TEMA5 Introduccion a La Electronic A 3 ESO 08 09

I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA TECNOLOGÍASS 3º ESO CURSO 2008/2009

ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA ........................................................... 1 2. RESISTENCIAS. ........................................................................... 1 2.1.1. Resistencias de hilo o bobinadas ............................................... 1 2.1.2. Resistencias químicas .......... ..................... ...................... ...................... ...................... ............... .... 2 2.1.3. Código de colores de las resistencias. ......................................... 3 2.2 RESISTENCIAS VARIABLE O AJUSTABLES (POTENCIÓMETROS) ........... ...................... ...................... ........... 4 2.3. RESISTENCIAS ESPECIALES ESPECI ALES SENSIBLES AL CALOR, A LA LUZ Y A LA TENSIÓN ........... ................. ...... 5 2.3.1.Resistencias NTC (Coeficiente Negativo de Temperatura) y PTC ........... ................... ........ 5 2.3.2. Resistencias LDR (Resistencia Dependiente de la Luz) ........................... 5 3. CONFENSADORES ........................................................................... 6 3.1. INTRODUCCIÓN ....................................................................... 6 3.2.. FUNCIONAMIENTO DEL CONDENSADOR .......... ..................... ...................... ...................... ..................... .......... 6 3.3.TIPOS DE CONDENSADORES CONDENSADOR ES........... ...................... ...................... ...................... ...................... ................... ........ 7 3.4.EJEMPLOS DE IDENTIFICACIÓN CON CONDENSADORES ........................................ 8 3.5. ACOPLAMIENTO DE CONDENSADORES .......... ..................... ....................... ....................... ...................... ........... 9 3.5.1. Acoplamiento de condensadores en serie ......................................... 9 3.5.2. Acoplamiento de condensadores en paralelo ..................................... 10 4.-SEMICONDUCTORES ........................................................................ 10 4.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................... 10 4.2. MATERIALES SEMICONDUCTORES SEMICOND UCTORES.......... ..................... ...................... ...................... ...................... .............. ... 11 4.2.1. Estructura atómica de los semiconductores. .................................... 11 4.2.2. Conducción en los semiconductores ............................................. 12 4.3. CLASES DE SSEMICONDUCTORES EMICONDUCTORES ........... ...................... ...................... ...................... ...................... .............. ... 13 4.3.1.Semiconductor intrínseco ....................................................... 13 4.3.2. Semiconductor extrínseco ...................................................... 13 5. DIODO SEMICONDUCTOR .................................................................... 14 5.1 DEFINICION ......................................................................... 14 5.2.-UNION PnN ......................................................................... 14 5.3. SÍMBOLO Y PPOLARIZACIÓN OLARIZACIÓN DE UN DIODO ........... ...................... ...................... ...................... ................ ..... 15 5.4.COMPROBACIÓN DE DIODOS DIOD OS........... ...................... ...................... ...................... ...................... .................. ....... 17 5.5.TIPOS DE DIODOS .................................................................... 17 5.5.1. Diodos LED .......... ..................... ...................... ...................... ...................... ...................... .............. ... 17 5.5.2. DIODOS RECTIFICADORES .......... ..................... ...................... ...................... ...................... .............. ... 18 5.5.2.1.Rectificador de media onda ................................................ 18 5.5..2.2.Puente rectificador ...................................................... 19 6. EL TRANSISTOR BIPOLAR ........... ...................... ...................... ...................... ...................... .................... ......... 21 6.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................... 21

6.2. DESCRIPCIÓN Y BÁSICA…..…………………………………………………………………….21 6.3.POLARIZACIÓN ....................................................................... 6. 6.4. 4. TE TENS NSIO IONE NESS Y CO CORR RRIE IENT NTES ES DE L TR AN SI ST OR B IP OL A R. T IP OS ..... ....... .... .... .... .... .... .... .... .... 6.5.. FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR EN CONMUTACION. ........... ...................... ...................... .............. ... 7. CELULAS SOLARES ........... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ............ .

22 24 26 26

8. CIRCUITOS INTEGRADOS. CHIPS……………………………………………………………………31 9. CIRCUITOS IMPRESOS…………………………………………………….…………………………32 10. SOFTWARE ASISTIDO POR ORDENADOR CROCODILE……………………………………… CROCODILE………………………………………….…..33 ….…..33

ELECTRÓNICA

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍAS

1. INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA La electrónica, electrónica es una rama de la física y, fundamentalmente una 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. eléctricamente. En una idea más intuitiva de la electrónica podríamos enunciar que los dispositivos electrónicos se ocupan de convertir la información procedente del mundo exterior (luz, sonidos, cambios de temperatura, presión etc..) en señales eléctricas, procesar esta información y convertirla en otro tipo de energía que produce un cierto efecto (activar un timbre, hacer vibrar un altavoz, altavoz, iluminar una una pantalla, cambiar cambiar de canal el televisor, convertir una señal señal radio eléctrica en imágenes y sonido etc..). En esta unidad didáctica se pretende abordar el estudio de los componentes electrónicos básicos: resistencias, condensadores, diodos y transistores, en sus aspectos esenciales, analizando su comportamiento y utilidades en diversos circuitos, algunos de los cuales se montarán y ensayarán como prácticas en el aula taller. Repasemos las Leyes de Kirchoff: VIDEO V IDEO DE LAS LEYES DE KIR KIRCH CHOFF CHOFF (3 minutos) http://www.youtube.com/watch?v=W3nK1Pf_Bh0&feature=related

2. RESISTENCIAS. Las resistencias son unos elementos eléctricos cuya misión es dificultar el paso de la corriente eléctrica a través de ellas. Su característica principal es su resistencia resistencia óhmica aunque tienen otra no menos importante que es la potencia máxima que pueden disipar. Ésta última depende principalmente de la construcción física del elemento. Como ya es sabido el valor de una resistencia se mide en ohmios (Ω) . Es muy usual la utilización de los múltiplos: el kiloóhmio kiloóhmio (1KΩ=103 Ω) y el Megaóhmio (1MΩ=106Ω). En el argot electrónico cuando los valores óhmicos vienen dados en kΩ y MΩ se suele utilizar una anotación que atiende a la siguiente regla:

•

•

Para resistencias resistencias mayores de 100 Ω y menores de 1 MΩ, se coloca una K delante de la posición de las centenas de su valor óhmico. De este modo, una resistencia de 2300 Ω, se suele expresar como 2K3 y, si nos indican que el valor es de 14K5, habremos de entender que su valor óhmico nominal es de 14500 Ω. Para resistencias resistencias con valores óhmicos superiores superiores a 1MΩ, la regla regla es la misma que en el punto anterior, pero en este caso la M se coloca delante de la posición de la centenas de millar .Ejemplos: Una resistencia de 2M3 equivale a 2.300.000 Ω, si su valor fuera de 34.456.000 Ω, abreviadamente se indicaría 34M456

