Curso de reparacion de Computadoras.doc

Manual de Curso de Reparación de Computadoras Automotrices.

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Tema 1. Componentes Pasivos. Definición e Introducción a la Electrónica. 1.

Resistencias. a. Conceptos. b. Clasificación. c. Códigos de Colores. Valor Nominal Vs. Valor Real. d. Practica de reconocimiento de resistencias y mediciones con instrumentos.

Desarrollo del tema. Componentes Pasivos: Podemos definir los componentes pasivos como aquellos que no producen amplificación y que sirven para controlar la electricidad, colaborando al mejor funcionamiento de los elementos activos (los cuales son llamados genéricamente semiconductores). Los componentes pasivos están formados por elementos de diversas clases que tendremos que considerar independientemente, ya que son diferentes sus objetivos, construcción y resultados, de modo que vamos a dividirlos en tres grandes grupos: A. B. C.

Resistencias. Condensadores. Bobinados.

Resistencias. Podemos definir la resistencia como aquel componente que pone cierta dificultad al paso de la corriente eléctrica. Es decir, ofrece resistencia a dejarse atravesar por la corriente eléctrica en los más variados valores según el tipo de componente, de modo que pueden cumplir diversas funciones. Las resistencias, son los elementos que más abundan el los circuitos electrónicos. Cuando destapemos cualquier caja que contenga semiconductores las veremos con profusión, distinguidas en seguida por aros de vivos colores que las envuelven y que, indican el valor de su resistencia óhmica, de acuerdo con su código. Clases de Resistencias: Estableceremos una clasificación de las resistencias de acuerdo con la forma de estar construidas, y también de acuerdo con los materiales con los se lleva a cabo esta construcción. • • •

Resistencias aglomeradas. Resistencias de capa o película. Resistencias Bobinadas.

Las resistencias aglomeradas se componen de una masa homogénea de grafito mezclado con un elemento aglutinante, fuertemente prensado en forma cilíndrica y encapsulada en un manguito de material aislante como el plástico. El valor óhmico de una resistencia de carbón, es decir, su mayor o menor facilidad para dejar pasar la corriente eléctrica depende de las proporciones del grafito y aglutinante empleadas en su fabricación. En las resistencias de capa o película, el elemento resistivo es una finísima capa de carbón sobre un cuerpo aislante, de forma también cilíndrica. El cuerpo central es, en algunos casos, un minúsculo tubo de cristal con los terminales de conexión conectados a cada extremo. Una variante de este tipo de resistencias son las llamadas resistencias de película metálica, en las que la capa de carbón ha sido sustituida por una aleación metálica de alta constante resistiva (níquel, cromo u oro-platino) o un óxido metálico como el óxido de estaño. En las resistencias bobinadas se emplea un hilo conductor que posee una resistencia específica especialmente alta. El hilo conductor se arrolla encima de un cuerpo, generalmente un tubo de cerámica. En cuanto a los extremos del hilo, se fijan generalmente con abrazaderas que a su vez pueden servir como conexiones para el montaje e, incluso, si las abrazaderas son desplazables se pueden obtener valores de resistencia parciales. En muchas ocasiones se hallan también colocadas dentro de un prisma cerámico

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de sección cuadrada y se sellan con una silicona especial para que se hallen debidamente protegidas. Valor óhmico y tolerancia de las resistencias: Lo que más nos interesa de las resistencias es su valor óhmico, es decir, la oposición que ofrece al paso de la corriente eléctrica. Este valor no tiene ninguna relación con el tamaño, sino con los materiales constituyentes de la resistencia. En cuanto al valor óhmico hay que tener en cuenta que éste queda afectado por el calor, el calor se produce siempre que la corriente eléctrica pasa a través de una resistencia, y este aumento de la temperatura modifica el valor de las resistencias. Por este motivo, en algunos aparatos de medida hay que esperar hasta que se hayan calentado las resistencias antes de hacer la medición para que cese la variación de resistencia que estos elementos provocan. Téngase en cuenta que, después de cierto tiempo, se establece un estado de equilibrio entre el calor producido y el calor irradiado, con lo que la temperatura no sigue aumentando. De todos modos, el valor asignado a una resistencia es siempre aproximado, y de ahí que deba contarse siempre con una tolerancia, de modo que el valor nominal puede variar dentro de ciertos límites. Para qué sirven las resistencias En los circuitos electrónicos, tanto las tensiones como las corrientes es preciso controlarlas para conseguir los efectos deseados. No podemos, por ejemplo, mandar indiscriminadamente corriente a la base de un transistor; por el contrario, estas bases precisan siempre tensiones de polarización para que puedan funcionar dentro de los límites correctos, lo cual quiere decir que la tensión de base de un transistor debe mantenerse a una tensión constante con respecto el emisor. Indicación del valor de las resistencias Nos interesa realmente conocer el valor de cada una de las resistencias que forman parte de un circuito, ya que si alguna vez se ha de cambiar alguna resistencia que la sepamos sustituir por otra del valor adecuado. El valor de las resistencias va grabado sobre ellas y puede venir indicado por medio de cifras, por anillos de color o bien por puntos de color, grabado todo ello, como decimos, sobre la superficie exterior del componente y de acuerdo con un código que tenemos que conocer. El uso de anillos de color pintados es el sistema más corriente utilizado en electrónica, y es el que vamos a estudiar en esta página. Código de Colores. Es el código con el que se regula el marcado del valor nominal y tolerancia para resistencias fijas de carbón y metálicas de capa fundamentalmente. Tenemos que resaltar que con estos códigos lo que obtenemos es el valor nominal de la resistencia pero no el valor real que se situará dentro de un margen según la tolerancia que se aplique.

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Código de colores para tres o cuatro bandas

COLOR

1ª CIFRA

2ª CIFRA

Nº DE CEROS

TOLERANCIA (+/-%)

PLATA

-

-

0,01

10%

ORO

-

-

0,1

5%

NEGRO

-

0

-

-

MARRÓ N

1

1

0

1%

ROJO

2

2

00

2%

NARAN JA

3

3

000

-

AMARI LLO

4

4

0000

-

VERDE

5

5

00000

-

AZUL

6

6

000000

-

VIOLE TA

7

7

0000000

-

GRIS

8

8

0000000 0

-

BLANC O

9

9

0000000 00

-

Tolerancia: sin indicación +/- 20% Código de colores para cinco bandas

COLOR

1ª CIFRA

2ª CIFRA

3ª CIFRA

Nº DE CEROS

TOLERANCIA (+/-%)

PLATA

-

-

-

0,01

-

ORO

-

-

-

0,1

-

NEGRO

-

0

0

-

-

MARRÓ N

1

1

1

0

1%

ROJO

2

2

2

00

2%

NARAN JA

3

3

3

000

-

AMARI LLO

4

4

4

0000

-

VERDE

5

5

5

00000

0,5%

AZUL

6

6

6

000000

-

VIOLE TA

7

7

7

0000000

-

4

GRIS

8

8

8

00000000

-

BLANC O

9

9

9

000000000

-

Resistencias de montaje superficial SMD Identificar el valor de una resistencia SMD es más sencillo que para una resistencia convencional, ya que las bandas de colores son reemplazadas por sus equivalentes numéricos y así se imprimen en la superficie de la resistencia, la banda que indica la tolerancia desaparece y se la "reemplaza" en base al número de dígitos que se indica, es decir; un número de tres dígitos nos indica en esos tres dígitos el valor del resistencia, y la ausencia de otra indicación nos dice que se trata de una resistencia con una tolerancia del 5%. Un número de cuatro dígitos indica en los cuatro dígitos su valor y nos dice que se trata de una resistencia con una tolerancia del 1%.

Figura 1

Número 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Figura 2

Exponente 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 100000000 1000000000

• Primer dígito: corresponde al primer dígito del valor • Segundo dígito: corresponde al segundo dígito del valor • Tercer dígito: (5%): representa al exponente, o "números de ceros" a agregar. (figura 1) • Tercer dígito: (1%): corresponde al tercer dígito del valor. (figura 2) • Cuarto dígito: (1%): representa al exponente, o "número de ceros" a agregar. Ejemplo 1: Resistencia con 3 dígitos (5%)

650

332

472

1º dígito = 1º dígito = 4 1º dígito = 6 3 2º dígito = 7 2º dígito = 5 2º dígito = 3 3º dígito = 2 = 3º dígito = 0 = 3º dígito = 2 100 1 = 100 47 x 100 = 4700 65 x 1 = 65 ohms 33 x 100 = ohms 3300 ohms

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Ejemplo 2: Resistencia con 4 dígitos (1%)

1023

1000

2492

1º dígito = 1º dígito = 1º dígito = 1 1 2 2º dígito = 0 2º dígito = 0 2º dígito = 4 3º dígito = 2 3º dígito = 0 3º dígito = 9 4º dígito = 3 = 4º dígito = 0 = 4º dígito = 2 = 1000 1 100 102 x 1000 = 100 x 1 = 100 249 x 100 = 102 Kohms ohms 24.9 Kohms Debido a que en los dispositivos de montaje superficial el espacio disponible es muy reducido se intenta en lo posible aprovechar este espacio optimizando la información presentada. Esta clase de optimización puede en algunos casos causar confusión, sin embargo veamos que todos los valores son interpretables. Ejemplo 3: resistencias "con leyendas raras"

Primer caso: La resistencia con la leyenda 47, se le ha aplicado una costumbre común en muchos fabricantes que es la de la supresión del cero innecesario. Es decir estamos ante un resistor que normalmente debería tener estampado el número 470 (47ohms), pero que se le ha quitado el 0 por conveniencia. Este es un caso común en prácticamente todos los resistores con 2 cifras. Note que el valor de resistencia indicado no hubiese cambiado, aún cuando tuviera estampado el número 470 o 4700, solo su porcentaje de tolerancia o error. Segundo caso: En la resistencia con la leyenda 1R00 la R representa al punto decimal, es decir, deberíamos leer "uno-punto-cero-cero". Aquí el cuarto dígito no solo nos dice que se trata de un exponente cero sino que también su existencia manifiesta la importancia de la precisión (1%). Se trata simplemente de un resistor de 1 ohm con una desviación máxima de error de +/- 1% Tercer caso: (1R2) es similar al anterior, sin embargo a diferencia de este se le ha aplicado la supresión del cero por lo que deberíamos entender que se trata de un resistor de 1.2 ohms con una tolerancia del 5% de error. Cuarto caso: (R33), tenemos el valor 0.33 al cual se le suprimió el cero. La ausencia de un cuarto dígito nos dice que se trata de un resistor "común" de 0.33 ohm 5%. Quinto caso: es uno de los más comunes y en general abundan en muchas placas con dispositivos SMD. El 000 nos dice que se trata de un resistor de cero ohm, es decir un simple conductor. Esto es debido a que la densidad del trazado es tan alta que no queda otro remedio que recurrir al viejo "puente". En otros casos estos componentes son usados como protección fusible aprovechando las dimensiones reducidas del material conductor. Existen varias formas de resistencias, muchas de ellas no las encontraremos en una ECU vehicular, pero si forman parte fundamental de las estrategias de control y funcionamiento que todo PCM necesita para que se cumplan las leyes de la inyección electrónica.

