Los cristales utilizados más comunes son: sulfuro de cadmio y seleniuro
de cadmio.
Símbolo
Formas comerciales
9
Profesor
Ramón Flores Pino
Curva característica de la LDR
4.2-Resistencia NTC (Negative Temperature Coefficient = Coeficiente Negativo con la
Temperatura)
Es un componente, al igual que la PTC, que varía su resistencia en función de la
temperatura. Así, cuando reciben una temperatura mayor que la de ambiente disminuye su
valor óhmico y cuando es baja o de ambiente aumenta.
Símbolo
Suelen construirse con óxido de hierro, de cromo, de manganeso, de cobalto o de níquel.
El encapsulado de este tipo de resistencia dependerá de la aplicación que se le vaya a
dar. Por ello nos encontramos NTC de disco, de varilla, moldeado, lenteja, con rosca para
chasis...
Los fabricantes identifican los valores de las NTC mediante procedimientos de serigrafía
directo en el cuerpo de la resistencia, y mediante bandas de colores, semejante a las
resistencias y siguiendo su mismo código, teniendo en cuenta que el primer color es el que
está más cercano a las patillas del componente según se observa en la figura.
10
Profesor
Ramón Flores Pino
Su curva característica se realiza entre dos parámetros, la resistencia y la temperatura.
Sus aplicaciones más importantes están: medidas, regulación y alarmas de temperatura,
regulación de la temperatura en procesos de elaboración, termostatos, compensación de
parámetros de funcionamiento en aparatos electrónicos (radio, TV...).
Curva característica NTC
Formas comerciales
11
4.3- Resistencia PTC
Profesor
Ramón Flores Pino
(Positive Temperature Coefficient = Coeficiente Positivo con la temperatura)
En este componente un aumento de temperatura se corresponde con un aumento de
resistencia. Se fabrican con titanato de bario. Sus aplicaciones más importantes son: en
motores para evitar que se quemen sus bobinas, en alarmas, en TV y en automóviles
(temperatura del agua).
El concepto de los encapsulados de las PTC se rige por los mismos criterios que una
NTC,
siendo
sus
aspectos
muy
parecidos
a
los
mismos.
Su curva característica se realiza entre dos parámetros, la resistencia y la temperatura.
Símbolo
La identificación de los valores de estos dispositivos se realiza mediante franjas de colores
en el cuerpo de los mismos que hacen referencia a un determinado tipo. Para deducir sus
características
se
recurre
a
los
catálogos
de
los
fabricantes.
Los márgenes de utilización de las NTC y PTC están limitados a valores de temperatura
que no sobrepasan los 400ºC.
Formas comerciales
12
Profesor
Ramón Flores Pino
Curva característica
Curva característica PTC
4.4- VDR (o Varistor) (Voltage Dependent Resistors = Resistencias Dependientes de la Tensión)
La característica de resistencia consiste en que disminuye su valor óhmico cuando
aumenta bruscamente la tensión. De esta forma bajo impulsos de tensión se comporta
casi como un cortocircuito y cuando cesa el impulso posee una alta resistividad.
Sus aplicaciones aprovechan esta propiedad y se usan básicamente para proteger
contactos móviles de contactores, reles, interruptores.., ya que la sobre intensidad que se
produce en los accionamientos disipa su energía en el varistor que se encuentra en
paralelo con ellos, evitando así el deterioro de los mismos, además, como protección
contra sobre tensiones y estabilización de tensiones, adaptación a aparatos de medida.
Símbolo
13
Profesor
Ramón Flores Pino
Formas comerciales
Se utilizan en su construcción carburo de silicio, óxido de zinc, y óxido de titanio.
14
Profesor
Ramón Flores Pino
Condensadores Eléctricos
Un condensador consiste en dos placas metálicas separadas por un aislante, llamado
dieléctrico. El dieléctrico, que puede ser aire, papel, mica, plástico u otro, es muy
delgado, de manera que ambas placas conductoras, a las que se denomina armaduras,
queden lo mas cerca posible una de la otra. El valor del condensador, en términos de
capacidad, se mide en Faradios, y tanto mayor será esta cuando mayores sean las
superficies enfrentadas de las placas y menor el espesor del dieléctrico.
Armaduras de un condensador
Un condensador dispone de dos terminales, que sirven para conectarlo a otros
componentes del circuito. Cada uno de ellos esta unido eléctricamente a una de las
armaduras.
Estas placas al ser sometidas a
polaridad positiva y la otra negativa.
un voltaje adquieren una carga eléctrica una con
La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial
(Voltaje) entre una placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad lo que se
denomina capacidad . En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F),
siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras (
placas) a una d.d.p. de 1 voltio, éstas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.
Símbolo
15
Profesor
Ramón Flores Pino
Diferentes tipos de condensadores
Los condensadores se pueden dividir en dos grupos. Los polarizados y
polarizados. A los primeros se les denomina Electrolíticos
los no
Electrolíticos (o polarizados)
Son de gran capacidad y se fabrican con una polaridad eléctrica que viene
indicada en el cuerpo para evitar errores en su conexión ya que si se conectan con
polaridad invertida se destruyen. Solo se pueden conectar en Corriente Continua
respetando la polaridad,. Formas comerciales comunes
Símbolo para un electrolítico
Cualquiera de estos símbolos es valido
16
Profesor
Ramón Flores Pino
Este tipo de condensador es de polaridad fija, es decir, solo funciona correctamente si
se le aplica una tensión exterior con el signo positivo al terminal que esta unido a la lamina
de aluminio cubierta de oxido y el negativo a la otra. Las tolerancias oscilan entre el 10%
(condensadores de hasta 330uF) y el 20% para capacidades superiores. Su principal
aplicación esta relacionada con el filtrado de componentes de corriente alterna en fuentes
de alimentación, y filtros de baja frecuencia
El condensador de Tantalio
Una variación sobre el modelo electrolitico anterior es el condensador de tántalo, donde
las láminas de aluminio son reemplazadas por hojas de aquel metal. Se utiliza un
electrolito seco, y tiene como característica un bajísimo ruido eléctrico.
No polarizados
Son todos aquellos que no han sido fabricados con polaridad eléctrica y
que pueden ser conectados tanto en corriente continua como en corriente alterna. Unos de
los mas comunes de este tipo son los cerámicos
Los condensadores cerámicos se fabrican con capacidades relativamente pequeñas,
comprendidas entre 1 pF y los 470 nF (0.47uF).La tolerancia respecto del valor nominal
es de aproximadamente un 2% para los de mas pequeño valor, y de un 10% para los de
mayor denominación.Físicamente, se parecen a una lenteja con los dos terminales
saliendo desde uno de los bordes. Son capaces de soportar tensiones de entre 50V y
100V, dependiendo del modelo, aunque los hay de fabricación especial que soportan
hasta 10.000V. Su identificación se realiza mediante un código alfanumérico.
17
Profesor
Ramón Flores Pino
Se utilizan principalmente en circuitos que necesitan una alta estabilidad y bajas pérdidas
en altas frecuencias.
El condensador de poliéster
Los condensadores de poliéster son ampliamente utilizados, dado que entre sus
características más importantes se encuentran una gran resistencia de aislamiento que le
permite conservar la carga por largos periodos de tiempo, un volumen reducido y un
excelente comportamiento frente a la humedad y a las variaciones de temperatura.
Adicionalmente, la propiedad de autorregeneración permite que en caso de que un exceso
de tensión los perfore, el metal se vaporiza en una pequeña zona rodeando la perforación
evitando el cortocircuito, lo que le permite seguir funcionando. Los materiales más
utilizados son: poliestireno (styroflex), poliéster (mylar), policarbonato (Macrofol) y
politetrafluoretileno (conocido como teflón). Se fabrican en forma de bobinas o multicapas.
En algunos países o publicaciones se los conoce como MK. Se fabrican con capacidades
desde 1nF a 100uF y tensiones desde 25V a 4000V. Se los distingue por sus
característicos colores vivos, generalmente rojo, amarillo o azul.
El Condensador Variable
Diferentes tipos de condensadores variables y ajustables.
Los condensadores con capacidad variable, están construidos generalmente en aluminio,
con un dieléctrico que suele ser el aire, aunque también se utilizan la mica o el plástico.
Estructuralmente consisten en dos armaduras formadas por láminas paralelas de metal
18
Profesor
Ramón Flores Pino
que se introducen una en la otra cuando se actúa sobre un eje. Esto produce una
modificación en la superficie de las armaduras que quedan enfrentadas, y con ello la
variación de la capacidad. Se utilizan por ejemplo para variar la frecuencia en la que
trabaja un receptor de radio de amplitud modulada.
Nomenclatura en condensadores
Se emplean diferentes sistemas para escribir el valor de la capacidad de los
condensadores, dependiendo del tipo de que se trate. En el caso de los electrolíticos,
directamente se expresa la capacidad con números, generalmente en uF, por lo que su
lectura no presenta problemas. Acompaña a este valor la tensión máxima para la que ha
sido diseñado, y que no debe superarse si no se quiere destruir el componente.
En el caso de los condensadores cerámicos, se utiliza un sistema similar al de los
resistores, pero en lugar de utilizar bandas de colores, se expresa el valor con números.
Es habitual encontrar escrito sobre el cuerpo de estos condensadores un número de 3
cifras, donde las dos primeras corresponden a las unidades y decenas, y la tercera la
cantidad de ceros. La capacidad se encuentra en picofaradios, por lo que puede ser
necesario hacer la conversión si se desea conocer el valor en otra unidad. De esta
manera, si en el numero escrito es, por ejemplo, 474, significa que la capacidad es de
470.000 pF, o lo que es lo mismo, 0.47 uF. Este sistema se conoce como Código 101.
Algunos condensadores tiene impreso directamente sobre ellos el valor de 0.1 o 0.01, lo
que sindica 0.1 uF o 0.01 uF. En el Código 101 se utiliza una letra para significar la
tolerancia del condensador.

Ejemplos del Código 101
o 104H -> significa 10 + 4 ceros = 10,000 pF; H = +/- 3% de tolerancia.
o 474J -> significa 47 + 4 ceros = 470,000 pF, J = +/- 5% de tolerancia.
La letra al final del valor del condensador especifica su tolerancia.
19
Profesor
Ramón Flores Pino
En el caso de algunos condensadores de poliéster se utiliza el mismo código de colores
que en las resistencias, de cinco bandas, donde los colores de las dos primeras son el
valor de las unidades y decenas, el tercero la cantidad de ceros, el cuarto color es la
tolerancia, y el quinto la tensión máxima.
En los condensadores de poliéster se codifican la capacidad y tensión de trabajo mediante colores.
Coneccion de Condensadores
Tal como ocurre con las resistencias, a partir de unos pocos valores discretos disponibles
comercialmente es posible obtener prácticamente cualquier valor de capacidad que se
desee, simplemente combinándolos de a dos o mas. También hay dos formas básicas de
hacerlo, en serie y en paralelo.
Condensadores en serie
La coneccion en serie consiste en unir los condensadores uno a continuación del otro,
como se ve en el esquema de la figura. De esta manera, la corriente I que los atraviesa es
la misma. En rigor, ninguna corriente (al menos en el sentido de flujo de cargas eléctricas)
fluye a través de un condensador. Sin embargo, dado que las cargas sobre las armaduras
son siempre iguales y opuestas, la corriente que ingresa a un terminal siempre es igual a
la que emerge por el otro, por lo que a fines practicos se supone una circulación de
corriente a través del condensador. Debido a la forma en que se comportan las armaduras
y las cargas al dispones los condensadores de esta manera, la capacidad total del arreglo
se calcula con la siguiente formula:
20
Profesor
Ramón Flores Pino
La capacidad total de los condensadores en serie es menor a la del más pequeño.
Esta formula es semejante a la utilizada para calcular el valor de resistores en paralelo.
Si solo son dos condensadores
Condensadores en paralelo
Si se conectan entre si condensadores en paralelo, la capacidad total será igual a la
suma de las capacidades individuales. Esto es bastante fácil de entender, dado que en
esta configuración el tamaño total de las armaduras enfrentadas será la suma de los
tamaños de las armaduras enfrentadas.
C = C1 + C2 + C3 +……+ Cn
Conectados en paralelo, se suman las capacidades individuales.
Carga y descarga
Un condensador al ser conectado a una fuente de voltaje se carga con la polaridad de la
fuente
21
Profesor
Ramón Flores Pino
Al cerrarse el interruptor en la posición A circula una corriente que carga al
condensador, esta carga se produce en cinco constantes de tiempo.- La constante de
tiempo esta dada por el producto entre la resistencia y la capacidad.En formula
T = R*C
( seg. )
Donde R debe estar en Ohms y la capacidad en Faradios con lo cual el resultado se
obtiene en segundos.
Ejemplo:
Cual será la constante de tiempo de carga del condensador del circuito
anterior si tiene una capacidad de C= 40 uf conectado en serie con una resistencia de 75
K ohms?.
T = R*C
= 75000 * 0,00004 = 3 (seg)
Por lo cual el tiempo total de carga es de 15 seg. ( ya que se carga en 5 constantes)
Si en el circuito anterior el valor de Vcc = 200 v ¿ a cuanto voltaje se carga en cada
constante de tiempo?.
Respuesta: Considerando que el condensador se carga un 63% por cada constante de
tiempo transcurrida, se tiene:
22
Profesor
Ramón Flores Pino
T1 : 200 * 0,63 = 126 v ( A la primera Constante se carga a 126 v)
T2 : 200 – 126 = 74
74 * 0,63 = 46,62
( 126 + 46,62 = 172,62 a la segunda constante se carga a 172,62v)
T3 : 200 – 172,62 = 27,38
27,38 * 0,63 = 17,24 ( 172,62 + 17,24 = 189,86 a la tercera se carga a 189,86 v)
T4:
200 – 189,86 = 10,14
10,14 + 0,63 = 6,38 ( 189,86 + 6,38 = 196,24 ( a la cuarta k ,se carga a 196,24 v)
T5:
200 – 196,24 = 3,76 v
3,76 * 0,63 = 2,36 (196,24 + 2,36 = 198,6 ( en la ultima K se carga a 198,6 lo que se
Considera un 100 %
La descarga
La descarga también se realiza en 5 constantes de tiempo pero en sentido contrario.