El valor resistivo puede ser fijo o variable. En el primer caso hablamos de resistencias comunes o fijas y en el segundo de resistencias variables, ajustables, potenciómetros, reóstatos y resistencias dependientes de ciertas magnitudes físicas (temperatura, luz etc..). 2.1. RESISTENCIAS FIJAS. Las resistencias fijas pueden clasificarse en dos grupos, de acuerdo con el material con el que están constituidas: "resistencias de hilo", solamente para potencias superiores a 2 W, y "resistencias químicas" para, en general, potencias inferiores a 2 W. 2.1.1. Resistencias de hilo o bobi bobinadas nadas I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA

1

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


Generalmente están constituidas por un soporte de material aislante y resistente a la temperatura (cerámica, esteatita, mica, etc.), alrededor del cual, está la resistencia propiamente dicha, constituida por un hilo cuya sección y resistividad depende de la potencia y de la resistencia deseada. En los extremos del soporte hay fijados dos anillos metálicos sujetos con un tornillo o remache cuya misión, además de fijar en él el hilo de la resistencia, consiste en permitir la conexión. Por lo general, una vez construidas, se recubren de un barniz especial que se somete a un proceso de vitrificación a alta temperatura con el objeto de proteger el hilo y evitar que las diversas espiras hagan contacto entre sí. Sobre este barniz suelen marcarse con serigrafía los valores en ohmios y en vatios, tal como se observa en esta figura. En ella vemos una resistencia de 250 Ω, que puede disipar una potencia máxima de 10 vatios.

Aquí vemos el aspecto exterior y estructura constructiva de las resistencias de alta disipación (gran potencia). Pueden soportar corrientes relativamente elevadas y están protegidas con una capa de esmalte. A. hilo de conexión B. soporte cerámico C. arrollamiento D. recubrimiento de esmalte.

2.1.2. Resistencias químicas químicas. . Las resistencias de hilo de valor óhmico elevado necesitarían una cantidad de hilo tan grande que en la práctica resultarían muy voluminosas. Las resistencias de este tipo se realizan de forma más sencilla y económica empleando, en lugar de hilo, carbón pulverizado mezclado con sustancias aglomerantes. La relación entre la cantidad de carbón y la sustancia aglomerante determina la resistividad por centímetro, por lo que es posible fabricar resistencias de diversos valores. Existen 3 tipos: De película película de carbón y de película metálica metálica. . Normalmente están constituidas por un soporte cilíndrico aislante (de porcelana u otro material análogo) sobre el cual se deposita una capa de material resistivo. En las resistencias, además del valor óhmico que se expresa mediante un código de colores, existe una franja, que determina la precisión de su valor, o sea la tolerancia . I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA

2

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


En la imagen de arriba vemos resistencias de película de carbón de diferentes potencias (y tamaños) comparadas a una moneda. De izquierda a derecha, las potencias son de 1/8, ¼, ½, 1 y 2 W, respectivamente.(P= V*I). En ellas se observan las diferentes bandas de color que representan su valor óhmico. Aquí abajo vemos unos ejemplos de resistencias de película de carbón y de película metálica, donde se muestra su aspecto constructivo y su aspecto exterior:

2.1.3. Código de colores de las resistencias. Las resistencias llevan grabadas sobre su cuerpo unas bandas de color que nos permiten identificar el valor óhmico que éstas poseen. Esto es cierto para resistencias de potencia pequeña (menor de 2 W.), ya que las de potencia mayor generalmente llevan su valor impreso con números sobre su cuerpo.

El número que corresponde al primer color indica la primera cifra significativa, el segundo color la segunda cifra y el tercer color indica el número de ceros que siguen a la cifra obtenida, con lo que se tiene el valor efectivo de la resistencia. El cuarto anillo, o su ausencia, indica la tolerancia. I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA

3

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


Los colores amarillo amarillo-violeta-violeta -naranja naranja-oro , de forma que según la tabla podríamos decir -oro violeta-naranja que tiene un valor de: 44--7 77-3ceros -3ceros 3ceros, con una tolerancia del 5%, o sea, 47000 Ω ó 47 KΩ KΩ. La tolerancia indica que el valor real estará entre entre 44650 44650 Ω Ω yy 49350 49350 Ω Ω (47 (47 KΩ±5%) KΩ±5%). KΩ±5%)

2.2 2.2 RESISTENCIAS VARIABLE O AJUSTABLES (POTENCIÓMETROS) Estos componentes son resistencias que pueden variar su valor óhmico dentro de unos límites y en función del desplazamiento de un contacto móvil. Por ello, estos elementos tienen un tercer terminal, que unido al contacto móvil, permite obtener valores resistivos variables en función de su posición. Este tercer terminal suele tener, normalmente, un desplazamiento angular (giratorio), aunque también hay resistencias variables con desplazamientos lineales. Se conoce como valor nominal de una resistencia variable, al valor óhmico que existe entre los dos terminales unidos a contactos fijos, este valor suele venir impreso en el costado del componente. Observando la figura, el Ohmetro 3, estaría midiendo el valor nominal o asignado de la resistencia variable (conexión entre los dos terminales fijos de la resistencia). El Óhmetro 1 mide la resistencia entre el contacto móvil, llamado cursor, y uno de los contactos fijos, de esta forma a medida que el contacto móvil se desplace en el sentido de las agujas del reloj, la medida de Óhmetro 1 irá aumentando, por el contrario, la lectura del Óhmetro 2 irá disminuyendo conforme se eleva la del Óhmetro 1. Si en cualquier posición del cursor, se suman las lecturas de los Óhmetros 1 y 2, su valor será igual al nominal de la resistencia. Puesto que las resistencias carecen de polaridad, es indistinto, que punta de prueba I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA

4

TECNOLOGÍA 3º ESO

1

2

3

ELECTRÓNICA


del polímetro (roja o negra), se conecte a los dos terminales de la resistencia entre los que se efectúa la lectura. Para el desplazamiento del cursor, las resistencias variables suelen tener una ranura en la que se puede introducir un destornillador pequeño para el giro del cursor.

2.3.RESISTENCIAS 2.3.RESISTENCIASESPECIALES RESISTENCIASESPECIALES SENSIBLES AL CALOR, A LA LUZ Y A LA TENSIÓN. RESISTENCIAS TÉRMICAS NTC, PTC, LDR Y VDR.

