Tutorial de Componentes Electrónicos Introducción
En Electrónica vamos a usar una serie de componentes o elementos que van a formar los circuitos y conviene saber identificarlos correctamente:
resistencias
condensadores
transistores
diodos
bobinas
interruptores
fusibles
lámparas
...etc.
Vamos a describir los componentes más usados y además vamos a incluir algunas imágenes para conocerlos de vista. Aprenderemos a determinar algunas características determinantes que nos ayudarán a elegir los componentes cuando diseñemos nuestros circuitos y/o cuando vamos al comercio a comprarlos.
Las Resistencias
Las resistencias son unos elementos eléctricos cuya misión es difultar el paso de la corriente eléctrica a traves de ellas. Su característica principal es su 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. La resistencia óhmica de una resistencia r esistencia se mide en ohmios, valgan las l as redundancias. Se suele utilizar esa misma unidad, así como dos de sus múltiplos: el Kilo- Ohmio (1KΩ) y el Mega-Ohmio 6
(1MΩ=10 Ω).
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 y reóstatos. No centraremos en el primer tipo, las fijas.
Las resistencias fijas pueden clasificarse en dos grupos, de acuerdo con el material con el que están constituidas: "resistencias de hilo", sólamente para disipaciones superiores a 2 W, y "resistencias químicas" para, en general, potencias inferiores a 2 W.
Resistencias de hilo o bobinadas
Generalmente están constituidas por un soporte de material aisalante y resistente a la temperatura (cerámica, esteatita, mica, etc.) alrededor del cual hay la resistencia propiamente dicha, constituida por un hilo cuya sección y resistividad depende de la potencia y de la resistencia deseadas. 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 resistencia, consiste en permitir la conexión de la resistencia mediante soldadura. 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 diveras espiras hagan contacto entre sí. Sobre este barniz suelen marcarse con serigrafía los valores va lores en ohmios y en vatios, tal como se observa en esta figura. En ella vemos una resistencia de 250 &Omega, 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.
Aquí vemos otros tipos de resistencias bobinadas, de diferentes tamaños y potencias, con su valor impreso en el cuerpo. La de la izquierda es de 24 Ω, 5% (inscripción: 24R 5%) La más pequeña es de 10 Ω,
aunque no se aprecia su inscripción en la foto.
Resistencias 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 emplenado, 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 diversoso valores. Existen tipos de carbón aglomerado, de película de carbón y de película 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, hay una contraseña que determina la precisión de su valor (aproximación), o sea la tolerancia anunciada por el fabricante. Esta contraseña está constituida por un anillo pintado situado en uno de los extremos del cuerpo. En la imagen de arriba vemos resistencias de película de carbón c arbón de diferentes potencias (y tamaños) comparadas con una moneda. De izquierda a derecha, las potencias son de 1/8, ¼, ½, 1 y 2 W, respectivamente. 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:
Interpretación del código de colores en 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, tal t al como hemos visto antes.
En la resistencia de la izquierda vemos el método de codificación más difundido. En el cuerpo de la resistencia hay 4 anillos de color que, considerándolos a partir de un extremo y en dirección al centro, indican el valor óhmico de este componente El número que corresponde al primer color indica la primera cifra, el segundo color la seguna 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. Podemos ver que la resistencia de la izquierda tiene los colores amarillo-violeta-naranja-oro (hemos intentado que los colores queden representados lo mejor posible en el dibujo), de forma que según la tabla de abajo podríamos decir que tiene un valor de: 4-7-3ceros, con una tolerancia del 5%, o sea, 47000 Ω ó 47 KΩ. La tolerancia indica que el valor real estará entre 44650 Ω y 49350 Ω (47 KΩ±5%). La resistencia de la derecha, por su parte, tiene una banda más de color y es que se trata de una resistencia de precisión. Esto además es corroborado por el color de la banda de tolerancia, que al ser de color rojo indica que es una resistencia del 2%. Éstas tienen tres cifras
significativas (al contrario que las anteriores, que tenían 2) y los colores son marrón-verdeamarillo-naranja, de forma que según la tabla de abajo podríamos decir que tiene un valor de: 1-5-4-4ceros, con una tolerancia del 2%, o sea, 1540000 Ω ó 1540 KΩ ó 1.54 MΩ. La tolerancia indica que el valor real estará entre 1509.2 KΩ y 1570.8 KΩ (1.54 MΩ±2%). Por último, comentar que una precisión del 2% se considera como muy buena, aunque en la mayoría de los circuitos circ uitos usaremos resistencias del 5%, que son las más corrientes. c orrientes.
Código de colores en las resistencias COLORES
Banda 1 Banda 2 Banda 3 Multiplicador Tolerancia
Plata
x 0.01
10%
Oro
x 0.1
5%
Negro
0
0
0
x1
Marrón
1
1
1
x 10
1%
Rojo
2
2
2
x 100
2%
Naranja
3
3
3
x 1000
Amarillo
4
4
4
x 10000
Verde
5
5
5
x 100000
Azul
6
6
6
x 1000000
Violeta
7
7
7
Gris
8
8
8
Blanco
9
9
9
--Ninguno-- -
-
-
0.5%
20%
Nota: Estos colores se han establecido internacionalmente, aunque algunos de ellos en
ocasiones pueden llevar a una confusión a personas con dificultad de distinguir la zona de colores rojo-naranja-marrón-verde. En tales casos, quizá tengan que echar mano en algún momento a un multímetro para saber con certeza el valor de alguna resistencia cuyos colores no pueden distinguir claramente. También es cierto que en resistencias que han tenido un
"calentón" o que son antiguas, a veces los colores pueden haber quedado alterados, en cuyo caso el multímetro nos dará la verdad. Otro caso de confusión co nfusión puede presentarse cuando por error leemos las bandas de col or al revés. Estas resistencias de aquí abajo son las mismas que antes, pero dadas la vuelta. En la primera, si leemos de izquierda a derecha, ahora vemos oro-naranja-violeta-amarillo. El oro no es un color usado para las cifras significativas, así que algo va mal. Además el amarillo no es un color que represente tolerancias. En un caso extremo, la combinación naranjavioleta-amarillo (errónea por otro lado porque la banda de tolerancia no va a la izquierda de las otras) nos daría el valor de 370 KΩ, que no es un valor normalizado.
En la segunda, ahora vemos rojo-naranja-amarillo-verde-marrón. La combinación nos daría el valor 234000000 Ω = 234 MΩ, que es un valor desorbitado (generalmete no suele haber resistencias de más de 10 MΩ), además de no ser un valor normalizado. Eso sí, la resistencia tendría una tolerancia del 1% (marrón), que no tiene sentido para un valor tan alto de resistencia.
