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Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

A I C N A T S I D A L A N O I S E F O R P N Ó I C A M R O F

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Electrónica Básica

MÓDULO Electrotecnia

Título del Ciclo: TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR Título del Módulo: ELECTROTECNIA Dirección:

Dirección General de Formación Profesional. Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente. Dirección de la obra: Alfonso Gareaga Herrera Antonio Reguera García Arturo García Fernández Ascensión Solís Fernández Juan Carlos Quirós Quirós Luis María Palacio Junquera Manuel F. Fanjul Antuña Yolanda Álvarez Granda Coordinación de contenidos del ciclo formativo: Javier Cueli Llera Autor: Romualdo Pérez Fernández

DESARROLLO DEL PROYECTO: FUNDACIÓN METAL ASTURIAS Coordinación: Javier Maestro del Estal Monserrat Rodríguez Fernández Equipo Técnico de Redacción: Alfonso Fernández Mejías Ramón García Rosino Luis Miguel Llorente Balboa de Sandoval José Manuel Álvarez Soto Estructuración y desarrollo didáctico: Isabel Prieto Fernández Miranda Diseño y maquetación: Begoña Codina González Alberto Busto Martínez María Isabel Toral Alonso Sofía Ardura Gancedo Colección: Materiales didácticos de aula Serie: Formación Profesional Específica Edita: Consejería de Educación y Ciencia Dirección General de Formación Profesional Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente ISBN: 84-690-1473-0 Depósito Legal: AS-0593-2006 Copyright: © 2006. Consejería de Educación y Ciencia Dirección General de Formación Profesional Todos los derechos reservados. La reproducción de las imágenes y fragmentos de las obras audiovisuales que se emplean en los diferentes documentos y soportes de esta publicación se acogen a lo establecido en el artículo 32 (citas y reseñas) del Real Decreto Legislativo 1/2.996, de 12 de abril, y modificaciones posteriores, puesto que “se trata de obras de naturaleza escrita, sonora o audiovisual que han sido extraídas de documentos ya divulgados por vía comercial o por Internet, se hace a título de cita, análisis o comentario crítico, y se utilizan solamente con fines docentes”. Esta publicación tiene fines exclusivamente educativos. Queda prohibida la venta de este m aterial a terceros, así como la reproducción total o parcial de sus contenidos sin autorización expresa de los autores y del Copyright.

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12 Electr nica B sica

Sumario general Objetivos ............................................................................................

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Conocimientos .....................................................................................

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Introducción......................................................................................... 6 Contenidos generales............................................................................

6

El diodo................................................................................................

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Tipos de diodos. Circuitos con diodos................................................... 11 Los transistores ..................................................................................... 17 Fuentes de alimentación....................................................................... 21 Resumen .............................................................................................. 25 Autoevaluación .................................................................................... 26 Respuestas de actividades..................................................................... 28 Respuestas de autoevaluación............................................................... 30

3

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ódulo: Electrotecnia

Objetivos

Al finalizar el estudio de esta unidad serás capaz de:

r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m i l C , o í r F e d s e n o i c a l a t s n I e d o t n e i m i n e t n a M y e j a t n o M n e o c i n c é T

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

Describir los tipos de semiconductores que existen.



Diferenciar los distintos tipos de materiales en función de su conductividad.



Entender el principio de funcionamiento del diodo.



Describir los circuitos prácticos más habituales con diodos.



Describir los circuitos prácticos más habituales con transistores.



Describir los bloques estructurales de las fuentes de alimentación.



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Conocimientos que deberías adquirir CONOCIMIENTOSS • Semiconductor. • Unión PN. • Diodo. • Rectificador. • Transistror. • Amplificador. • Inversor. • SAI.

PROCEDIMIENTOS SOBRE PROCESOS Y SITUACIONESS • Simular mediante software, los circuitos prácticos más empleados con diodos. • Simular mediante software, los circuitos prácticos más empleados con transistores.

ACTITUDES S • Cumplir la normativa de seguridad de los laboratorios donde se realizan los ensayos.

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Introducción La electrónica es la rama de la física, y fundamentalmente una especialización de la ingeniería ue estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo microscópico de los electrones y otras partículas cargadas eléctricamente. r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m i l C , o í r F e d s e n o i c a l a t s n I e d o t n e i m i n e t n a M y e j a t n o M n e o c i n c é T

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Utiliza una gran variedad de dispositivos, desde las válvulas termoiónicas hasta los semiconductores. El diseño y la construcción de circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos forma parte de los campos de la Ingeniería electrónica, electromecánica y la informática en el diseño de software para su control. El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su tecnología se suele considerar una rama de la Física y química relativamente.

Contenidos generales En esta unidad estudiaremos fundamentalmente los diodos, los transistores y los circuitos de interés práctico que se realizan con ellos.

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El diodo Los diodos constituyen elementos básicos de los circuitos electrónicos y han contribuido de forma notoria al desarrollo de la Electrónica. Se utilizan como protectores de circuitos y en circuitos de rectificación elementales. Una característica principal que los define es que permiten el paso de corriente en un único sentido. ¿De qué materiales están hechos? ¿Existen distintos tipos?