2.3.1.Resistencias NTC (Coeficiente Negativo de Temperatura) y PTC (Coeficiente Positivo de Temperatura). La resistencia NTC tiene la particularidad de disminuir la resistencia interna al aumentar su temperatura. También se llaman termistores. Pueden tener muchas aplicaciones entre las que podríamos destacar: · · · · ·

La medida de temperatura en motores y máquinas. Termostatos. Alarmas contra calentamientos. Compensación de circuitos eléctricos. etc. La resistencia resistencia PTC aumenta la resistencia interna al aumentar la temperatura. Suelen utilizarse para protección de circuitos electrónicos. 2.3.2. Resistencias LDR (Resistencia Dependiente de la Luz) Ciertos materiales como el Selenio varían sus propiedades conductoras cuando varía la intensidad de luz que incide sobre ellos. Este efecto se denomina fotoconductividad. Si construimos un circuito eléctrico formado por una pila, un amperímetro y un trozo de Selenio y hacemos incidir un fuerte rayo de luz sobre el Selenio, veremos que el amperímetro marca mayor paso de corriente.

Las resistencias LDR, también llamadas fotorresistencias, tienen aplicaciones entre las que destacan puertas automáticas de ascensores, control del alumbrado público, alarmas, máquinas detectoras de luz (visión artificial), etc. VIDEO DE FUNCIONAMIENTO DE LA RESISTENCIA LDR http://www.youtube.com/watch?v=BOkQ9vFj http://www.youtube.co m/watch?v=BOkQ9vFjHHE&feature=relate HHE&feature=related d 2.3.3. Resistencias VDR VDR (Resistencias Dependientes de la Tensión): Tensión): Este tipo de resistencia disminuye el valor óhmico al aumentar el voltaje eléctrico entre sus extremos.

I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA

5

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


3. CONFENSADORES 3.1. INTRODUCCIÓN 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. Tiene una serie de características tales como capacidad, tensión de capacidad trabajo, trabajo tolerancia y polaridad, polaridad que deberemos aprender a_distinguir. En la figura de la derecha vemos esquematizado un condensador, con las dos láminas (también se llaman placas o armaduras), y el dieléctrico entre ellas. En la versión más sencilla del condensador, no se pone nada entre las armaduras y se las deja con una cierta separación, en cuyo caso se dice que el dieléctrico es el aire.

•

•

• •

CCapacidad apacidad apacidad: Se mide en Faradios (FF), F), aunque esta unidad resulta tan grande que se suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios (µF µF=10 µF -6 F ), nanofaradios (nF nF=10 pF=10 nF -9 F) y picofaradios (pF pF -12 F). Tensión de trabajo 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: 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: 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.

33. ..2 2.. FUNCIONAMIENTO DEL CONDENSADOR 2.. Un condensador se carga de electricidad según los A B siguientes fundamentos. Si conectamos las armaduras de un condensador como se indica en la figura, los electrones del polo negativo de la pila se dirigirán hacia la armadura A, cargándola negativamente. Por otro lado, los electrones de la armadura B se dirigirán al polo positivo de la pila, de este modo podemos considerar que la armadura B queda cargada positivamente al tener defecto de electrones. De este modo, se tienen dos placas cargadas con cargas eléctricas de signo contrario que forman forman lo que se denomina un campo eléctrico. eléctrico. Estas cargas eléctricas de signo contrario, al estar separadas por un dieléctrico muy fino se atraen entre ellas, tanto más, cuanto más delgado sea el dieléctrico. Una vez cargado el condensador, si se desconecta de la fuente de energía eléctrica, la I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA

6

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


acumulación de cargas se mantiene gracias a que sigue existiendo la fuerza de atracción entre las armaduras cargadas debido a la diferencia de potencial. ¿Qué ocurrirá si una vez cargado el condensador le aplicamos una tensión mayor?. Al aumentar la tensión aplicada, aumenta las fuerzas de atracción entre las cargas de las armaduras, y por tanto, aparece una nueva corriente que carga el condensador hasta alcanzar la nueva tensión aplicada. ¿Qué ocurre si conectamos un condensador en serie en un circuito de corriente continua?. En un circuito serie sólo existe una corriente eléctrica mientras se carga el condensador, por lo que una vez que se termina la carga se interrumpe el circuito. A todos los efectos, es como si el condensador no dejara pasar la corriente continua. ¿Qué ocurre si conectamos un condensador en serie en un circuito de corriente alterna?. El condensador se carga mientras aumente la tensión entre sus placas, y se descarga cuando la tensión acumulada es superior a la aplicada. Con lo cual en c.a el condensador se carga y se descarga en cada mitad de ciclo, haciendo fluir por el circuito corriente en todo momento. En conclusión, un condensador sí permite el paso de corriente alterna, aunque produce una distorsión o desfase entre la corriente y la tensión que no son objeto de estudio este curso. Se denomina capacidad de un condensador: Q=C*V Q=C*V

V= Q/C

C= Q/V

• Q = Cantidad de carga almacenada por el condensador en Culombios [C] • C = Capacidad del condensador en Faradios [F] • V = Tensión entre sus armaduras en Voltios [V] La expresión matemática que relaciona la capacidad con sus características contractivas es: C =

ε ε 9 4 * π π * 9 * 10

*

S d

donde: C = Capacidad del condensador en Faradios [F] S = Superficie de las armaduras en m2 d = Espesor del dieléctrico en m ε = Constante dieléctrica del tipo de dieléctrico aplicado (aire=1, poliéster=3, porcelana 4,5 a 6, vidrio de 5 a 10, baquelita de 5,6 a 8,5 papel de 2 a 3, 8 etc…) VEAMOS UN VIDEO DE CONDENSADORES EXPLICATIVO (3 min) http://www.youtube.com/watch?v=h2t-KPEbFN8&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=h2t-KPEbFN8&feature=related 3.3 3.TIPOS DE CONDENSADORES 3.3.TIPOS Se muestran seguidamente distintos tipos de los condensadores de los más típicos. Todos ellos están comparados en tamaño a una moneda de diámetro similar a una de 20 céntimos de €.


7

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


1. Electrolíticos. Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en electrólito. 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 . 2. Electrolíticos tántalo o de gota. Su forma de gota les da Electrolíticos de tántalo muchas veces ese nombre. 3. De poliester metalizado 4. De poliéster. poliéster

5. De poliéster tubular. tubular 6. Cerámico "de lenteja" o "de disco". disco" 7. Cerámico "de tubo. tubo

3.4 ... .Ejemplos de Identificación con Condensadores .Ejemplos 3.44.

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 -10% C=10 nF 10% V=400 V


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

8

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


amarillo-violeta violetaamarillo-violeta naranja-negro naranja-negro C=47 nF 20%

330K 250V C=0.33 µF V=250 V.