Valores normalizados de resistencias
Vamos a mostrar ahora una tabla con los valores normalizados de resistencias, que ayudará a encajarlas según valores establecidos internacionalmente. Tolerancia 10 % Tolerancia 5 % Tolerancia 2 %
1.0
1.0, 1.1
1.00, 1.05, 1.1, 1.15
1.2
1.2, 1.3
1.21, 1.27, 1.33, 1.40, 1.47
1.5
1.5, 1.6
1.54, 1.62, 1.69, 1.78
1.8
1.8, 2.0
1.87, 196, 2.00, 2.05, 2.15
2.2
2.2, 2.4
2.26, 2.37, 2.49, 2.61
2.7
2.7, 3.0
2.74, 2.87, 3.01, 3.16
3.3
3.3, 3.6
3.32, 3.48, 3.65, 3.83
3.9
3.9, 4.3
4.02, 4.22, 4.42, 4.64
4.7
4.7, 5.1
4.87, 5.11, 5.36
5.6
5.6, 6.2
5.62, 5.90, 6.19, 6.49
6.8
6.8, 7.5
6.81, 7.15, 7.50, 7.87
8.2
8.2, 9.1
8.25, 8.66, 9.09, 9.53
Los 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 Aquí a la izquierda vemos esquematizado un condensador, con las dos láminas = placas = 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.
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 ), nanofaradios (nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F).
Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un condensador, que
depende del tipo y grososr 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 típico s que se pueden encontrar. Todos ellos están comparados en tamaño a una moneda.
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 de cierto tamaño, de los que se suelen emplear en aplicaciones eléctricas (fuentes de alimentación, etc...). 1.
1. 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.
2. De poliester 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 policarbonato 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 0 .033 K/ 250 MKT).
3. 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 pl ana 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.
1. De poliéster tubular. Similares a los anteriores, pero enrollados de forma normal, sin aplastar.
2. 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.
Aquí abajo vemos unos ejemplos de condensadores de este tipo.
3. Cerámico "de tubo". Sus valores de capacidad son del orden de los picofaradios 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 condesadores 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 picofaradios (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 condesadores COLORES Banda 1 Banda 2 Multiplicador Tensión Negro
--
0
x1
Marrón
1
1
x 10
100 V.
Rojo
2
2
x 100
250 V.
Naranja
3
3
x 1000
Amarillo 4
4
x 104
Verde
5
5
x 105
Azul
6
6
x 106
Violeta
7
7
Gris
8
8
Blanco
9
9
400 V.
630 V.
COLORES Tolerancia (C > 10 pF) pF) Tolerancia (C < 10 pF) pF) 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 lo s 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%. LETRA Tolerancia "M"
+/- 20%
"K"
+/- 10%
"J"
+/- 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 colocaión 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" (nanofaradio = 1000 pF).
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.
Código "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 picofaradios 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.
Ejercicios prácticos
...y en esta nueva ocasión vamos a poner a prueba los conceptos explicados anteriormente. Vamos a presentar una serie de condensadores elegidos al azar del cajón para ver si son capaces de identificar sus datos correctamente, c orrectamente, ok?
0,047 J 630
C=47 nF 5% V=630 V.
0,068 J 250
403
C=40 nF
47p
C=68 nF 5% V=250 V.
C=47 pF
22J
2200
C=22 pF 5%
C=2.2 nF
10K +/-10% 400 V
3300/10 400 V
C=10 nF 10% V=400 V
C=3.3 nF 10% V=400 V.
amarillo-violeta-
330K 250V
naranja-negro
C=0.33 µF V=250 V.
C=47 nF 20%
n47 J
C=470 pF 5%
verde-azulnaranja-negro-rojo
C=56 nF 20% V=250 V.
22K 250 V
C=22 nF V=250 V.
0,1 J 250
C=0.1 µF 5% V=250 V.
µ1 250
C=0.1 µF V=250 V.
n15 K
C=150 pF 10%
azul-gris-rojo y marron-negronaranja
C1=8.2 nF C2=10 nF
amarillo-violeta-rojo
C=4.7 nF
amarillo-violeta-rojo, rojo.02µF 50V
C=20 nF V=50 V.
Los Transistores
negro-marrón y amarillovioleta-marrón
C1=4.7 nF C2=200 pF C3=470 pF
Los transistores son unos componentes que han facilitado, en gran medida, el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control. Vienen a sustituir a las antiguas válvulas termoiónicas de hace unas décadas. Gracias a ellos fue posible la construcción de receptores de radio portátiles llamados comúnmente "transistores", televisores que se encendían en un par de segundos, televisores en c olor... Antes de aparecer los transistores, los aparatos a válvulas tenían que trabajar con tensiones bastante altas, tardaban más de 30 segundos en empezar a funcionar, y en ningún caso podían funcionar a pilas, debido al gran consumo que tenían.
Los transistores tienen multitud de aplicaciones, aplicac iones, entre las que se encuentran:
Amplificación de todo tipo (radio, ( radio, televisión, instrumentación)
Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de radiofrecuencia)
Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM) Detección de radiación luminosa (fototransistores)
Los transistores de unión (uno de los tipos más básicos) tienen 3 terminales llamados Base, Colector y Emisor, que dependiendo del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas.
Por otro lado, los Transistores de Efecto de Campo (FET) tienen t ienen también 3 terminales, que son Puerta (Gate), Drenador (Drain) y Sumidero (Sink), que igualmentedependiendo del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas.
Tipos de transistores. Simbología
Existen varios tipos que dependen de su proceso de construcción y de las apliaciones a las que se destinan. Aquí abajo mostramos una tabla con los tipos de uso más frecuente y su simbología:
Transistor Bipolar de Unión (BJT)
Transistor de Efecto de Campo, de Unión (JFET)
Transistor de Efecto de Campo, de MetalÓxido-Semiconductor (MOSFET)
Fototransistor
Nota: En un esquema electrónico, los transistores se representan mediante su símbolo, el número de transistor (Q1, Q2, ...) y el tipo de transistor, tal como se muestra aquí:
Aquí podemos ver una selección de los transistores más típicos, mostrando su encapsulado y distribución de patillas. (Para ver la imágen en grande se puede hacer click sobre ella).
Encapsulado de transistores
Ahora vamos a ver los transistores por fuera. Están encapsulados de diferentes formas y tamaños, dependiendo de la función que vayan a desempeñar. Hay varios encapsulados estándar y cada encapsulado tiene una asignación de terminales que puede consultarse en un catálogo general de transistores. Independientemente de la cápsula que tengan, todos los transistores tienen impreso sobre su cuerpo sus datos, es decir, la referencia que indica el modelo de transistor. Por ejemplo, en los transistores mostrados a la derecha se observa la referencia "MC 140".
Cápsula TO-3. Se utiliza para transistores de gran potencia, que siempre suelen llevar un radiador de aluminio que ayuda a disipar la potencia que se genera en él. Arriba a la izquierda vemos su distribución de terminales, observando que el colector es el chasis del transistor. Nótese que los otros terminales no están a la misma distancia de los dos agujeros. A la derecha vemos la forma de colocarlo sobre un radiador, con sus tornillos y la mica aislante. La función de la mica es la de aislante eléctrico y a la vez conductor térmico. De esta forma, el colector del transistor no está en contacto eléctrico con el radiador.