En conclusión :A un condensador se se le puede controlar el proceso de carga y descarga
haciendo variable R o C en la formula de la constante de tiempo.
23
Profesor
Ramón Flores Pino
Como se destruye un condensador
1. Si es Electrolítico;
Aplicándole una polaridad inversa o aplicándole un voltaje
voltaje alterno
excesivo, aplicándole un
2. Si es no polarizado:
Aplicándole un voltaje excesivo
24
Profesor
Ramón Flores Pino
Bobinas
Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al
fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.
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.
Sus símbolos normalizados son los siguientes:
Bobina
Inductancia
Bobina con núcleo ferrita
Bobina con tomas fijas
Bobina blindada
Bobina ajustable
Bobina con núcleo de hierro
bobina variable
Formas comerciales comunes
25
Profesor
Ramón Flores Pino
Todas las maquinas eléctricas utilizan bobinas en su interior para funcionar, tales como los
diversos tipos de motores eléctricos, transformadores, maquinas soldadoras, etc.
Bobinado en motores
Toda bobina tiene una Inductancia, que se podría definir como la característica fija que
presenta este componente en relación al campo magnético que crea al ser recorrida por
una corriente eléctrica.
La unidad de medida de la inductancia de una bobina es el Henrio (H) en el Sistema
Internacional pero se suele emplear los submúltiplos según la siguiente tabla:
1 Hy
=
1 Hy
1mhy (mili Henry)
=
0,001 Hy
1uhy (micro Henry) =
0,000001 Hy
1nhy (nano Henry) =
0,000000001 Hy
1phy (pico Henry)
0,000000000001 Hy
=
Conexión de bobinas
En serie
El cálculo del inductor o bobina equivalente de inductores en serie es similar al método
de cálculo del equivalente de resistencias en serie, sólo es necesario sumarlas.
En el diagrama hay 3 inductores o bobinas en serie y la fórmula a utilizar es:
26
Profesor
Ramón Flores Pino
LT = L1 + L2 + L3 +......+ LN
donde N es el número de bobinas colocadas en serie
En paralelo
El cálculo de la bobina equivalente de varias bobinas en paralelo es similar al cálculo que
se hace cuando se trabaja con resistencias.
Código de colores para las bobinas
Las bobinas se pueden identificar mediante un código de colores similar al de las
resistencias o mediante serigrafía directa.Las bobinas que se pueden identificar mediante
código de colores presentan un aspecto semejante a las resistencias.
Color
1ª Cifra y 2ª Cifra
Multiplicador
Tolerancia
Negro
0
1
-
Marrón
1
10
-
Rojo
2
100
-
Naranja
3
1000
3%
Amarillo
4
-
-
Verde
5
-
-
Azul
6
-
-
Violeta
7
-
-
Gris
8
-
-
27
Profesor
Ramón Flores Pino
Blanco
9
-
-
Oro
-
0,1
5%
Plata
-
0,01
10%
Ninguno
-
-
20%
El valor nominal de las bobinas viene marcado en micro Henry
()
Características de las bobinas
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 es buena si
la inductancia es mayor que el valor óhmico debido al hilo de la misma.
28
Profesor
Ramón Flores Pino
TRANSFORMADORES
“Es una maquina eléctrica que transforma un voltaje alterno desde un valor a otro”
Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético que permite aumentar o
disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto
permanezca constante (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un
transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la
salida) manteniendo la frecuencia.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción
electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas
devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce. Estas bobinas o devanados se
denominan primarios y secundarios.
El símbolo general que representa a un transformador es el siguiente
Donde
V1
V2
I1
I2
N1
N2
Voltaje Primario (Vp)
Voltaje Secundario (Vs)
Corriente del primario (Ip)
Corriente del secundario (Is)
Número de vueltas del primario
Número de vueltas del secundario
29
Profesor
Ramón Flores Pino
La forma de un transformador de acuerdo al símbolo anterior
La forma de los núcleos más comunes
De estas tres formas la mas común es la tipo E.- En esta caso las dos bobinas están
dispuestas una sobre la otra sobre la parte central de la E quedando hacia fuera los
terminales correspondientes a cada bobinado.
El funcionamiento:
Si se aplica una fuerza electromotriz ( voltaje ) alterna en el devanado primario, las
variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético
variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable
originará, por inducción, la aparición de una fuerza electromotriz (voltaje) en los extremos
del devanado secundario.
30
Profesor
Ramón Flores Pino
Inducción se le llama a la generación de una corriente eléctrica en un conductor en
movimiento en el interior de un campo magnético (de aquí el nombre completo, inducción
electromagnética).
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), aplicada al devanado primario y
la fuerza electromotriz inducida (Es), obtenida en el secundario, es directamente
proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .
Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del
primario, si aplicamos una tensión alterna de 230 Voltios en el primario, obtendremos
23000 Voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de
espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del
secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación.
Ahora bien, para el ejemplo anterior, como la potencia aplicada en el primario, en caso de
un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la
fuerza electromotriz (voltaje) por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en
el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 Amperios, la del
secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).
Algunos Parámetros
Potencia
En un transformador, la potencia en el primario y en el secundario son iguales y
se calculan a partir de
En el primario
Wp = Vp * Ip
(w)
En el secundario
Ws = Vs * Is
(w)
Se debe cumplir que
WP = Ws
31
Profesor
Ramón Flores Pino
Ejemplo
a) Que potencia tendrá un transformador que entrega en el secundario 12 v, que
tiene aplicado en el primario 220 v y absorbe de la red 0,5 A
Respuesta
b) ¿ Que corriente podrá entregar este transformador en el secundario ?
Respuesta
Dado que Ws = Vs * Is y que WP = Ws, se puede despejar la corriente Is
Cuando los transformadores son de baja potencia se especifican en potencia activa es
decir en Watts.
Si los transformadores son de alta potencia se especifican en potencia aparente o sea
en Volt/Amperes (VA) y generalmente en KVA (Kilo/Volt/Amperes).
Relación de transformación
La relación que existe entre la tensión del primario (Ep) y la tensión del secundario (Es) es
igual a la relación entre el número de espiras del primario (Np) y el número de espiras del
secundario (Ns).
En consecuencia,:
32
Profesor
Ramón Flores Pino
Despejando:
Fórmula de la cual se deduce que la tensión inducida en el secundario es proporcional a
la relación del número de vueltas del secundario con respecto a las del primario. Por tanto,
a la relación entre vueltas o entre tensiones del primario y secundario se la denomina
relación de transformación.
Ejercicio
¿ Que voltaje se inducirá en el secundario de un transformador en el cual el numero de
vueltas del primario es de 250 y en el secundario de 375 si por el primario tendrá aplicado
220 volts ?.
Respuesta
Clasificación
a) Según valor de voltaje entregado en el secundario
Transformador reductor
Es aquel que en el bobinado secundario tiene menos vueltas
que en primario y por lo tanto entrega un voltaje menor según la relación de
transformación que tenga. El símbolo que lo representa es
33
Profesor
Ramón Flores Pino
Transformador Elevador
Es aquel que en el bobinado secundario tiene mas vueltas
que en el primario y por lo tanto entrega un voltaje mayor según la relación de
transformación que tenga. El símbolo que lo representa es
Transformador igualador
Es aquel que tiene la misma cantidad de vueltas en el primario
que en el secundario, se le conoce también como transformador de aislamiento o
transformador de uno es a uno El símbolo que lo representa:
b) Según la potencia
Transformadores de baja potencia
Son todos aquellos que especifican su potencia en watts, como
por ejemplo los que utilizan las fuentes de alimentación de los equipos electrónicos.
Transformadores de alta potencia
Son aquellos que su potencia se especifica en potencia aparente
es decir en volts Amperes y comúnmente en KVA (Kilo Volt Ampere). Un ejemplo
son los transformadores que están en los postes de distribución, en las centrales de
distribución o también en Megawatts como son los que están en las centrales de
producción de electricidad.
34
Profesor
Ramón Flores Pino
c) Según numero de fases
Transformadores Monofasicos
Son aquellos que tienen un bobinado primario que acepta solo
una fase y un neutro y son muy comunes en baja potencia pero también los hay en alta
.
Transformadores Bifásicos
Son aquellos que tienen un bobinado primario y secundario que
funciona con dos fases, es decir entran dos fases y salen dos fases
Transformadores Trifásicos
Son aquellos que en el primario tienen tres bobinados uno para
cada fase y en el secundario otro tres bobinados para cada una de las fases que salen.
Transformadores reductores monofasicos
En general este tipo de transformadores son los mas comunes y en especial los de
baja potencia que es muy común encontralos en diversos aparatos eléctricos y
electrónicos y en circuitos diversos. Es conveniente tener presente algunas
características para el correcto funcionamiento de estas maquinas , en especial en lo
que corresponde a los bobinados y tener claro los voltajes que reciben en el primario o
los que entregan en el secundario.
35
Profesor
Ramón Flores Pino
De acuerdo a lo anterior se pueden encontrar los siguientes tipos de transformadores:
1. Transformador reductor con primario con punto medio
Este tipo de trafo es común encontrarlos en equipos de procedencia extranjera donde los
fabricantes lo construyen pensando en otro mercado aparte del chileno donde la red de
distribución domiciliaria sea de 110 v ( por ejemplo USA).- En este caso hay que bloquear
inmediatamente el switch posterior que tiene la opción de cambiar de 110v a 220v y dejar
habilitado solo la opción de 220v.
2. Transformador reductor con secundario con punto medio
El punto medio divide el voltaje de salida en dos voltajes iguales
3. Transformador reductor con secundario con salida múltiple.
Este tipo de transformador es muy utilizado para fabricar eliminadores de pilas que
entreguen voltajes que permitan reemplazar pilas en un circuito. Estos voltajes se
obtienen mediante un interruptor de tipo deslizante o giratorio
36
Profesor
Ramón Flores Pino
Trafo con salida múltiple
El autotransformador
Transformador cuyo primario y secundario está formado por un solo bobinado. Tiene
la facultad de ser reversible, y según se use como elevador o como reductor el primario
es parte del secundario o al revés.
El autotransformador es un transformador donde
una parte del devanado es común tanto al primario como al secundario.
El principio de funcionamiento es el mismo que el de el transformador común,
entonces la relación de transformación entre las tensiones y las corrientes y el número de
vueltas es la misma.
37
Profesor
Ramón Flores Pino
Las corrientes primaria y secundaria están en oposición y la corriente total que circula por
las espiras en común es igual a la diferencia de la corriente del devanado de baja tensión
y el devanado de alta tensión.
Para que un autotransformador funcione adecuadamente, los dos devanados deben
tener el mismo sentido de bobinado.
Autotransformador reductor
-
Si se aplica una tensión alterna entre los puntos A y B, y se mide la tensión de salida
entre los puntos C y D, la medición muestra lo que es un autotransformador
reductor-
Relación de vueltas Ns / Np < 1
Autotransformador elevador
- Si se aplica una tensión alterna entre los puntos C y D, y se mide la tensión de salida
entre los puntos A y B, la medición indica que es un autotransformador elevador .
Relación de vueltas Ns / Np > 1
38
Profesor
Ramón Flores Pino
Los autotransformadores tienen la ventaja sobre los transformadores comunes, de
un peso y costo menor. En lugar de tener un bobinado de alta tensión de N1 espiras, se
debe prever, para el bobinado de baja tensión, con un número N2 de espiras, un número
de espiras adicional de N1 - N2.
También hay que tomar en cuenta que el conductor de la sección común del bobinado,
debe de tener una sección de cobre en función de la diferencia de corrientes entre baja y
alta tensión.
Otra ventaja es la de no necesitar aislamiento entre los bobinados primario y secundario.
Sin embargo esto trae la desventaja de que el bobinado primario no es independiente del
secundario.
Esto causa peligro para una persona, pues entre tierra y el hilo común del secundario
y el primario, esta presente la tensión del primario. También se debe tener cuidado
cuando se revisa algún equipo eléctrico o electrónico que tenga autotransformador con
osciloscopio ,ya que entre la tierra del instrumento y la del circuito se produce una
diferencia de potencial que puede provocar corto circuito si se unen ambas tierras .
Transformador de audio
Son transformadores que se utilizan para procesar señales de audio en diferentes
etapas de circuitos de este tipo de señal. El núcleo de este tipo de transformadores es
generalmente de ferrita material altamente concentrador de campo magnético, que hace
que el transformador tenga un gran rendimiento. Aunque los que se utilizan como salida
de audio tienen núcleo tradicional de tipo ferroso.-
39
Profesor
Ramón Flores Pino
Transformadores de FI ( frecuencia Intermedia)
Son transformadores con núcleo de ferrita movible, que se utilizan para acoplar etapas
amplificadoras de señales.- Son en base a código de colores y se encuentran en los
receptores de radio y de TV.- También se les suele llamar “tarros de FI ”
Símbolo genérico
40
Profesor
Ramón Flores Pino
Forma comercial
Pruebas en un transformador
Existen algunas pruebas que se le pueden realizar a un transformador y de acuerdo a los
resultados obtener el probable comportamiento en un circuito. Estas pruebas son:
1.- Para detectar pérdidas en el Cobre
Se realiza mediante el siguiente esquema
41
Profesor
Ramón Flores Pino
En este esquema se ajusta con el Variac un valor de voltaje hasta obtener la corriente
Nominal en el secundario en cortocircuito y se anota el valor de la Ip en ese instante.- Se
mide el voltaje en el primario y con estos valores se calcula la potencia en el primario y la
potencia en el secundario.- En el secundario se calcula la potencia con P = I2 R,
considerando R como la propia del Cobre que es
r = 0,018. El resultado corresponde a las perdidas en el cobre.-
2.- Perdidas en el Hierro
Esta prueba nos determina que perdidas tiene el transformador
cuando su secundario esta abierto ( sin carga). Se realiza con el siguiente esquema:
La potencia Aparente S = Vp * Io (VA) sin carga ( en vació) que se obtiene representa la
potencia reactiva del transformador QL la cual se transforma 100% en potencia
magnetizante y que representa por lo tanto las perdidas en el hierro.2. La Regulación
Es el resultado de la división entre la diferencia del Voltaje en vació
y el voltaje a plena carga ( Vo – VL ) dividido por el voltaje en vació (Vo) y toda la
fracción multiplicada por 100.- En formula:
Las mediciones para obtener la regulación se hacen de la siguiente forma:
a).- Se mide el voltaje en vació en el secundario
42
Profesor
Ramón Flores Pino
b).- Medir el voltaje a plena carga
Ajustar el reóstato hasta que circule por el secundario la I nominal y en ese instante medir
el voltaje a plena carga (VL) .