0,1 J 250 C=0.1 µF 5% V=250 V.

n47 n47 J C=470 pF 5%

verde-azul-naranja naranjaverde-azul azul-naranja negro-rojo 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.

n15 K C=150 pF 10%

azul-gris-rojo y azul-gris gris-rojo marron-negro negro-naranja -naranja marron-negro C1=8.2 nF C2=10 nF

amarillo-violeta violeta-rojo -rojo amarillo-violeta C=4.7 nF

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

.02µF 50V C=20 nF V=50 V.

3.5. ACOPLAMIENTO DE CONDENSADORES CONDENSADORES 3.5.1. Acoplamiento de condensadores en serie Como sabemos, decimos que dos o más receptores están conectados en serie, cuando pasa la misma corriente a través de ello.

C1

C2

U1

U2

C3

C4

U3

U4

U U = U 1


9

+ U 2 + U 3 + U 4

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


Al tratarse de un circuito serie, la intensidad tiene que ser la misma en todos sus puntos, y por tanto, la carga (Q) será la misma en todos los condensadores ( Según la ley de Coulomb Q=I*t). La tensión total es la suma de las tensiones parciales de los condensadores:

1 =

Q C 1

;

=

U 2

Q C 2

;

U 3

=

Q C 3

;

U 4

=

ustituyen do en la expresión anterior : Q Q Q Q Q = + + + C C 1 C 2 C 3 C 4 espejando : 1 = 1 1 1 1 + + + C 1

C 2

C 3

C 4

3.5.2. 3.5.2. Acoplamiento de condensadores en paralelo Acoplar en paralelo es unir a un punto común las entradas de los condensadores y a otro, distinto del anterior, todas las salidas o finales de los mismos. En este caso, la carga es función de la capacidad de cada uno de los condensadores, y la carga torta es la suma de las cargas parciales. Tendremos por lo tanto: I1

C1

I2

C2

I3

C3

I4

C4 U

= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 C * U = C 1 * U + C 2 * U + C 3 * U + C 4 * U C = C 1 + C 2 + C 3 + C 4

Q

En definitiva, la capacidad total de varios condensadores conectados en paralelo, es igual a la suma de las capacidades de cada uno de ellos.

4.-SEMICONDUCTORES 4.-SEMICONDUCTORES 4.1. INTRODUCCIÓN Los semiconductores semiconductores son materiales que en condiciones normales no conducen la corriente eléctrica, pero se convierten en conductores al cambiar estas condiciones con la aplicación de una fuente de energía eléctrica, térmica o luminosa, o mediante su dopado (adición a los semiconductores de otros otros materiales materiales como el arsénico, arsénico, antimonio, etc.). Los materiales materiales semiconductores más utilizados son el Germanio Germanio y sobre todo el Silicio. Silicio. Según el tipo de materiales que se utilice en el dopado, podemos obtener dos tipos de cristales semiconductores: semiconductores: • Semiconductores tipo P • Semiconductores tipo N I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA TECNOLOGÍA 3º ESO 10

Q C 4

ELECTRÓNICA


Los efectos producidos por estos materiales y la unión de dos o más cristales de tipo P y N han generado la aparición de un gran número de componentes semiconductores, como son el DIODO, el TRANSISTOR, TRANSISTOR el TIRISTOR, TIRISTOR las resistencias sensibles a la luz, temperatura y tensión (LDR, VDR), , las células solares fotovoltaicas, etc.. LDR, NTC, PTC y VDR) El estudio de las propiedades eléctricas de los semiconductores lo realizaron Faraday y Becquerel, a mediados del siglo pasado, pero su aplicación práctica es mucho más reciente, remontándose a 1923, año en que Schotlky publicó sus estudios sobre la rectificación, si bien hasta 1948 no se consigue el empleo de los semiconductores en amplificación; en este año Brattain y Bardeen descubren el transistor de puntas de contacto, y es a partir de esta fecha cuando se desarrollan un sinfín de componentes, basados en las mismas propiedades, las de los semiconductores. 4.2. MATERIALES SEMICONDUCTORES Desde el punto de vista eléctrico los materiales los podemos clasificar en: 

Aislantes



Semiconductores



Conductores.

: son aquellos que no permiten el Materiales aislantes paso de la corriente eléctrica. Materiales conductores: conductores

son aquellos que

dejan pasar la corriente eléctrica con mucha facilidad. : podríamos decir Materiales semiconductores que son aquellos que se encuentran entre los dos anteriores, sólo conducen en determinadas condiciones. Las propiedades más importantes de estos materiales son tres: 

Su estructura 

Su resistividad.



La conductividad eléctrica

varía

con la temperatura. 4.2.1. Estructura atómica de los semiconductores. Se valencia.

caracterizan Ejemplos

por

típicos

tener de

cuatro

electrones

semiconductores

serian

de el

Germanio y el Silicio (siendo éste el semiconductor mas utilizado en la actualidad) cuyas estructuras atómicas se muestran a continuación. I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA

11

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


Los átomos por ejemplo de Silicio se combinan entre si mediante una estructura ordenada llamada cristal covalente. Cada átomo de Si

“comparte” su electrones de

valencia (cuatro) con los átomos de silicio vecinos mediante enlaces covalentes, de tal modo que cada átomo tiene de esta forma ocho electrones en la orbita de valencia. Estos electrones llamados ligados están fuertemente unidos en los átomos. Es por ello que un cristal

de

silicio

es

casi

un

aislante

perfecto

a

temperatura ambiente. Estructura cristalina del silicio 4.2.2. Conducción en llos os semiconductores Como se ha mencionado anteriormente, los electrones en los semiconductores están compartidos mediante enlaces covalentes, por tanto, rara vez podrán utilizarse para la conducción, lo que se traducirá en el hecho de que su resistividad será mayor que la de los conductores. En consecuencia, los materiales semiconductores dificultan el paso de la corriente eléctrica. Efecto de la temperatura en la conducción A -273,15 ºC, o sea, a 0º Kelvin, la formación reenlaces covalentes es perfecta y la estrucutura es completamente estable y aislante, pero a medida que la temperatura se eleva aumenta la agitación desordenada de los electrones y, algunos de ellos salen de su órbita rompiendo el enlace covalente. Al electrón desprendido se le conoce como

Este

electrón libre.

electrón que ha “escapado” de la orbita de valencia deja un vacío (una ausencia de carga) que denominaremos a

partir de

ahora como

hueco.

Para nosotros el hueco se comporta como si fuera “una carga positiva” en el sentido de que atraerá y capturará cualquier electrón vecino. Se

entenderá

perfectamente

que

si

la

temperatura ambiente en la que se encuentra un semiconductor se eleva,

aumentará la vibración de

los átomos, originándose un mayor mayor número de

pares

“electrón-hueco”. También puede ocurrir que un electrón libre se aproxime a un hueco,

el cual lo lo atraerá y caerá

hacia él, volviendo entonces a ser un electrón ligado (en el enlace covalente) y desapareciendo el hueco.