A. Resistencias lineales fijas: predeterminado por el fabricante.

su

valor

de

resistencia

es

constante

y

está

B. Resistencias Variables: su valor de resistencia puede variar dentro de unos límites. 6

C. Resistencias no lineales: su valor de resistencia varia de forma no lineal dependiendo de distintas magnitudes físicas (temperatura, luminosidad, etc.) Resistencias Lineales Fijas Estos componentes de dos terminales presentan un valor nominal constante (determinado por el fabricante), y un comportamiento lineal.

de

resistencia

Resistencias Variables Estas resistencias pueden variar su valor dentro de unos límites. Para ello se les ha añadido un tercer terminal unido a un contacto móvil que puede desplazarse sobre el elemento resistivo proporcionando variaciones en el valor de la resistencia. Este tercer terminal puede tener un desplazamiento angular (giratorio) o longitudinal (deslizante). Según su función en el circuito estas resistencias se denominan: • Potenciómetros: se aplican en circuitos donde la variación de resistencia la efectúa el usuario desde el exterior (controles de audio, video, etc.). • Trimmers, o resistencias ajustables: se diferencian de las anteriores en que su ajuste es definitivo en el circuito donde van aplicadas. Su acceso está limitado al personal técnico (controles de ganancia, polarización, etc.). • Reóstatos: son resistencias variables en las que uno de sus terminales extremos está eléctricamente anulado. Tanto en un potenciómetro como un trimmer, al dejar unos de sus terminales extremos al aire, su comportamiento será el de un reóstato, aunque estos están diseñados para soportar grandes corrientes. Estas son las especificaciones técnicas más importantes que podemos encontrar en las hojas de

características que nos suministra el fabricante: • Recorrido mecánico: es el desplazamiento que limitan los puntos de parada del cursor (puntos extremos). • Recorrido eléctrico: es la parte del desplazamiento que proporcionan cambios en el valor de la resistencia. Suele coincidir con el recorrido mecánico. • Resistencia nominal (Rn): valor esperado de resistencia variable entre los límites del recorrido eléctrico. • Resistencia residual de fin de pista (r f): resistencia comprendida entre el límite superior del recorrido eléctrico del cursor y el contacto B (ver figura). • Resistencia residual de principio de pista (rd): valor de resistencia comprendida entre límite inferior del recorrido eléctrico y el contacto A (ver figura). • Resistencia total (Rt): resistencia entre los terminales fijos A o A' y B, sin tener en cuenta la conexión del cursor e incluyendo la tolerancia. Aunque a efectos prácticos se considera igual al valor nominal (Rt=Rn). • Resistencia de contacto (rc): resistencia que presenta el cursor entre su terminal de conexión externo y el punto de contacto interno (suele despreciarse, al igual que rd y rf). • Temperatura nominal de funcionamiento (Tn): es la temperatura ambiente a la cual se define la disipación nominal. • Temperatura máxima de funcionamiento (Tmax): máxima temperatura ambiente en la que puede ser utilizada la resistencia. • Potencia nominal (Pn): máxima potencia que puede disipar el dispositivo en servicio continuo y a la temperatura nominal de funcionamiento.

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• Tensión máxima de funcionamiento (Vmax): máxima tensión continua (o alterna eficaz) que se puede aplicar a la resistencia entre los terminales extremos en servicio continuo, a la temperatura nominal de funcionamiento. • Resolución: cantidad mínima de resistencia que se puede obtener entre el cursor y un extremo al desplazar (o girar) el cursor. Suele expresarse en % en tensión, en resistencia, o resolución angular. • Leyes de variación: es la característica que particulariza la variación de la resistencia respecto al desplazamiento del cursor. Las más comunes son la ley de variación lineal, y la logarítmica (positiva y negativa):

• Linealidad o conformidad: indica el grado de acercamiento a la ley de variación teórica que caracteriza su comportamiento, y es la máxima variación de resistencia real que se puede producir respecto al valor total (nominal) de la resistencia. Resistencias no Lineales. Estas resistencias se caracterizan porque su valor ohmico, que varía de forma no lineal, es función de distintas magnitudes físicas como puede ser la temperatura, tensión, luz, campos magnéticos, etc.… así estas resistencias están consideradas como sensores. Entre las más comunes podemos destacar las siguientes: • Termistores o resistencias NTC y PTC. En ellas la resistencia es función de la temperatura. • Varistores o resistencias VDR. En ellas la resistencia es función de la tensión. • Fotorresistencias o resistencias LDR. En estas últimas la resistencia es función de la luz. Termistores En estas resistencias, cuyo valor ohmico cambia con la temperatura. Dentro de los Termistores podemos destacar dos grupos: NTC y PTC. • Resistencias NTC: Esta resistencia se caracteriza por su disminución del valor resistivo a medida que aumenta la temperatura, por tanto presenta un coeficiente de temperatura negativo. • Resistencias PTC: Estas, se diferencia de las anteriores, tiene un coeficiente de temperatura positivo, de forma que su resistencia aumentará como consecuencia del aumento de la temperatura (aunque esto sólo se da en un margen de temperaturas). Varistores Estos dispositivos (también llamados VDR) experimentan una disminución en su valor de resistencia a medida que aumenta la tensión aplicada en sus extremos. A diferencia de lo que ocurre con las NTC y PTC la variación se produce de una forma instantánea. Las aplicaciones más importantes de este componente se encuentran en: protección contra sobre tensiones, regulación de tensión y supresión de transitorios. Fotorresistencias Estas resistencias, también conocidas como LDR, se caracterizan por su disminución de resistencia a medida que aumenta la luz que incide sobre ellas. Las principales aplicaciones de estos componentes: controles de iluminación, control de circuitos con relés, en alarmas, etc. Tema 2

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Condensadores. A. B. C. D.

Conceptos Generales. Tipos de condensadores. Tipos de montajes. Condensadores como elementos filtrantes.

Condensadores Básicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico. Va a tener una serie de características tales como capacidad, tensión de trabajo, tolerancia y polaridad, que deberemos aprender a distinguir. • Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios (µF=10-6 F), nano faradios (nF=10-9 F) y pico faradios (pF=10-12 F). • Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un condensador, que depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté fabricado. Si se supera dicha tensión, el condensador puede perforarse (quedar cortocircuitado) y/o explotar. En este sentido hay que tener cuidado al elegir un condensador, de forma que nunca trabaje a una tensión superior a la máxima. • Tolerancia: Igual que en las resistencias, se refiere al error máximo que puede existir entre la capacidad real del condensador y la capacidad indicada sobre su cuerpo. • Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad superior a 1 µF tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión prestando atención a sus terminales positivo y negativo. Al contrario que los inferiores a 1µF, a los que se puede aplicar tensión en cualquier sentido, los que tienen polaridad pueden explotar en caso de ser ésta la incorrecta. Tipos de Condensadores. Vamos a mostrar a continuación una serie de condensadores de los más típicos que se pueden encontrar.

Electrolíticos. Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en electrolito. Siempre tienen polaridad, y una capacidad superior a 1 µF. Arriba observamos claramente que el condensador nº 1 es de 2200 µF, con una tensión máxima de trabajo de 25v. (Inscripción: 2200 µ / 25 V). Abajo a la izquierda vemos un esquema de este tipo de condensadores y a la derecha vemos unos ejemplos de condensadores electrolíticos de cierto tamaño, de los que se suelen emplear en aplicaciones eléctricas (fuentes de alimentación, etc.).

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Electrolíticos de tántalo o de gota. Emplean como dieléctrico una finísima película de óxido de tantalio amorfo, que con un menor espesor tiene un poder aislante mucho mayor. Tienen polaridad y una capacidad superior a 1 µF. Su forma de gota les da muchas veces ese nombre. De poliéster metalizado MKT. Suelen tener capacidades inferiores a 1 µF y tensiones de trabajo a partir de 63v. Más abajo vemos su estructura: dos láminas de poli carbonato recubierto por un depósito metálico que se bobinan juntas. Aquí al lado vemos un detalle de un condensador plano de este tipo, donde se observa que es de 0.033 µF y 250v. (Inscripción: 0.033 K/ 250 MKT). De poliéster. Son similares a los anteriores, aunque con un proceso de fabricación algo diferente. En ocasiones este tipo de condensadores se presentan en forma plana y llevan sus datos impresos en forma de bandas de color, recibiendo comúnmente el nombre de condensadores "de bandera". Su capacidad suele ser como máximo de 470 nF.

De poliéster tubular. Similares a los anteriores, pero enrollados de forma normal, sin aplastar.

Cerámico "de lenteja" o "de disco". Son los cerámicos más corrientes. Sus valores de capacidad están comprendidos entre 0.5 pF y 47 nF. En ocasiones llevan sus datos impresos en forma de bandas de color.

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Aquí abajo vemos unos ejemplos de condensadores de este tipo.

Cerámico "de tubo". Sus valores de capacidad son del orden de los pico faradios y generalmente ya no se usan, debido a la gran deriva térmica que tienen (variación de la capacidad con las variaciones de temperatura).

Identificación del valor de los condensadores Codificación por Bandas de Color Hemos visto que algunos tipos de condensadores llevan sus datos impresos codificados con unas bandas de color. Esta forma de codificación es muy similar a la empleada en las resistencias, en este caso sabiendo que el valor queda expresado en pico faradios (pF). Las bandas de color son como se observa en esta figura:

• En el condensador de la izquierda vemos los siguientes datos: verde-azul-naranja = 56000 pF = 56 nF (recordemos que el "56000" está expresado en pF). El color negro indica una tolerancia del 20%, tal como veremos en la tabla de abajo y el color rojo indica una tensión máxima de trabajo de 250v. • En el de la derecha vemos: amarillo-violeta-rojo = 4700 pF = 4.7 nF. En los de este tipo no suele aparecer información acerca de la tensión ni la tolerancia. Código de colores en los Condensadores

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COLORE S

Band a 1

Negro

--

Multiplicad or

0

1

1

X 10

Rojo

2

2

X 100

3

3

X 1000

4

4

X 104

Verde

5

5

X 105

Azul

6

6

X 106

7

7

Gris

8

8

Blanco

9

9

Amaril lo

Violet a

COLORES

pF)

Tensi ón

x 1

Marrón

Naranj

a

Band a 2

Tolerancia (C > 10

pF)

V.

100 250

V.

400 V.

V.

630

Tolerancia (C < 10

Negro

+/- 20%

+/- 1 pF

Blanco

+/- 10%

+/- 1 pF

Verde

+/- 5%

+/- 0.5 pF

Rojo

+/- 2%

+/- 0.25 pF

Marrón

+/- 1%

+/- 0.1 pF

Codificación mediante letras Este es otro sistema de inscripción del valor de los condensadores sobre su cuerpo. En lugar de pintar unas bandas de color se recurre también a la escritura de diferentes códigos mediante letras impresas. A veces aparece impresa en los condensadores la letra "K" a continuación de las letras; en este caso no se traduce por "kilo", o sea, 1000 sino que significa cerámico si se halla en un condensador de tubo o disco. Si el componente es un condensador de dieléctrico plástico (en forma de paralelepípedo), "K" significa tolerancia del 10% sobre el valor de la capacidad, en tanto que "M" corresponde a tolerancia del 20% y "J", tolerancia del 5%. L ETRA " M" K"

" "

J"

Tolerancia +/- 20% +/- 10% +/- 5%

Detrás de estas letras figura la tensión de trabajo y delante de las mismas el valor de la capacidad indicado con cifras. Para expresar este valor se puede recurrir a la colocación de un punto entre las cifras (con valor cero), refiriéndose en este caso a la unidad microfaradio (µF) o bien al empleo del prefijo "n" (nano faradio = 1000 pF).

