INTRODUCCION TEORICA Introduccion La Electrónica es la rama de la física y especialización de la ingeniería ,que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo microscópico de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente.
Utiliza una gran variedad de conocimientos, materiales y dispositivos, desde los semiconductores hasta las válvulas termoiónicas. Componentes electrónicos Los circuitos electrónicos constan de componentes electrónicos interconectados. Estos ponentes se clasifican en dos categorías: activos o pasivos. Entre los pasivos se incluyen las resistencias, los condensadores y las bobinas. Los considerados activos incluyen las baterías (o pilas), los generadores, los tubos de vacío y los transistores. Resistencia eléctrica La resistencia eléctrica es una propiedad que tienen los materiales de oponerse al paso paso de la corri corrient ente. e. Los Los condu conduct ctore oress tien tienen en baja baja resis resiste tenc ncia ia eléct eléctric rica, a, mientras que en los aisladores este valor es alto. La resistencia eléctrica se mide en Ohm ( Ω).El elemento circuital llamado resistencia se utiliza para ofrecer un determinado valor de resistencia dentro de un circuito.
Da resistencia de un material es directamente proporcional a su longitude inversamente proporcional a su sección. Se calcula multiplicando un valorllamado coeficiente de resistividad (diferente en cada tipo de material) por lalongitud del mismo y dividiéndolo por su sección (área).
ρ=
Coeficiente de reistividad del material l = Longitud del conductor s = Sección del conductor
Además de los conductores y los aisladores encontramos otros dos tipos de elementos: los semiconductores y los superconductores. En los semiconductores el valor de la resistencia es alto o bajo dependiendo de las con condiciones en las que se enc encuent uentrre el mate ateria rial, mient entras ras que los superconductores no tienen resistencia.
Capacitores fijos
Estos capacitores tienen una capacidad fija determinada por el fabricante y su valor no se puede modificar. Sus características dependen principalmente del tipo de dieléctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dieléctrico usado. De esta forma podemos distinguir los siguientes tipos: Cerámicos. Plástico. Mica. Electrolíticos. De doble capa eléctrica. Capacitores cerámicos
El dieléctrico utilizado por estos capacitores es la cerámica, siendo el material más utilizado el dióxido de titanio. Este material confiere al condensador grandes inestabilidades por lo que en base al material se pueden diferenciar dos grupos: Grupo I: caracterizados por una alta estabilidad, con un coeficiente detemperatura bien definido y casi constante. Grupo II: su coeficiente de temperatura no está prácticamente definido y además de presentar características no lineales, su capacidad varía considerablemente con la temperatura, la tensión y el tiempo de funcionamiento. Se caracterizan por su elevada permitividad. Las altas constantes dieléctricas características de las cerámicas permiten amplias posibilidades de diseño mecánico y eléctrico. Capacitores de plástico
Estos capacitores se caracterizan por las altas resistencias de aislamiento y elevadas temperaturas de funcionamiento. Según el proceso de fabricación podemos diferenciar entre los de tipo k y tipo MK, que se distinguen por el material de sus armaduras (metal en el primer caso y metal vaporizado en el segundo). Según el dieléctrico usado se pueden distinguir estos tipos comerciales: KS: styroflex, constituidos por láminas de metal y poliestireno como dieléctrico. KP: formados por láminas de metal y dieléctrico de polipropileno.