A

este

fenómeno

se

le

denomina

“recombinación”. Este fenómeno del aumento de la producción de pares electrón libre-hueco con la I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA

12

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


temperatura se podría concretar diciendo que los materiales semiconductores Intrínsecos (es decir los puros, Si o Ge) disminuyen disminuyen su resistencia resistencia con la temperatura, metales.

al contrario que que los

VIDEO DE SEMICONDUCTORES

http://www.youtube.com/watch?v=rm8V7aBWvXM&feature=related

(6 minutos)

4.3. CLASES DE SEMICONDUCTORES 4.3.1.Semiconductor intrínseco A un semiconductor puro se le denomina semiconductor intrínseco .

Un cristal de Si es un

semiconductor intrínseco si cada átomo del cristal es un átomo de silicio (es decir no hay átomos de otros elementos). 4.3.2. Semiconductor extrínseco ¿Se puede aumentar la conductividad de un semiconductor?. La respuesta es sí; la forma: añadiendo átomos de “impurezas” (es decir, de átomos distintos al del semiconductor) al semiconductor

intrínseco.

A

esta

técnica

se

le

denomina

“dopado”.

Por

tanto,

un

semiconductor dopado recibe el nombre de semiconductor extrínseco. Ahora bien, un semiconductor se puede dopar para que tenga un exceso de electrones libres o un exceso de huecos.


13

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


¿Qué ocurre cuando ponemos en contacto un cristal de semiconductor tipo P con uno tipo N?. OTRO VIDEO DE SEMINCONDUCTORES EXPLICATIVO http://www.youtube.com/watch?v=4WK8l8vlAxY

55. . DIODO SEMICONDUCTOR 5.1 DEFINICION El diodo semiconductor es un elemento que sólo deja pasar la corriente eléctrica en un sentido (y diremos entonces que esta en conducción directa o polarizado en directa). En sentido contrario sólo circularán una corriente muy débil (y por tanto despreciable) de unos pocos portadores minoritarios (y diremos entonces que esta en conducción inversa o polarizado en inversa).

5.2. 5 .2.-UNION PPN N .2.-UNION Un semiconductor añadiéndole

átomos

tipo

N

pentavalentes,

se

obtenía

produciéndose

electrones libres. Un

semiconductor

añadiéndole

átomos

tipo

P

trivalentes,

se

obtenía

produciéndose

huecos. Si colocamos un semiconductor de tipo P junto a otro de tipo N, se produce el fenómeno de difusión, por el cual, los electrones de la parte N, con alta concentración de los mismos, tienden a dirigirse a la zona P, que apenas tiene, sucediendo lo contrario con los huecos, que tratan de dirigirse de la zona P a la N Esta estructura recibe el nombre de DIODO DE UNION O DIODO SEMICONDUCTOR Al encontrarse el electrón con un hueco, desaparece el electrón libre, que pasa a ocupar el lugar del hueco, y por tanto también desaparece este último, formándose en dicha zona de unión una estructura estable y neutra. Aunque la explicación de cómo se forma esta zona sin portadores es mucho más compleja, hemos de que

se

ha

formado

una

entender

especie

de

barrera de potencial, la cual habría que superar para que volviera a haber circulación de portadores a través de ella. Por ejemplo, a 25ºC la barrera de potencial es aproximadamente de 0,3 V para diodos de Germanio y de 0,7 V para diodos de Silicio. Dicho de otro modo necesitaríamos aplicarle al diodo de Silicio, por ejemplo, una tensión entre sus bornes superior a 0,7 V para que empezará a conducir.


14

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


5.3. SÍMBOLO Y POLARIZACIÓN DE UN DIODO . El símbolo del diodo rectificador es el que se indica en la siguiente figura. Para identificar los terminales en el componente real se suele hacer una franja al diodo en el lado del cátodo. El terminal A es el que nos indica el ánodo, y el terminal KK,, identifica al cátodo.

Como ya se ha indicado, el diodo semiconductor, se puede definir como

un componente componente

electrónico que permite el paso de corriente eléctrica en un solo sentido, si su polarización es la adecuada. De está forma se dice que un diodo está polarizado polarizado directa o inversamente. Polarización directa. directa.-



POLARIZACIÓN DIRECTA

está

A

K

polarizado

Un diodo

directamente

cuando el potencial del ánodo es más positivo que el del cátodo, en

+

-

este

caso,

el

diodo

se

comporta como un “interruptor cerrado” permitiendo el paso de la

corriente

eléctrica,

sin

apenas, oponer resistencia.

POLARIZACIÓN INVERSA 

Polarización inversa. inversa.- Un diodo está polarizado potencial respecto polarizado

inversamente del al

del

ánodo

cuando es

cátodo.

inversamente

se

el

La bombilla está apagada

A

K

negativo El

diodo

comporta

como un “interruptor abierto”.

+

-

Veamos unos ejemplos de polarización del diodo:


15

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


El diodo no empieza a conducir (a dejar pasar corriente) hasta que no no aplicamos

en sus bornes una

tensión superior a un cierto valor, y que en el caso de los diodos de Silicio es de 0,7 voltios. A este valor, se le denomina “barrera barrera de potencial” o “tensión tensión umbral” (Vγ). Una vez se ha superado esa de potencial potencial umbral tensión, observa que con poca tensión que aumentes, la corriente que se obtiene es muy grande, o sea no ofrece prácticamente resistencia y se convierte en un conductor casi perfecto. En la zona inversa, puedes observar,

que la corriente corriente es despreciable despreciable hasta un determinado valor de

tensión, a partir de la cual el diodo se daña. De las conclusiones anteriores, podríamos resumirlas del siguiente modo y tal como nosotros vamos a trabajar con los diodos: 

Un diodo polarizado en directa conduce si le aplicamos una tensión superior a la tensión umbral (o barrera de potencial) y entonces se convierte en un “interruptor cerrado”.



Un diodo polarizado en inversa no conduce y como un “interruptor abierto”


16

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


5.4. .COMPROBACIÓN DE DIODOS 5.4.COMPROBACIÓN La forma más sencilla de comprobar el correcto estado de un diodo es mediante el polímetro. El procedimiento de operativo es el siguiente: 1.- Conectamos la punta de prueba de color negro al terminal marcado como COM en el polímetro. 2.- Conectamos la punta de prueba roja al terminal que indique el símbolo Ω en el polímetro. . 3.- Seleccionamos con el conmutador del polímetro la posición de comprobación de diodos, la cual, se indica con el símbolo del diodo. 4.-

Conectamos la punta de prueba roja al al ánodo del diodo diodo y la punta de prueba negra

al cátodo del diodo. En esta posición el diodo está polarizado directamente y en el polímetro se debe apreciar unas lecturas entre 300 y 900 Ω 5.-

Cambiamos la posición de las puntas de prueba respecto a la conexión del

apartado anterior, y la resistencia que debe marcar el polímetro debe ser infinita (recuerda que el polímetro marca resistencia infinita, o por encima del valor final de escala seleccionado, mostrando un 1 en la parte izquierda del display). Si en la conexión de los apartados 4 o 5 anteriores dieran lecturas distintas a las indicadas, el SIMBOLODEL DELDIODO DIODOLED LED SIMBOLO

diodo no funciona, y por tanto, habrá que cambiarlo por otro.