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Ejemplo: un condensador marcado con 0,047 J 630 tiene un valor de 47000 pF = 47 nF, tolerancia del 5% sobre dicho valor y tensión máxima de trabajo de 630 v. También se podría haber marcado de las siguientes maneras: 4,7n J 630, o 4n7 J 630.

Codificación "101" de los Condensadores Por último, vamos a mencionar el código 101 utilizado en los condensadores cerámicos como alternativa al código de colores. De acuerdo con este sistema se imprimen 3 cifras, dos de ellas son las significativas y la última de ellas indica el número de ceros que se deben añadir a las precedentes. El resultado debe expresarse siempre en pico faradios pF. Así, 561 significa 560 pF, 564 significa 560000 pF = 560 nF, y en el ejemplo de la figura de la derecha, 403 significa 40000 pF = 40 nF.

Ejemplos de Identificación con Condensadores

0,047 J 630 C = 47 nF 5% V = 630 V.

403 C = 40 nF

0,068 J 250 C = 68 nF 5% V = 250 V.

47p C = 47 pF

22J C = 22 pF 5%

2200 C = 2.2 nF

10K +/-10% 400 V C = 10 nF 10% V = 400 V

amarillovioleta-naranjanegro C = 47 nF 20%

3300/10 400 V C = 3.3 nF 10% V = 400 V.

330K 250V C = 0.33 µF V = 250 V.

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n47 J C = 470 pF 5%

0,1 J 250 C = 0.1 µF 5% V = 250 V.

verde-azulnaranja-negro-rojo C = 56 nF 20% V = 250 V.

µ1 250 C = 0.1 µF V = 250 V.

22K 250 V C = 22 nF V = 250 V.

azul-gris-rojo y marrón-negronaranja C1 = 8.2 nF C2 = 10 nF

.02 µF 50V C = 20 nF V = 50 V.

n15 K C = 150 pF 10%

amarillo-violeta-rojo C = 4.7 nF

amarillo-violeta-rojo, rojo-negro-marrón y amarillo-violeta-marrón C1=4.7 nF C2=200 pF C3=470 pF

Tema 3 Bobinas Las bobinas, también llamadas inductancias, son los elementos que varían en su diseño probablemente más que cualquier otro componente de los mencionados en este sitio. En su concepción más elemental, una bobina consiste simplemente con un hilo conductor arrollado sobre un material aislante. Este tipo de diseños da origen a los trasformadores, las bobinas de los relés electromagnéticos, etc., y en general a todos aquellos dispositivos en los que se crea una autoinducción por variación de la corriente en un bobinado que produce líneas magnéticas y afecta a otro bobinado creándose una fuerza electromotriz (f.e.m.) a través de un campo magnético. La autoinducción se suele también llamar inductancia y eso explica el nombre genérico que reciben también los bobinados.

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Tema 4 Componentes Activos (Semiconductores). A.

Diodos. a. Juntura NP b. Diodos como Rectificadores. c. Diodos Zenners. d. Diodo como protección de polaridad. e. Diodos en configuración Dumper.

Desarrollo del Tema. Hacemos aquí una breve introducción sobre componentes activos básicos, centrándonos en diodos y transistores, y un ligero repaso a otro dispositivo muy importante como es el amplificador operacional.

El diodo es el dispositivo no lineal más simple de dos terminales, y que tiene diversas aplicaciones en la electrónica. Por su parte, dentro de los transistores, nos encontramos con el BJT y el FET. Los transistores bipolares de unión son dispositivos activos que desempeñan un papel importante fundamentalmente en el diseño de amplificadores electrónicos de banda ancha y en circuiteria digital rápida. Los transistores de efecto de campo son dispositivos sensibles al voltaje, con gran impedancia de entrada y usados como fuentes controladas por voltaje en el diseño de amplificadores e interruptores. Dejando los componentes activos básicos, nos encontramos con uno de los circuitos integrados más importante en las aplicaciones analógicas, el Amplificador Operacional. Cuando usemos estos componentes es importante poder identificarlos en la medida de lo posible, así como conocer una serie de consejos prácticos a la hora de utilizarlos en circuitos electrónicos. DIODOS RECTIFICADORES El funcionamiento de este diodo, a grandes rasgos es la siguiente: En la zona directa se puede considerar como un generador de tensión continua, tensión de codo (0.50.7 V para el silicio y 0.2-0.4 V para el germanio). Cuando se polariza en inversa se puede considerar como un circuito abierto. Cuando se alcanza la tensión inversa de disrupción (zona inversa) se produce un aumento drástico de la corriente que puede llegar a destruir al dispositivo. Este diodo tiene un amplio margen de aplicaciones: circuitos rectificadores, limitadores, fijadores de nivel, protección contra cortocircuitos, demoduladores, mezcladores, osciladores, bloqueo y bypass en instalaciones fotovoltaicas, etc.

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Cuando usamos un diodo en un circuito se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones (a partir de las hojas de características suministradas por el fabricante): A. B. C.

La tensión inversa máxima aplicable al componente, repetitiva o no (V RRR máx. o VR máx., respectivamente) ha de ser mayor (del orden de tres veces) que la máxima que este va a soportar. La corriente máxima en sentido directo que puede atravesar al componente, repetitiva o no (IFRM máx. e IF máx. respectivamente), debe ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar. La potencia máxima que puede soportar el diodo (potencia nominal) ha de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.

El DIODO ZENNER.

El funcionamiento de este siguiente: En la zona directa de tensión continua (tensión de codo).

diodo, a grandes rasgos es la lo podemos considerar como un generador

En la zona de disrupción, entre la tensión de codo y la tensión Zenner (V z nom) lo podemos considerar un circuito abierto. Cuando trabaja en la zona de disrupción se puede considerar como un generador de tensión de valor Vf = -Vz. El Zenner se usa principalmente en la estabilidad de tensión trabajando en la zona de disrupción. Podemos distinguir: A. B. C. D.

Vz nom, Vz: Tensión nominal del Zenner (tensión en cuyo entorno trabaja adecuadamente el Zenner). Iz min.: Mínima corriente inversa que tiene que atravesar al diodo a partir de la cual se garantiza el adecuado funcionamiento en la zona de disrupción (Vz min.). Iz máx.: Máxima corriente inversa que puede atravesar el diodo a partir de la cual el dispositivo se destruye (Vz máx.). Pz: Potencia nominal que no debe sobrepasar el componente. Aproximadamente se corresponde con el producto de Vz nom y Iz máx.

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Cuando usamos un diodo Zenner en un circuito se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones (a partir de las hojas de características suministradas por el fabricante): A. B. C.

Para un correcto funcionamiento, por el Zenner debe circular una corriente inversa mayor o igual a Iz min. La corriente máxima en sentido inverso ha de ser siempre menor que Iz máx. La potencia nominal Pz que puede disipar el Zenner ha de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar en el circuito.

DIODO LED

El diodo LED presenta un comportamiento análogo al diodo rectificador (diodo semiconductor p-n), sin embargo, su tensión de codo tiene un valor mayor, normalmente entre 1.2-1.5 V. Según el material y la tecnología de fabricación estos diodos pueden emitir en el infrarrojo (diodos IRED), rojo, azul, amarillo y verde, dependiendo de cual sea la longitud de onda en torno a la cual emita el LED. Entre sus aplicaciones podemos destacar: pilotos de señalización, instrumentación, opto-aclopadores, etc. Resulta difícil distinguir, por pura inspección visual, el modelo del LED así como el fabricante: los valores máximos de tensión y corriente que puede soportar y que suministra el fabricante serán por lo general desconocidos. Por esto, cuando se utilice un diodo LED en un circuito, se recomienda que la intensidad que lo atraviese no supere los 20 mA, precaución de carácter general que resulta muy válida. Cálculo de R resistencia de polarización del LED. R = (Vs - Vd) / Id Vd entre 1.2 - 1.5V Id entre 10 - 20 mA Ejemplo para Vs = 12 V, Vd = 1,5 V, Id = 10 mA -------> R = 1 K

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OTROS DIODOS

NOMBRE

SIMBOLO

CURVA

DIODO TUNEL

DIODO SCHOTTKY

FOTODIODO

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IDENTIFICACIÓN DE DIODOS Los diodos de unión p-n y los Zenner tienen características constructivas que los diferencian de otros. Su tamaño, en muchos casos, no supera el de una resistencia de capa o de película de 1/4W y aunque su cuerpo es cilíndrico, es de menor longitud y diámetro que las resistencias. Aunque existen gran variedad de tipos, sólo algunos especiales difieren de su aspecto. No ocurre lo mismo con el tamaño, pues es función de la potencia que pueden disipar. Es característico encontrarse un anillo en el cuerpo que nos indica el cátodo. Para aquellos cuyo tipo concreto viene señalado por una serie de letras y números, el cátodo es marcado mediante un anillo en el cuerpo, próximo a este terminal. Otros usan códigos de colores, y en ellos el cátodo se corresponde con el terminal más próximo a la banda de color más gruesa. Existen fabricantes que marcan el cátodo con la letra "K" o el ánodo con la "a".Los diodos de punta de germanio suelen encapsularse en vidrio. En cuanto a los diodos LED, se encuentran encapsulados en resinas de distintos colores, según sea la longitud de onda con la que emita. El ánodo de estos diodos es más largo que el cátodo, y usualmente la cara del encapsulamiento próxima al cátodo es plana. Una forma práctica de determinar el cátodo consiste en aplicar un polímetro en modo óhnmetro entre sus terminales. Si el terminal de prueba se aplica de ánodo a cátodo, aparecen lecturas del orden de 20-30Ω. Si se invierten los terminales, estas lecturas son del orden de 200-300 KΩ para el Ge, y de varios MΩ para el Si. Si con el polímetro utilizamos el modo de prueba de diodos, obtenemos el valor de la tensión de codo del dispositivo. Con ello conseguimos identificar los dos terminales (ánodo y cátodo), y el material del que esta hecho (0.5-0.7 V para el Si, 0.2-0.4 para el germanio y 1.2-1.5 para la mayoría de los LED.

Tema 5 A.

Transistores. a. Conceptos. ¿Como Funcionan? b. NPN, PNP, Canal N, Canal P. c. Transistores Bipolares y en Configuración Darlington. d. Transistores de Potencia. e. Mosfet. f. IGBT g. Montajes estándar y SMD. h. Identificación de terminales y mediciones con multimetros i. Pruebas practicas en protoboard.

Desarrollo del Tema. Transistor Bipolar

Transistor NPN

Transistor PNP

El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio. Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor. El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor.

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El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor), una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación. Este factor se llama b (beta) y es un dato propio de cada transistor. Entonces: Ic (corriente que pasa por la patilla colector) es igual a b amplificación) por Ib (corriente que pasa por la patilla base) Ic = β * Ib.