Con los valores de Vo y VL aplicar la formula de regulación.La regulación para que este dentro de un valor considerado bueno debe ser menor a 8,
ya que mientras mas bajo el valor de la regulación mejor es el transformador.-
43
Profesor
Ramón Flores Pino
Materiales Semiconductores
Un semiconductor, es un material que en forma pura (intrínseco) es un muy buen
aislante, pero que al ser contaminado con alguna impureza se convierte en conductor.
Los elementos semiconductores mas comunes para fabricar dispositivos son el Silicio
(Si) y el Germanio (Ge).
La estructura química cristalina de estos elementos se puede graficar de la
siguiente forma
Estructura cristalina intrínseca de un semiconductor
Bajo esta condición es un aislante, pero esta condición se puede cambiar contaminando
estos elementos, para obtener materiales de tipo negativo y tipo positivo. Esta
contaminación o dopado se hace con impurezas trivalentes o pentavalentes.
Para formar un material tipo N
Se contamina la estructura con una impureza pentavalente ( valencia 5)
De esta forma queda un electrón que no tiene con que enlazarse y queda “libre”, por lo
tanto el material queda cargado negativamente, dando origen a un material tipo N.
44
Profesor
Ramón Flores Pino
Un material tipo P
De la misma forma se contamina ahora con una impureza trivalente (valencia 3)
Como se ve en este caso falta un electrón para completar el enlace por lo que queda lo
que se denomina un “ hueco o laguna ” que al faltar un electrón se considera positivo,
dando origen con ello a un material tipo P.
Ambos materiales son la base para fabricar los diversos dispositivos semiconductores
electrónicos.
Dispositivos Semiconductores
Diodo semiconductor
Es el dispositivo mas básico de electrónica que tiene dos electrodos
que se denominan Ánodo y cátodo .- Esta compuesto de un material tipo N ( - ) y uno tipo
P ( + ) , el tipo N es el que corresponde al cátodo y el tipo P al ánodo.
Dado que un diodo esta compuesto de dos materiales de polaridad eléctrica distinta se
crea entre ambos una barrera de potencial cuyo valor depende del tipo de material,. Si el
diodo es de Silicio esta barrera es de 0,7 v, si es de germanio es de 0,2 v.Como se prueba un diodo con el Multitester
1.- Seleccionar Rango semiconductores ( el que tiene el símbolo de diodo
)
2.- Conectar el cable común (negro) al cátodo del diodo
45
Profesor
Ramón Flores Pino
3.- Conectar el cable rojo del tester al ánodo
4.- Medir la caída de voltaje del diodo (alrededor de 0,7 v para el Si y 0,2 v Para el Ge)
5.- Cambiar la polaridad de la conexión de los cables del tester en el diodo
6.- Medir en forma inversa, debe marcar infinito
7.- Cualquier otro valor de medición significa que el diodo esta malo
Tipos de diodos
Diodo Rectificador
Es aquel que se utiliza en circuitos electrónicos que transforman la
corriente Alterna en corriente Continua, de ahí su nombre de “rectificador”.- Son muy
comunes ya que son parte de las fuentes de alimentación que traen todos los aparatos
electrónicos.Forma comercial : esta depende de las características técnicas de fabricación de los
diodos, en cuanto a la potencia que puede manejar, como por ejemplo
Corriente Máxima que soporta, Voltaje inverso máximo
Curva del diodo
46
Profesor
Ramón Flores Pino
La característica del diodo de ser unidireccional dejando pasar corriente en un solo
sentido le da su gran aplicación como rectificador.- Puede rectificar la media onda alterna
o la onda completa, dependiendo del tipo de circuito rectificador puede tener uno, dos o
cuatro diodos. Cuando son cuatro diodos estos pueden estar en forma separada o en
forma compacta llamada “puente compacto”.
El Diodo Zener
Es un dispositivo fabricado para funcionar con polarización inversa y su gran aplicación es
como estabilizador de voltaje.
Símbolo
Forma comercial
47
Profesor
Ramón Flores Pino
El circuito típico de aplicación
En este circuito las variaciones de la fuente Vcc las absorbe el zener y este mantiene un
voltaje constante en la carga RL .Las características principales del diodo Zener son:
Wz
= Potencia máxima que soporta el diodo sin destruirse
Vz
= Voltaje de ruptura ( voltaje al cual se dispara )
Iz máx.
= Corriente máxima que permite el diodo
Al comprar un diodo zener se debe especificar el valor de Vz y Wz que se desea tenga el
dispositivo
48
Profesor
Ramón Flores Pino
El Diodo Varicap
El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su
funcionamiento en el fenómeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una
unión PN varíe en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar
dicha tensión, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del
diodo. De este modo se obtiene un condensador variable controlado por tensión. Los
valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensión inversa mínima tiene
que ser de 1 V.
La aplicación de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintonía de TV, modulación
de frecuencia en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje
(oscilador controlado por tensión).
Símbolo
Forma comercial
El Diodo Túnel
Los diodos de efecto túnel. Son dispositivos muy versátiles que pueden operar como
detectores, amplificadores y osciladores. Poseen una región de juntura extremadamente
delgada que permite a los portadores cruzar con muy bajos voltajes de polarización directa
y tienen una resistencia negativa, esto es, la corriente disminuye a medida que aumenta el
voltaje aplicado.La presencia del tramo de resistencia negativa permite su utilización como
componente activo (amplificador/oscilador).
También se conocen como diodos Esaki, en honor del hombre que lo descubrió. Cuando
la resistencia es negativa, la corriente disminuye al aumentar el voltaje. En consecuencia,
el diodo túnel puede funcionar como amplificador, como oscilador o como biestable.
Esencialmente, este diodo es un dispositivo de baja potencia para aplicaciones que
involucran microondas y que están relativamente libres de los efectos de la radiación.
49
Profesor
Ramón Flores Pino
Símbolo
Forma comercial
Diodo Schottky
El diodo Schottky o diodo de barrera Schottky, llamado así en honor del físico alemán
Walter H. Schottky, es un dispositivo semiconductor que proporciona conmutaciones muy
rápidas entre los estados de conducción directa e inversa (menos de 1ns en dipositivos
pequeños de 5 mm de diámetro) y muy bajas tensiones
Funcionamiento
Entre los diodos más preparados para bregar con las altas frecuencias destaca el diodo
denominado Schottky. Este diodo fue desarrollado a principio de los setenta por la firma
Hewletty deriva de los diodos de punta de contacto y de los de unión PN de los que han
heredado el procedimiento de fabricación.
50
Profesor
Ramón Flores Pino
El diodo Schottky está constituido así: (1) Resorte a presión. (2) Contacto de oro. (3) Silicio. (4) Molibdeno
vaporizado. (5) Soldadura
A frecuencias bajas un diodo normal puede conmutar fácilmente cuando la polarización
cambia de directa a inversa, pero a medida que aumenta la frecuencia el tiempo de
conmutación puede llegar a ser muy bajo, poniendo en peligro el dispositivo. Este diodo
tiene una alta velocidad de conmutación que le permite rectificar señales de muy altas
frecuencias y eliminar excesos de corriente en circuitos de alta intensidad.
A diferencia de los diodos convencionales de silicio, que tienen una tensión umbral —valor
de la tensión en directa a partir de la cual el diodo conduce— de 0,7 V, los diodos Schottky
tienen una tensión umbral de aproximadamente 0,2 V a 0,4 V empleándose, por ejemplo,
como protección de descarga de células solares con baterías de plomo ácido.
La limitación más evidente del diodo de Schottky es la dificultad de conseguir resistencias
inversas relativamente elevadas cuando se trabaja con altos voltajes inversos pero el
diodo Schottky encuentra una gran variedad de aplicaciones en circuitos de alta velocidad
para computadoras donde se necesiten grandes velocidades de conmutación y mediante
su poca caída de voltaje en directo permite poco gasto de energía, otra utilización del
diodo Schottky es en variadores de alta gama para que la corriente que vuelve desde el
motor al variador no pase por el transistor del freno y este no pierda sus facultades.
El diodo Schottky se emplea en varios circuitos integrados de logica TTL. Por ejemplo los
tipos ALS y AS permiten que los tiempos de conmutación entre los transistores sean
mucho menores puesto que son más superficiales y de menor tamaño por lo que se da
una mejora en la relación velocidad/potencia. El tipo ALS permite mayor potencia y menor
velocidad que la LS, mientras que las AL presentan el doble de velocidad que las Schottly
TTL con la misma potencia.
Forma comercial
51
Profesor
Ramón Flores Pino
Diodo PIN
Capas de un diodo PIN
Se llama diodo PIN a una estructura de tres capas, siendo la intermedia semiconductor
intrínseco, y las externas, una de tipo P y la otra tipo N (estructura P-I-N que da nombre al
diodo). Sin embargo, en la práctica, la capa intrínseca se sustituye bien por una capa tipo
P de alta resistividad o bien por una capa n de alta resistividad (ν).
El diodo PIN puede usarse, entre otras cosas, para:
conmutador de RF
resistencia variable
protector de sobretensiones
fotodetector
Fotodiodo PIN
El fotodiodo PIN es uno de los fotodetectores más comunes, debido a que la capa
intrínseca se puede modificar para optimizar su eficiencia cuántica y margen de
frecuencia.siendo asi un material intrinseco semiconductor
Conmutador
El diodo PIN se puede utilizar como conmutador de microondas. Tiene capacidad para
manejar alta potencia.
Símbolo
52
Profesor
Ramón Flores Pino
Forma comercial
Diodo láser
La palabra laser proviene de las siglas en inglés:
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Amplificación de luz por
Emisión estimulada de radiación )
Símbolo
La luz laser se obtiene mediante un proceso cuántico, donde la luz característica emitida
por electrones cuando pasan de un estado de alta energía a un estado de menor
energía, estimulan a otros electrones para crear "saltos" similares.El resultado es una luz
sincronizada que sale del material.
esta luz emitida no sólo tiene la misma frecuencia (color), sino también la misma fase.
(también está sincronizada).
Este es el motivo por el cual la luz láser se mantiene enfocada aún a grandes distancias.
En el caso de una fuente de luz láser todos los rayos son del mismo color
(monocromáticos) o lo que es lo mismo, tienen la misma frecuencia y están en fase
Esta luz no sólo es monocromática (un solo color), sino que es monofásica (están en
fase), resultando en un rayo de luz muy preciso.
53
Profesor
Ramón Flores Pino
Los diodos láser tienen una gran cantidad de aplicaciones, lectura y escritura de discos
ópticos, donde sólo un rayo de luz muy angosto puede ver una área microscópica en la
superficie de un disco.Para mediciones precisas en donde es indispensable un rayo de
luz que no se disperse.
Algunos diodos láser requieren de circuitos que generen pulsos de alta potencia, para
entregar grandes cantidades de voltaje y corriente en pequeños instantes de tiempo.
Otros diodos láser necesitan de un funcionamiento continuo pero a menor potencia.Con
el envejecimiento los diodos láser podrían necesitar mas corriente para generar la
misma potencia entregada. Pero recordar que estos elementos tienen una vida muy
larga.
Forma comercial
Diodo Gunn
Es una forma de diodo usado en la electrónica de alta frecuencia. A diferencia de los
diodos comunes construidos impropiamente se le conoce como con regiones de dopaje P
o N, solamente tiene regiones del tipo N, razón por la cual no se deberia considerar como
diodo. Existen en este dispositivo tres regiones; dos de ellas tienen regiones tipo N
fuertemente dopadas y una delgada región intermedia de material ligeramente dopado.
Cuando se aplica un voltaje determinado a través de sus terminales, en la zona intermedia
el gradiente eléctrico es mayor que en los extremos. Eventualmente esta zona empieza a
conducir esto significa que este diodo presenta una zona de resistencia negativa.
La frecuencia de la oscilación obtenida a partir de este efecto, es determinada
parcialmente por las propiedades de la capa o zona intermedia del diodo, pero también
puede ser ajustada exteriormente. Los diodos Gunn son usados para construir osciladores
en el rango de frecuencias comprendido entre los 10 Gigahertz y frecuencias aún más
altas (hasta Terahertz). Este diodo se usa en combinación con circuitos resonantes
construidos con guías de ondas. Los diodos Gunn suelen fabricarse de arseniuro de galio
para osciladores de hasta 200 GHz, mientras que los de Nitruro de Galio pueden alcanzar
los 3 Terahertz.
El dispositivo recibe su nombre del científico británico, nacido en Egipto, John Battiscombe
Gunn quien produjo el primero de estos diodosNunca digas que no puedes hacer algo porque “donde hay voluntad hay un camino ”
54
Profesor
Ramón Flores Pino
Símbolo:
Forma comercial
Fotodiodo
Un fotodiodo es un semiconductor construido con una unión NP, sensible a la luz visible
o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que
se produce una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su
construcción, los fotodiodos se comportan como células fotovoltaicas, es decir, en
ausencia de luz exterior generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el
negativo en el cátodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de
corriente de oscuridad.