MKP: dieléctrico de polipropileno y armaduras de metal vaporizado. MKY: dieléctrco de polipropileno de gran calidad y láminas de metalvaporizado. MKT: láminas de metal vaporizado y dieléctrico de teraftalato de polietileno (poliéster). MKC: makrofol, metal vaporizado para las armaduras y policarbonato para el dieléctrico. Capacitores de mica
El dieléctrico utilizado en este tipo de capacitores es la mica o silicato de aluminio y potasio y se caracterizan por bajas pérdidas, ancho rango de frecuencias y alta estabilidad con la temperatura y el tiempo. Capacitores electrolíticos
En estos capacitores una de las armaduras es de metal mientras que la otra está constituida por un conductor iónico o electrolito. Presentan unos altos valores capacitivos en relación al tamaño y en la mayoría de los casos aparecen polarizados. Podemos distinguir dos tipos: Electrolíticos de aluminio: la armadura metálica es de aluminio y elelectrolito de tetraborato armónico. Electrolíticos de tántalo: el dieléctrico está constituido por óxido de tántalo y nos encontramos con mayores valores capacitivos que los anteriores para un mismo tamaño. Por otra parte las tensiones nominales que soportan son menores que los de aluminio y su coste es algo más elevado. Capacitores de doble capa eléctrica
Estos capacitores también se conocen como super capacitores o CAEV debido a la gran capacidad que tienen por unidad de volumen. Se diferencian de los capacitores convencionales en que no usan dieléctrico por lo que son muy delgados. Las características eléctricas más significativas desde el punto de su aplicación como fuente acumulada de energía son: altos valores capacitivos para reducidos tamaños, corriente de fugas muy baja, alta resistencia serie, y pequeños valores de tensión.
Capacitores variables
Estos capacitores presentan una capacidad que podemos variar entre ciertos límites. Igual que pasa con las resistencias podemos distinguir entre capacitores variables, su aplicación conlleva la variación con cierta frecuencia(por ejemplo sintonizadores); y capacitores ajustables o trimmers, que normalmente son ajustados una sola vez (aplicaciones de reparación y puesta a punto).La variación de la capacidad se lleva a cabo mediante el desplazamiento. Mecánico entre las placas enfrentadas. La relación con que varían su capacidad respecto al ángulo de rotación viene determinada por la forma constructiva de las placas enfrentedas, obedeciendo a distintas leyes de variación, entre las que destacan la lineal, logarítmica y cuadrática corregida. LA BOBINA
Son componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica. Se fabrican enrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material ferro magnético o al aire. Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional pero se suelen emplear los submúltiplos. Sus simbolos normalizados son los siguientes:
Existen bobinas de diversos tipos según su núcleo y según tipo desarrollo. Su aplicación principal es como filtro en un circuito electrónico, denominándose comúnmente, choques. TIPOS DE BOBINAS 1.FIJAS
Con núcleo de aire.-El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas. Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas enserie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.
Con núcleo sólido.-Poseen valores de inductancia más altos que los anteriores debido a su nivel elevado de permeabilidad magnética. El núcleo suele ser de un material ferro magnético. Los más usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se desean eliminar son bajas se utilizan núcleos parecidos a los de los transformadores(en fuentes de alimentación sobre todo). Así nos encontraremos con las configuraciones propias de estos últimos. Las secciones de los núcleos pueden tener forma de EI, M, UI y L.
2. VARIABLES
También se fabrican bobinas ajustables. Normalmente la variación de inductancia se produce por desplazamiento del núcleo. Las bobinas blindadas pueden ser variables o fijas, consisten encerrar la bobina dentro de una cubierta metálica cilíndrica o cuadrada, cuya misión es limitar el flujo electromagnético creado por la propia bobina y que puede afectar negativamente a los componentes cercanos a la misma. Transformador
Un transformador de las transferencias de energía eléctrica entre dos circuitos. Por lo general, consta de dos rollos de alambre envuelto alrededor de un núcleo. Estas bobinas se llaman bobinas primaria y secundaria. La energía es transferida por inducción mutua causado por un cambio de campo electromagnético. Si las bobinas tienen diferente número de vueltas alrededor del núcleo, la tensión inducida en la bobina secundaria será diferente a la primera. Tipos de Transformadores
Los dos principales tipos de transformadores son núcleos laminados y toroidals. Laminado común son los núcleos en forma de cubo de transformadores, que se utilizan en utilizan en los adaptadores de poder. Ellos son más fuertes y más baratos que los toroidals. Toroidals son más pequeños y ligeros, para la misma potencia. También producen menos ruido eléctrico y son más eficientes. El secundario puede ser unidos en serie para el doble de la tensión o se unieron en paralelo para aumentar la actual. Otros tipos de transformadores son el variac, audio y balun. Variacs tener un cepillo de carbono bienes muebles que se conecta a la liquidación, proporcionando una amplia gama de voltajes. Transformadores de audio se utilizan para amplificar las señales de la unidad y los altavoces. Baluns bobinas que son de corto convertir impedancias, tales como lasque existen entre una televisión y una antena.