(factor

de

Ie (corriente que pasa por la patilla emisor) es del mismo valor que Ic, sólo que, la corriente en un caso entra al transistor y en el otro caso sale de el, o viceversa. Según la fórmula anterior las corrientes no dependen del voltaje que alimenta el circuito (Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ib cambia ligeramente cuando se cambia Vcc. Regiones operativas del transistor Región de corte: Un transistor esta en corte cuando: corriente de colector corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0)

=

En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de alimentación del circuito. (Como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0) Región de saturación: Un transistor está saturado cuando: corriente de colector = corriente de emisor = corriente máxima, (Ic = Ie = I máxima) En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos, ver ley de Ohm. Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector β veces más grande. (Recordar que Ic = β * Ib) Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la región de corte entonces está en una región intermedia, la región activa. En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de β (ganancia de corriente de un amplificador, es un dato del fabricante) y de las resistencias que hayan conectadas en el colector y emisor). Esta región es la mas importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador. Configuraciones: Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con transistores, cada una de ellas con características especiales que las hacen mejor para cierto tipo de aplicación y se dice que el transistor no está conduciendo. Normalmente este caso se presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0) Emisor común, Colector común, Base común. Nota: Corriente de colector y corriente de emisor no son exactamente iguales, pero se toman como tal, debido a la pequeña diferencia que existe entre ellas, y que no afectan en casi nada a los circuitos hechos con transistores. El transistor bipolar como interruptor (switch). Cuando un transistor se utiliza en un circuito, el comportamiento que éste tenga dependerá de sus curvas características. Cuando el transistor se utiliza como amplificador, el punto de operación de éste se ubica sobre una de las líneas de las funciones de transferencia que están en la zona activa. (Las líneas están casi horizontales). Cuando un transistor se utiliza como interruptor o switch la corriente de base debe tener un valor para lograr que el transistor entre en corte y otro para que entre en saturación.

20

Un transistor en corte tiene una corriente de colector (Ic) mínima (prácticamente igual a cero) y una tensión colector emisor (VCE) máxima (casi igual a la tensión de alimentación). Un transistor en saturación tiene una corriente de colector (Ic) máxima y una tensión colector emisor (VCE) casi nula (cero voltios). Para lograr que el transistor entre en corte, el valor de la corriente de base debe ser bajo o mejor aún, cero. Para lograr que el transistor entre en saturación, el valor de la corriente de base debe calcularse dependiendo de la carga que se esté operando entre encendido y apagado (funcionamiento de interruptor) Si se conoce cual es la corriente que necesita la carga para activarse (se supone una lámpara o foco), se tiene el valor de corriente que habrá de conducir el transistor cuando esté en saturación y con el valor de la fuente de alimentación del circuito, se puede obtener la recta de carga. Ver gráfico anterior. Esta recta de carga confirma que para que el transistor funciones en saturación Ic debe ser máximo y VCE mínimo y para que este en corte Ic debe ser el mínimo y VCE el máximo. Ejemplo de diseño Calcular el valor de Rb (resistencia de base) que ha de utilizarse, para que el circuito funcione como un interruptor (conectar y desconectar una tensión de 12 voltios en A). Datos: • •

La tensión de alimentación es de 12 Voltios. Bombillo de 12 voltios, 1.2 watts (vatios).

•

El B (beta) mínimo del transistor es de 200.

Para poner el transistor en saturación. Obtener. Ic: Para sacar Ic debemos saber cuanto consume la lámpara, para eso usamos la formula de potencia. Potencia de la Lámpara = P = V x I Despejamos I. I = P / V = 1.2 watts / 12 voltios = 100 mA Ic = 100 mA Se escoge el B menor (200) para asegurar de que el transistor se sature. Corriente de base = Ib = Ic / B = 100 mA / 200 = 0.5 mA. Esta es la corriente de base necesaria para que el transistor se sature y encienda el bombillo. Para calcular Rb se hace una malla en el circuito de la base: 12 V = Rb x Ib – Vbe. Rb = (12 – 0.7) / Ib = 11.3 V. / 0.5 mA = 2260 ohmios. Para efectos prácticos Rb = 2.2 Kohms

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Nota: Vbe = 0.7 Voltios aproximadamente en un transistor de silicio. Caída de tensión. Para poner el transistor en corte. Para que el bombillo se apague, basta que la corriente que pase a través de él (Ic) sea cero. Para lograrlo se hace que la corriente de base Ib sea cero (Ic = B x Ib), poniendo la tensión que alimenta el circuito de la base en cero (0 Voltios) El Transistor Darlington. El transistor Darlington es un tipo especial de transistor que tiene una alta ganancia de corriente. Está compuesto internamente por dos transistores bipolares que se conectan es cascada. Ver la figura. El transistor transistor T2.

T1

entrega

la

corriente

que

sale

por

La ecuación de ganancia de un transistor típico es: colector es igual a beta por la corriente de base).

su

emisor

a

la

base

del

IE= β x IB (Corriente de

Entonces analizando el gráfico: Ecuación del primer transistor es: IE1 Ecuación del segundo transistor es: IE2 = β2 x IB2 (2)

=

β1

x

IB1

(1),

Observando el gráfico, la corriente de emisor del transistor (T1) es la misma que la corriente de base del transistor T2. Entonces IE1 = IB2 (3)

El transistor común con la identificación de las patillas

Transistor Darlington con la identificación de las patillas y su estructura interna

Entonces utilizando la ecuación (2) y la ecuación (3) se obtiene: IE2 = β2 x IB2 = β2 x IE1 Reemplazando en la ecuación anterior el valor de IE1 (ver ecuación (1)) se obtiene la ecuación final de ganancia del transistor Darlington. IE2 = β2 x β1 x IB1 Como se puede deducir, este amplificador tiene una ganancia mucho mayor que la de un transistor corriente, pues aprovecha la ganancia de los dos transistores. (Las ganancias se multiplican). Si se tuvieran dos transistores con ganancia 100 (β = 100) conectados como un transistor Darlington y se utilizara la fórmula anterior, la ganancia sería, en teoría: β2 x β1 = 100 x 100 = 10000. Como se ve es una ganancia muy grande. En la realidad la ganancia es menor.

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Se utilizan ampliamente en circuitos en donde es necesario controlar cargas grandes con corrientes muy pequeñas. Muy importante: la caída de tensión entre la base y el emisor del transistor Darlington es 1.4 voltios que resulta de la suma de las caídas de tensión de base a emisor del primer transistor B1 a E1 (0.7 voltios) y base a emisor del segundo transistor B2 y E2 (0.7 voltios). Como probar un transistor Para probar transistores bipolares hay que analizar un circuito equivalente de éste, en el que se puede utilizar lo aprendido al probar diodos. Ver la siguiente figura.

Se ve que los circuitos equivalentes de los transistores bipolares NPN y PNP están compuestos por diodos y se sigue la misma técnica que probar diodos comunes. La prueba se realiza entre el terminal de la base (B) y el terminal E y C. Los métodos a seguir en el transistor NPN y PNP son opuestos. Al igual que con el diodo, si uno de estos "diodos del equivalentes del transistor" no funcionan cono se espera hay que cambiar el transistor. Nota: Aunque este método es muy confiable (99 % de los casos), hay casos en que, por las características del diodo o el transistor, esto no se cumple. Para efectos prácticos se sugiere tomarlo como confiable en un 100% Encapsulados de transistores y otros semiconductores Los transistores bipolares, triacs, Tiristores, y otros tipos vienen en muchas presentaciones o encapsulados y estos vienen ligado al tipo de aplicación en que se les va a utilizar. Cada transistor tiene impreso en el cuerpo del mismo, el tipo de transistor que es, siendo así muy fácil poder encontrar sus características técnicas en un manual como el ECG o NTE. En estos manuales también se pueden encontrar transistores similares o muy parecidas a los que se los llama "equivalentes"

de

características

Entre los encapsulados están: (hay más)

El TO-92: Este transistor pequeño es muy utilizado para la amplificación de pequeñas señales. La asignación de patitas (emisor - base - colector) no está estandarizado, por lo que es necesario a veces recurrir a los manuales de equivalencias para obtener estos datos.

El TO-18: Es un poco más grande que el encapsulado TO-92, pero es metálico. En la carcasa hay un pequeño saliente que indica que la patita más cercana es el emisor. Para

23

saber la configuración de patitas es necesario a veces recurrir a los manuales de equivalencias.

El TO-39: tiene le mismo aspecto que es TO-18, pero es mas grande. Al igual que el anterior tiene una saliente que indica la cercanía del emisor, pero también tiene la patita del colector pegado a la carcasa, para efectos de disipación de calor.

El TO-126: Se utiliza mucho en aplicaciones de pequeña a mediana potencia. Puede o no utilizar disipador dependiendo de la aplicación en se este utilizando.

Se fija al disipador por medio de un tornillo aislado en el centro del transistor. Se debe utilizar una mica aislante El TO-220: Este encapsulado se utiliza en aplicaciones en que se deba de disipar potencia algo menor que con el encapsulado TO-3, y al igual que el TO-126 debe utilizar una mica aislante si va a utilizar disipador, fijado por un tornillo debidamente aislado.

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El TO-3: este encapsulado se utiliza en transistores de gran potencia. Como se puede ver en el gráfico es de gran tamaño debido a que tiene que disipar bastante calor. Está fabricado de metal y es muy normal ponerle un "disipador" para liberar la energía que este genera en calor. Este disipador no tiene un contacto directo con el cuerpo del transistor, pues este estaría conectado directamente con el colector del transistor (ver siguiente párrafo). Para evitar el contacto se pone una mica para que sirva de aislante y a la vez de buen conductor térmico. El disipador de fija al transistor con ayuda de tornillos adecuadamente aislados que se introducen el los orificios que estos tienen.

En el transistor con encapsulado TO-3 el colector esta directamente conectado al cuerpo del mismo (carcasa), pudiendo verse que sólo tiene dos pines o patitas. Estas patitas no están en el centro del transistor sino que ligeramente a un lado y si se pone el transistor como se muestra en la figura, al lado izquierdo estará el emisor y la derecha la base. Transistores de Potencia. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) MOSFET significa "FET de Metal Oxido Semiconductor" o FET de compuerta aislada IGBT. Es un tipo especial de transistor FET que tiene una versión NPN y otra PNP. El NPN es llamado MOSFET de canal N y el PNP es llamado MOSFET de canal P. Una delgada capa de material aislante formada de dióxido de silicio (SiO2) (también llamada "sílice" o "sílica") es colocada del lado del semiconductor y una capa de metal es colocada del lado de la compuerta (GATE) (ver la figura) En el MOSFET de canal N la parte "N" está conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain). En el MOSFET de canal P la parte "P" está conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain). En los transistores bipolares la corriente que circula por el colector es controlada por la corriente que circula por la base. Sin embargo en el caso de los transistores FET, la corriente de salida es controlada por una tensión de entrada (un campo eléctrico). En este caso no existe corriente de entrada. Los transistores MOSFET se pueden dañar con facilidad y hay que manipularlos con cuidado. Debido a que la capa de óxido es muy delgada, se puede destruir con facilidad si hay alta tensión o hay electricidad estática.

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Principio de operación de un MOSFET Tanto en el MOSFET de canal N o el de canal P, cuando no se aplica tensión en la compuerta no hay flujo de corriente entre en drenaje (Drain) y la fuente (Source). Para que circule corriente en un MOSFET de canal N una tensión positiva se debe aplicar en la compuerta. Así los electrones del canal N de la fuente (source) y el drenaje (Drain) son atraídos a la compuerta (Gate) y pasan por el canal P entre ellos. El movimiento de estos electrones, crea las condiciones para que aparezca un puente para los electrones entre el drenaje y la fuente. La amplitud o anchura de este puente (y la cantidad de corriente) depende o es controlada por la tensión aplicada a la compuerta. En el caso del MOSFET de canal P, se da una situación similar. Cuando se aplica tensión negativa en la compuerta, los huecos (ausencia de electrones) del canal P drenaje y de la fuente son atraídos hacia la compuerta y pasan a través del canal N hay entre ellos, creando un puente entre drenaje y fuente. La amplitud o anchura puente (y la cantidad de corriente) depende de la tensión aplicada a la compuerta.

una del que del

Debido a la delgada capa de óxido que hay entre la compuerta y el semiconductor, no hay corriente por la compuerta. La corriente que circula entre drenaje y fuente es controlada por la tensión aplicada a la compuerta.