P ANODO

5.5.TIPOS 5.5.TIPOS DE DIODOS

N +

En el mercado existen varios tipos de diodos, entre los más comunes están: Los diodos rectificadores, los diodos

- CATODO

LED (Light emisor diode), los, los Schottky, los Zener, Varicap etc… En este tema, sólo estudiaremos los dos primeros en sus características y particularidades fundamentales, sin

profundizar en su estudio estudio teórico, el cual, supera ampliamente el nivel académico académico de este curso.

5.5.1. 5.5.1. Diodos LED Se denominan Diodos Emisores de Luz, los cuales por medio de un proceso conocido como electroluminiscencia transforma la energía eléctrica en luminosa. Los LED han sustituido en muchas aplicaciones a las lámparas de incandescencia debido a su baja tensión,

la gran rapidez de conmutación conmutación y su larga larga

vida. Para fabricarlos se emplean elementos como el arsénico, el fósforo y el galio, con los que se pueden obtener LED que radien luz roja, verde, amarilla, azul, naranja o infrarroja (invisible). ¿Dónde se emplean?. Seguramente te habrás fijado en equipos de música que llevan unos pequeños pilotos de color verde, rojo etc, los cuales suelen utilizarse como indicadores de que el aparato se encuentra encendido. Estos pilotos son LED. Los LED de luz infrarrojos suelen utilizarse para aplicaciones en sistemas de alarma. VIDEO DE DIODOS LED, DEMOSTRACIÓN ( 1 minuto) http://www.youtube.com/watch?v=_SO1J1kP3YQ&feature=related


17

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


El símbolo del diodo LED es igual al diodo semiconductor al que se añaden unas flechas que salen del triángulo y que simbolizan la luz radiada. Cómo ya se ha comentado, es importante conectar (o polarizar) correctamente un diodo (ya sea un LED o de cualquier otro tipo); para ello es necesario aprender a identificar sus terminales (ánodo y cátodo). Un LED, normalmente lleva un chaflán que coincide en la patilla más corta, indicándonos que es el cátodo y que debe conectarse al polo negativo.

La patilla más más larga es el ánodo ánodo

y es la que debe

conectarse al polo positivo. Con relación a sus características eléctricas

los LED admiten entre sus terminales

una

tensión comprendida entre 1,5 a 2 V, y aproximadamente una intensidad máxima de 30 mA. Dicho en otras palabras, un diodo LED no lo puedes conectar a una tensión superior a 2 V, pues corres el riesgo de “fundirlo”. Y sin embargo suele ser muy habitual utilizar en el aula-taller pilas de 4,5 V. ¿Cómo podemos solucionar este problema?. La solución estriba en intercalar en serie con el diodo LED una resistencia de un valor óhmico tal que nos produzca una caída de tensión en ella, que provoque que el diodo se encuentre a 2 Voltios como máximo; de este modo se limita la corriente que circula por el LED, y evitando así posibles sobrecargas. Normalmente los valores nominales de los diodos suelen venir dadas por el fabricante de dichos componentes.

5.5.2. DIODOS RECTIFICADORES 5.5.2. DIODOS Aprovechando la propiedad que este componente ofrece, al conducir la corriente en un el sentido (ánodo-cátodo), se consiguen consiguen circuitos que permiten

la conversión de la corriente alterna alterna en corriente

continua, dando lugar a lo que se denominan rectificadores, lo que es sin duda, la aplicación más importante de este componente electrónico. Se puede asegurar que la totalidad de dispositivos electrónicos conectados a la red eléctrica utilizan un circuito rectificador para la conversión de la corriente alterna en en continua. Entre los más comunes están: Ordenadores, Amplificadores, vídeo-reproductores, televisores etc...

5.5.2.1. Rectificador de media onda 5.5.2.1.R .2.1.Rectificador El

V 125/220 V

variación V

V

V

t t

t

circuito V

más sencillo

t

t

que

nos permite

convertir

Red

Transformador

Rectificador

Filtro

Regulador

una corriente alterna

continua es el rectificador de media onda


18

TECNOLOGÍA 3º ESO

en

ELECTRÓNICA


Rectificador de media V 125/220

V

V t

t

t

125/220

+ -

En el semiciclo positivo si hay corriente

125/220

+ -

En el semiciclo negativo no hay corriente

Durante el semiciclo positivo de la corriente alterna, se observa que tenemos tensión positiva en el ánodo y negativa en el cátodo, estando, por tanto, el diodo polarizado en directa y por tanto conduce (es como un interruptor cerrado). Durante el semiciclo negativo de la tensión que proporciona el transformador, tenemos que el ánodo del diodo está puesto a tensión negativa mientras que el cátodo está puesto a tensión positiva, es decir, está polarizado en inversa y se comporta como un interruptor abierto. Por tanto no deja pasar corriente y en la resistencia no habrá tensión. Como se observa, la señal (la forma de la onda) que se obtiene se denomina de media onda porque los semiciclos negativos negativos han sido eliminados, eliminados,

obteniéndose en la carga (resistencia) (resistencia)

una corriente en forma de pulsos senoidales positivos.

Cómo se puede observar, esta corriente todavía no puede considerarse continua, en el aspecto

de

prácticamente

presentar constante.

un Para

valor intentar

conseguir la corriente continua se coloca un condensador en paralelo con la carga (R).

D

V

C

t

R

E I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA

19

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


Este condensador actuará como un almacén de energía cargándose en la zona ascendente (consideremos solo valores absolutos) de la curva, y cediendo esa energía a la carga en la descendente. 5.5. .2.2.P Puente rectificador 5.5.2.2. 2.2.Puente

A

En la siguiente figura se puede ver un

D1

circuito de rectificación de onda completa

D2

Vi

(no se elimina ninguna semionda, sino que todas

las

semiondas

obtenidas

son

ya

B

D4

D3

R

Vo

positivas). A este circuito se le denomina puente rectificador o de Graetz

Durante el semiciclo positivo (A positivo respecto a B) el paso de la corriente sigue el camino

D2,

R,

D4.

Cuando cambia la polaridad

de Vi, el recorrido

será D3, R , D1.