Cápsula TO-220. Se utiliza para transistores de menos potencia, para reguladores de tensión en fuentes de alimentación y para tiristores y triacs de baja potencia. Generalmente necesitan un radiador de aluminio, aunque a veces no es necesario, si la potencia que van a disipar es reducida. Abajo vemos la forma de colocarle el radiador y el tornillo de sujección. Se suele colocar una mica aislante entre el transistor y el radiador, así como un separador de plástico para el tornillo, ya que la parte metálica está conectada al terminal central y a veces no interesa que entre en contacto eléctrico con el radiador. Cápsula TO-126. Se utiliza en transistores de potencia reducida, a los que no resulta generalmente necesario colocarles radiador. Arriba a la izquierda vemos la asignación de terminales de un transistor BJT y de un Tiristor. Abajo vemos dos transistores que tienen esta cápsula colocados sobre pequeños radiadores de aluminio y fijados con su tornillo correspondiente.
Cápsula TO-92. Es muy utilizada en transistores de pequeña señal. En el centro vemos la asignación de terminales en algunos modelos de transistores, vistos desde abajo. Abajo vemos dos transistores de este tipo montados sobre una placa de circuito impreso. Nótese la indicación "TR5" de la serigrafía, que indica que en ese lugar va montado el transistor número 5 del circuito, de acuerdo al esquema eléctrónico.
Cápsula TO-18. Se utiliza en transistores de pequeña señal. Su cuerpo está formado por una carcasa metálica que tiene un saliente que indica el terminal del Emisor.
Cápsula miniatura. Se utiliza en transistores de pequeña señal. Al igual que el anterior, tienen un tamaño bastante pequeño.
Para más información acerca del encapsulado de los transistores, hemos colocado aquí estas hojas de características. En ellas se observan la forma y dimensiones de los diferentes tipos de transistores.
Volver a Tutoriales
Como probar componentes electrónicos Prueba de capacitores Capacitores de bajo valor La prueba de capacitores de bajo valor se limita a saber si los mismos están o no en cortocircuito. Valores por debajo de 100nf en general no son detectados por el multímetro y con el mismo en posición R×1k se puede saber si el capacitor esta en cortocircuito o no según muestra la figura.
Si el capacitor posee resistencia infinita significa que el componente no posee pérdidas excesivas ni está en cortocircuito. Generalmente esta indicación es suficiente para considerar que el capacitor está, en buen estado pero en algún caso podría ocurrir que el elemento estuviera "abierto", o que un terminal en el interior del capacitor no hiciera contacto con la placa.
Para confirmar con seguridad el estado del capacitor e incluso conocer su valor, se puede emplear el circuito de la figura.
Para conocer el valor de la capacidad se deben seguir los pasos que se describen a continuación: 1. Armado el circuito se mide la tensión V1 y se anota. 2. Se calcula la corriente por el resistor que será la misma que atraviesa el capacitor por estar ambos elementos en serie I = V1 / R 3. Se mide la tensión V2 y se anota. 4. Se calcula la reactancia capacitiva del componente en medición XC = V2 / I 5. Se calcula el valor de la capacidad del capacitor con los valores obtenidos C = 1 / [ XC . 6 , 28 . f ] Observaciones Se debe emplear un solo voltímetro. La frecuencia será 50 ó 60Hz según el país donde estés ya que es la correspondiente a la red eléctrica. Elegir el valor de R según el valor del capacitor a medir: Capacidad a medir 0 , 01uf < Cx < 0 , 5uf Cx orden de los nanofarad Cx mayores hasta 10uf
Resistencia serie 10K 100K 1K
Con este método pueden medirse capacitores cuyos valores estén comprendidos entre 0 , 01uf y 0 , 5uf. Si se desean medir capacidades menores debe tenerse en cuenta la resistencia que posee el multímetro usado como voltímetro cuando se efectúe la medición. Para medir capacidades mayores debe tenerse en cuenta que los capacitores sean no polarizados, debido a que la prueba se realiza con corriente alterna. Capacitores electrolíticos Los capacitores electrolíticos pueden medirse directamente con el multímetro utilizado como ohmetro. Cuando se conecta un capacitor entre los terminales del multímetro, este hará que el componente se cargue con una constante de tiempo que depende de su capacidad y de la resistencia del multímetro. Por lo tanto la aguja deflexionará por completo y luego descenderá hasta cero indicando que el capacitor está cargado totalmente, ver figura.
El tiempo que tarda la aguja en descender hasta 0 dependerá del rango en que se encuentra el multímetro y de la capacidad del capacitor. En la prueba es conveniente respetar la tabla I. TABLA I Valor del capacitor Hasta 5uf Hasta 22uf Hasta 220uf Mas de 220uf
Rango R×1k R×100 R×10 R×1
Si la aguja no se mueve indica que el capacitor está abierto, si va hasta cero sin retornar indica que está en cortocircuito y si retorna pero no a fondo de escala entonces el condensador tendrá fugas. En la medida que la capacidad del componente es mayor, es normal que sea menor la resistencia que debe indicar el instrumento. La tabla II indica la resistencia r esistencia de pérdida que deberían tener los capacitores de buena calidad. TABLA II Capacitor 10uf 47uf 100uf 470uf 1000uf 4700uf
Resistencia de pérdida Mayor que 5M Mayor que 1M Mayor que 700K Mayor que 400K Mayor que 200K Mayor que 50K
Se realizar la prueba dos veces, invirtiendo la conexión de las puntas de prueba del multímetro. Para la medición de la resistencia de pérdida interesa la que resulta menor según muestra la figura.
Prueba de diodos Los diodos son componentes que conducen la corriente en un solo sentido, teniendo en cuenta esto se pueden probar con un multímetro en la posición ohmetro. El funcionamiento de tal aparato de medida se basa en la medición de la corriente que circula por el elemento bajo prueba. Es muy importante conocer la polaridad de la batería interna del los multímetros analógicos en los cuales la punta negra del multímetro corresponde al terminal positivo de la batería interna y la punta roja corresponde al terminal negativo de la batería. Se empleará un multímetro y las medidas se efectuarán colocando el instrumento en las escalas de resistencia y preferiblemente en las escalas ohm x 1, ohm x 10 ó también ohm x 100. Así cuando se intenta medir la resistencia de un diodo, se encontrarán dos valores totalmente distintos, según el sentido de las puntas. Si la punta roja (negativo) se conecta a la zona N (cátodo del diodo) y la punta negra a la P (ánodo), la unión se polariza en directo y se hace conductora. El valor concreto indicado por el instrumento no tiene significado alguno, salvo el de mostrar que por la unión circula corriente.
Por el contrario, cuando la punta roja se conecta a la zona P (ánodo), y la negra a la zona N (cátodo), se esta aplicando una tensión inversa. La unión no conducirá, y esto será interpretado por el instrumento como una resistencia muy elevada.
Prueba de transistores Un transistor bipolar equivale a dos diodos en oposición (tiene dos uniones), por lo tanto las medidas deben realizarse sobre cada una de ellas por separado, pensando que el electrodo base es común a ambas direcciones.
Se empleará un multímetro analógico y las medidas se efectuarán colocando el instrumento en las escalas de resistencia y preferiblemente en las escalas ohm x 1, ohm x 10 ó también ohm x 100. Antes de aplicar las puntas al transistor es conveniente cerciorarse del tipo de éste, ya que si es NPN se procederá de forma contraria que si se trata de un PNP. Para el primer caso (NPN) se situará la punta negra (negativo) del multímetro sobre el terminal de la base y se aplicará la punta roja sobre las patitas correspondientes al emisor y colector. Con esto se habrá aplicado entre la base y el emisor o colector, una polarización directa, lo que traerá como consecuencia la entrada en conducción de ambas uniones, moviéndose la aguja del multímetro hasta indicar un cierto valor de resistencia, generalmente baja (algunos ohm) y que depende de muchos factores.