DESIGNACIÓN DE TRANSISTORES: Normalmente el tipo de designación de transistores son dos letras seguidas de tres números. Ej.: BA 145. La primera letra indica si los dispositivos son con uniones o sin uniones y también indica el tipo de material de que está hecho. La segunda letra indica de que clase de dispositivo se trata, si de un diodo o de un transistor y de que tipo. Y los tres números siguientes son números de serie que indica que son dispositivos semiconductores diseñados para empleo principalmente en aparatos domésticos. Los que tienen una letra y dos cifras no son para empleo doméstico sino para sistemas del ejército o algo relacionado. Ahora se presentará una tabla en el que indicará que significa cada nomenclatura.

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PRIMERA LETRA

SEGUNDA LETRA

Distingue entre dispositivos con uniones y sin uniones e indica el material.

Indica la aplicación principal y también la construcción en el caso de que se requiera una mayor diferenciación.

Dispositivos con uniones

A. Diodo, detector, alta velocidad, mezclador. B. Diodo de capacidad variable C. Transistor de BF (baja potencia) D. Transistor de potencia para BF. E. Diodo túnel. F. Transistor de RF (baja potencia). G. Múltiple de dispositivos no similares. H. Sonda de campo. K Generador Hall en un circuito magnético abierto. L. Transistor potencia para aplicaciones RF. M. Generador Hall en un circuito magnético cerrado. P. Dispositivo sensible a radiaciones. Q. Dispositivo generador de radiaciones. R. Dispositivo de control y conmutación disparado eléctricamente, con una característica de ruptura (baja potencia). S. Transistor conmutación (baja potencia).

NÚMERO DE SERIE

A. Dispositivos con una o más uniones, que utilizan materiales con un margen de banda de 0,6 a 1.0 V, tales como germanio. B. Dispositivos con una o más uniones, que utilizan materiales con un margen de banda de 1,0 a 1,3V, tales como silicio. C. Dispositivos con una o más Uniones, que utilizan materiales con un margen de banda de 1,3V en adelante, tales como arseniuro de galio. D. Dispositivos con una o más uniones, que utilizan materiales con un margen de banda de menos de 0,6V, tales como antimoniuro de indio. Dispositivos sin uniones R. Dispositivos sin uniones, que utilizan materiales como los empleados en generadores Hall y células fotoconductoras.

Tres cifras para los dispositivos semiconductores diseñados para empleo principalmente en aparatos domésticos. Una letra y dos cifras para los dispositivos semiconductores no diseñados para empleo principalmente en aparatos domésticos.

T. Dispositivo de potencia para control y conmutación disparado eléctricamente o por medio de la luz, que tiene una característica de ruptura. U. Transistor de potencia conmutación. X. Diodo multiplicador. Y. Diodo rectificador, recuperador, de eficiencia. Z. Diodo de referencia de tensión o regulador de tensión.

En muchos de los circuitos, los transistores y diodos están señalados solamente como "TUP", "TUN", "DUG" o "DUS". Esto indica que hay muchos transistores que son equivalentes aunque tengan una designación diferente. Están estas abreviaturas.

familias

de

semiconductores

representadas

por

las

siguientes

TUP: Transistor Universal PNP (de silicio). TUN: Transistor Universal NPN (de silicio)

27

DUG: Diodo Universal de Germanio DUS: Diodo Universal de Silicio. TUP, TUN, DUG y DUS han de cumplir ciertas especificaciones mínimas para considerados como tales. Las especificaciones mínimas pueden verse en estas tablas.

ser

TRANSISTORES

Tipo

Vceo max.

Ic. max

hFE min.

Ptot max.

fT min.

TUN

NPN

20V

100mA

100

100mW

100MHz

TUP

PNP

20V

100mA

100

100mW

100MHz

Tipo

VR max.

IF max.

IR max.

Ptot max.

CD max

DUS

Si

25V

100mA

1 µA

250 mW

5 pF

DUG

Ge

20V

35mA

100 µA

250 mW

10 pF

DIODOS

Normalmente mucha gente se hace la pregunta "Tengo un transistor marcado, ¿de que

tipo es?".

Para dar solución a esta pregunta aquí tienes una descripción de los códigos de transistores más empleados. Un rápido consejo: mira siempre por números conocidos (ej. 723, 6502, etc.) entre el sufijo y el prefijo, y ten cuidado con no confundirlo con la fecha. Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC) Estos toman la forma: Dígito, letra, número de serie, [sufijo] Donde la letra es siempre 'N' El primer dígito es siempre una unidad menor que el número de patillas, (2 para

transistores).

El número de serie se sitúa entre el 100 y el 9999 y no dice nada sobre el transistor, salvo su fecha aproximada de introducción. El [sufijo] opcional indica la ganancia (hFE) genérica del dispositivo:

A = ganancia baja. B = ganancia media.

28

C = ganancia alta. Sin sufijo = cualquier ganancia Hay que mirar la hoja de características para saber la ganancia exacta del dispositivo. La razón para agrupar la ganancia de forma genérica es que los dispositivos de baja ganancia son bastante más baratos que los de alta ganancia, lo que se traduce en un ahorro para un gran número de usuarios. Ejemplos: 2N3819, 2N2221A, 2N904. Japanese Industrial Standard (JIS) Toman la forma: Dígito, dos letras, número de serie, [sufijo] Nuevamente, el dígito es una unidad menor que el número de patillas. Las letras indican el área de aplicación y tipo de dispositivo según el siguiente código:

SA: SC: SE: SG: SJ: SM: SR: ST: SZ:

Transistor PNP HF SB: Transistor PNP AF Transistor NPN HF SD: Transistor NPN AF Diodos SF: Tiristores Dispositivos de disparo SH: UJT FET/MOSFET de canal-p SK: N-channel FET/MOSFET Triac SQ: LED Rectificadores SS: Diodos de señal Diodos avalancha SV: Varicaps Diodos Zenner

El número de serie varía entre 10 y 9999. El [sufijo] opcional indica que dicho tipo está aprobado para el empleo por varias organizaciones japonesas. NOTA: Desde que el código de los transistores siempre comienza por 2S, este es siempre

omitido (en la mayoría de los casos), por ejemplo: un 2SC733 puede estar marcado como C 733. Ejemplos: 2SA1187, 2SB646, 2SC733. Pro-electrón Toman la forma: Dos letras, [letra], número de serie, [sufijo] La primera letra indica el material:

• •

A = Ge.

•

C = GaAs.

•

R = mezcla de materiales.

B = Si.

29

No es necesario decir que la gran mayoría de los transistores comienzan por B. La segunda letra indica la aplicación del dispositivo:

• •

A: Diodo RF.

•

C: transistor, AF, pequeña señal.

•

D: transistor, AF, potencia.

•

E: Diodo túnel.

•

F: transistor, HF, pequeña señal.

•

K: Dispositivo de efecto Hall.

•

L: Transistor, HF, potencia.

•

N: Opto-acoplador.

•

P: Dispositivo sensible a la radiación.

•

Q: Dispositivo productor de radiación.

•

R: Tiristor, baja potencia.

•

T: Tiristor, potencia.

•

U: Transistor, potencia, conmutación.

•

Y: Rectificador.

•

Z: Zenner, o diodo regulador de tensión.

B: Variac.

La tercera letra indica que el dispositivo está pensado para aplicaciones industriales o profesionales, más que para uso comercial suele ser una W, X, Y o Z. El número de serie varía entre 100 y 9999. El sufijo indica la ganancia genérica en grupo, como en los JEDEC. Ejemplos: BC108A, BAW68, BF239, BFY51. Otros Aparte de los tres tipos anteriores los fabricantes casi siempre introducen sus propios tipos, por razones comerciales (ej. para poner su nombre en el código) o para enfatizar que el rango pertenece a una aplicación especializada. Los prefijos más comunes son:

30

• • • • • • • • •

MJ: Motorolla potencia, cápsula de metal

•

ZT: Ferranti ZTX: Ferranti

•

MJE: Motorolla potencia, cápsula de plástico MPS: Motorolla baja potencia, cápsula de plástico MRF: Motorolla HF, VHF y transistores microondas RCA: RCA RCS: RCS TIP: Texas Instruments transistor de potencia (capsula de plástico) TIPL: TI transistor de potencia plano TIS: TI transistor de pequeña señal (capsula de plástico)

Ejemplos: ZTX302, TIP31A, MJE3055, TIS43. Muchos fabricantes también producen series a medida para un gran volumen destinado a determinados clientes. Estas series están optimizadas para ser empleadas en una determinada parte de un circuito concreto. Normalmente

llevan

puesto

la

señal

del

productor

y

un

número

irreconocible.

A veces cuando una compañía quiebra o termina la producción se libra de estos transistores, los cuales acaban en packs de oferta para aficionados. No hay forma de reconocer estos dispositivos, así que solo son utilizables como conductores de LED, buffer, etc., donde el parámetro actual no es importante. Ten cuidado

cuando compres.

Una vez que identifiques tu componente hay que acceder a la hoja de características o libro de equivalencias. Tema 6 1.

Circuitos Integrados. a. El amplificador operacional. b.

Distintos tipos de Ic.

c.

Fuente, Circuitos de entrada y Salidas.

d.

Ic Quadriver.

e.

Controladores de Inyectores.

f.

Reguladores de varias salidas.

Desarrollo del tema. Existen varias formas de ver un circuito integrado, bien podría llamarse a un componente activo formado por varios internamente, como transistores, resistencias, amplificadores, diodos, etc. El tema en la reparación de computadoras automotrices es que dado que estos Ic son de vital importancia en el desarrollo, muchos fabricantes han decidido ocultar su identificación a través de números de piezas y no de números de electrónica comercial. Aquí la cuestión es que muchas veces encontramos un Ic, que podemos reemplazar por uno comercial, el hecho es que para hacer más difícil la copia de desarrollos, han hecho que esos componentes también cambien su pin out.

31

Así que es inevitable reparación sea exitosa.

una adaptación

total o

parcial del

Ic para

que nuestra

En este capitulo veremos los conceptos mas básicos de los Ic, ya que hay incontables aplicaciones, por ejemplo, un Ic también es un micro procesador o una memoria. El Amplificador Operacional. Son llamados amplificadores operacionales porque podemos encontrar circuitos montados a base de estos amplificadores que realizan operaciones matemáticas, como por ejemplo sumadores, diferenciadores, integradores, comparadores... Etc. Son elementos muy usados en la electrónica analógica, como podrás comprobar en esta página, tienen un montón de aplicaciones.