Los semiconductores Desde el punto de vista eléctrico se habla de sustancias conductoras o aislantes en función de su comportamiento frente al paso de la electricidad a través de ellas. Se utiliza además el término semiconductor para designar a una sustancia que se comporta de distinta forma, como conductor o como aislante, dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores utilizados con más frecuencia son el silicio, el germanio y el galio y, entre ellos, el más utilizado es el silicio, aunque también se utilizan también combinaciones de elementos que presentan comportamientos similares a él: combinaciones de elementos de los grupos II y III (Ver tabla 1) con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). ELEMENTO

GRUPO

ELECTRONES EN ÚLTIMA CAPA

Cd

II A

2 e-

AL, Ga, B, In

III A

3 e-

Si, Ge

IV A

4 e-

P, As, Sb

VA

5 e-

Se, Te, (S)

VI A

6 e-

Tabla 1: Elementos semiconductores de uso habitual en electrónica

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

De un tiempo a esta parte se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, es decir que tienen 4 electrones en la capa de valencia. Éstos electrones forman parte de enlaces covalentes que mantienen unidos los átomos entre sí, formando la correspondiente estructura cristalina (son los llamados semiconductores intrínsecos ). La capacidad conductora de la sustancia depende de la facilicidad con que esos electrones de valencia pasan a la banda de conducción cuando absorben energía.


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Cuando un electrón salta a la banda de conducción, deja el correspondiente hueco en la banda de valencia. Si se somete el cristal a una diferencia de tensión, se producen dos corrientes eléctricas: 

Una debida al movimiento de los electrones libres de la banda de conducción.



Otra debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos.

Ésta última origina una corriente de huecos en la dirección contraria al campo eléctrico, de velocidad y magnitud muy inferior a la de la banda de conducción.

Fig. 1: Corrientes producidas en un conductor intrínseco.

Si a un semiconductor (intrínseco), se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristana sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. De esta forma, mediante el dopado se consiguen semiconductores tipo N y tipo P. Los semiconductores tipo N son aquéllos en los que cada átomo de silicio gana un electrón (tendrá 5) en la capa de valencia (fig 2).

Fig. 2: Semiconductor tipo N.

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Los semiconductores tipo P son aquéllos en los que cada átomo de silicio pierde un electrón (tendrá 3) en la capa de valencia (fig 3) y por tanto gana un hueco.

Fig. 3: Semiconductor tipo P.

Polarización del diodo Los diodos constan de dos partes, una de tipo N y la otra de tipo P, separadas por una juntura llamada barrera o unión. Esta barrera o unión es de 0,3 voltios en el diodo de germanio y de 0,7 voltios aproximadamente en el diodo de silicio (esta última versión es la más utilizada). Tal y como hemos visto, el semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones). Cuando se aplica una tensión positiva al lado P y una negativa al lado N (polarización directa), los electrones en el lado N son empu jados al lado P y fluyen a través del material P mas allá de los límites del semiconductor. Al mismo tiempo los huecos en el material P son empujados con una tensión negativa al lado del material N y fluyen a través del material N. Fig. 4: Polarización directa.

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En el caso opuesto, cuando se aplica una tensión positiva al lado N y una negativa al lado P (polarización inversa), los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son empujados al lado P. En este caso los electrones en el semiconductor no se mueven y en consecuencia no hay intensidad de corriente. r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m i l C , o í r F e d s e n o i c a l a t s n I e d o t n e i m i n e t n a M y e j a t n o M n e o c i n c é T

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Fig. 5: Polarización indirecta.

Un diodo sólo conduce la corriente en un sentido (P -> N) y debe de estar en polarización directa.

Los diodos se representan tal y como se indica a continuación. Los bornes del diodo reciben el nombre de ánodo (en la zona P) y cátodo (en la zona N.

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Tipos de diodos. Circuitos con diodos Cuando una bobina gira en el seno de un campo magnético, se induce una fuerza electromotriz (fme) alterna y senoidal. Ocurre sin embargo que las máquinas de corriente continua, como su propio nombre indica, deben funcionar con tensiones y corrientes de continua. ¿Cómo se puede conseguir transformar la fem en una tensión de corriente continua, para que este tipo de máquinas puedan funcionar? El proceso recibe el nombre de rect rectiificación.

El diodo rectificador La corriente y la tensión eléctrica que las compañías distribuyen a nuestras casas, comercios u otros, es alterna. Para que los artefactos electrónicos que habitualmente utilizamos puedan funcionar adecuadamente, la corriente alterna debe de convertirse en continua. Para realizar esta operación se utilizan diodos rectificadores que conforman circuitos rectificadores. Inicialmente se reduce el voltaje de la red (230 voltios AC) a uno más bajo como 12 o 15 voltios AC con ayuda de un transformador. A la salida del transformador se pone el circuito rectificador. La tensión en el secundario del transformador es alterna, y tendrá un semiciclo positivo y uno negativo. Durante el semiciclo positivo el diodo queda polarizado en directo, permitiendo el paso de la corriente a través de él (fig. 6).