Símbolo
55
Profesor
Ramón Flores Pino
Forma comercial
Diodo LED
El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser
atravesado por la corriente eléctrica, emite luz.
Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron
construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre otros.
Eléctricamente el diodo LED se comporta igual que un diodo de silicio o germanio.
56
Profesor
Ramón Flores Pino
Dependiendo del material de que está hecho el LED, será la emisión de la longitud de
onda y por ende el color
Compuestos empleados en la construcción de LED.
Compuesto
Arseniuro de galio (GaAs)
Color
Infrarrojo
Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) Rojo e infrarrojo
Long. de onda
940nm
890nm
Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)
Rojo, naranja y amarillo 630nm
Fosfuro de galio (GaP)
Verde
555nm
Nitruro de galio (GaN)
Verde
525nm
Seleniuro de zinc (ZnSe)
Azul
Nitruro de galio e indio (InGaN)
Azul
450nm
Carburo de silicio (SiC)
Azul
480nm
Diamante (C)
Ultravioleta
Silicio (Si)
En desarrollo
El LED tiene un voltaje de operación entre 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y la
gama de corrientes que debe circular por él está entre los 10 y 20 miliamperios en los
57
Profesor
Ramón Flores Pino
diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios
Específicamente de acuerdo a la siguiente tabla:
Rojo
=
1,8 V a 2,2 V
Naranja
=
2,1 V a 2,2 V
Amarillo
=
2,1 V a 2,4 V
Verde
=
2 V a 3,5 V
Azul
=
3,5 V a 3,8 V
Blanco
=
3,6 V
para los otros LEDs.
Símbolo
Luego mediante la ley de Ohm, puede calcularse la resistencia R adecuada para la tensión
de la fuente que se utilice para que el diodo no se destruya .
El término I, en la fórmula, se refiere al valor de corriente para la intensidad luminosa que
necesitamos. Lo común es de 10 mA para LEDs de baja luminosidad y 20 mA para LEDs
de alta luminosidad; un valor superior puede inhabilitar el LED o reducir de manera
considerable su tiempo de vida.
58
Profesor
Ramón Flores Pino
Otros LEDs de una mayor capacidad de corriente conocidos como LEDs de potencia (1 W,
3 W, 5 W, etc.), pueden ser usados a 150 mA, 350 mA, 750 mA o incluso a 1000 mA
dependiendo de las características opto-eléctricas dadas por el fabricante.
Formas comerciales
Aplicaciones
Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde hace algún tiempo en mandos a
distancia de televisores, como también en otros electrodomésticos como equipos de aire
acondicionado, equipos de música, etc. y en general para aplicaciones de control remoto,
así como en dispositivos detectores, transmisión de datos entre dispositivos electrónicos,
redes de computadoras y dispositivos como teléfonos móviles, computadoras portátiles
,etc.
Los LEDs se utilizan mucho en todo tipo de indicadores de estado
(encendido/apagado) en dispositivos de señalización (de tránsito, de emergencia, etc.) .
También se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal líquido de teléfonos móviles,
calculadoras, agendas electrónicas..
El uso de diodos LED en el ámbito de la iluminación (incluyendo la señalización de
tráfico) es moderado y es previsible que se incremente en el futuro, ya que sus
prestaciones son superiores a las de la lámpara incandescente y la lámpara fluorescente,
desde diversos puntos de vista. La iluminación con LEDs presenta indudables ventajas:
fiabilidad, mayor eficiencia energética, mayor resistencia a las vibraciones, mejor visión
ante diversas circunstancias de iluminación, menor disipación de energía, menor riesgo
para el medio ambiente, capacidad para operar de forma intermitente de modo continuo,
59
Profesor
Ramón Flores Pino
respuesta rápida, etc. Asimismo, con LEDs se pueden producir luces de diferentes colores
con un rendimiento luminoso elevado.
Los LEDs de Luz Blanca son uno de los desarrollos más recientes y se pueden
considerar como un intento muy bien fundamentado para sustituir las ampolletas actuales
por dispositivos mucho más ventajosos. En la actualidad se dispone de tecnología que
consume un 92% menos que las ampolletas incandescentes de uso doméstico común y
un 30% menos que la mayoría de los sistemas de iluminación fluorescentes; además,
estos LEDs pueden durar hasta 20 años y suponer un 200% de ahorro, si se comparan
con las ampolletas o tubos fluorescentes convencionales.
Estas características convierten a los LEDs de Luz Blanca en una alternativa muy
prometedora para la iluminación.También se utilizan en la emisión de señales de luz que
se trasmiten a través de fibra óptica.
60
Profesor
Ramón Flores Pino
FUENTES DE ALIMENTACION
“ Es la parte de un circuito eléctrico que proporciona la energía.
Puede ser con salida fija o variable” .1. Fuente Fija:
Es aquella que entrega un voltaje con un valor fijo . La estructura de
una fuente fija es:
Si se convierte este diagrama en bloque en un circuito, queda de la siguiente
forma:
Pero toda fuente debe tener: interruptor, fusible e indicador de Energía, con lo cual
el circuito queda de la siguiente forma:
¿Como saber para cuantos volts debe ser el condensador filtro, o como calcular el
indicador de energía? :
a) El Condensador Filtro:
El condensador recibe el voltaje máximo rectificado por lo
tanto este es el valor para el cual se debe comprar.Para calcular este valor:
Se considera el voltaje de entrada al circuito rectificador que es el que tiene
el transformador en el secundario, este es un valor efectivo.
61
Profesor
Ramón Flores Pino
Ejemplo: Suponiendo un voltaje de entrada de 12 Vca al rectificador lo que saldrá
rectificado será el valor máximo:
Por lo tanto el condensador quedara sometido realmente a 16 v, pero es conveniente al
comprarlo hacerlo para un voltaje superior al calculado, en este caso para 25 v.b). El Indicador:
Este se calcula también a partir del voltaje máximo considerando
las características del diodo LED. El led a utilizar es el más común que necesita para
funcionar 3 v y puede soportar una corriente máxima a través de él de 20 mA. Al led se le
debe conectar siempre una resistencia en serie para no quemarlo, esta resistencia se
calcula de la siguiente forma:
Fallas:
Las fallas típicas de este tipo de fuente son: diodos que se queman por exceso de
corriente a través de ellos, subidas de voltaje que pueden hacer explotar el filtro, Fusible
que se queman ( estos
se queman por alguna falla y no simplemente por quemarse, por lo que no se deben
reparar sino cambiar una vez corregida la falla ).La aplicación de una fuente de alimentación fija es en cualquier aparato o equipo
eléctrico o electrónico que necesite un voltaje que no varié su valor, de hecho todos los
aparatos electrónicos tienen una fuente incorporada en su interior.,Nunca digas que no puedes hacer algo porque “donde hay voluntad hay un camino ”
62
Profesor
Ramón Flores Pino
Pero también es común que en ocasiones se requiera
entregue un voltaje que se pueda variar.-
otro tipo de fuente, una que
FUENTES CON SALIDA VARIABLE
“Son todas aquellas que entregan un voltaje desde un valor mínimo hasta un
valor máximo, este voltaje puede ser en tramos o en forma lineal”.a). Voltaje por tramos:
Son aquellas que comúnmente utilizan un transformador con
secundario con varias salidas que mediante un interruptor ya sea deslizante o giratorio
conectan el rectificador a la entrada en un valor determinado del secundario, un ejemplo
son los eliminadores de pilas de varios voltajes. En todo caso el circuito debería ser el
siguiente.
Otra forma de obtener voltajes por tramos seria utilizando reguladores fijos electrónicos.Reguladores Electrónicos: Son circuitos compactos que reciben un voltaje continuo y
entregan otro
continuo de valor según si son fijos o variables..
Los reguladores fijos:
Reciben un voltaje continuo dentro de un rango y entregan uno fijo, que a su vez puede
ser positivo o negativo.- Por ejemplo la serie LM tiene los siguientes tipos:
Código
Voltaje
entrada(Vin)
Voltaje de
salida
Vout
Corriente de
salida ( Io )
Potencia
( watts )
63
Profesor
Ramón Flores Pino
Tipo
LM7805
LM7812
LM7815
LM7905
LM7912
LM7915
Pos
Pos
Pos
Neg
Neg
Neg
Mínimo Máximo
+7v
+ 35 v
+ 14 v
+ 35 v
+ 17 v
+ 35 v
-7v
- 35 v
- 14 v
- 35 v
- 17 v
- 35 v
+5v
+ 12 v
+ 15 v
-5v
- 12 v
- 15 v
1A
1A
1A
1A
1A
1A
15 w
15 w
15 w
15 w
15 w
15 w
Las formas comerciales de estos reguladores son:
Los Parámetros comunes de un regulador fijo son:
Vin
= Es el voltaje continuo que entra al regulador y va desde un valor mínimo a
uno máximo
Vout
= Es el voltaje continuo que sale del regulador
Io
= Es la corriente continua máxima de salida que entrega el regulador
Pd (watts) = Potencia máxima que el regulador soporta
Gnd
= Terminal común
La conexión de un regulador fijo es muy simple en una fuente :
64
Profesor
Ramón Flores Pino
De acuerdo a lo anterior se puede construir una fuente con diversos voltajes fijos
quedando el circuito así:
b). Con Voltaje de salida Ajustable:
Esto se puede lograr utilizando otro tipo de regulador
que se denominan Reguladores Ajustables.- Estos dispositivos se diferencian de los
anteriores en que reciben un voltaje fijo y lo entregan variable desde un valor mínimo a
uno máximo. Su conexión es un poco más compleja ya que requiere algunos
componentes externos, pero en todo caso es una dificultad menor.Los terminales que tiene este tipo de regulador se denominan: IN , OUT y ADJ (
Entrada, Salida, Ajuste ).- Las formas comerciales son similares a la de los reguladores
fijos:
.
También existen de tipo positivo y de tipo negativo.
65
Profesor
Ramón Flores Pino
Las características técnicas típicas se indican en la siguiente tabla
Código
Tipo
LM317
Pos
ECG970
Pos
LM337
Neg
Voltaje
entrada(Vin)
Mínimo Máximo
+ 3,7 v
+ 40 v
+ 3,7 v
+ 35 v
- 3,7 v
- 40 v
Voltaje de salida
Vout
Corriente de
salida ( Io )
Potencia que
disipa ( watts )
1,2 a 37 v
+ 1,2 a 33 v
- 1,2 a 37 v
1,5 A
3A
1,5 A
15 w
30 w
15 w
En estos reguladores los parámetros son:
Vin
Vout
Io
Adj.
Pd(watts)
=
=
=
=
=
Voltaje continuo de entrada
Voltaje continuo variable de salida
Corriente continua de salida
Terminal de conexión para resistencia de ajuste
Potencia máxima que soporta el regulador sin destruirse
.
Tanto este regulador como otro tipo siempre es conveniente adherirlos a un disipador de
calor para así lograr una mejor transferencia de calor desde el dispositivo al ambiente.
66
Profesor
Ramón Flores Pino
La conexión en una fuente de alimentación con este tipo de reguladores es la siguiente:
Ejemplo: Como se conecta el LM 317:
En algunos aparatos electrónicos que tienen fuentes de alimentación mas complejas ( por
ejemplo una fuente switch ), los reguladores que utilizan también son de mayor
complejidad y tienen mas de tres terminales debido a su funcionamiento. La forma de
estos reguladores es:
Hoy en día los reguladores tienen gran aplicación ya que simplifican los circuitos, su
buen rendimiento, estabilidad en el voltaje de salida, pero también representan las fallas
más comunes de las fuentes ya que son sensibles a los transientes de voltaje, los cortos
circuitos.Se puede construir una fuente con salida variable y a la vez que tenga salida fija
utilizando reguladores, el circuito es el siguiente:
Circuito de fuente con salida fija y variable:
67
Profesor
Ramón Flores Pino
68
Profesor
Ramón Flores Pino
TRANSISTORES BIPOLARES
Son dispositivos fabricados en base a semiconductores que tienen tres terminales
que se denominan Base, Colector y Emisor.- Existen dos tipos NPN y PNP .El símbolo que representa a estos dos tipos de transistores es:
El transistor, inventado en 1948, es uno de los avances tecnológicos más
importantes de nuestra época. Ha revolucionado completamente la industria
electrónica en el último cuarto de siglo.
Algunas formas comerciales de transistores
Un transistor se puede considerar como dos diodos unidos por un mismo terminal
dando origen al tipo NPN y PNP.
69
Profesor
Ramón Flores Pino
¿ Como se polariza un transistor ?
En forma directa entre el Emisor y la Base e inversa
entre el Colector y la Base :
La fuente directa se denomina Vee porque esta referida al Emisor y la fuente inversa se
denomina Vcc porque esta referida al Colector.
¿Como se prueba un Transistor?
Se puede realizar de dos formas : Una es a través de
la medición de la ganancia de corriente Hfe que la mayoría de los multitester digitales trae
y la segunda es midiendo la caída de voltaje que tiene cada diodo que forma al transistor (
diodo EB y diodo CB ) donde el selector del tester tiene el símbolo de diodo (
).-
1.- Para medir el Hfe se inserta el transistor en el zócalo del tester que dice Hfe haciendo
coincidir los terminales EBC del transistor con los del tester según el tipo de transistor ( si
es PNP o NPN ) y en la pantalla aparecerá un valor que corresponde al Hfe que debe
tener el transistor según el manual técnico.-
70
Profesor
Ramón Flores Pino
.2.- De la otra forma se selecciona en el tester el rango de semiconductores (
) y se
mide la caida de voltaje directa e inversa entre el diodo Emisor Base y de la misma forma
en el diodo Colector Base , las mediciones deben ser:
a).- Directa entre Emisor y Base = Hasta 0,2 v si es de germanio
Hasta 0,7 v si es de Silicio
b).- Directa entre Colector y Base = Hasta 0,2 v si es de Germanio pero levemente
inferior al Emisor y Base.