La figura muestra el símbolo electrónico típico de un amplificador operacional. Este concretamente es una cuarta parte del LM324 ya que vienen 4 amplificadores operacionales en un mismo circuito integrado. En este ejemplo, los pines 4 y 11 son de alimentación. Un amplificador operacional se puede alimentar con tensión sencilla o con tensión simétrica. La tensión sencilla consiste en alimentar con dos cables, uno el positivo y el otro masa (por ejemplo a 12 voltios). La tensión simétrica consiste en alimentar el circuito con tres cables, uno el positivo, otro el de masa y otro el negativo, con la misma tensión que el positivo pero negativa (por ejemplo ±12)

La diferencia entre usar un tipo o el otro de alimentación está en lo que queramos obtener en la salida: si en la salida queremos obtener tensiones positivas y negativas tendremos que usar la alimentación simétrica, si solo queremos obtener tensiones positivas podemos usar alimentación simple. También tendrás que tener en cuenta que ni las entradas ni las salidas del operacional podrán sobrepasar los límites marcados por la alimentación, es decir, si alimentas a 12 V no esperes obtener 15 voltios a la salida. Los pines 2 y 3 son las entradas, y el 1 es la salida. A la hora de analizar circuitos con amplificadores operacionales se dice que la corriente por las entradas inversora y no inversora del operacional es cero, quédate bien con esta idea porque es muy importante. Observarás en el símbolo que una de las entradas tiene el signo (+) y en la otra el signo (-). A la que tiene el signo (+) se le llama entrada no inversora, y a la que tiene el signo (-) entrada inversora. El funcionamiento del amplificador operacional depende del resto del circuito. De momento, lo único que puedo decir es que el amplificador operacional "lee" la tensión en la entrada no inversora, "le resta" la tensión de la entrada inversora, el resultado lo multiplica por un número muy grande y eso lo saca por la salida. Esto quizás no te ayude mucho a entender los circuitos con amplificadores operacionales pero poco a poco lo irás entendiendo. Análisis de circuitos con realimentación negativa: Introducción Se dice que un circuito con operacionales tiene realimentación negativa parte de la salida o toda se reconduce a la entrada inversora. Cuando nos encontramos con un circuito con realimentación negativa tenemos que entender que el operacional, por su forma de funcionar, variará la salida de tal forma que la tensión de la entrada inversora será igual a la de la entrada no inversora. Esta es otra idea importante que tienes que tener en cuenta.

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El ejemplo de circuito más sencillo que se me ocurre con este tipo de realimentación es el siguiente:

Como ves en la figura, la tensión de salida se introduce directamente por la entrada inversora, esto quiere decir que nos encontramos ante un circuito con realimentación negativa, por lo tanto podemos decir que la tensión en la entrada no inversora es igual a la de la entrada inversora. Por lo tanto hallamos directamente la tensión de salida, que será igual a la tensión de entrada (Vin = Vout). A este circuito se le llama "seguidor de tensión" ya que la salida es idéntica a la entrada.

Amplificador inversor Vamos a ir montando paso a paso un amplificador inversor y lo irás entendiendo paso a paso. Partimos de nuestro amplificador operacional:

Ahora le vamos a añadir una resistencia R1 desde la entrada + a masa:

Tienes que recordar que la corriente que entra por cualquiera de las dos entradas del operacional es cero, por lo tanto no circulará corriente por R1 y la tensión en la entrada + será 0 (V=I*R1=0*R1=0). Es lo mismo que si conectáramos la entrada + a masa directamente, pero se pone una resistencia porque el circuito trabaja mejor. Puedes probar a no ponerla y verás que el circuito también funciona. A continuación le ponemos la realimentación negativa mediante una resistencia R2:

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Ya podemos decir que estamos ante un circuito con realimentación negativa, así que podemos decir que la tensión en la entrada + es igual a la tensión de la entrada -, es decir, 0. Pero nos falta por poner la entrada del circuito, la entrada la pondremos mediante R3 de la siguiente manera:

Este es el amplificador inversor completo, y todo lo que hemos dicho hasta ahora se cumple, así que pasemos a analizarlo. Para ello nos apoyaremos en el siguiente gráfico, que muestra todas las corrientes y tensiones del circuito:

Todos los circuitos con operacionales se analizan de forma muy parecida, así que presta atención. Buscamos una ecuación matemática que nos relacione la entrada con la salida. Primero hayamos la expresión de la corriente de entrada I1. Para ello tienes que tener en cuenta la tensión a la que esta sometida R3. Que será Vin-0=Vin. Siempre la tensión en una resistencia vendrá dada según la dirección en que pintemos la corriente, y será: la tensión del lado de la resistencia por donde entra la corriente menos la tensión del lado de la resistencia por donde sale. Por lo tanto según la ecuación: Vin = I1 * R3 I1 = Vin / R3 Si observamos la figura y recordamos que por la Entrada del operacional no iba corriente alguna llegamos a la conclusión de que I2 = I1, así que calcularemos de la misma forma I2 y la igualaremos a I1. Según esto escribiremos: 0 - Vout = I2 * R2 - Vout = I2 * R2 I2 =- Vout / R2

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Igualando I2 = I1: I2 = I1 - Vout / R2 = Vin / R3 - Vout = Vin * (R2 / R3) Vout = -Vin * (R2 / R3) Según la expresión obtenida llegamos a la conclusión de que la tensión de salida Vout es la de entrada cambiada de signo y multiplicado por una constante (R2/R3). A esto se le llama ganancia del circuito. Este circuito tiene una ganancia (Av) negativa de (R2/R3) y por lo tanto podemos escribir que: Vout = Av * Vin

Aplicación práctica: Para que veas que todo lo que se ha dicho es cierto te invito a que montes el siguiente circuito y compruebes tu mismo con un voltímetro que todo esto se cumple en la práctica. El amplificador operacional empleado es el 741:

En este circuito la Av = - 56K / 27K = -2,07 para la comprobación puedes seguir los siguientes puntos: Ajustar Vin mediante el potenciómetro a 4 voltios Medir Vout con respecto a masa y comprobar que Vout = -2,07 * Vin = 8,28V (se aproxima mucho, ten en cuenta las tolerancias de las resistencias) Medir las tensiones en las entradas + y - y comprobar que son 0 voltios Cambiar Vin y volver a medir Vout, comprueba que al aumentar Vin llega un momento en el que la salida del operacional no puede seguir bajando, habrás llegado a la "tensión de saturación" del operacional. Al disminuir Vin acabará pasando lo mismo con la salida. Prueba a quitar R1 y conecta la entrada no inversora directamente a masa. El circuito sigue funcionando correctamente, sin embargo es aconsejable la colocación de esta resistencia R1 y ha de ser de valor: R1 = (R3 * R2) / (R3 + R2) Amplificador no inversor. En este tipo de amplificador, a diferencia del inversor, la entrada Vi entrará directamente por la entrada no inversora del amplificador operacional (entrada +):

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A continuación pondremos la realimentación negativa por medio de la resistencia R1:

Para terminar el circuito añadimos la resistencia R3 de la forma siguiente:

Ahora vamos a hallar la relación entra la salida y la entrada. Recuerda una vez más que las tensiones en la entrada no inversora y la entrada inversora son iguales y que la corriente de entrada al operacional es cero, por lo tanto I1 es igual a I2. Así que no tenemos más que calcular las dos por separado y luego igualarlas: Tensión de R2 = Vi Vi = I2 * R2 I2 = Vi / R2 Tensión de R1 = Vo – Vi Vo - Vi = I1 * R1 I1 = (Vo - Vi) / R1 Igualando I1 e I2 I1 = I2 (Vo - Vi) / R1 = Vi / R2 Vo - Vi = Vi (R1 / R2) Vo = Vi (1 + R1 / R2) Por lo tanto, este circuito tiene una ganancia en tensión Av = 1 + R1 / R2. Esto quiere decir que la salida será Av veces la entrada, sin invertirse la señal ya que Av es positiva. Aplicación práctica:

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Para que veas que todo lo que se ha dicho es cierto te invito a que montes el siguiente circuito y compruebes tu mismo con un voltímetro que todo esto se cumple en la práctica. El amplificador operacional empleado es el 741:

En este circuito la Av = 1+ 47K/33K = 2,42 Ajusta la tensión de entrada a 4 voltios mediante el comprueba que la salida es Vo = Av * 4 = 9,7 voltios Mide la inversora y no inversora y comprueba que son iguales. Varía el y comprueba que siempre se cumple que Vo = Av * Vi Llega un subir ni bajar mas => tensión de saturación

potenciómetro de 10K y tensión en las entradas potenciómetro a tu gusto momento que Vo no puede

Ahora hablemos un poco de los Ic que mas difíciles de identificar en un ECM. El caso es sencillo, explicaremos una reparación real desde que el vehiculo llega a nuestro taller. Para ello es indispensable que tomemos conciencia y prestemos atención en lo que hacemos. Es una reparación real, y así nosotros investigamos desconocíamos y resulto ser una reparación muy sencilla.

el

tema,

de

algo

que

Vehiculo: Fiat Palio 1.6 Monopunto Sistema de Inyección: Marelli 1G7. El cliente se queja como principal falla que el vehiculo no arranca, además dice que en su garaje hay mucho olor a combustible. Cuando llega a nuestro taller lo funcione o de síntoma de ello.

primero que

Para esto, sin levantar el cofre, procedemos simplemente, desde el asiento del conductor.

hacemos es

a

verificar

comprobar que

lo

antes

la ECU

mencionado

Ponemos en contacto (+15) y observamos. • •

Luz de Check Engine enciende correctamente, mirando el circuito eléctrico (plano) nos damos cuenta que el indicador de fallas electrónicas, depende del PIN 6 de la ECU. Al mismo tiempo se escucha la activación de la bomba que no dura más de 5 o 6 segundos.

Hasta aquí todo correcto, de no ser por el fuerte olor a nafta que había en el habitáculo, así que pensando en una perdida por alguna manguera no dimos marcha hasta comprobar que era lo que pasaba.

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Cuando verificamos los conectores del circuito de nafta, estaba todo bien, así que decidimos sacar la tapa que cubre al cuerpo de mariposa, donde se encuentra el inyector y ahí estaba el problema. Nuevamente pensamos en perdidas pero esta vez por los asientos de goma que tiene el inyector, pero volvimos a equivocarnos, no eran los o´ring, si no que el propio inyector cada vez que dábamos contacto abría a pleno. Comprobamos con una lámpara para descartar problemas eléctricos pero no, ahí estaba el problema, era la ECU quien ponía a masa al inyector que tiene positivo a través de rele y es el mismo tiempo de activación que la bomba de nafta. (Ver plano eléctrico). Ya sabemos cual es la falla real del vehiculo y quien la ocasiona. “LA COMPUTADORA TIENE PROBLEMAS”. Ahora es trabajo para el laboratorio de electrónica y allí fuimos con la ECU en nuestras manos. Laboratorio de Electrónica. En este lugar, vamos a diagnosticar problemas en nuestra computadora.

internamente para

saber cual

es el

o los

Como primera medida la vamos a activar y mediante luces vamos a ver que nos dice. Para ello necesitamos unas cuantas lámparas puestas a positivo para colocar en lugar de los reles, check engine, bobinas y el inyector. Si vemos en la imagen 001, nos damos cuenta que la luz colocada en lugar del inyector queda encendida con mucha intensidad.

Ahí esta nuestra falla y tenemos que concentrarnos en saber cual es el componente que maneja esa salida, saber si él es el que no funciona o en el peor de los casos hay otros circuitos integrados (IC) que mandan a activarlo sin que haya una señal de giro en el motor. Identificación de Componentes. En la imagen 002 identificamos el PIN 18 como la patilla de salida al inyector. Este mismo terminal nos lleva, midiendo continuidad con un multímetro, a una patita en un circuito integrado (IC) numerado como L9150 (numero de pieza).