A continuación se invertirá la posición de las puntas del instrumento, colocando la punta roja (positivo) sobre la base y la punta negra sobre el emisor y después sobre el colector. De esta manera el transistor recibirá una tensión inversa sobre sus uniones con lo que circulará por él una corriente muy débil, traduciéndose en un pequeño o incluso nulo movimiento de la aguja. Si se tratara de un transistor PNP el método a seguir es justamente el opuesto al descripto, ya que las polaridades directas e inversas de las uniones son las contrarias a las del tipo NPN.
Las comprobaciones anteriores se completan con una medida, situando el multímetro entre los terminales de emisor y colector en las dos posibles combinaciones que puede existir; la indicación del instrumento será muy similar a la que se obtuvo en el caso de aplicar polarización inversa (alta resistencia), debido a que al dejar la base sin conexión el transistor estará bloqueado. Esta comprobación no debe olvidarse, ya que se puede detectar un cortocircuito entre emisor y colector y en muchas ocasiones no se descubre con las medidas anteriores.
Manual muy pero que muy básico de funcionamiento del téster
Aquí tenéis un téster bastante común, hay muchos modelos y marcas, pero básicamente todos hacen o mismo, por lo que con el más barato pasamos.
Quiero que quede claro, que con ese manual no aprenderéis nada de electrónica tal y como se enseña en los cursillos reales, ya que a parte de ser un poco “cutre” esta pensado para gente
que no entiende nada de electrónica y quiere testear alguna cosilla. Por lo tanto, abstenerse licenciados en el tema
Bueno amigos, lo primero es familiarizarnos un poco con el lenguaje que usamos en el foro o en la web.
Téster: aparato electrónico para medir valores. Voltaje: valor de medida de la corriente (Voltios). Resistencia: Valor en ohmios que tienen dichos componentes. Continuidad: valor que nos marca el téster al comprobar un contacto directo. Infinito: el contrario de la continuidad, o sea que entre los dos puntos no hay ningún tipo de contacto. Masa: negativo. Corriente alterna: corriente que constantemente cambia de polaridad.
Téster marcando “Continuidad”
Téster marcando “Infinito”
Conceptos básicos sobre corriente
En España tenemos una red general de 220 voltios, por lo que nos hemos de percatar que los transformadores que tenemos para las consolas acepten este voltaje de entrada. Para consolas de importación, necesitamos un transformador de 110 voltios a 220.
En Japón, la red funciona a 110 voltios, por lo que si conectásemos una consola japonesa sin transformador, quemaríamos el suyo o la placa alimentadora interna.
Todas las consolas llevan transformadores ya sean externos o internos (internos las más modernas). Todas las placas madre de consolas suelen funcionar con voltajes pequeños (3, 6, 9, 12 voltios) por lo que no nos podemos electrocutar, ahora bien, con las modernas que llevan el transformador interno ya es otro cantar ya que la corriente de 220 voltios entra dentro la consola y por tanto la cosa ya se nos complica.
Nota:
La Game Gear y otras portátiles que funcionen con fluorescentes, poden dar
calambres, ya que los fluorescentes trabajan c on corriente alterna y valores altos, por tanto precaución!!!
En caso de tener que hacer pruebas de corriente en las consolas modernas tenemos que ir MUY EN CUIDADO a no tocar con los dedos el transformador, ya que sino la electrocución es segura. Casi que que lo lo mejor mejor es es no hacer hacer dichas pruebas, ya que la cosa puede puede ser muy fea Por si acaso, la mejor opción es comprobar los componentes con la corriente cortada, o sea con la consola desenchufada.
Otra cosa a tener en cuenta con estas consolas (con transformador interno) es que antes de manipularla internamente aunque tengamos la consola desenchufada lo mejor es pulsar el botón de encendido para sacar toda la corriente residual que quede y que no de calambrazos.
Volviendo a los transformadores externos, su polaridad normalmente nor malmente nos viene especificada en el mismo, igual que en muchas consolas en las que hay un pequeño dibujo. Mucha atención cuando enchufemos un transformador universal en una consola que no sepamos la polaridad, mejor comentarlo o preguntarlo en el foro.
Normalmente las consolas funcionan con negativo a chapa y positivo por pista, esto quiere decir que todas las partes metálicas de una consola nos pueden servir para conectar cables a negativo.
Zona de Mandos del Téster
Aquí tenéis la zona de mando del téster:
Parte verde—Zona para comprobar continuidad y diodos. En algunos tésters, la continuidad se avisa con una señal acústica.
Parte azul—Zona para comprobar valores de resistencia.
Parte roja—Zona para comprobar voltajes continuos (la mayoría).
Parte amarilla—Zona para comprobar voltajes alternes.
Como comprobar corriente con el téster
Pues, lo primero es tener el téster en posición para voltaje (Zona Roja o amarilla). Ahora lo que tenemos que hacer es mantener la pinza negativa en un lugar de masa y con la positiva vamos comprobando los puntos necesarios. Si dudamos del lugar de negativo podemos hacer contacto en cualquier parte metálica de la misma.
Para comprobar bien los voltajes, debemos poner la pinza negra del téster a negativo y la roja a positivo, si nos equivocamos, el téster nos lo marca con un símbolo negativo delante del valor, con eso ya sabemos que la polaridad es al revés.
Como comprobar fusibles
Para tal, lo mejor es poner el téster en continuidad (parte verde). Un fusible bueno nos tiene que deja pasar la señal, por lo que sí punteamos entre sus dos patas nos tendrá que marcar continuidad, sino ya lo podemos cambiar.
Bueno amigos, ya no sé que más contaros, si queréis puedo continuar con el cuento de A partir de aquí la cosa ya se complica y tampoco tam poco soy yo el más adecuado “Hansel y Gretel” para explicároslo. Por lo tanto me despido con una foto bonita, si clikáis sobre ella volveréis a la “Biblia del buen novato”
LOS TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO En el tutorial de transistores bipolares, hemos visto que una pequeña corriente de base controla una corriente de colector muy superior. Los transistores de efecto de campo son dispositivos triterminales en los que la corriente principal se controla mediante una tensión. Las características principales son:
La potencia de control es nula, es decir, no se absorbe corriente por el terminal de control. Una señal muy débil puede controlar el dispositivo. La tensión de control se emplea para crear un campo eléctrico.
Hay dos familias de transistores de efecto de campo: los JFET y los MOSFET. Pese a que el concepto básico de los FET se conocía ya en 1930, estos dispositivos sólo empezaron a fabricarse comercialmente a partir de la década de los 60. Y a partir de los 80 los transistores de tipo MOSFET han alcanzado una enorme popularidad. Comparados con los BJT, los transistores MOS ocupan menos espacio, es decir, dentro de un circuito integrado puede incorporase un numero mayor. Además su proceso de fabricación es también más simple. Además, existe un gran número de funciones lógicas que pueden ser implementadas únicamente con transistores MOS (sin resistencias ni diodos). Esto ha hecho del tr ansistor MOS el componente estrella de la electrónica digital . En este tutorial se explica el principio de funcionamiento de ambos tipos de dispositivos, dispositivos, así como sus modelos circuitales elementales.