Hasta 0,7 v si es de silicio e inferior a la de Emisor
base medida
c).- Inversa entre Emisor Base y colector Base = Siempre debe marcar Infinito (cada tester
lo indica
según fabricante )
d).- Entre Emisor y colector
= Siempre debe marcar infinito en cualquier sentido
71
Profesor
Ramón Flores Pino
Formas de conectar un transistor:
Un transistor se puede conectar de tres formas
1. Como Base Común con transistor NPN:
Se denomina base común porque la base es común con la entrada y con la salida del
circuito
Donde:
Vee = Fuente de alimentación referida al Emisor
Vcc = Fuente de alimentación referida al Colector
Veb = Voltaje entre Emisor y Base
Vcb = Voltaje entre Colector y Base
Re = Resistencia de polarizacion para el Emisor
Rc = Resistencia de polarizacion para el Colector
Un transistor es un mecanismo de corriente y siempre existen en el tres corrientes:
Corriente de Emisor ( IE ) , Corriente de Colector ( Ic ) y Corriente de Base ( I B ).- La
ecuación básica de un transistor es:
De esta ecuación se pueden despejar dos formulas:
El parámetro típico de un transistor es la ganancia de corriente y según como este
conectado es el nombre que tiene y la forma de calcularla. Para el caso de Base Común
se denomina Alfa y se calcula de la siguiente forma:
72
Profesor
Ramón Flores Pino
Es decir la relación matemática entre la corriente de salida ( Ic ) del circuito y la de
entrada ( I e ).- El valor de alfa es siempre menor que uno ya que la corriente de salida
siempre es menor que la de entrada.- Los rangos de valores de las corrientes son
Ie
= 100 %
Ic = entre un 95 y un 98 %
Ib = entre un 2 y un 5 %
Ejercicio:
Cual será la ganancia de corriente en un circuito base común, si la corriente de
Emisor es de 5 mA y la de Colector 4,85 mA .
Respuesta:
Alfa no tiene unidad de medida, es solo un número, un factor.2.- Como Emisor Común:
En este caso el Emisor es común a la entrada y a la salida del circuito.- La entrada es por
la base y la salida por el Colector y las abreviaturas significan:
Vbb
Vcc
Vbe
Vce
Rb
Rc
=
=
=
=
=
=
Fuente de alimentación referida a la base
Fuente de alimentación referida al Colector
Voltaje entre Base y Emisor
Voltaje entre Colector y Emisor
Resistencia de polarizacion para la base
Resistencia de polarizacion para el Colector
En esta conexión la ganancia de corriente se denomina beta ( B ), pero en los tester
aparece como Hfe y corresponde a un numero que da el fabricante para el transistor que
esta siendo medido y corresponde al resultado de la relación matemática entre la corriente
de entrada ( Ib ) y la de salida ( Ic ).
En formula:
73
Profesor
Ramón Flores Pino
Ejemplo:
Cual será la ganancia de corriente de un transistor conectado en emisor común,
en el cual la corriente de entrada ( Ib ) es de 120 microAmperes y la de salida ( Ic ) es de
25 mA ?
Respuesta:
El Hfe al igual que Alfa no tiene unidad de medida es solo una cifra que la da el
fabricante en los manuales por ejemplo el ECG. Y con el tester lo que se hace es
comprobar dicho valor para el transistor que se esta midiendo.- El valor de Hfe es siempre
mayor que uno y puede llegar a valores muy altos (10.000).3.- Como Colector Común:
En este circuito la salida esta en el Emisor ya que para efectos de señal el colector es
común a la entrada y a la salida.El Transistor como amplificador
Un amplificador:
Es un circuito electrónico que recibe una señal de entrada, la procesa
internamente y entrega a la salida una señal ampliada, o sea convertir una señal débil en
una señal fuerte.-
74
Profesor
Ramón Flores Pino
Donde :
Vin
Vout
I in
I out
: Voltaje de la señal de entrada ( input )
: Voltaje de la señal de salida ( output )
: Corriente de la señal de entrada
: Corriente de la señal de salida
Ganancia en un amplificador:
Es la cantidad de veces que una señal es amplificada y esta
puede ser de: Voltaje, De corriente o de Potencia. La forma de calcularla es de la
siguiente forma ;
a) Ganancia de Voltaje
(Av en Ingles, Gv en Español)
b). Ganancia de Corriente ( Ai en ingles Gi en Español )
c). Ganancia de Potencia
( Aw en ingles Gw en Español )
75
Profesor
Ramón Flores Pino
Ningún tipo de ganancia tiene unidad porque se simplifican en la formula
Ejemplo:
Cual será la ganancia de voltaje, de corriente y de potencia de un amplificador
que presenta los siguientes parámetros , Vi = 50 mv Vo = 10 v , Io = 30 mA , Ii =
200 microA,
Wi = 25 miliwatts, Wo = 3 w.Respuesta:
Ganancia de Voltaje
Ganancia de Corriente
Ganancia de potencia
Los esquemas de circuito de un transistor conectado como amplificador son los siguientes
:
Como Amplificador de Base Común:
76
Profesor
Ramón Flores Pino
Los condensadores: C1 es para acoplar (ingresar) la señal al circuito y C2 Es para
desacoplar
(extraer) la señal del circuito.- Estos condensadores son electrolíticos
y además
bloquean la componente continua de las fuentes .La aplicación típica de este circuito es como amplificador de voltaje sobre todo de
pequeñas señales y a grandes frecuencias .Un circuito real de base común es el siguiente:
Como Amplificador de Emisor Común
:
-
C1 y C2 cumplen la misma función que en el caso anterior, solamente que la entrada en
este caso es por la base del transistor.Este circuito es uno de los de mayor aplicación debido a su gran ganancia de corriente
pero en bajas frecuencias.Según se puede apreciar , se deben ocupar dos fuentes para polarizar el circuito. Para
solucionar este problema existe una forma de polarizar con una fuente, y este circuito se
denomina:
77
Profesor
Ramón Flores Pino
Circuito de Emisor común Autopolarizado
Es muy común encontrar este circuito para aumentar la potencia de salida de circuitos
integrados que se utilizan en juegos de luces, secuenciales, rítmicos , etc.
Dado que este circuito es inestable como amplificador cuando queda sometido a
temperatura existe otra forma de conexión que corrige este problema, que se denomina:
Emisor Común Autopolarizado y estabilizado
En este caso la unión base emisor es polarizada por el divisor de voltaje formado por R1 y
R2
Un circuito real de Emisor común es el siguiente:
78
Profesor
Ramón Flores Pino
:
Como Amplificador de Colector Común
En este circuito la salida de señal es por el emisor, también a este circuito suele
denominársele
“ seguidor de emisor ”y es muy utilizado como adaptador de
impedancias debido justamente a su baja impedancia de salida.-
Un circuito real de Colector Común es:
79
Profesor
Ramón Flores Pino
Parámetro
TABLA COMPARATIVA
Base Común
Emisor Común
Colector Común
Ganancia de voltaje
Mayor de 1
Mayor de 1
Menor de 1
Ganancia de Corriente
Menor de 1
(0,92 – 0,98)
Mayor de 1
Mayor de 1 (muy alto)
( 10 a 400 )
Mayor de 1
Mayor de 1 (muy alto)
10 a 400 )
Mayor de 1
Muy baja
( 30 – 40 Ohms )
Muy alta
(1M a 2Mohm )
Amplificación de altas
frecuencias
Moderada
( 1 k a 10 k )
Moderada
( 10k a 50 k )
Amplificación de bajas
frecuencias
Muy alta
( mas de 100 k )
Muy baja
( menos de 100 Ohm )
Acoplamiento de
Impedancias
Ganancia de potencia
Impedancia de entrada
Impedancia de salida
Aplicación típica
A menudo se producen fallas en los equipos electrónicos que utilizan transistores en los
cuales justamente fallan estos componentes por lo cual
se hace necesario
reemplazarlos.- Para realizar esta operación se debe tener mucho cuidado de reponer el
mismo componente o en su defecto uno que tenga las características lo mas similar
posible.- Todos los transistores traen un código de fabrica a través del cual se pueden
obtener sus características técnicas en un manual técnico, por ejemplo el “Manual E.C.G.
”.Existen básicamente tres códigos para la identificación de los transistores: El americano,
el europeo y el japonés.En el americano se designan por el prefijo 2N seguido de un número por ejemplo 2N3904
En el europeo, se designan mediante una sigla formada por dos letras y un número, por ejemplo
BC108, BZ120
En el sistema japonés, los transistores se designan con el prefijo 2SA, 2SB, 2SC, o 2SD,
seguido de un número por ejemplo 2SC458, 2SA65, 2SD929, etc.Nunca digas que no puedes hacer algo porque “donde hay voluntad hay un camino ”
80
Profesor
Ramón Flores Pino
En algunos casos los fabricantes utilizan sus propios códigos como por ejemplo,
ECG123AP, TIP31, etc.- pero no es lo común.-
A continuación un ejemplo como reemplazar un transistor según manual ECG
“ Se desea reemplazar en un circuito el transistor 2N2222A por otro de similares
características ya que no se dispone del mismo transistor ”.-
En la siguiente tabla se aprecian las características técnicas del transistor y de otros que
podrian reemplazarlo. Cual es el más indicado:
ECG type
ECG123A
(2N2222A)
ECG123AP
ECG159
ECG130
ECG85
Description and
application
Collector
to Base
volts
BVCBO
Collector
to
Emitter
Volts
BVCEO
Base to
Emitter
Volts
BVEBO
Max
collector
current
Ic Amps.
Max.
device
Diss.
PD
Watts
Freq. in
MHZ
Ft
Current
Gain
Hfe
Package
Case
Fig.
Nº
NPN
Si
,
AF/RF
Amp. Sw
NPN Si,AF/RF
Amp. Driver
75
40
6
.8
300
200
typ
To 18
T2
75
40
6
.6
300
200
typ
TO92
T16
PNP Si, AF
pream.driver
Sw
NPN Si, AF
Pwr Amp
NPN Si,Gen
Pur Amp
80
80
5
1
.500
Tº
25ºC
.500
Tº
25ºC
.600
T 25ºC
200
180
typ
TO92
T16
100
60
7
15
115
.800
70
4
.4
.6
T 25ºC
200
min.
TO3
TO92
T28
70
40
typ
120
min.
T16
El ECG159 no sirve porque es de tipo diferente (PNP)
El ECG130 no sirve porque aun que sea NPN, es de demasiada potencia y no coinciden
los valores
El ECG85 puede ser ya que es del mismo tipo NPN y sus valores técnicos están
cercanos a los del Transistor a reemplazar.-.
El ECG123AP Este es el mas conveniente ya que sus valores son los que están mas
cercanos por lo tanto con este si se puede reemplazar .-
81
Profesor
Ramón Flores Pino
-TRANSISTORES ESPECIALES
Los Transistores FET:
Se conocen también como transistores unipolares y son
dispositivos controlados por voltaje, no como los bipolares que son controlados por
corriente.La palabra FET es una abreviación de Field Effect Transistor ( o transistor de efecto de
campo )
Los tres terminales de un FETs se denominan: Compuerta (gate), drenador (drain) y
fuente (source)..El transistor de efecto de campo (Field-Effect Transistor o FET, en inglés) es en realidad
una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la
conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET, como todos los
transistores, pueden plantearse como resistencias controladas por voltaje.
Los transistores de efecto de campo o FET más conocidos son los JFET (Junction Field
Effect Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET (Metal-InsulatorSemiconductor FET).
El símbolo para representar los FETs:
El transistor de efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensión,
donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador
y fuente.
Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o
FET son también de dos tipos: canal N y canal P, dependiendo de si la aplicación de una
tensión positiva en la puerta pone al transistor en estado de conducción o no conducción,
respectivamente. Los transistores de efecto de campo MOS son usados extensísimamente
en electrónica digital, y son el componente fundamental de los circuitos integrados o chips
digitales.
La estructura de un JFET
82
Profesor
Ramón Flores Pino
Funcionamiento de un FET de Unión:
Para que un Fet funcione correctamente es
necesario disponer de dos voltajes de polarizacion externos: uno entre drenador y fuente y
otro entre compuerta y fuente. El primero dirige el paso de los portadores de corriente por
el canal y el segundo voltaje controla la cantidad de estos portadores.Polarizacion:
Circuito esquemático de polarizacion:
83
Profesor
Ramón Flores Pino
En un JFET de canal N, la fuente debe ser positiva con respecto a la compuerta ( V GS ),
y negativa con respecto al drenador ( VDS ) .- Con esta forma de polarizacion se crea una
corriente entre drenador y fuente, la cual circula a través del canal y se denomina “
Corriente de Drenaje ” ID.-
Al aplicar la tensión inversa VGS, se crea en las proximidades de la unión PN( sustratocanal ) una zona de carga espacial, libre de electrones, llamada región de agotamiento.Al aumentar VGS la región de agotamiento se ensancha y con ello se estrecha el canal
por lo cual pasan menos electrones a través de el disminuyendo la corriente ID. Al
disminuir VGS, la región de
Agotamiento se estrecha y, por lo tanto se amplia el canal. En consecuencia, pasan mas
electrones aumentando la corriente ID.
Según se puede VGS varia la resistencia del canal y con ello controla la corriente ID y
puesto que VGS polariza en forma inversa la unión G –S , el dispositivo presenta una
resistencia de entrada muy alta.- La resistencia de entrada de un JFET típica es del
orden de los miles de Megaohms por lo que su corriente de entrada se considera cero
siendo esta situación ideal para amplificar señales
extremadamente débiles.-La
resistencia de salida es sin embargo relativamente alta entre 50k y 1 M.
La capacidad de amplificación de un FET se mide observando el efecto del voltaje VGS
sobre la corriente de drenaje ID para un determinado valor de VDS.- La relación entre
ambas cantidades ( ID/VGS) se denomina Transconductancia y se designa por gm .