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Como nosotros no conocemos este IC, ya que no hay información (datasheet), vamos a proceder a extraerlo para poder identificar algunos pines del mismo. El propósito de sacarlo es para definir bien la fuente y los pines de entrada ya que podemos encontrarnos con una sola entrada y varias salidas o viceversa, a veces estos circuitos también requieren 5 volts de referencia como alimentación y en otros casos son los mismos IC quienes sacan 5 volts debido a que internamente poseen un regulador de tensión. Vamos a medirlo, pero ahora lo haremos dándole giro al motor. En la imagen 003, están todas las mediciones encontradas y desde donde vienen y a donde va cada PIN del IC.

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Una vez que entendimos estas mediciones pasamos a colocar el componente para comparar las mediciones ya hechas y terminar de identificar las salidas del IC. En la imagen 004 están estas mediciones.

Ahora, ¿cual será la señal que activa al inyector?

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Sabiendo como funciona un transistor nos dimos cuenta que este integrado posee uno internamente (TR) y que es NPN o Canal N. En el PIN 1, hay una señal cuadrada de 5v, que tranquilamente podría ser la base de este TR interno. Lo único que falta es confirmarla, pero ¿como?, rápidamente nos damos cuenta que si esa fuera la señal que buscamos tendría que variar su ancho de pulso cuando variamos la carga del motor, es decir, su permanencia en los 5 volts del ciclo cuando variamos la tensión del MAP simulando carga en el motor del vehículo. Nuestra prueba ha fallado, esta señal, no varía, siempre es fija en tiempo. Así que tenemos que seguir investigando. Pero, ¿por donde?, ¿Cuál podría ser la señal que falta? o mejor dicho ¿en que pines podría estar? Volvamos a la imagen 004 y descartemos algunos pines que no nos servirán. Los pines 1, 2, 3, 4 y 6, los descartamos por estar claramente identificados. Ahora nos quedan los pines 5, 7, 8, 9, 10 y 11. Vamos a analizar uno por uno. •

PIN 5: Tiene 4 volts fijos, esta tensión podría dejarme cualquier transistor darlington activado. Además estuvo presente con y sin el componente. • PIN 7 y 9: No estaban cuando medimos sin el componente (imagen 003) y aparecieron con el IC conectado (imagen 004), así que estos los descartamos por no tener importancia o incidencia en lo que buscamos. • PIN 8: No tiene medición alguna, apenas es una masa débil, así que también lo descartamos. • PIN 10: es igual a los anteriores, solo que estuvo en las dos mediciones, así que suponemos que es la entrada y tiene dos salidas. • PIN 11: también tiene 5 volts así que también podría ser nuestra señal que esta fija y estuvo presente en las dos mediciones. Ahora tenemos solo dos posibilidades que podrían ser lo que buscamos, observen que nada más que pensando y comparando mediciones, eliminamos 4 de 6 opciones. ¿Cual de las dos será? Esto va a ser fácil, simplemente levantando las patillas, pero una a la vez y ver que pasa. Cuando levantamos el PIN 5 la luz del inyector bajo su intensidad, pero no apago totalmente. En el turno del PIN 11 no hubo ningún tipo de cambio. Ahora si, a nuestro entender es el PIN 5 quien llevaría señal, pero estamos en presencia de dos fallas distintas. La primera y mas difícil de resolver, es la falta de señal por en PIN 5 y la segunda seria que todavía hay fuga en el transistor interno del IC, pero esta falla es la que menos nos preocupa. Siguiendo con nuestra investigación ahora tenemos que irnos mas adentro de la placa. Para ello usamos el multímetro para saber con quien se comunica el PIN 5 del IC L9150. Claro esta que vamos a medir cuanta resistencia y capacitor se nos cruce por nuestro camino. Con este método llegamos a un componente que tiene 14 pines, es SMD y muy compacto. Hacemos la misma prueba que en anterior IC, lo sacamos y solo nos queda la fuente y una señal de entrada y que casualidad que es la señal de giro del CKP. Volvemos a soldar el componente y comparamos, vemos en la imagen 005 que encontramos al medir.

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Una vez analizado esto, pensamos en lo siguiente, tiene una sola señal de entrada, tiene masas y tensión de alimentación, muchas salidas, pero el PIN 10 que necesitamos, esta a 4 volts que cuando medimos sin el componente no estaban. En un IC de este tipo, para sacar 5 volts por una salida, necesita una masa en su entrada, así que vamos a descartar esas masas, el PIN 2 y el 5 son los que la tienen, y con el multímetro, midiendo en continuidad vamos a ver donde terminan. Nosotros que hicimos esa medición nos dimos cuenta que son masas de fuente, por lo tanto, no son señales de entradas. Ahora si esta claro el tema, para nuestro manera de entender las cosas, es el componente el que esta dañado. Nuestra solución fue reemplazando el IC por otro, que pudimos obtener de otra ECU similar, ya que nunca tiramos los calculadores que no sirven o que tienen otra clase de fallas. SIEMPRE ALGO BUENO PODEMOS SACAR. A partir de este reemplazo la señal que estaba en 4 volts, apareció y era la correcta, otro método para solucionar esta falla hubiera sido poner un bipolar en una de las señales de salida para alimentar el L9150 del inyector. Bueno, ahora solo nos queda solucionar la segunda falla, la más fácil, la que nos dejaba tenue la luz del inyector, que se debe a una pequeña fuga entre el emisor y colector del transistor interno del L9150. Para ello vamos a utilizar un TIP 142, que es un TR darlington y sus características principales son: • • •

Vce = 100 v. Ic = 10 A. Vbe= 5 v.

Ahora nos queda como conectarlo. Claro esta que es un TR NPN, así que el emisor ira directo a masa, particularmente lo conectamos al PIN 17 de la ECU ya que es masa de chasis. El colector al PIN 2 del IC L9150, pero para colocarlo tuvimos que cortar este PIN para prevenirnos de posibles retornos o cortocircuitos, haberlo dejado no hubiera cambiado nada por estar ya en corto. En la imagen 006 y 007 esta indicado como queda el IC.

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La base vamos a sumarla al PIN 5, que ahora si tiene la señal cuadrada de 5 volts variable con la carga motor. Ya estaría todo listo, solo tenemos que preparar nuestro transistor. En las imágenes que siguen esta un ejemplo de cómo lo hemos hecho nosotros.

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Hemos preparado el transistor y ya nos queda listo para colocar en nuestra ECU.

44

45

Así quedara nuestro trabajo terminado.

Circuitos Integrados Qaudrivers. Estos circuitos no son ni más ni menos que un grupo de cuatro transistores en un solo componente, con un pequeño amplificador interno y un par de sensores que van a ser útiles para autoprotegerse. El caso concreto de este Ic computadoras de la planta Marelli.

es

el

CA3262,

que

viene

en

la

mayoría

de

las

Es de 16 pines y contiene algunos que nosotros no utilizamos como los Clamp. Pero lo importante es que tiene pines asignados a fuentes (12 y masa) 4 entradas y 4 salidas. Internamente esta formado por 4 transistores NPN, por lo tanto las entradas son de una señal positiva de 5 volts. Este circuito es muy utilizado para mover reles o encender lámparas, como el testigo de averías, incluso a veces mueven actuadotes como la válvula del canister.

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Es sumamente sencillo de reemplazar, primero porque es un componente comercial y segundo que sabiendo como funcionan los transistores puedo adaptar un bipolar NPN sin ningún tipo de problemas. Reguladores de Tensión de varias salidas. Muchos fabricantes utilizan esta clase de circuitos integrados para optimizar espacio en la placa. Es el caso de la 1G7 en su IC L9170, que tiene una alimentación de 12 volts y masa, y 9 salidas de 5 Volts. Muchas de ellas están destinada a la memoria, al micro procesador, etc. Estos circuitos también son fáciles de reemplazar dado que cuando se dañan no son todas sus salidas juntas, por lo general se van abriendo de una a la vez. Para su preparación utilizamos los reguladores LM7805 y es un problema solucionado. Tema 7 La práctica hace al maestro. Dentro de nuestro programa de estudio tenemos varias horas de práctica, que es vital a la hora de reparar una computadora. No nos referimos a la práctica de reparación en si, más que nada, nos referimos a la práctica de soldadura y desoldadura. Algo muy sencillo pero de mucha importancia a la hora de trabajar con el soldador. Uds, habrán sentido nombrar a los famosos zócalos de Gnc, bien, el producto es muy bueno, altamente recomendable, pero trae problemas y muchos clientes han tirado la bronca porque el auto no arranca mas o porque los dejo en medio de su viaje de vacaciones. Aquí la realidad es que lo que falla son las soldaduras, por eso tomamos con mucho énfasis el hecho de aprender a manejar un soldador. Ya que de él dependerá la calidad de nuestro trabajo y la satisfacción de nuestros clientes. Tema 8 También tomamos como tema muy importante el hecho de aprender a interpretar planos de instalaciones eléctricas de vehículos a inyección, aunque a veces sea aburrido, los circuitos eléctricos nos dicen a gritos muchas cosas que jamás nos daríamos cuenta en el vehiculo. Aprendiendo a leer estos planos, descubriremos que fue lo que pensaba la persona que diseño el sistema de inyección del vehiculo en reparación. Tema 9 Reemplazo de Componentes. Esta es otra aplicación práctica a tratar, lo haremos en la clase, para limar todas las dudas. Para este propósito, utilizaremos páginas Web como: • •

www.rodaronline.com www.datasheetcatalog.com

•

www.alldatasheet.com

•

www.datasheetarchive.com

En este modulo aprenderemos a leer las hojas de datos técnicos de los fabricantes. Clase Práctica.

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Tema 10 Introducción al área de procesamiento. 2. 3. 4.

5.

Microprocesadores. a. Conceptos Generales b. Programa principal. Cristales. a. Frecuencias del Clock Memorias. a. Áreas de trabajo. b. Buses c. Tipos de memorias d. Graficación. Actividad micro-memoria a. Practica sobre como ver los datos de la memoria.