1 TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DE UNION (JFET) Un JFET de canal N se fabrica difundiendo una región de tipo P en un canal de tipo N, tal y como se muestra en la Figura 1. A ambos lados del canal se conectan los terminales de fuente (S, Source) y drenaje (D, Drain). El tercer terminal se denomina puerta (G, Gate).
Figura 1: Esquema del transistor JFET de canal N Los símbolos de este tipo de dispositivos son:
Figura 2: Símbolos de los transistores JFET Las explicaciones incluidas en este capítulo se refieren fundamentalmente al transistor NJFET, teniendo en cuenta que el principio de operación del PJFET es análogo.
1.1 PRINCIPIO DE OPERACION DEL NJFET A continuación se explica cómo se controla la corriente en un JFET. Al igual que sucede con los transistores BJT el JFET tiene tres regiones de operación:
Región de corte Región lineal Región de saturación
Es preciso hacer notar que en este caso, la saturación alude a un fenómeno completamente distinto al de los transistores BJT.
1.1.1 Región de corte Centremos nuestra atención en la Figura 1. La zona de tipo P conectada a la puerta forma un diodo con el canal, que es de tipo N. Como se recordará, cuando se forma una unión PN aparecen en los bordes de la misma una zona de deplección en la que no hay portadores de carga libres. La anchura de dicha zona depende de la polarización aplicada. Si esta es inversa, la zona se hace más ancha, proporcionalmente a la tensión aplicada. Aplicando
una tensión V GS GS negativa aumentamos la anchura de la zona de deplección, con lo que disminuye la anchura del canal N de conducción. Si el valor de V GS GS se hace lo suficientemente negativo, la región de agotamiento se extenderá completamente a través del canal, con lo que la resistencia del mismo se hará infinita y se impedirá el paso de I D (Figura 3). El potencial al que sucede este fenómeno se denomina potencial de bloqueo (Pinch Voltage , V P P).
Figura 3: Esquema del transistor JFET de canal N polarizado con la tensión de bloqueo Por lo tanto, para valores más negativos que V P P el transistor NJFET se encuentra polarizado en la región de corte, y la corriente de drenaje resulta ser nula.
1.1.2 Región lineal Si en la estructura de la Figura 1 se aplica una tensión V DS DS mayor que cero, aparecerá una corriente circulando en el sentido del drenaje a la fuente, corriente que llamaremos I D. El valor de dicha corriente estará limitado por la resistencia del canal N de conducción. En este caso pueden distinguirse dos situaciones según sea V DS DS grande o pequeña en comparación con V GS GS. 1.1.2.1 Valores pequeños del voltaje drenaje-fuente La Figura 4 presenta la situación que se obtiene cuando se polariza la unión GS con una tensión negativa, mientras que se aplica una tensión entre D y S menor.
Figura 4:Esquema del transistor JFET de canal N polarizado con VGS < 0 Por el terminal de puerta (G) no circula más que la corriente de fuga del diodo GS, que en una primera aproximación podemos considerar despreciable. La corriente I D presenta una doble dependencia:
La corriente I D es directamente proporcional al valor de V DS DS La anchura del canal es proporcional a la diferencia entre V GS GS y V P P . Como I D está limitada por la resistencia del canal, cuanto mayor sea V GS GS - V P P, mayor será la anchura del canal, y mayor la corriente obtenida.
Los dos puntos anteriores se recogen en la siguiente expresión:
Por lo tanto, en la región lineal obtenemos una corriente directamente proporcional a V GS GS y a V DS . DS 1.1.2.2 Valores altos del voltaje drenaje-fuente Para valores de V DS DS comparables y superiores a V GS GS la situación cambia con respecto al caso anterior: la resistencia del canal se convierte en no lineal, y el JFET pierde su comportamiento óhmico. Veamos por qué sucede esto. Cuando se aplica un voltaje V DS DS al canal de 5 voltios, por ejemplo, este se distribuye a lo largo del canal, es decir, en las proximidades del terminal D la tensión será de 5 V, pero a medio camino la corriente circulante habrá reducido su potencial a la mitad (2,5 V), y en el terminal S el potencial será nulo. Por otra parte, si V GS GS es negativa (- 2 V, por ejemplo), la tensión se distribuirá uniformemente a lo largo de la zona P, al no existir ninguna corriente (Figura 5). (NOTA: se desprecia la caída de tensión en las zonas situadas por debajo de los contactos).
Figura 5: Esquema del transistor JFET de canal N polarizado con V GS GS = -2 V y V DS DS = 5 V Sigamos adelante. En las proximidades del terminal S la tensión inversa aplicada es de 2 V, que se corresponde con la V GS GS = -2 V. Sin embargo, conforme nos acercamos a D esta tensión aumenta: en la mitad del canal es de 4,5 V, y en D alcanza 7 V. La polarización inversa aplicada al canal no es constante, constante, con lo que la anchura de la zona de deplección tampoco lo será (Figura 6). Cuando V DS DS es pequeña, esta diferencia de anchuras no afecta a la conducción en el canal, pero cuando aumenta, la variación de la
sección de conducción hace que la corriente de drenaje sea una función no lineal de V DS DS, y que disminuya con respecto a la obtenida sin tener en cuenta este efecto.
Figura 6: Esquema del transistor JFET de canal N en la región de conducción no lineal
1.1.3 Región de saturación Si V DS DS se incrementa más, se llegará a un punto donde el espesor del canal en el extremo del drenaje se acerque a cero. A partir de ese momento, la corriente se mantiene independiente de V DS DS, puesto que los incrementos de tensión provocan un mayor estrechamiento del canal, con lo que la resistencia global aumenta (Figura 7).
Figura 7: Esquema del transistor JFET de canal N en la región de corriente constante La región de saturación se da cuando se estrangula el canal en el drenaje, lo que sucede cuando la tesión puerta-drenaje es más negativa que V P, es decir: V GD GD < V P P => V GS GS - V DS DS < V P P => V DS DS > V GS GS - V P P
Antes de seguir adelante, comparemos las figuras Figura 3 y Figura En el caso del bloqueo, todo el canal resulta afectado por la zona de deplección, que es constante porque la tensión V GS reg ión de corriente GS se aplica uniformemente a lo largo de la unión. En cambio, en la región
constante sólo parte del canal ha llegado al bloqueo (provocado por V DS DS, que varía a lo largo del mismo), y es lo que permite la circulación de la corriente.
1.2 CURVAS CARACTERISTICAS Son dos las curvas que se manejan habitualmente para caracterizar los transistores JFET. En primer lugar, en la representación de I D frente a V GS GS, para una V DS DS dada, se aprecia claramente el paso de la región de corte a la de saturación (Figura 8). En la práctica sólo se opera en el segundo cuadrante de la gráfica, puesto que el primero la V GS GS positiva hace crecer rápidamente I G.