A fin de tener una onda continua sin tanto rizado (Tensión de pico a pico de la señal rectificada) se añade un condensador.

D2

D1

D4


D3

20

R C

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


6. EL TRANSISTOR BI BIPOLAR POLAR 6.1. INTRODUCCIÓN De la misma forma que el diodo semiconductor significó un gran avance frente a los

componentes

a

los

que

sustituyó,

el

transistor

(dispositivo

semiconductor

también), no sólo amplía los campos de aplicación de la electrónica de su época sino que

supone

cincuenta,

el

inicio

llega

a

de

los

una

evolución

actuales

vertiginosa

circuitos

integrados

que, y

partiendo

de

los

microprocesadores

y

años deja

adivinar la conversión de la ciencia ficción en realidad. Como resumen de sus aplicaciones podemos decir, sin riesgo de error, que se encuentra

presente

en todos

los

sistemas

electrónicos discretos

e

integrados que

realicen cualquier tratamiento de señales. 6.2.. DESCRIPCION BASICA BASICA. . Es un dispositivo

cuya

resistencia

puede

variar

en

función

de

la

señal

de

entrada. Esta variación de resistencia provoca que sea capaz de regular la corriente que circula por el circuito en que se encuentre conectado. De

dicho

comportamiento

como

resistencia

variable

se

deriva

su

nombre,

inglés: TRANsfer-reSISTOR. Un

transistor

de

unión

bipolar

es

un

cristal semiconductor en el que una zona tipo P o N está entre medias de otras dos N o P. En el primer caso el transistor es del tipo N-P-N y en el segundo P-N-P. El

conjunto

herméticamente plástico.

en

así una

formado cápsula

Presenta

se

encierra

metálica

exteriormente

o

de

tres

terminales que parten de cada una de las regiones semiconductoras. En la figura se representa la estructura y símbolo de cada tipo indicado:


21

TECNOLOGÍA 3º ESO

del

ELECTRÓNICA


El emisor está fuertemente dopado y su misión es inyectar portadores en la base.

La base que está ligeramente impurificada es muy delgada (algunas micras);

siendo atravesada por la mayor parte de los portadores que abandonan el emisor y se dirigen al colector. El colector tiene una impurificación media y recoge los portadores liberados por el emisor que no son recogidos por la base. Es mayor que ninguna de las otras regiones y disipa más calor que ni nguna.

De la misma forma que existen diodos de silicio y de germanio, también hay transistores de ambos materiales. Mientras no se diga l o contrario, nosotros haremos referencia siempre a los diodos de silicio que presentan las mismas ventajas que presentaban

los

diodos

de

silicio

frente

a

los

de

germanio.

De

igual

forma

nos

centraremos en el estudio del transistor NPN, extensivo a PNP, teniendo en cuenta que en éstos los portadores mayoritarios son los huecos y ello implica el cambio de sentido de las corrientes y de las polaridades de las tensiones. 6.3.POLARIZACIÓN 6.3.POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR


22

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


1.1.- Funcionamiento en corte 2.2.- Funcionamiento en activa 3.3.- Funcionamiento en saturación


23

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


VIDEO DE DETECTOR DE PRESENCIA http://www.youtube.com/watch?v=jxAYX3FCmvc&feature=related http://www.youtube.com/watc h?v=jxAYX3FCmvc&feature=related

6. 4. TENSIONES TE TENS NSIO IONE NESS Y CORRIENTES CO CORR RRIE IENT NTES ES DDEE L T R AANN SSII S TTOO R B IIPP O LLAA R . P A R Á M E T R O S Y T I P O S D E T R A N S I T O R E S 6.4. En el transistor de la figura podemos apreciar los diferentes voltajes corrientes existentes en un transistor. En

adelante

nos

atendremos

a

C los

IC

siguientes

convenios:

•

Las

VCB flechas

de

corriente

indican

el

sentido

B

convencional (del positivo a negativo)

•

Las

letras

de

tensiones

y

corrientes

y

sus

subíndices en mayúsculas son referidas a c.c y

IB

VCE VBE IE

minúsculas a c.a.

•

Los

y

subíndices

en

magnitudes

referidas

a

E

transistores, indican el terminal o terminales a que afectan.

•

El mismo subíndice dos veces, representa el voltaje de la fuente que alimenta ese terminal.

•

Un tercer subíndice O indica que el terminal cuya inicial no está presente está en circuito abierto (open).

• •

En el caso de dos subíndices se toma el primero como positivo. Un único subíndice en tensiones, representa el voltaje entre ese terminal y masa.

EJEMPLOS: VCE = Tensión de c.c entre colector y emisor. IB

= Intensidad de base en c.c.

Vcc = Tensión de alimentación de colector. VBE

= Tensión entre base y emisor. La relación entre estas corrientes viene dada:


24

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA α α =


I C I E

Valores usuales de α son de 0.95 a 0. 99, pero en cualquier caso α < 1 De

la

misma

forma

se

observa

que

Ic>>

IB

y

la

α α =

β β β β

relación

entre

ambas

es

el

parámetro "beta":

β β β β =

α α

1 − α α

β β β β + 1

Si consideramos las expresiones anteriores y de spejamos:

  1 − α α  I C  α α =  I E  I E = I B + I C    β β β β =

α α

I C

β β β β =

I C

I E I C

1−

=

I E I E − I C

I E

=

I C I E − I C

=

I C I B

+ I C − I C

=

I C I B

I E

β β β β =

I C I B

E l p a r á m e t r o b e t a s e l e d e n o m i n a ggaannaanncciiaa ddee ccoorrrriieennttee ddeell ttrraannssiissttoorr , y n o s indica el número de veces que la corriente del colector multiplica a la de la base. Este

parámetro

suele

presentarse

también

bajo

la

designación

h fe

o

ganancia

de

amplificación. Por otra parte, las tensiones están relacionadas

entre sí mediante la 2ª ley

de Kirchhoff, según: VCE = VCB + VBE al igual que en las corrientes, es ta relación también es constante. En

este

curso

utilizaremos

fundamentalmente

la

configuración

emisor

común,

cuyas características son:

• • •

Mínimo desnivel entre las impedancias de entrada y salida. Se consigue la máxima potencia de amplificación. Condiciones aceptables tanto en amplificación de corriente como


25

TECNOLOGÍA 3º ESO

en tensión.

ELECTRÓNICA


6.5. .CONMUTACION 6.5.CONMUTACION

6.5.1..INTRODUCCION Se dice que un transistor trabaja en conmutación, c uando los estados de operación son en conducción o en corte. Dado que para pasar de la zona de conmutación a la de corte s e pasa a través de la región ac tiva, convendrá hacerlo lo más rápidamente posible. 6.5.2..DESCRIPCION BASICA. Podemos hacer una analogía en los transistores trabajando en activa, saturación y en corte a un interruptor q ue toma las posiciones de cerrado y abierto respectivamente.