Los fabricantes de FET siempre especifican el valor de gm para sus productos siendo
valores típicos el rango de 4 a 10 mA / V.Transistores FET de compuerta aislada
El Transistor MOSFET:
Este nombre viene del ingles Metal Oxide Semiconductor Field
EffectTransistor ( mosfet) ( transistor de efecto de campo de semiconductor de oxido
metálico ). En este FET la compuerta esta aislada eléctricamente del canal mediante una
fina capa de bióxido de silicio (SiO2) que permite obtener una extremada alta impedancia
de entrada.Estructura de un MOSFET:
84
Profesor
Ramón Flores Pino
Diagrama con polarizacion:
El canal N se forma dentro del sustrato P como en el fet de unión. Sin embargo, en el
Mosfet, el sustrato esta conectado eléctricamente a la fuente y no a la compuerta..Aunque
la compuerta y el canal no forman una unión PN como en el JFET, la compuerta sigue
siendo el Terminal que controla la conductividad del canal.El voltaje entre compuerta y fuente (VGS) puede ser positivo o negativo y controla la
concentración de portadores de corriente en el canal. Si el drenador es positivo con
respecto a la fuente y VGS = 0, fluye una corriente de drenaje a través del canal. Cuando
VGS se hace negativo, los electrones del canal N son atraídos por los huecos del sustrato
P, disminuyendo así el numero de portadores de corriente dentro del canal. En
consecuencia, aumenta la resistencia del canal y se reduce la corriente de drenaje . En
esta condición se dice que el MOSFET esta funcionando en modo “ agotamiento ”.( igual
que en un FET de unión ).Cuando VGS es positivo los electrones del canal N son rechazados por los huecos del
sustrato P, aumentando así la concentración de portadores de corriente dentro del canal,
por lo cual disminuye la resistencia del canal y aumenta la corriente de drenaje.
En esta condición el MOSFET esta funcionando en el modo de “ realce” situación que no
existe en un FET de unión.
85
Profesor
Ramón Flores Pino
Los valores de transconductancia gm de los MOSFET son similares a los de los FET
de unión. La resistencia de salida sin carga va entre los 10 K y 50 K . La impedancia de
entrada es extremadamente alta ( millones de Megaohms ) .
A los MOSFET también se les conoce como transistores IGFET o MOS.- Los circuitos
con mosfet son altamente inmunes al ruido, consumen muy poca potencia y han dado
origen a otras familias de circuito integrados tales como MOS, CMOS, NMOS, y PMOS.Hoy en día los FET se utilizan como amplificadores debido a sus excelentes
características para dicho efecto .Configuraciones de Conexión
Las configuraciones básicas con transistores FET son:
Amplificador de Fuente Común, Amplificador de puerta común y Amplificador de drenador
común. El circuito de cada una es la siguiente:.
De Compuerta Común
De Fuente Común:
De Drenador Común:
86
Profesor
Ramón Flores Pino
De estas tres configuraciones, la de mayor aplicación es la de fuente común debido a
su alta resistencia de entrada y a una resistencia de salida moderadamente baja. Se utiliza
en aquellas aplicaciones en las cuales deben conectarse varias entradas a la salida de un
circuito sin afectar su funcionamiento.-
Tabla Comparativa de Configuraciones
Parámetros
Compuerta común
Fuente común
Drenador común
Ganancia de voltaje
Mayor de 1
Mayor de 1
Menor de 1
Ganancia de
corriente
Ganancia de
potencia
Mayor de 1
Mayor de 1
Mayor de 1
Mayor de 1
Mayor de 1
Mayor de 1
Extremadamente
alta
Extremadamente
alta
Extremadamente
alta
Relativamente alta
Moderadamente
baja
Amplificación de
bajas frecuencias
Relativamente baja
Impedancia de
entrada
Impedancia de
salida
Aplicación típica
Amplificación de
altas frecuencias
Acoplamiento de
impedancias
El transistor UJT ( o transistor unijuntura )
Símbolo del UJT
87
Profesor
Ramón Flores Pino
El transistor uniunión (en inglés UJT: UniJuntion Transistor) es un tipo de tiristor que
contiene dos zonas semiconductoras.
Tiene tres terminales denominados emisor (E), base uno (B1) y base dos (B2). Está
formado por una barra semiconductora tipo N, entre los terminales B1-B2, en la que se
difunde una región tipo P+, el emisor, en algún punto a lo largo de la barra, lo que
determina el valor del parámetro η, ( standoff ratio) , conocido como razón de resistencias
o factor intrínseco.
Cuando el voltaje Veb1 sobrepasa un valor vp de ruptura, el ujt presenta un fenómeno de
modulación de resistencia que, al aumentar la corriente que pasa por el dispositivo, la
resistencia de esta baja y por ello, también baja el voltaje en el dispositivo, esta región se
llama región de resistencia negativa, este es un proceso reiterativo, por lo que esta región
no es estable, lo que lo hace excelente para conmutar, para circuitos de disparo de
tiristores y en osciladores de relajación.
Circuito equivalente de un UJT
Cuando se polariza el transistor la barra actúa como un divisor de tensión apareciendo una
VEB1 de 0,4 a 0,8v. Al conducir el valor de RB1 se reduce notablemente. Observa el circuito
equivalente.
88
Profesor
Ramón Flores Pino
Observando el circuito de polarización de la figura se advierte que al ir aumentando la
tensión Vee la unión E-B1 se comporta como un diodo polarizado directamente. Si la
tensión Vee es cero, con un valor determinado de Vbb, circulará una corriente entre bases
que originará un potencial interno en el cátodo del diodo (Vk). Si en este caso aumentamos
la tensión Vee y se superan los 0,7v en la unión E-B1 se produce un aumento de la
corriente de emisor (IE) y una importante disminución de RB1, por lo tanto un aumento de
VBE1. En estas condiciones se dice que el dispositivo se ha activado, pasando por la zona
de resistencia negativa hacia la de conducción, alcanzando previamente la VEB1 la tensión
De pico (Vp).Para desactivar el transistor hay que reducir IE, hasta que descienda por
debajo de la intensidad de valle (Iv).De lo anterior se deduce que la tensión de activación
Vp se alcanza antes o después dependiendo del menor o mayor valor que tengamos de
tensión entre bases VBB.
APLICACIONES
Se utiliza en circuitos de descarga en generadores de impulso, circuitos de bases de
tiempos y circuitos de control de ángulo de encendido de tiristores.
El encapsulado de este tipo de transistores son los mismos que los de unión.
Un ejemplo es el 2N2646
El Transistor PUT (Transistor Uniunión Programable
El PUT (Transistor Uniunión programable) es un dispositivo que, a diferencia del
transistor bipolar común que tiene 3 capas (NPN o PNP), tiene 4 capas.
89
Profesor
Ramón Flores Pino
El PUT tiene 3 terminales como otros transistores y sus nombres son: cátodo K, ánodo
A, puerta G.
A diferencia del UJT, este transistor permite que se puedan controlar los valores de R BB y
VP que en el UJT son fijos. Los parámetros de conducción del PUT son controlados por
la terminal G
Este transistor tiene dos estados: Uno de conducción (hay corriente entre A y K y la
caída de voltaje es pequeña) y otro de corte cuando la corriente de A a K es muy
pequeña.
Este transistor se polariza de la siguiente manera:
Del gráfico anterior se ve que cuando IG = 0,
donde: n = RB2 / (RB1 + RB2)
VG = VBB * [ RB2 / (RB1 + RB2) ] = n x VBB
La principal diferencia entre los transistores UJT y PUT es que las resistencias: RB1 + RB2
son resistencias internas en el UJT, mientras que el PUT estas resistencias están en el
exterior y pueden modificarse.
Aunque el UJT y el PUT son similares, El Ip es más débil que en el UJT y la tensión
mínima de funcionamiento es menor en el PUT.
Como funciona?
Para pasar al modo activo desde el estado de corte (donde la corriente entre A y K es
muy pequeña) hay que elevar el voltaje entre A y K hasta el Valor Vp, que depende del
valor del voltaje en la compuerta G
Sólo hasta que la tensión en A alcance el valor Vp, el PUT entrará en conducción
(encendido) y se mantendrá en este estado hasta que IA (corriente que atraviesa el PUT)
sea reducido de valor. Esto se logra reduciendo el voltaje entre A y K o reduciendo el
voltaje entre G y K
Ejemplo: Una aplicación típica: Oscilador con PUT
El funcionamiento es el siguiente: El condensador C se carga a través de la resistencia R
hasta que el voltaje en A alcanza el voltaje Vp. En este momento el PUT se dispara y
entra en conducción.
90
Profesor
Ramón Flores Pino
El voltaje en VG cae casi hasta 0 (cero) voltios y el PUT se apaga, repitiéndose otra vez
el proceso. Ver a continuación las formas de onda de las tensiones en C, K y G
La frecuencia de oscilación es: f = 1 / 1.2 x RC
El Fototransistor
Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La
luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva
el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por
el efecto de ganancia propio del transistor.
En el mercado se encuentran fototransistores tanto con conexión de base como sin ella y
tanto en cápsulas plásticas como metálicas (TO-72, TO-5) provistas de una lente.
Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc. Para
comunicaciones con fibra óptica se prefiere usar detectores con fotodiodos p-i-n. También
se pueden utilizar en la detección de objetos cercanos cuando forman parte de un sensor
de proximidad.
91
Profesor
Ramón Flores Pino
Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED, formando interruptores
ópticos (opto-switch), que detectan la interrupción del haz de luz por un objeto. Existen en
dos versiones: de transmisión y de reflexión.
Símbolo
Las formas comerciales se encuentran detalladas en el manual NTE
92
Profesor
Ramón Flores Pino
TIRISTORES
Un tiristor es un dispositivo conmutador biestable que tiene la propiedad
de pasar rápidamente al esta "ON"(encendido) para una plena corriente de trabajo cuando
recibe un pulso momentáneo de corriente en su terminal de control, y sólo puede ser
puesto en "OFF"(apagado) con la interrupción de la corriente principal de trabajo,
interrumpiendo el circuito o haciendo circular una corriente de sentido contrario. Los
tiristores son usualmente dispositivos de mediana y de alta potencia. Son el equivalente
sólido de los interruptores mecánicos, por lo cual dejan pasar plenamente o bloquear por
completo en paso de la corriente de trabajo, sin niveles intermedios; o todo, o nada.
Al grupo de los tiristores pertenecen dispositivos tales como el DIAC, equivalente a dos
diodos zener puestos en serie pero en sentidos inversos, o sea que sólo conduce
corrientes cuando éstas alcanzan cierto voltaje, así sean alternas; el SCR, un rectificador
de conducción controlada; el TRIAC, equivalente a dos SCR en contraparalelo; el
QUADRAC, o sea un TRIAC con un DIAC incluido en serie con el terminal gate; el PUT y
el FOTOTIRISTOR
El DIAC ( Diodo Interruptor de Corriente Alterna):
Es un dispositivo de dos terminales equivalente a dos zener
conectados en serie pero en sentidos inversos, lo que permite que conduzca en ambos
sentidos, pero a partir de un cierto valor de voltaje.
El Diac conduce en ambos sentidos a partir de un cierto valor de voltaje ( típico son
valores de 28v, 32v etc. ). Se utilizan para disparar otros tiristores tales como el triac o scr.
Al probar un Diac con un tester (en el rango semiconductores), si esta bueno debe
marcar infinito en ambos sentidos.
93
Profesor
Ramón Flores Pino
Funcionamiento
Cuando el voltaje de cualquier polaridad entre sus dos terminales excede el valor
especificado, entra en avalancha y disminuye su resistencia interna a un valor muy bajo.
Esto significa que, si es colocado en paralelo con la salida de una fuente de corriente
alterna podrá recortar todos los picos positivos y
negativos que pasen del voltaje del umbral del diac. Si es puesto en serie, solamente
dejará pasar corriente cuando lleve más tensión que la del gatillado para triacs en circuitos
de corriente alterna. El dispositivo tiene un rango simétrico de conmutación(en ambos
sentidos) de 20 a 40 voltios, tensión que usualmente excede el punto de umbral del gate
de los triacs, de tal forma que estos trabajan siempre en un nivel seguro.
Forma comercial
El SCR
( Silicon Controlled Rectifiers )
(Rectificador Controlado de Silicio )
Este es un dispositivo de tres terminales, que hacen el mismo trabajo semiconductor de
un diodo norma (deja pasar corriente en un solo sentido), pero con la diferencia de que en
éste se puede controlar el momento en el cual pueden comenzar a pasar los electrones.
Al primer terminal se le denomina Cátodo, y es utilizado como entrada de corriente. El
segundo sirve de salida y se le llama Ánodo y el tercero es el Gate, o terminal de control
para el paso de corriente cátodo - ánodo. El gate, llamado también terminal de arranque o
encendido del tiristor, sólo sirve para iniciar el paso de corriente entre los otros dos
terminales, lo que logra con una corriente muy baja (unos 20 miliamperios).
Símbolo
94
Profesor
Ramón Flores Pino
Al aplicarse una corriente IG al terminal G (base de Q2 y colector de Q1), se producen
dos corrientes: IC2 = IB1. IB1 es la corriente base del transistor Q1 y causa que exista
una corriente de colector de Q1 (IC1) que a su vez alimenta la base del transistor Q2
(IB2) , este a su vez causa más corriente en IC2, que es lo mismos que IB1 en la base de
Q1, y......Este proceso regenerativo se repite hasta saturar Q1 y Q2 causando el
encendido del tiristor. El SCR Rectifica la corriente alterna pero solo 180º como máximo
que pueden ser negativos o positivos dependiendo la forma de conexión.- El tiempo de
rectificación (conducción) depende del ángulo de disparo que se ajuste para el circuito,
dicho ángulo se controla mediante una constante RC que entrega un voltaje a un Diac y
este da la orden de conducción (disparo) al SCR.En este dispositivo cuando es disparado mediante la compuerta Gate entra en
conducción y se mantiene en este estado, quedando la compuerta desde ese momento sin
ningún efecto y la única forma de cortar el SCR es cambiándole la polaridad o
interrumpiendo el circuito Ánodo - Cátodo.Un SCR se puede utilizar por ejemplo para disparar una alarma y el control de corte se
hace en el circuito Ánodo-Katodo.