Figura 8: Característica V GS GS - I D del transistor NJFET En la característica V DS DS - I D del transistor NJFET se observa la diferencia entre las regiones lineal y de saturación (Figura 9). En la región lineal, para una determinada V GS GS, la corriente crece proporcionalmente a la tensión V DS DS. Sin embargo, este crecimiento se atenúa hasta llegar a ser nulo: se alcanza el valor de saturación, en donde I D sólo depende de V GS GS.
Figura 9: Característica V DS DS - I D del transistor NJFET Nótese que, según esta gráfica, la región de saturación del JFET se identifica con la región activa normal de los transistores bipolares. Mientras que en RAN la corriente de colector sólo depende de la de base, aquí la magnitud de control es la tensión V GS GS. Por el contrario, si la resistencia del JFET en la región lineal es muy pequeña puede encontrarse un cierto paralelismo entre las regiones lineal de JFET y de saturación del BJT.
1.3 PARAMETROS COMERCIALES Se presenta a continuación algunas de las características de los transistores JFET que ofrecen los fabricantes en las hojas de datos:
I DSS DSS : Es la corriente de drenaje cuando el transistor JFET se encuentra en configuración de fuente común y se cortocircuita la puerta y la fuente (V GS GS=0). En la práctica marca la máxima intensidad que puede circular por el transistor. Conviene tener en cuenta que los transistores JFET presentan amplias dispersiones en este valor. V P P (Pinch-Off Voltage ): es la tensión de estrangulamiento del canal. Al igual que I DSS DSS, presenta fuertes dispersiones en su valor. RDS(ON): Es el inverso de la pendiente de la curva I D /V DS DS en la zona lineal. Este valor se mantiene constante hasta valores de V GD cercanos a la tensión de GD estrangulamiento. BVDS (Drain-Source Breakdown Voltage ): es la tensión de ruptura entre fuente y drenaje. Tensiones más altas que BVDS provocan un fuerte incremento de I D. BVGS (Gate-Source Breakdown Voltage ): es la tensión de ruptura de la unión entre la puerta y la fuente, que se encuentra polarizada en inversa. Valores mayores de BVGS provocan una conducción por avalancha de la unión.
1.4 MODELOS DEL TRANSISTOR NJFET Análogamente a lo efectuado con el transistor bipolar se van a presentar dos modelos para el JFET: uno para analizar el funcionamiento del transistor JFET con señales continuas y otro para las señales alternas aplicadas sobre un punto de operación de la región de saturación. En primer lugar se presentan los modelos para las diferentes regiones de operación, a saber, corte, saturación y zona lineal. A partir de las ecuaciones dictadas por este modelo, se deducen posteriormente las expresiones necesarias para el análisis de señales de alterna de pequeña amplitud.
1.4.1 Modelo estático ideal Para el transistor NJFET, el modelo viene representado en la Figura 10. El valor de I D depende de la región de funcionamiento del transistor.
Figura 10: Esquema circuital del modelo del transistor JFET 1. Región de corte: corte: la condición de la región de corte es que el canal esté completamente estrangulado en las proximidades de la fuente, lo que sucede cuando la tensión puerta-fuente alcance la tensión de estrangulamiento (V GS GS
linealidad se pierde cuando V DS DS se acerca a -V P P. Para trabajar en la región lineal se deben dar dos condiciones: o o
V GS GS > V P P V GD > V GD P P V GS GS > V P P + V DS DS
Estas condiciones equivalen a admitir que el canal de conducción no se estrangula por la zona de deplección en inversa tanto en el extremo de drenaje como en la fuente. El valor que toma la corriente I D es
1. Región de saturación: saturación: la región de saturación tiene lugar cuando la tensión entre drenador y puerta alcanza la tensión de estrangulamiento. Para que ello ocurra, el canal N, tiene que estar estrangulado en el extremo cercano al drenaje, pero no en el extremo del canal cercano a la fuente. Entonces, al igual que en el caso anterior, deben ocurrir dos condiciones: o o
V GS GS > V P P V GD GD < V P P V GS GS < V P P + V DS DS
En este caso la intensidad I D ya no depende de V DS DS, siendo su expresión
Por lo general, en los transistores t ransistores NJFET tanto V P P como V GS GS toman valores negativos, I I D tal y como aparece en el mientras que V DS e son positivos, tomando la dirección DS DSS DSS modelo.
1.4.2 Modelo para señales alternas Para la deducción del mismo se consideran las siguientes hipótesis:
Transistor polarizado en la región de saturación Oscilaciones alternas de baja amplitud y baja frecuencia
1.4.2.1 Expresiones generales De entre las diversas opciones posibles, para la deducción del modelo se escogen como variables independientes las tensiones V GS GS y V DS DS, mientras que las dependientes son las corrientes I G e I D. De este modo, las ecuaciones características del transistor vendrán dadas por dos funciones f 1 y f 2 tales que:
Las tensiones y corrientes de un punto de polarización concreto vendrán dadas por las expresiones anteriores:
Supongamos que sobre este punto de operación Q se añade una componente alterna, caracterizada por un V GS GS y por un V DS DS. Las oscilaciones de las corrientes pueden calcularse como:
A partir de este momento, para simplificar la notación se escribirán con let ra minúscula los incrementos de las variables. La expresión anterior admite una representación matricial:
en donde los coeficientes y ij ij se llaman parámetros admitancia.
-1 y is is : Admitancia de entrada ( ) -1 y rs rs: Admitancia de transferencia inversa ( ) -1 y fs fs : Transconductancia ( ). Se suele nombrar como gm -1 y os os : Admitancia de salida ( )
1.4.2.2 Cálculo de los parámetros admitancia Para el cálculo de los parámetros y ij ij se van a emplear las expresiones resultantes del modelo estático para la región de saturación.
Función f 1 =>
Función f 2 =>
La representación circuital de este modelo simplificado responde al mismo esquema presentado en la Figura 10.
2 TRANSISTOR MOSFET Las prestaciones del transistor MOSFET son similares a las del JFET, aunque su principio de operación y su estructura interna son diferentes. Existen cuatro tipos de transistores MOS:
Enriquecimiento de canal N Enriquecimiento de canal P
Empobrecimiento de canal N Empobrecimiento de canal P
Los símbolos son:
Figura 11: Transistores MOSFET La característica constructiva común a todos los tipos de transistor MOS es que el terminal de puerta (G) está formado por una estructura de tipo Metal/Óxido/Semiconductor. El óxido es aislante, con lo que la corriente de puerta es prácticamente nula, mucho menor que en los JFET. Por ello, los MOS se emplean para tratar señales de muy baja potencia.
2.1 PRINCIPIO DE OPERACION De entre todos los tipos de transistores MOS existentes se va a analizar el principio de funcionamiento de dos de ellos: los NMOS de enriquecimiento y empobrecimiento.