Las láminas de contacto de interruptor son equivale ntes al colector y al emisor, y la palanca que provoca la u nión de ambas láminas equivale a la base. Es como si la fuerza que une los contactos es la señal aplicada a la base. Este símil sería totalmente cierto en el circuito de paso I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA

26

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


colector-emisor, si el transistor presentara V C E = 0 y en corte una Ic=0 , lo cual sabemos que no es cierto, pero en la mayoría de los casos ambas magnitudes se pueden de spreciar y considerar el transistor como un interruptor ideal para c.c., ya que el transistor só lo deja circular corriente por el circuito colector-emisor en el sentido impuesto por los portadores mayoritarios. 6. 5. 3.CÁLCULOS DEL TRANSISTOR EN CONMUTACIÓN

La siguiente figura muestra un sencillo circuito de polarización NPN empleando dos baterías Vcc y V B B junto con la recta de carga correspondiente a dicho circuito. IC VCC CC R CC

R C

n ó i c a r u t a S

VCC R B S Recta de carga

BB

Corte VCC CIRCUITO DE POLARIZACIÓN Cuando S está abierto la corriente de base es nula, luego el transistor permanece en CORTE , esto equivale a decir que Ic=0 V C E =Vcc, también como es lógico I B = 0 Vcc= V R c + V C E Vcc= Rc . Ic + V C E

Como Ic = 0 ,, Vcc = V C E

Cuando S está cerrado, suponiendo que V B B proporciona suficiente corriente a través d e R B el transistor está en activa o saturación, entonces : I C =

V CC

y

RC

V CE = V CE ( Sat )

Es decir entre colector y emisor existe alguna déci ma de voltio. Las únicas condiciones a considerar para el trabajo en conmutación del componente será no sobrepasar las especificaciones máximas del componente. Si consideramos la recta de carga del transistor, p ara asegurar que este permanezca en corte, es necesario que la corriente de base sea nu la; esto se consigue no aplicando tensión a I.E.S. ANDRÉS DE VANDELVIRA

27

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


dicho circuito o bien polarizando inversamente el d iodo base-emisor, siempre que no se sobrepase el valor máximo de V E B O presente en las especificaciones del transistor.

Para asegurar la permanencia del transistor en SATURACIÓN se debe suministrar suficiente corriente de base, que mantenga la corri ente de colector de saturación, esto es: V B E > 0,7 V V C E = 0,1-0,2 V , se puede considerar V C E = 0 V Ic = Vcc - V C E

I B

=

I Csat

/

Rc

o bien

Hfe

,, Como V C E = 0V

I B

=

Ic = Vcc

/

Rc

V CC Rc * Hfe

Esta situación se debe mantener en todas las condic iones de funcionamiento. Como es sabido, Hfe no es constante, por ejemplo, a 25ºC es menor que a 80ºC, por lo que se deberá tomar Hfe m í n , que es la menor que asegura el fabricante para to dos los transistores de la misma serie y tipo, siendo entonces: I B

=

Vcc Rc * Hfe

La ecuación anterior asegura que el transistor perm anezca en saturación pero, si l a conmutación del transistor ha de ser provocada por una señal de frecuencia elevada, se deberá de tratar de reducir al mínimo los tiempos de conmutación. El tiempo de conexión se puede reducir haciendo que: I B

>>

I Csat Hfe min

A efectos de diseños prácticos se suelen seguir las dos te ndencias siguientes: -

I B

=

I Csat Hfe min

* 10


28

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


Por otra parte, el tiempo de desconexión se puede a cortar aplicando un po tencial inverso a la unión base-emisor con lo que el tie mpo de almacenamiento queda considerablemente reducido. Cuando el circuito de aplicación es activado por co ntactos de actuación mecánica ( N.C o N.A.), los retardos producidos por el transistor se pueden despre ciar, ya que la velocidad del transistor es muchísimo más rápida de la que pueda tener cualquier contact o mecánico. Para asegurar la condición de corte , basta por tanto con que I B sea cero. Para el trabajo en conmutación aplicaremos las sigu ientes ecuaciones: + VCC

R C Vo R B

Vi

a) Obtenemos I B I B

b)

=

I Csat Hfe min

* 10 para garantizar la conduccion se multimplica IB por 10.

Aplicamos la 2ª Ley de kirchoff al circuito obteniendo la ecuación: Vi = V RB + V BE = R B . I B + V B E

c) Fijaremos para los transistores de silicio V B E = 0.7 V. d) Finalmente obtenemos R B R B

=

V i − V BE I B

= Vi – 0,7

/ IB

Es necesario pararse un momento y pensar que la pot encia que un transistor necesita en conmutación es mínima, pues trabajando en conmut ación la V C E es pequeña (aproximadamente 0,2 V), y por tanto el producto V C E * I c se hace muy pequeño. En lo que respecta a corte al ser Ic=0, la potencia del transistor será cero.


29

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA


7. CÉLULAS SOLARES. Consiste en un semiconductor con una unión PN que transforma la energía luminosa en

energía

eléctrica.

semiconductor,

con

lo

La que

luz

provoca

los

la

electrones

rotura libres

de se

algunos mueven

enlaces por

del

difusión,

apareciendo una tensión entre los terminales. El v alor de esta tensión depende de la cantidad de iluminación recibida. Se utiliza en la alimentación de equipos electrónicos, Generación de electricidad, etc. El principio de funcionamiento es el siguiente: Los módulos fotovoltaicos funcionan por efecto fotoeléctrico.

Cada

célula

fotovoltaica

está formada por dos delgadas láminas de silicio, positivo y negativo, separadas por otra capa de material semiconductor, los fotones chocan contra la superficie de la capa

positiva,

y

al

chocar

liberan

electrones de los átomos positivos, los cuales, al estar en movimiento pasan por el semiconductor, pero no pueden volver para atrás,

la

capa

negativa

adquiere

una

diferencia diferencia de potencial (tensión) respecto la positiva, que se introduce en la instalación en concepto de intensidad.

CELULAS FOTOVOLTAICAS. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO (4 min min) ) http://www.youtube.com/watch?v=s1pMnr4qaag INSTACION DOMESTICA SOLAR FOTOVOLTAICA (3,45 min) http://www.youtube.com/watch?v=V5mR-STBz2k&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=V5mR-STBz2k&feature=related


30

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA



31

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA



32

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA



33

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA



34

TECNOLOGÍA 3º ESO

ELECTRÓNICA



35

TECNOLOGÍA 3º ESO

TEMA5 Introduccion a La Electronic A 3 ESO 08 09

Recommend Documents