Definición de Microprocesador El microprocesador es un tipo de circuito sumamente integrado. Los circuitos integrados, también conocidos como microchips o chips, son circuitos electrónicos complejos formados por componentes extremadamente pequeños formados en una única pieza plana de poco espesor de un material conocido como semiconductor. Hay microprocesadores que incorporan hasta 10 millones de transistores (que actúan como amplificadores electrónicos, osciladores o, más a menudo, como conmutadores), además de otros componentes como resistencias, diodos, condensadores y conexiones, todo ello en una superficie comparable a la de un sello postal. Un microprocesador consta de varias secciones diferentes. La unidad aritméticológica (ALU, siglas en inglés) efectúa cálculos con números y toma decisiones lógicas; los registros son zonas de memoria especiales para almacenar información temporalmente; la unidad de control descodifica los programas; los buses transportan información digital a través del chip y de la computadora; la memoria local se emplea para los cómputos realizados en el mismo chip. Los microprocesadores más complejos contienen a menudo otras secciones; por ejemplo, secciones de memoria especializada denominada memoria cache, que sirven para acelerar el acceso a los dispositivos externos de almacenamiento de datos. Los microprocesadores modernos funcionan con una anchura de bus de 64 bits (un BIT es un dígito binario, una unidad de información que puede ser un uno o un cero): esto significa que pueden transmitirse simultáneamente 64 bits de datos. Un cristal oscilante situado en el ordenador proporciona una señal de sincronización, o señal de reloj, para coordinar todas las actividades del microprocesador. La velocidad de reloj de los microprocesadores más avanzados es de unos 800 megahercios (MHz) —unos 800 millones de ciclos por segundo—, lo que permite ejecutar más de 1.000 millones de instrucciones cada segundo. Osciladores a Cristal Marco teórico: Un oscilador a cristal es básicamente un oscilador de circuito sintonizado que usa un oscilador de cristal piezoeléctrico como circuito tanque resonante. La analogía con los circuitos RLC se hace inevitable (aunque frente a esta comparación, el cristal piezoeléctrico presenta mayor estabilidad de frecuencia, es decir, un pico de resonancia más estrecho que el que podríamos obtener empleando componentes electrónicos comunes). Si bien el modelo del circuito RLC Serie surge a priori como el indicado para describir el fenómeno, algunas consideraciones acerca del montaje experimental dan lugar a otro modelo algo similar, el de un circuito RLC montado en Paralelo con un capacitor. Tal como se muestra a continuación:

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Cuando el cristal no está vibrando, es equivalente a una capacidad Cp por estar compuesto de dos placas de metal separadas por un dieléctrico. Cp, recibe el nombre de capacidad del encapsulado. La inductancia L1 y la capacitancia Cs representan los equivalentes eléctricos de la masa y el comportamiento del cristal, mientras que la resistencia R es un equivalente eléctrico de la fricción interna de la estructura del cristal. La capacitancia en paralelo Cp representa la capacitancia debida al montaje mecánico del cristal. Debido a que las perdidas del cristal, representadas por R, son pequeñas, el Q (factor de calidad) equivalente del cristal es alto, por lo general de 20,000. Se pueden lograr valores de Q de casi 10^6 usando cristales. El circuito eléctrico equivalente mostrado anteriormente, puede tener dos frecuencias resonantes. Una condición resonante sucede cuando las reactancias de la rama serie RLC son iguales (y opuestas). Para esta condición, la impedancia resonante en serie es muy baja (igual a R). La otra condición resonante sucede a una frecuencia mas alta, cuando la reactancia de la rama resonante serie es igual a la reactancia del condensador Cp. Esta es una resonancia paralela o condición antiresonante del cristal. A dicha frecuencia, el cristal proporciona una impedancia muy alta al circuito externo. En la siguiente figura se muestra la impedancia del cristal en función de la frecuencia del cristal. Para usar adecuadamente el cristal, debe estar conectado en un circuito que seleccione la baja impedancia en el modo de operación resonante en serie o alta impedancia en el modo de operación antiresonante. Tipos de Memoria Memoria de acceso aleatorio o RAM, memoria basada en semiconductores que puede ser leída y escrita por el microprocesador u otros dispositivos de hardware tantas veces como se quiera. Es una memoria de almacenamiento temporal, donde el microprocesador coloca las aplicaciones que ejecuta el usuario y otra información necesaria para el control interno de tareas; su contenido desaparece cuando se apaga el ordenador o computadora, de ahí que los datos que se quieran conservar a largo plazo se tengan que almacenar en los discos. RAM es un acrónimo del inglés Random Access Memory. El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede realizar en cualquier orden, por eso se le llama memoria de acceso aleatorio. Intel introdujo el primer chip de RAM en 1970 y tenía una capacidad de 1 Kb. Actualmente la memoria RAM para una computadora automotriz esta en el mismo microprocesador y en las computadoras personales es externa. Microcontrolador Un microprocesador no es un ordenador completo. No contiene grandes cantidades de memoria ni es capaz de comunicarse con dispositivos de entrada. Un tipo diferente de circuito integrado llamado microcontrolador es de hecho una computadora completa situada en un único chip, que contiene todos los elementos del microprocesador básico además de otras funciones especializadas. Los microcontroladores son cerebros esclavos del microprocesador.

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Fabricación de Microprocesadores Los microprocesadores se fabrican empleando técnicas similares a las usadas para otros circuitos integrados, como chips de memoria. Generalmente, los microprocesadores tienen una estructura más compleja que otros chips, y su fabricación exige técnicas extremadamente precisas. La fabricación económica de microprocesadores exige su producción masiva. Sobre la superficie de una oblea de silicio se crean simultáneamente varios cientos de grupos de circuitos. El proceso de fabricación de microprocesadores consiste en una sucesión de deposición y eliminación de capas finísimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores, hasta que después de cientos de pasos se llega a un complejo "bocadillo" que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador. Para el circuito electrónico sólo se emplea la superficie externa de la oblea de silicio, una capa de unas 10 micras de espesor (unos 0,01 mm, la décima parte del espesor de un cabello humano). Entre las etapas del proceso figuran la creación de sustrato, la oxidación, la litografía, el grabado, la implantación iónica y la deposición de capas. La primera etapa en la producción de sustrato de silicio de enorme pureza, una redonda pulida hasta quedar lisa como un grandes empleadas en la industria tienen 200

un microprocesador es la creación de un "rodaja" de silicio en forma de una oblea espejo. En la actualidad, las obleas más mm de diámetro.

En la etapa de oxidación se coloca una capa eléctricamente no conductora, llamada dieléctrico. El tipo de dieléctrico más importante es el dióxido de silicio, que se "cultiva" exponiendo la oblea de silicio a una atmósfera de oxígeno en un horno a unos 1.000 ºC. El oxígeno se combina con el silicio para formar una delgada capa de óxido de unos 75 angstroms de espesor (un ángstrom es una diezmilmillonésima de metro). Casi todas las capas que se depositan sobre la oblea deben corresponder con la forma y disposición de los transistores y otros elementos electrónicos. Generalmente esto se logra mediante un proceso llamado fotolitografía, que equivale a convertir la oblea en un trozo de película fotográfica y proyectar sobre la misma una imagen del circuito deseado. Para ello se deposita sobre la superficie de la oblea una capa fotosensible cuyas propiedades cambian al ser expuesta a la luz. Los detalles del circuito pueden llegar a tener un tamaño de sólo 0,25 micras. Como la longitud de onda más corta de la luz visible es de unas 0,5 micras, es necesario emplear luz ultravioleta de baja longitud de onda para resolver los detalles más pequeños. Después de proyectar el circuito sobre la capa foto resistente y revelar la misma, la oblea se graba: esto es, se elimina la parte de la oblea no protegida por la imagen grabada del circuito mediante productos químicos (un proceso conocido como grabado húmedo) o exponiéndola a un gas corrosivo llamado plasma en una cámara de vacío especial. En el siguiente paso del proceso, la implantación iónica, se introducen en el silicio impurezas como boro o fósforo para alterar su conductividad. Esto se logra ionizando los átomos de boro o de fósforo (quitándoles uno o dos electrones) y lanzándolos contra la oblea a elevadas energías mediante un implantador iónico. Los iones quedan incrustados en la superficie de la oblea. En el último paso del proceso, las capas o películas de material empleadas para fabricar un microprocesador se depositan mediante el bombardeo atómico en un plasma, la evaporación (en la que el material se funde y posteriormente se evapora para cubrir la oblea) o la deposición de vapor químico, en la que el material se condensa a partir de un gas a baja presión o a presión atmosférica. En todos los casos, la película debe ser de gran pureza, y su espesor debe controlarse con una precisión de una fracción de micra. Los detalles de un microprocesador son tan pequeños y precisos que una única mota de polvo puede destruir todo un grupo de circuitos. Las salas empleadas para la fabricación de microprocesadores se denominan salas limpias, porque el aire de las mismas se somete a un filtrado exhaustivo y está prácticamente libre de polvo. Las salas limpias más puras de la actualidad se denominan de clase 1. La cifra indica el número máximo de partículas mayores de 0,12 micras que puede haber en un pie cúbico de aire (0,028 metros cúbicos). Como comparación, un hogar normal sería de clase 1 millón. Historia del Microprocesador El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora, y resultaba revolucionario para su época. Contenía

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2.300 transistores en un microprocesador de 4 bits que sólo podía realizar 60.000 operaciones por segundo. El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008, desarrollado en 1979 para su empleo en terminales informáticos. El Intel 8008 contenía 3.300 transistores. El primer microprocesador realmente diseñado para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4.500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo. Los microprocesadores modernos tienen una capacidad y velocidad mucho mayores. Tecnologías Futuras La tecnología de los microprocesadores y de la fabricación de circuitos integrados está cambiando rápidamente. Se prevé que en 2010 los microprocesadores avanzados contengan unos 800 millones de transistores. Se cree que el factor limitante en la potencia de los microprocesadores acabará siendo el comportamiento de los propios electrones al circular por los transistores. Cuando las dimensiones se hacen muy pequeñas, los efectos cuánticos debidos a la naturaleza ondulatoria de los electrones podrían dominar el comportamiento de los transistores y circuitos. Puede que sean necesarios nuevos dispositivos y diseños de circuitos a medida que los microprocesadores se aproximan a dimensiones atómicas. Para producir las generaciones futuras de microchips se necesitarán técnicas como la epitaxia por haz molecular, en la que los semiconductores se depositan átomo a átomo en una cámara de vacío ultra elevado, o la microscopía de barrido de efecto túnel, que permite ver e incluso desplazar átomos individuales con precisión. Memorias •

Memoria ROM: (Read Only Memory) Memoria de sólo lectura. Este dispositivo sólo permite leer la información que en el está grabada. Y no pierde la información cuando se quita la energía.

Existen variaciones de este tipo de memoria: • •

Memoria PROM: Cuando se compra está en blanco (vacía) y usuario graba la información en ella, pero sólo una vez. se las denomina OTP. Memoria EPROM: (erasable PROM) Igual a la anterior exposición de una ventana, en la parte superior del ultravioleta, por un periodo definido de tiempo, se puede

mediante un proceso el Esta clase de memorias pero que mediante la integrado, a la luz borrar.

•

Memoria EEPROM: (electrical erasable PROM) Igual a la anterior pero el borrado se realiza eléctricamente.

•

Memoria Flash: Tipo especial de EEPROM que puede ser borrada y reprogramada dentro de una computadora. Los EEPROM necesitan un dispositivo especial llamado lector de PROM.

Sistema de Buses: Los diferentes elementos que componen una computadora se tienen que comunicar de alguna manera, y esta comunicación se realiza por los llamados buses. Los buses son un conjunto de hilos o conexiones que llevan información de todo tipo de un elemento a otro, transportando la información en paralelo, (esto quiere decir, que los datos van por todos los hilos del bus simultáneamente). Hay 3 tipos de buses: Bus de datos: Lleva los datos que es necesario enviar de un elemento a otro, puede ser bidireccional, en las computadoras automotrices no se da. Existe un bus de datos interno. Bus de direcciones: Muchos de los elementos de una computadora así como las posiciones de memoria tienen una dirección única dentro del sistema. De esta dirección se puede leer un dato o en esta dirección podemos escribir un dato. En el bus de direcciones se coloca la dirección del elemento a acceder y con ayuda del bus de datos movemos la información de un elemento a otro. Ejemplo: Si tenemos una carga motor de 10% el microprocesador va a buscar por el bus de direcciones la información

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correspondiente para el tiempo de inyección y avance, esta información la da la memoria por el bus de datos. ¿Quién controla todo este proceso......? Bus de control: Son hilos que transportan señales de control, dan la información del estado de ciertos componentes, la dirección del flujo de la información, controlan el momento (temporización) en que suceden ciertos eventos de manera que no haya choques de datos, transmiten señales de interrupción, etc.

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