2.1.1 NMOS de enriquecimiento En la Figura 12 se presenta el esquema de un MOS de d e canal N de enriquecimiento.
Figura 12: Esquema del transistor NMOS de enriquecimiento Supongamos que se aplica una tensión V DS DS mayor que cero mientras que V GS GS se mantiene en cero. Al aplicar una tensión positiva a la zona N del drenaje, el diodo que forma éste con el sustrato P se polarizará en inversa, con lo que no se permitirá el paso de corriente: el MOS estará en corte. Sigamos suponiendo, y pensemos ahora que aplicamos un potencial V GS GS positivo, mientras mantenemos la V DS DS positiva también. La capa de aislante de la puerta es muy delgada, tanto que permite al potencial positivo aplicado repeler a los huecos y atraer a los electrones del material P. A mayor potencial aplicado, mayor número de electrones será atraído, y mayor número de huecos repelido. La consecuencia de este movimiento de cargas es que debajo del terminal G se crea un canal negativo, de tipo N, que pone en contacto el drenaje con la fuente. Por este canal puede circular una corriente. Recapitulando, por encima de un valor positivo V GS GS = V TH TH se posibilita la circulación de corriente I D (Figura 13). Nos encontramos ante una región de conducción lineal.
Figura 13: Esquema del transistor NMOS de enriquecimiento en conducción Si el valor de V DS DS aumenta, la tensión efectiva sobre el canal en las proximidades del drenaje V (V GS ) va disminuyendo, con lo que el canal se estrecha en dicha zona, y se s e pierde la GS DS DS linealidad en la relación I D - V DS DS. Finalmente se llega a una situación de saturación similar a la que se obtiene en el caso del JFET.
2.1.2 NMOS de empobrecimiento En la Figura 14 se presenta el esquema de un MOS de d e canal N de empobrecimiento.
Figura 14: Esquema del transistor NMOS de empobrecimiento En este caso el canal ya está creado. Por lo tanto, si con V GS GS = 0 aplicamos una tensión V DS DS aparecerá una corriente de drenaje I D. Para que el transistor t ransistor pase al estado de corte será necesario aplicar una tensión V GS GS menor que cero, que expulse a los electrones del canal.
Figura 15: Esquema del transistor NMOS de empobrecimiento en corte También en este caso, la aplicación de una V DS DS mucho mayor que V GS GS provoca una situación de corriente independendiente de V DS . DS
2.2 CURVAS CARACTERISTICAS Con los transistores MOS se manejan dos tipos de gráficas: la característica V GS GS - I D, con V DS DS constante, y la V DS DS - I D con V GS GS constante.
2.2.1 Transistor NMOS de enriquecimiento
Figura 16: Característica V GS GS - I D del transistor NMOS de enriquecimiento En la Figura 16 se pone de manifiesto cómo la intensidad I D aumenta bruscamente cuando se supera la tensión umbral V TH TH (Threshold Voltage ) y se crea el canal. Es un componente idóneo para conmutación, puesto que pasa de un estado de corte a uno de conducción a partir de un valor de la señal de control. En los dispositivos con el terminal de puerta de aluminio y el aislante de óxido de silicio, la tensión umbral está en torno a los cinco voltios.
Figura 17: Característica V DS DS - I D del transistor NMOS de enriquecimiento La característica V DS DS - I D del transistor NMOS de enriquecimiento es muy similar a la del JFET, pero los valores de V GS GS cambian: en este caso la conducción se da para voltajes positivos por encima del umbral.
2.2.2 Transistor NMOS de empobrecimiento
Figura 18: Característica V GS GS - I D del transistor NMOS de enriquecimiento El NMOS de empobrecimiento puede funcionar también como transistor de enriquecimiento. Si la tensión V GS GS se hace positiva se atraerán electrones al canal. Además, a diferencia de los JFET, la impedancia de entrada continua siendo muy elevada.
Figura 19: Característica V DS DS - I D del transistor NMOS de empobrecimiento
2.3 PARAMETROS COMERCIALES Los parámetros comerciales más importantes del transistor MOS son análogos a los de los JFET presentados en el apartado 1.3.
2.4 MODELOS CIRCUITALES Tal y como se ha visto, las curvas de funcionamiento de los transistores MOS son similares a las de los JFET. Por ello, todos admiten una representación circuital análoga.
2.4.1 Modelo estático de Schichman-Hodges El modelo estático del transistor MOSFET se denomina modelo de Schichman-Hodges. Es un modelo muy parecido al modelo de los transistores JFET, descrito anteriormente. El circuito
equivalente se compone de un interruptor abierto y una fuente de intensidad (Figura 20) cuyo valor I D depende de la región de funcionamiento del transistor.
Figura 20: Modelo de Schichman-Hodges para el transistor FETMOS Para el transistor NMOS de enriquecimiento las regiones de funcionamiento son: 1. Región de corte o o
Condición V GS GS
1. Región lineal. o
Condiciones: V GS GS>V TH TH
V GD GD < V TH TH V GS GS < V TH TH +V DS DS
Intensidad:
Donde K es una constante que depende del material y de las dimensiones del transistor
me es la movilidad de los electrones, que depende del material y la temperatura t emperatura W, L son la anchura y la longitud del canal. Factores geométricos que dependen del
diseño del transistor. C' OX OX es la capacidad por unidad de superficie del condensador que forman el metal de la puerta con el canal. Depende fuertemente del espesor del óxido de puerta.
1. Región de saturación o
Condiciones V GS GS > V TH TH
V GD GD > V TH TH V GS GS > V TH TH +V DS DS
Intensidad:
2.4.2 Modelo para señales alternas
Para el caso en el que el transistor soporte señales alternas de pequeña amplitud y baja frecuencia sobre un punto de polarización en región de saturación, puede demostrarse de forma análoga a como se ha realizado para el transistor JFET que la transconductancia gm se calcula a través de la siguiente expresión
3 APLICACIONES DE LOS TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO Las aplicaciones generales de todos los FET son:
3.1 ELECTRONICA ANALOGICA Para estas aplicaciones de emplean transistores preparados para conducir grandes corrientes y soportar elevadas tensiones en estado de corte.
Resistencias variables de valor gobernable por tensión (variando la anchura del canal). Amplificadores de tensión, especialmente en la amplificación inicial de señales de muy baja potencia. Control de potencia eléctrica entregada a una carga.
En el caso de la amplificación los circuitos se diseñan para que el punto de operación DC del MOS se encuentre en la región re gión de saturación. De este modo se logra una corriente de drenaje dependiente sólo de la tensión V GS GS.
3.2 ELECTRONICA DIGITAL Los MOS se emplean a menudo en electrónica digital, debido a la capacidad de trabajar entre dos estados diferenciados (corte y conducción) y a su bajo consumo de potencia de control. Para esta aplicación se emplean dispositivos de muy baja resistencia, de modo que idealmente pueda considerarse que:
La caída de tensión en conducción es muy pequeña. La transición entre el estado de corte y el de conducción es instantánea.
1. En un transistor NJFET con I DSS DSS=10mA y V P P = - 5 V se mide una intensidad de drenaje I D = 1mA. Hallar cuánto vale la tensión V GS si se admite que trabaja en la región de saturación. Hallar la tensión de alimentación E mínima para que el transistor trabaje en saturación.