Formas comerciales
Una de las más comunes es la TO-220
Otras formas están descritas en el manual ECG o NTE.
95
Profesor
Ramón Flores Pino
¿ Como Probarlo ?
Lo mas seguro es a través de un circuito práctico que es el siguiente:
En este circuito al cerrar el Sw1 el SCR recibe la orden de disparo a través del gate y
entra en conducción y con ello enciende el diodo Led,
Permaneciendo encendido mientras que el Sw1 queda sin efecto si no permanece
encendido el SCR esta malo.- La única forma de cortar el SCR es abriendo el circuito a
través del Sw2 o cambiando la polaridad a la fuente .Nunca digas que no puedes hacer algo porque “donde hay voluntad hay un camino ”
96
Profesor
Ramón Flores Pino
El circuito básico de disparo de un SCR utilizando una constante RC a través de un DIAC
es:
De este circuito se puede elaborar un grafico con las formas de ondas que se producen en
él:
97
Profesor
Ramón Flores Pino
Donde:
VCA
= Es el voltaje alterno aplicado a la entrada del circuito
VG
= Voltaje que se produce en el gate para disparar el SCR
VA-K
= Voltaje entre el Ánodo y el Cátodo que se produce al entrar en conducción el
SCR
VL
= Voltaje que se produce (se aplica) en la carga
En este grafico se muestran dos ejemplos de disparo del SCR , a los 45º y a los 135º , en
el primer caso el tiempo de encendido (on) es mucho mayor que cuando el SCR se
dispara a los 135º, logrando con ello que la carga reciba un voltaje durante mas tiempo (
por ejemplo si fuera un ampolleta estaría mas tiempo encendida ) .
Algunos Parámetros del SCR:
Los mas comunes para el funcionamiento según manual ECG o NTE:
Vdrm
= Voltaje inverso máximo que el dispositivo es capaz de bloquear
IT rms
= Corriente máxima Efectiva que soporta entre Ánodo y Cátodo
I Hold min.
funcione )
=
Vf on
= Voltaje de encendido que aparece cuando el SCR esta conduciendo
dv/dt ,v/useg =
destruirse
Corriente mínima de mantenimiento entre Ánodo y Cátodo (para que
Voltaje de crecimiento máximo por microseg. que soporta el SCR sin
¿Cuanta Potencia es capaz de manejar un SCR ?
En este dispositivo se producen dos potencias: la que se produce en el propio
dispositivo y la que es capaz de manejar, y se calculan de la siguiente forma:
1. La potencia en el SCR:. Es la que se produce al pasar la corriente por el dispositivo
entre ánodo y cátodo. La formula para calcularla es:
98
Profesor
Ramón Flores Pino
2.- La potencia que maneja: Es la que e produce en la carga RL al pasar la corriente
IT por ella
y se calcula:
Ejemplo: ¿ Que potencia se produce en el SCR código ECG 5418 y que potencia es
capaz de manejar a plena capacidad ?.
Respuesta. Este SCR tiene los siguiente datos : Vdrm = 400 v , IT RMS = 10 A, VF on =
1,6v y a plena carga disiparía las siguientes potencias:
En el SCR:
En la Carga RL:
El voltaje VL es de 220 v porque la red de distribución domiciliaria en Chile es de 220 v
El TRIAC
Este tipo de tiristor es uno de los de mayor uso en circuitos debido a que
conduce en ambos sentidos lo que
permite controlar potencia en
corriente alterna .Símbolo:
99
Profesor
Ramón Flores Pino
El diseño de los primeros TRIACs fue la respuesta a la necesidad industrial de
dispositivos tiristores que pudieran controlar en fase todo el ciclo de una onda de corriente
alterna, incorporando las funciones de 2 SCRs dentro de una sola pastilla semiconductora,
y ambos controlados por un solo gate.
Este dispositivo tiene tres terminales: Gate, Terminal principal T1 y Terminal principal T2
En el TRIAC, el Gate 1 y el Gate 2 están conectados juntos y se pueden operar con
solamente un circuito de control conectado entre las compuertas y el terminal Principal 1.
El modo más fácil de gatillado para control de corriente alterna, se obtiene polarizando
positivamente el terminal de compuertas cuando el Terminal Principal 1 sea positivo. En
otras palabras, para poner en conducción en ambos sentidos al TRIAC basta con darle al
gate un poco de señal de la misma corriente (polaridad) que haya en ese momento en el
Terminal Principal 2 Forma Comercial
Al igual que los SCR la mas común es la TO-220
Otras formas están disponibles en el manual ECG o NTE
El circuito típico de disparo es igual al de un SCR
100
Profesor
Ramón Flores Pino
Las formas de ondas que se obtienen de este circuito:
Con un ángulo de disparo a los 45º:
101
Profesor
Ramón Flores Pino
Según se puede apreciar el tiempo de conducción del TRIAC es de 135º en cada
semiciclo ( ¾ del total ), pero este tiempo puede ajustarse a un valor de tiempo de
conducción a voluntad mediante la variación de la constante RC del circuito (por ejemplo
que la resistencia sea variable). Este circuito puede funcionar perfectamente como un
variador de luminosidad ( Dimmer), control de temperatura de un cautín etc.Si el Angulo aumenta disminuye el tiempo de conducción provocando con ello que
llegue menos voltaje a la carga. Esto se puede apreciar en la siguiente figura donde el
ángulo de disparo es a los 135º, dismuyendo el tiempo de conducción a solo un ¼ del
tiempo de cada semiciclo con respecto a cuando se dispara a los 45º en que el tiempo de
conducción es de ¾ del total de cada semiciclo.-
Con Angulo de disparo a los 135º
¿ Como Probarlo ?
102
Profesor
Ramón Flores Pino
Se utiliza el mismo circuito que sirve para probar el SCR
Al cerrar el Sw el TRIAC entra en conducción y enciende el LED permaneciendo
encendido y la única forma de cortar el dispositivo es interrumpiendo el circuito.-
Algunos Parámetros del TRIAC:
Lo mas comunes para el funcionamiento según manual ECG o NTE:
Vrrm
= Voltaje máximo que el dispositivo es capaz de aceptar sin destruirse
IT rms
= Corriente máxima Efectiva que soporta entre T1 y T2
I Hold min.
= Corriente mínima de mantenimiento entre T 1 y T2 (para que funcione )
Vf on
= Voltaje de encendido que aparece cuando el TRIAC esta funcionando
Dv/dt ,v/useg = Voltaje de crecimiento máximo por microseg. que soporta el TRIAC sin
destruirse
La Potencia:
Similar a un SCR, o sea se produce una potencia en el dispositivo y otra
en la carga con la diferencia que el Triac controla la potencia en ambos sentidos de la
onda alterna ( negativo y positivo ).
Su calculo es::
a) Potencia en el triac
Ptriac =
Vf on * IT RMS ( W )
b) Potencia en la Carga:
PL
VL * IT RMS ( W )
=
103
Profesor
Ramón Flores Pino
Otra forma de probar Tiristores
Mediante un Multimetro
Coloquemos el ohmetro o multimetro en la escala para medir baja resistencia( R x
1). Coloquemos el caimán positivo(rojo) al cátodo del SCR, y conectemos el ánodo al
cable negativo(negro), podrá parecer incorrecto, puesto que se ha dicho que el ánodo
debe quedar positivo, pero resulta que las corrientes de salida en los terminales del
instrumento tienen polaridad contraria a la que señalan sus signos y colores. En este
momento la aguja del medidor señala alta resistencia (si es que se mueve ). Ahora
hagamos un puente entre los terminales gate y ánodo, esto ocasionará que la aguja suba
a una posición de baja resistencia, y se debe conservar allí aunque retiremos el puente
que unió estos 2 terminales y suministró la señal de gatillado.
Si se trata de un TRIAC, hagamos primero la prueba anterior, luego, invertimos los
terminales del ohmetro (es posible que en esta última posición no se sostenga la aguja en
su lugar de baja resistencia cuando retire el puente, pero esto se debe a que la baja
corriente del instrumento medidor no alcanza para mantener encendido el triac en esta
polaridad). Para las pruebas, TP1 equivale al cátodo, y TP2 al ánodo.
EL QUADRAC
Si se pone en serie con el terminal del gate un dispositivo que garantice pulsos de
disparo con voltaje superior al nivel de umbral del TRIAC (punto en el cual el triac no sabe
si conducir o no), obtendremos lo que se conoce como QUADRAC. Este dispositivo se
consigue ya integrado dentro de encapsulados iguales a los de los triac, estos se
reconocen por la referencia, por ejemplo: Q4006LT. El número 400 señala el voltaje del
triac, el 6 indica la corriente de trabajo en amperios, y las letras LT significan que tienen
DIAC incluido en el gate.
Símbolo:
104
Profesor
Ramón Flores Pino
FOTOTIRISTORES:
Un fototiristor, es un dispositivo diseñado para que el Terminal Gate sea sensible a la
luz y el tiristor entre en conducción cada vez que el gate reciba un haz de luz..
Su nombre técnico es LASCR, lo que significa "SCR Activado por Luz". El terminal gate se
deja simplemente como electrodo para control de sensibilidad.
105
Profesor
Ramón Flores Pino
CIRCUITOS INTEGRADOS
Un circuito integrado (CI) o chip, es una pastilla muy delgada en la que se encuentran
una enorme cantidad (del orden de miles o millones) de dispositivos microelectrónicas
interconectados, principalmente diodos y transistores, además de componentes pasivos
como resistencias o condensadores. Su área es de tamaño reducido, del orden de un cm²
o inferior. Algunos de los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores,
que son usados en múltiples artefactos, desde computadoras hasta electrodomésticos,
pasando por los teléfonos móviles. Otra familia importante de circuitos integrados la
constituyen las memorias digitales.
El primer CI fue desarrollado en 1958 por el ingeniero Jack Kilby justo meses después
de haber sido contratado por la firma Texas Instruments. Se trataba de un dispositivo de
germanio que integraba seis transistores en una misma base semiconductora para formar
un oscilador de rotación de fase. En el año 2000 Kilby fue galardonado con el Premio
Nóbel de Física por la contribución de su invento al desarrollo de la tecnología de la
información.
Los chips, con todos sus componentes, son impresos como una sola pieza por
fotolitografía y no construidos por transistores de a uno por vez.
Con el transcurso de los años, los CIs están constantemente migrando a tamaños más
pequeños con mejores características, permitiendo que mayor cantidad de circuitos sean
empaquetados en cada chip (véase la ley de Moore). Al mismo tiempo que el tamaño se
comprime, prácticamente todo se mejora (el costo y el consumo de energía disminuyen y
la velocidad aumenta). Aunque estas ganancias son aparentemente para el usuario final,
existe una feroz competencia entre los fabricantes para utilizar geometrías cada vez más
delgadas. Este proceso, y el esperado proceso en los próximos años, está muy bien
descrito por la International Technology Roadmap for Semiconductors, o ITRS.
Clasificación:
Los circuito Integrados se dividen en dos grandes categorías: Circuitos
Integrados Análogos y Circuitos Integrados Digitales.- Esta división se hace de acuerdo
con la forma como controlan las señales que circulan por ellos.
Los Circuitos análogos trabajan con una amplia gama de señales que varían de forma
continua en el tiempo dentro de valores establecidos. Los circuitos análogos también se
denominan “Circuitos Lineales”.
106
Profesor
Ramón Flores Pino
Los circuitos digitales o lógicos trabajan con señales que pueden adoptar únicamente
uno de los valores posibles “ alto o bajo ” ,. no hay valores intermedios .-Debido a esta
característica los circuitos digitales se utilizan en aplicaciones donde se requiere precisión
y confiabilidad ,.
En general, los circuitos digitales se caracterizan por manejar información en forma de
bits.Un bit o digito binario representa el estado o condición 1 o 0 (alto o bajo ) de una señal
digital .Formas comerciales
Las formas comerciales comunes de C.I. son:
Dual in Line :
Dos líneas paralelas de Pines ( también se denomina Dip )
In line: Una línea de pines
107
Profesor
Ramón Flores Pino
Encapsulado TO – 5: Es una forma circular que comúnmente es metálica, pero que
también existe en encapsulado plástico
Forma plana
Forma Chip – Carrier
108
Profesor
Ramón Flores Pino
Para montaje Superficial
En la actualidad cualquier sistema electrónico como instrumentos, computadores,
equipos de audio video, Juguetes, tarjetas de control industrial, etc. están construidos con
gran cantidad de Circuitos Integrados.Algunas marcas de circuitos integrados:
Samsung, AMD, Signetics, National Semiconductor, NEC, Intel, RCA, Texas instruments,
etc.Gran parte de los circuitos integrados están detallados en manuales técnicos, cada
fabricante tiene manuales de sus componentes donde están detalladas todas las
características de los componentes que fabrican., Pero también existen manuales
comerciales donde se detallan las características esenciales de los componentes como
por ejemplo el manual ECG o NTE. Estos manuales tienen el detalle de una gran cantidad
de componentes pero no están todos, solo los componentes mas comunes,.