Dispositivos semiconductores
Los materiales semiconductores son aquellos que están situados entre los conductores y los aislantes. O sea tienen un menor coeficiente de conductividad que los materiales conductores, y un mayor coeficiente de conductividad que los materiales aislantes. Existen dos tipos de semiconductores:- Semiconductores tipo P.- ( Positivo )El mas utilizado es el Silicio con impurezas de Indio.Semiconductores tipo N.- ( Negativo )Cuando al Silicio se le añade Arsénico obtenemos un semiconductor tipo N. Dentro de los semiconductores podemos definir los siguientes componentes electrónicos: TERMISTORES
Son dispositivos cuya resistencia varia en función de la temperatura. Existen dos tipos de termistores:- Termistores NTC.- ( Coeficiente de temperatura negativo ) Son componentes en los cuales disminuye su resistencia al aumentar la temperatura. + TEMPERATURA » - RESISTENCIA - TEMPERATURA » + RESISTENCIA
También, en su aspecto físico, pueden presentar franjas de colores. En este caso, para conocer su valor, se emplea el código de colores de resistencias, observando los colores de abajo hacia arriba: Las franjas 1ª, 2ª y 3ª expresan el valor en ohmios a 25º C y la franja 4ª indica su tolerancia en %. - Termistores PTC.- ( Coeficiente de temperatura positivo ) Son componentes en los cuales aumenta su resistencia al aumentar la temperatura. + TEMPERATURA » + RESISTENCIA - TEMPERATURA » - RESISTENCIA
FOTO-RESISTORES O LDR ( Resistencia Dependiente de la Luz )
Estos dispositivos electrónicos son capaces de variar su resistencia en función de la luz que incide sobre ellos. Están compuestos por Sulfuro de Cadmio, compuesto químico que posee la propiedad de aumentar la circulación de electrones a medida que aumenta la luz. + LUZ » - RESISTENCIA - LUZ » + RESISTENCIA
VARISTORES O VDR.- ( Resistencia Dependiente del voltaje ) Son componentes cuya resistencia aumenta cuando disminuye el voltaje aplicado en sus extremos. - VOLTAJE » + RESISTENCIA + VOLTAJE » - RESISTENCIA
LOS DIODOS
Si unimos un semiconductor tipo "P" con uno tipo "N", obtendremos un "DIODO". Existen los siguientes tipos de Diodos: DIODO RECTIFICADOR.-Estos diodos tienen su principal aplicación en la conversión de corriente alterna AC, en corriente continua DC.
Ánodo (+) y Cátodo (-). En la imagen de su aspecto físico observamos una franja blanca, esta representa al cátodo. Polarización directa y polarización inversa de un diodo rectificador.-A.- Polarización directa. El positivo de la batería va al ánodo y el negativo al cátodo. El diodo conduce manteniendo en sus extremos una caída de tensión de 0.7voltios.B.- Polarización inversa. El positivo de la batería va al cátodo y el negativo al ánodo. El diodo no conduce. Toda la tensión cae en el . Puede existir una pequeña corriente de fuga del orden de µAmperios. PUENTE RECTIFICADOR.-
Los fabricantes han incluido dentro de una misma cápsula cuatro diodos rectificadores con montaje llamado "en puente".
Observamos en el símbolo dos terminales de entrada de corriente alterna y dos de salida de corriente continua. Los terminales del puente rectificador pueden cambiar, dependiendo del fabricante. Vemos que pueden tener distintos aspectos, que dependen sobretodo de la potencia que sea necesaria en el circuito al que van destinados.