1. En el circuito de la figura, se pide:
1.- La tensión V GS GS si se admite que el transistor está en saturación. 2.- Si V IN IN = 5V, calcular cuanto vale V DS DS. Datos del transistor: I DSS DSS = 5mA; V P P = - 3V
1. Sea el circuito de la figura formado por un transistor NJFET y una resistencia. Se pide: 1.- Indicar la región de funcionamiento del transistor. tr ansistor. 2.- Calcular el punto de operación del transistor. 3.- Si se cambia la resistencia por otra de valor 1k, hallar el nuevo punto de operación del transistor. Datos del transistor: I DSS DSS = 2mA; V P P = - 3V
1. El transistor NJFET de la figura tiene una IDSS=12mA y VP=-4V. Determinar el valor mínimo de E para que el transitor trabaje en la región de saturación.
1. Calcular los valores de V DS DS y V GS GS del transistor de la figura si se admite que I D=5mA.
1. Determinar el punto de operación del transistor FET de la figura suponiendo que se encuentra en zona de saturación. Datos: IDSS=5mA VP=-4V
1. Hallar el punto de operación del transistor de la figura. Datos: IDSS=15mA; VP=-10V
1. En el circuito de la figura, calcular la resistencia de entrada RIN y la tensión de salida VOUT. Si se conecta una resistencia de 4.7k a la salida del circuito, calcular la tensión de salida. Datos del transistor: I DSS=8mA, VP=-10V
1. En el circuito de la figura se ha utilizado un transistor t ransistor 2N5460. Calcular la ganancia de tensión del circuito. Nota: Utilizar para ello los valores medios de los parámetros del transistor.
1. Determinar la ganancia de tensión del circuito de la figura. Datos del transistor: gm=3.8 mmhos
1. El sencillo circuito de la figura es una fuente de corriente que alimenta una carga car ga RL. a) Calcúlese el valor de la corriente I que circula por esa carga si el transistor se encuentra en la región de saturación. b) Hallar la resistencia RL máxima que se puede alimentar con la intensidad hallada mediante el circuito anterior Si el transistor JFET de la figura es un transistor comercial 2N5486, calcular entre qué valores se puede esperar que varíe la intensidad I cuando el transistor trabaja en la región de saturación. Datos: Idss=10mA; VP=-5V.
1. Con el transistor 2N5457 y otros componentes que crea necesarios, diseñe una fuente de corriente constante de 0.2mA. ¿Cuál será la carga máxima que puede alimentar la fuente de corriente?
1. En el circuito de la figura, calcular la tensión de salida si la tensión de entrada es 3V. Considerar que el transistor trabaja en la región de saturación. Datos adicionales: R=100K; E=15V
1. La tensión de entrada Vin es una tensión que varía muy lentamente con el tiempo de manera que, se puede resolver el circuito mediante un análisis en continua. Si E=10V e ID=1mA, calcular la relación entre V out y Vin. ¿Qué intensidad ID se debe establecer en la fuente si se quiere que Vout=Vin? Datos del transistor: IDSS=3mA VP=-5V
1. En el circuito de la figura, si ambos transistores son idénticos y se encuentran térmicamente acoplados. Hallar la relación entre VOUT y VIN.
1. Determinar el valor de las salidas V 01 y V02 cuando VIN valga cero y diez voltios. Datos: VTH = 5 V. ECC = 20 V.
1. Para el diseño de una puerta puer ta lógica inversora, se realiza un esquema como el que se representa a continuación.
a) Calcular aproximadamente la potencia generada en la fuente de 8 Voltios en los estados lógicos '1' y '0' de la entrada (10 V. y 0 V. Respectivamente). b) ¿Qué misión tiene la resistencia r esistencia de 15 k?. 1. El siguiente circuito lógico está diseñado según la técnica CMOS (ComplementaryMOS). Se denomina así por que emplea en el mismo circuito transistores NMOS y PMOS.
a) Explicar su funcionamiento y determinar qué tipo de puerta lógica es. b) Comparar este circuito con el del anterior. ¿Qué ventajas presenta en cuanto a consumo de potencia?. 1. Seleccionar el transistor más apropiado para el circuito lógico siguiente (0 < V IN < 10V) (Calcular los parámetros comerciales del transistor): tr ansistor):
1. Determinar a qué tipo de puerta lógica corresponden los dispositivos de la figura (Entradas: V1 y V2; Salida: VO)
¿Qué consumo de potencia hay en los estados lógico '1' y '0' de ambos circuitos? 1. El circuito de la figura representa a un transistor actuando como un interruptor. Cuando se polariza la puerta con una tensión de 15V, el transistor deja pasar una corriente para alimentar la resistencia de carga. Al polarizar con 0V la puerta, el transistor permanece en corte. Se pide: a) Elegir un transistor MOS adecuado para realizar esta función. b) Calcular aproximadamente la pérdida de potencia en el transistor si la señal de entrada está comprendida entre 0 y 5V.
1. Un transistor NMOS de deplección tiene un V P=-2V y K=2mA/V2. Calcular la VDS mínima para operar en la región de saturación si VGS=1V. 2. El transistor MOSFET de deplección de la figura tiene una K=4mA/V2 y VP=-2V. Calcular la tensión de la fuente
1. Calcular los parámetros que toman las resistencias RD y RS del circuito de la figura para que el transistor opere con una ID=0.4mA y V D=1.Datos: VTH=2V; K=0.4mA/V2
1. Se desea diseñar un circuito de alarma para un coche de manera que al salir del coche con las luces encendidas, suene un zumbador. Para detectar la apertura de la puerta se dispone de un sensor magnético entre la puerta y el coche que se cierra con la puerta y da una señal de 0V. Al abrir la puerta, el sensor da una señal de 5V. Por otro lado, se tiene un dispositivo que detecta el paso de corriente en el circuito de iluminación. Se obtiene una señal de 5V con las luces encendidas y de 0V con las luces apagadas. El zumbador tiene que estar alimentado entre 1 y 16V y recibir una corriente de 30mA. Diseñe el circuito con los transistores MOSFET necesarios.
2.
ELECTRONICA DE POTENCIA: TIRISTORES
3. Los tiristores son una familia de dispositivos semiconductores de cuatro capas (pnpn), que se utilizan para controlar grandes cantidades de corriente mediante circuitos electrónicos de bajo consumo de potencia. 4. La palabra tiristor, procedente del griego, significa puerta. El nombre es fiel reflejo de la función que efectúa este componente: una puerta que permite o impide el paso de la corriente a través de ella. Así como los transistores pueden operar en cualquier punto entre corte y saturación, los tiristores en cambio sólo conmutan entre dos estados: corte y conducción. 5. Dentro de la familia de los tiristores, trataremos en este tutorial los tipos más significativos: Diodo Shockley, SCR (Silicon Controlled Rectifier), GCS (Gate Controlled Switch), SCS (Silicon Controlled Switch), Diac y Triac. 6. 1 EL DIODO SHOCKLEY 7. El diodo Shockley es un tiristor con dos terminales: ánodo y cátodo. Está constituido por cuatro capas semiconductoras que forman una estructura pnpn. Actúa como un interruptor: está abierto hasta que la tensión directa aplicada alcanza un cierto valor, entonces se cierra y permite la conducción. La conducción continúa hasta que la corriente se reduce por debajo de un valor específico ( I H H).