Hoy en día el gran avance tecnológico esta liderado por la tecnología digital y son estos
los circuitos que han permitido procesar la información en base a un sistema muy
confiable de datos y que se puede manipular la información con un mínimo de fallas.Los Circuitos Digitales
Los circuitos integrados digitales se pueden clasificar en dos grandes grupos de
acuerdo al tipo de transistores utilizados para implementar las funciones internas de
conmutación, en Bipolares y MOS. Los bipolares se fabrican con transistores NPN o PNP
y los de tipo Mos con transistores MOSFETs
De acuerdo a la categoría ( Mos o Bipolar ) se fabrican familias lógicas y estas son:
Bipolares
:
RTL
= Resistor Transistor Logic
DTL
= Diode Transistor Logic
ECL
= Lógica de Emisor Acoplado
109
Profesor
Ramón Flores Pino
I2 L
TTL
= Lógica de Inyección Integrada
= Transistor Transistor Logic ; En esta familia están los CI bajo la serie
74, 74S, 74L, 74LS, 74H, 74AS, 74ALS.-
Los circuitos TTL se caracterizan por su bajo costo, su alta velocidad, su moderada
inmunidad al ruido, pero la polarizacion es con un rango muy critico ( entre 5,25v y 4,75v ),
se usa comúnmente con fuentes fijas de 5v, su con consumo es mayor que el de la
tecnología Mos.-
MOS
: PMOS = Lógica de transistores MOSFET canal P
NMOS = Lógica de transistores MOSFET canal N
CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor
encuentran las series ; 40, 45, 74C, 74HC, 74HCT
En esta familia se
Los circuitos CMOS se caracterizan por su amplio rango de voltajes de polarización, su
bajo consumo y su alta inmunidad al ruido. Su desventaja es que son mas lentos que lo
TTL.El Circuito Integrado 555
El circuito integrado 555 es un circuito integrado de bajo costo y grandes prestaciones.
Inicialmente fue desarrollado por la firma Signetics. En la actualidad es construido por
muchos otros fabricantes. Entre sus aplicaciones principales cabe destacar las de
multivibrador estable y monoestable, detector de impulsos, etcétera.
El temporizador 555 fue introducido en el mercado en el año 1972 por Signetics con el
nombre: SE555/NE555 y fue llamado "The IC Time Machine" .
110
Profesor
Ramón Flores Pino
Este temporizador es tan versátil que se puede utilizar para modular una señal en
Amplitud Modulada (A.M.).Está constituido por una combinación de comparadores
lineales, flip-flops (biestables digitales), transistor de descarga y excitador de salida.
Esquema en bloques del circuito integrado 555.
En estos días se fabrica una versión CMOS del 555 original, como el Motorola MC1455,
que es muy popular. Pero la versión original de los 555 sigue produciéndose con mejoras
y algunas variaciones a sus circuitos internos. El 555 esta compuesto por 23 transistores,
2 diodos, y 16 resistores encapsulados en silicio. Hay un circuito integrado que se
compone de dos temporizadores en una misma unidad, el 556, de 14 pines y el poco
conocido 558 que integra cuatro 555 y tiene 30 pines.
Descripción de las Patas o Pines del Temporizador 555 [editar]
Pines del 555


GND (normalmente la 1): es el polo negativo de la alimentación, generalmente
tierra.
Disparo (normalmente la 2): Es en esta patilla, donde se establece el inicio del
tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de
disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de
alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por
111
Profesor
Ramón Flores Pino
mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a
alto otra vez.






Salida (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la operación del
temporizador, ya sea que este conectado como monoestable, astable u otro.
Cuando la salida es alta, el voltaje será el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7
Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda del pin
de reset (normalmente la 4).
Reset (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone el
pin de salida a nivel bajo. Si por algún motivo este pin no se utiliza hay que
conectarlo a Vcc para evitar que el 555 se "resetee".
Control de voltaje (normalmente la 5): Cuando el temporizador se utiliza en el
modo de controlador de voltaje, el voltaje en este pin puede variar casi desde Vcc
(en la práctica como Vcc -1 voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2 Voltios). Así es posible
modificar los tiempos en que la salida esta en alto o en bajo independiente del
diseño (establecido por las resistencias y condensadores conectados externamente
al 555). El voltaje aplicado al pin de control de voltaje puede variar entre un 45 y un
90 % de Vcc en la configuración monoestable. Cuando se utiliza la configuración
astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje
en esta patilla en la configuración astable causará la frecuencia original del astable
sea modulada en frecuencia (FM). Si esta patilla no se utiliza, se recomienda
conectarle un condensador de 0.01μF para evitar las interferencias.
Umbral (normalmente la 6): Es una entrada a un comparador interno que tiene el
555 y se utiliza para poner la salida a nivel bajo.
Descarga (normalmente la 7): Utilizado para descargar con efectividad el
condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento.
V+ (normalmente la 8): También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde se
conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo).
Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios.
Algunos Circuitos con el Integrado NE555
112
Profesor
Ramón Flores Pino
Con este circuito se puede comprobar si el circuito esta bueno o malo
Buzzer Electrónico
Este circuito se puede utilizar como detector de continuidad, y también para otros usos
si se modifican algunos parámetros en el.-
113
Profesor
Ramón Flores Pino
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
“Es un circuito cuyo nombre se debe a que en un principio se le utilizo para realizar
operaciones matemáticas en el diseño de computadoras”.El amplificador Operacional (Operacional Amplifier Op – Amp) se utiliza actualmente en
muchos circuitos que no son de computadoras analógicas. Se siguen utilizando para
operaciones matemáticas; pero también como amplificadores,
Osciladores,
comparadores, etc. .-
El símbolo de un Op-Amp:
¿ Como se polariza un Op – Amp ?
Para alimentar a un operacional es común hacerlo con una fuente dual.- Una fuente dual
es aquella que tiene un voltaje positivo y uno negativo. Esta fuente se puede lograr de dos
formas:
a). Mediante dos fuentes
114
Profesor
Ramón Flores Pino
b). Mediante una fuente
El circuito electrónico de un Op-Amp, suele ser complejo, uno single se puede detallar
pero cuando es dual,o hex, ya es muy complejo, y generalmente se detalla lo que trae un
C.I. en forma de bloques.- A manera de ejemplo en la siguiente figura se muestra el
circuito de un Op-Amp tipo single:
Los circuitos típicos utilizando Op-amp son:
1.- Amplificador inversor:
115
Profesor
Ramón Flores Pino
Este circuito se denomina inversor porque la señal de
entrada se ingresa por el pin inversor (el que esta marcado con el signo negativo), y sale
desfasada en 180º en la salida.
Ri = Resistencia de entrada del circuito
Rf = Resistencia de realimentación ( feedback) ( parte de la señal de salida se
vuelve a Ingresar (se realimenta) a la entrada.En este circuito la ganancia de voltaje esta dada por la razón de Rf a Ri;
El símbolo negativo es solo para indicar que es un amplificador inversor
Ejercicio:
Cual será la ganancia de voltaje de un amplificador inversor que tiene los
siguientes datos: Ri = 2,2k , Rf = 250k , Vi = 50 mV
El valor 113,6 es la cantidad de veces que el circuito amplificara la señal de entrada Vi de
50mV:
116
Profesor
Ramón Flores Pino
2.- Amplificador no Inversor:
En este circuito la señal de entrada ingresa por el pin no inversor (marcado con signo +)
por lo que la señal sale amplificada pero sin cambiar la fase ( no la invierte).- La ganancia
para este caso esta dada por :
3.- Circuito seguidor de emisor(o seguidor de voltaje)
117
Profesor
Ramón Flores Pino
Este circuito tiene una alta Impedancia de entrada y una baja Impedancia de Salida.- La
ganancia de un seguidor de emisor, si se trata de un circuito ideal, es aproximadamente
igual a 1 y tampoco puede superar este valor dado el efecto que tiene la línea de
retroalimentación.- En la practica mantiene el valor de la amplitud de la señal de entrada
en la salida, de ahí el nombre de seguidor de voltaje.4.- Circuito Comparador.
Este circuito Compara dos valores de voltajes, el Vi con el voltaje de referencia (Vref).En reposo, cuando el Vi es menor que Vref, la salido Vo tiene un valor positivo y
encenderá el led D1,. Al superar Vi el valor de Vref, la salida Vo cambia de polaridad ( a
negativo) y enciende el led D2 .- Vi puede ser un sensor o cualquier elemento que permita
variar el valor de Vi de tal forma que
supere el valor de Vref o este por debajo de el, con lo cual podría utilizarse este circuito
para controlar la potencia, de una carga, temperatura ,etc.
El grafico de funcionamiento de este circuito:
5.- Amplificador Sumador:
118
Profesor
Ramón Flores Pino
Este circuito permite sumar tres señales de entrada diferentes y entregar en la salida el
resultado de esta suma amplificada, lo que permite que se pueda utilizarlo como
mezclador de señales.6.- Como Filtro de frecuencia:
Filtro activo pasa banda con Amplificador Operacional
El filtro Pasa Banda tiene la siguiente curva de respuesta de frecuencia. Dejará pasar
todas las tensiones de la señal de entrada que tengan frecuencias entre la frecuencia de
corte inferior f1 y la de corte superior f2. Las tensiones fuera de este rango de
frecuencias serán atenuadas y serán menores al 70.7 % de la tensión de entrada.
Curva de respuesta de un filtro pasa banda.
119
Profesor
Ramón Flores Pino
Los amplificadores operacionales, están fabricados en forma de circuitos integrados es
así como un circuito integrado puede contener un Op-Amp, dos Op-Amp, cuatro etc. Y de
acuerdo a esto tener una denominación, como por ejemplo: Single, dual, quad, ejemplo
En algunos casos hay circuitos integrados (IC) que pueden contener hasta 10 op-amp en
su interior.Los Op-Amp tienen una alta Impedancia de entrada y una baja impedancia de salida,
como también una ganancia infinita pero esto es solo teóricamente.- La ganancia si se
puede programar mediante las formulas descritas en el circuito del amplificador inversor y
no inversor.-
Sensores Electrónicos
Son componentes que transforman variables físicas o de otro tipo tales como;
temperatura, presión, nivel, movimiento,etc., en señales eléctricas o electrónicas .
La mayor parte de los sensores pueden clasificarse en dos grupos:


Sensores de abierto-cerrado como un interruptor.
Sensores analógicos que muestran una salida proporcional al estímulo.
Sensores de apagado-encendido
También conocidos como sensores si-no, sensores 0-1, sensores on-off, o sensores
binarios son en general dispositivos mecánicos simples, los mas comunes son:
1. Interruptores Reed que se conectan por la proximidad de un imán.
2. Interruptor de péndulo, donde un peso cuelga de un hilo conductor dentro de un
anillo metálico y las vibraciones o movimiento del anillo producen el cierre del
circuito.
En las figuras 1, 2 y 3 se muestran esquemas para la comprensión del funcionamiento de
120
Profesor
Ramón Flores Pino
cada uno de ellos.
Interruptor Reed
Figura 1
La figura 1 muestra un esquema del Interruptor Reed,
también
conocidos
como
Relé
Reed.
Consta de dos electrodos fijos en los extremos de un
bulbo generalmente de vidrio transparente, acoplados a
estos electrodos hay dos láminas separadas una de las
cuales esta construida muy flexible de un material
ferromagnético . Cuando se acerca un imán al relé, la
atracción sobre la lámina ferromagnética la encorva y
se produce el contacto con la otra lámina cerrando el
circuito. Si se separa el imán, de nuevo vuelve la lámina
atraída a su posición original y el circuito se abre. Estos
interruptores son muy utilizados en los sistemas de
seguridad y las alarmas para la detección de la apertura
y
cierre
de
puertas
y
ventanas.
En la figura 2 se muestra un animado del
funcionamiento del relé Reed, observe como se cierra
el contacto cuando el imán se acerca y se abre cuando
se aleja.
Figura 2
121
Profesor
Ramón Flores Pino
Interruptor de péndulo.
Figura 3
En la figura 3 a continuación puede verse un esquema del
interruptor de péndulo que sirve como sensor de movimiento
o de vibraciones.
En él como un conjunto, dentro de un cuerpo metálico
conductor con un agujero cilíndrico cuelga una bola metálica
algo mas pequeña que el agujero a través de un hilo
conductor. Los movimientos laterales rápidos o de inclinación
del aparato hacen que la bola haga contacto con el interior
del agujero cerrando el circuito. La sensibilidad del dispositivo
dependerá de la diferencia de diámetro entre la bola y el
agujero.
Sensores analógicos
En estos sensores se obtiene una salida proporcional a la señal de entrada y pueden ser
de muchos tipos, los mas comunes son:
1. Foto resistencias: son resistencias eléctricas cuyo funcionamiento se basa en el
efecto fotoeléctrico. En ellas el valor de la resistencia eléctrica cambia de acuerdo a
la intensidad de la luz que les incide. Generalmente tienen el aspecto de la figura 4.
Figura 4
2. Foto diodos: estos sensores funcionan como un transistor cuya conducción va
desde circuito abierto en la oscuridad, luego la conducción varía proporcionalmente
a la iluminación que incide sobre ellos y finalmente a partir de cierta intensidad de
luz se comportan como circuito cerrado. Un foto diodo típico se muestra en la figura
5
Figura 5
122
Profesor
Ramón Flores Pino
3. Termistores o termo resistencias: son resistencias eléctricas fabricadas con ciertos
semiconductores cuyo valor depende de la temperatura a que se someten. Figura 6
Figura 6
4.Micrófono:
Los que producen un voltaje o cambio de capacidad en dependencia del nivel de sonido.
Figura 7
Figura 7
5. Sensores piezoeléctricos: construidos de ciertos cristales o cerámicas que producen un
voltaje cuando se doblan o se someten a un impacto mecánico.
En la figura 8 se muestra un dispositivo piezoeléctrico que puede servir de sensor. Estos
se pueden conseguir en los zumbadores de los aparatos electrodomésticos.
Figura 8
6. Extensómetros: son resistencias eléctricas construidas de alambres sumamente finos
en forma de zig-zag adheridas a una lámina de papel o plástica. El estiramiento de la
resistencia debido a la aplicación de una fuerza, estira a su vez los alambres conductores
por lo que cambia su resistencia eléctrica. Se utilizan con frecuencia para determinar
deformaciones mecánicas de piezas a las que son adheridos.
¿ Hay algo mas que te gustaría saber?.
La web te espera y pregúntale de la forma que te gustaría preguntar
123

Apunte Componentes Electrónicos

Transcripción

Documentos relacionados

Prelaboratorio - Página Web del Laboratorio C