DIODO DE SEÑAL.-
Este tipo de diodo se utiliza para la detección de pequeñas señales, o señales débiles, por lo que trabaja con pequeñas corrientes. La tensión Umbral, o tensión a partir de la cual el diodo, polarizado directamente, comienza a conducir, suele ser inferior a la del diodo rectificador. O sea la V. Umbral es aproximadamente 0,3 voltios.
DIODO ZENER.-
El diodo zener sirve para regular o estabilizar el voltaje en un circuito.Esto quiere decir que tiene la propiedad de mantener en sus extremos unatensión constante gracias a que aumenta la corriente que circula por el.
En el cuerpo del diodo suele venir indicada la tensión a la que estabiliza,ejemplos: 5V1 Diodo zener que estabiliza a 5,1 voltios. 6V2 Diodo zener que estabiliza a 6,2 voltios.
DIODO VARACTOR O VARICAP.-
Este dispositivo se fabrica con la finalidad de obtener un condensadorelectrónico compuesto a base de semiconductores.
FOTODIODO.-
Es un dispositivo que tiene la propiedad de que estando polarizadodirectamente, conduce cuando recibe luz.
DIODO LED (DIODO EMISOR DE LUZ).-
Es un diodo que realiza la función contraria al fotodiodo. Cuando se le aplicatensión, polarizado directamente, emite luz.Se fabrica con un compuesto formado por Galio, Arsénico y Fósforo La zona plana, donde comienza una de las patillas, indica el cátodo .Los
diferentes colores dependen del material con que hayan sido fabricados,teniendo cada uno de ellos las siguientes características: TIPOS DE ENCAPSULADOS
Actualmente existen multitud de encapsulados, cada uno diseñado parasatisfacer determinados requisitos de diseño. Así, existen encapsulados capaces de soportar altas temperaturas y resistir condiciones atmosféricas adversas y en cambio otros diseñados con el objetivo de reducir costes ofacilitar el montaje de prototipos.
DIP (Dual in-line package)
Consiste en un bloque con dos hileras paralelas de pines. Por la posición y espaciamiento entre pines, los circuitos DIP son especialmente prácticos para construir prototipos en tablillas de protoboard. Concretamente, la separación estándar entre dos pines o terminales es de 0.1“ (2.54 mm). La nomenclatura normal para designarlos es DIPn, donde n es el número de pines totales delcircuito. Lo más común es que los encapsulados DIP no presenten más de 30pines Dada la actual tendencia a tener circuitos con un nivel cada vez más alto de integración, los paquetes DIP han sido sustituidos por paquetes SMT.
SMT (Surface Mount Technology)
Es el método de construcción de dispositivos electrónicos más utilizado. Se usa tanto para componentes activos como pasivos. Fue creado por Siemens que se propuso como principal objetivo reducir el tamaño del encapsulado. Estos dispositivos se colocan sobre una superficie de la placa de circuito impreso, donde se hace su soldadura, habitualmente con la ayuda de un robot. Se diferencian de la tecnología Through Hole (por ejemplo, DIP) en que no atraviesan la placa, con lo que se consigue: Evitar taladrar la placa. Reducir las interferencias electromagnéticas. Reducir el peso. Reducir las dimensiones. En el caso de componentes pasivos, como resistencias y condensadores, se consigue que los valores sean mucho más precisos.
PGA (Pin grid array)
Pertenece a la segunda generación de encapsulados. El circuito integrado se monta en una losa de cerámica de la cual una cara se cubre total o parcialmente en un arreglo cuadrado de pines de metal, lo cual reduce en gran consideración el encapsulado. Luego, los pines se pueden insertar en los agujeros de un circuito impreso y soldados. Casi siempre se espacian 2.54milímetros entre sí. Para un número dado de pines, este tipo de paquete ocupa menos espacio los tipos más viejos como el Dual in-line package (DIP). Suelen ser usados en la placa base como procesadores. Además del material cerámico, puede ser utilizado el plástico para su fabricación (PPGA).
PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier)
También llamado Quad-Flat-J-Leg Chipcarrier (QFJ) es un encapsulado de circuito integrado con un espaciado de pines de 1,27 mm (0,05 pulgadas). El
número de pines oscila entre 20 y 84. Los encapsulados PLCC pueden ser cuadrados o rectangulares. El ancho oscila entre 0,35 y 1,15 pulgadas. Las configuraciones PLCC requieren menos espacio en placa que sus competidores los leadless chip carrier (similares a los encapsulados DIP pero con bolitas en lugar de pines en cada conector). Un dispositivo PLCC puede utilizarse tanto para montaje en superficie como para instalarlo en un zócalo PLCC. A su vezlos zócalos PLCC pueden montarse en superfice o mediante through-hole. Este tipo de encapsulado se caracteriza por bajo coste y fiabilidad. Suelen serutilizados en controladores, memorias, PC chip sets, procesadores, etc.
CLCC (Ceramic Leaded Chip Carrier)
Al igual que el anterior se monta en zócalo y puede utilizarse tanto en montaje superficial como en montaje de taladro pasante. Se fabrica con material cerámico. Este tipo de encapsulado es utilizado en ambientes extremos, donde la temperatura y/o humedad son altos. Un ejemplo de su uso es en la industria Automotriz.
QFP (Quad Flat Package)
Es un encapsulado de circuito integrado para montaje superficial con
losconectores de componentes extendiéndose por los cuatro lados. Los pines se numeran en sentido contrario a las agujas del reloj a partir del punto guía. QFP utiliza habitualmente de 44 a 200 pines, con una separación entre ellos de 0,4a 1 mm. Esto es una mejora respecto del encapsulado Small-Outline IntegratedCircuit (SOP o SOIC) pues permite una mayor densidad de pines y utiliza lascuatro caras del chip (en lugar de solo dos). Para un número de pines mayor se utiliza la técnica Ball grid array (BGA) que permite usar toda la superficie inferior. El antecesor directo de QFP es Plastic leaded chip carrier (PLCC), que utiliza una distancia entre pines mayor 1.27 mm (50 milésimas de pulgada, aveces abreviada mil) y una mayor altura del encapsulado. Algunas variantes de este tipo de encapsulado son: • • • • •
MQFP (Metric Quad Flat Pack) BQFP (Bumper Quad Flat Pack) CQFP (Ceramic Multiplayer Quad Flat Pack) PQFP (Plastic Quad Flat Pack) TQFP (Thin Quad Flat Pack)
BGA (Ball Grid Array)
Este encapsulado posee unos pines que son con forma de bolas ubicadas por la superficie del dispositivo. Al distribuir de esta manera los pads, aunque se reduce el tamaño final del dispositivo, la soldadura deja de ser visible, dificultando el testeo del conjunto. Una gran ventaja que tiene este tipo de encapsulado es la distribución aleatoria que pueden tener los pines de GND y VCC, con lo cual se minimizan problemas de integridad de señal y de suministro de energía.
SOIC (Small Outline Integrated Circuits)
Son equivalentes a los DIPs pero en montaje superficial, fueron los primeros en sustituir a los encapsulados de no más de 16 pines. Estos dispositivos son también llamados “gull wing package” al tener los pines en forma de ala de gaviota. Fueron los primeros encapsulados en introducir un pitch de 1.27mm.
SOJ (Small Outline J-Lead)
Tiene los pines en sólo dos lados del dispositivo. La letra J hace referencia a la forma de sus terminales al tener la misma forma que la letra. Este tipo de encapsulado es utilizado en la tecnología SMD. Tradicionalmente los encapsulados SOJ han sido utilizados para montar los chips DRAM que anteriormente se fabricaban con DIP. Dependiendo el tamaño del encapsulado, también se tiene el SOLJ (Small Outline Large J-Lead).