Fig. 6.

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

Durante el semiciclo negativo, la corriente entregada por el transformador tenderá a circular en sentido opuesto a la flecha del diodo. Si el diodo es considerado ideal entonces éste actúa como un circuito abierto y no habrá flujo de corriente (fig. 7).


Fig. 7.

Este circuito recibe el nombre de rectificador de media onda y no se comercializa debido a su bajo rendimiento, ya que elimina la semionda negativa en la salida (fig.8). Fig. 8.

o Rectificador de doble onda en puente El circuito rectificador de onda completa de la figura 9, es el que se utiliza si lo que se desea es aprovechar toda la tensión del secundario del transformador. En este circuito el transformador es alimentado por una tensión alterna. Los diodos D1 y D3 Fig. 9: Circuito de onda completa. son polarizados en directo en el semiciclo positivo, mientras que los diodos D2 y D4 son polarizados en sentido inverso. Observa en la figura 10 que la corriente atraviesa la resistencia carga RL.

Fig. 10.

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En el semiciclo negativo, la polaridad del transformador es inversa a la del caso anterior; los diodos D1 y D3 son polarizados en sentido inverso, mientras que D2 y D4 se polarizan en sentido directo. La corriente, al igual que en el caso anterior, también pasa por la carga RL en el mismo sentido que en el semiciclo positivo (fig.11).

Fig. 11.

En la figura 12 se puede ver como es la tensión de salida. Su valor medio (la lectura de un voltímetro en DC) se calcula: V med (DC )

2 =

⋅

V max π

donde: Vmax = valor máximo de la tensión alterna de entrada al puente rectificador Vmed (DC) = valor medio de la tensión continua de salida

1

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a

Fig. 12.

En el secundario de un trafo 230/12 (V) se conecta un puente rectificador de cuatro diodos. ¿Cuál es la tensión continua que marca un polímetro a la salida?

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

Finalmente para conseguir que la tensión de salida sea más continua (más plana), se añade en paralelo a la salida un condensador electrolítico (de alta capacidad), que tarda mucho tiempo en cargarse y descargarse; se denomina filtro por condensador.


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Fig. 13.

El diodo LED El diodo emisor de luz, también conocido como LED ( Light- Em itting D iode) es un dispositivo que emite luz incoherente de espectro reducido, cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una intensidad. El color (longitud de onda), depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo, y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz ultravioleta también reciben el nombre de UV LED ( Ul tra V iolet Light- E mitting D iode) y los que emiten luz infrarroja suelen recibir la denominación de IRED ( In fra E mitting D iode).

Fig. 14: Diodo LED.

Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores, habiéndose generalizado su uso en otros electrodomésticos como equipos de aire acondicionado, equipos de música, etc. y en general para aplicaciones de control remoto, así como en dispositivos detectores. Los LEDs se emplean con profusión en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado) en dispositivos de señalización (de tránsito, de emergencia, etc.) y en paneles informativos (el mayor del mundo, del NASDAQ, tiene 36,6 metros de altura y está en Times Square, Manhattan). También se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal líquido de teléfonos móviles, calculadoras, agendas electrónicas, etc., así como en bicicletas y usos similares.

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El uso de diodos LED en el ámbito de la iluminación (incluyendo la señalización de tráfico) es moderado y es previsible que se incremente en el futuro, ya que, desde diversos puntos de vista, sus prestaciones son superiores a las de la lámpara incandescente y a las de la lámpara fluorescente. Fig. 15: Indicador mediante LED.

La iluminación con LEDs presenta indudables ventajas: fiabilidad y mayor eficiencia energética. Actualmente está de moda la instalación de óculos realizados con LED’s en viviendas y locales comerciales. Fig. 16: Iluminación mediante LED:

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a

Cita varios ejemplos cotidianos en los que se utilicen diodos LED.

El diodo láser El diodo láser es un dispositivo semiconductor similar a los diodos LED pero que bajo las condiciones adecuadas emite luz láser. A veces se los denomina diodos láser de inyección, o por sus siglas inglesas LD o ILD. Fig. 17: Diodo láser.

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

El fotodiodo Un fotodiodo es sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz.


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Debido a su construcción, los fotodiodos se comportan como células fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad. Fig. 18: Fotodiodo.

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Los transistores Analistas e investigadores afirman que el transistor es la invención más importante del siglo XX. Hace 60 años, el 16 de diciembre de 1947, tres físicos, William Shockley, John Bardeen, y William Brattain, crearon el primer transistor. Ocurría en los laboratorios Bell en Murray Hill, New Jersey. Sin la invención del transistor no habría microprocesadores, los televisores serían de tubos, seguramente no existirían las empresas Microsoft o Google, entre otras... El modo de desarrollar muchas de nuestras actividades cotidianas cambió a partir de la invención del transistor: la forma de escuchar música, llamar por teléfono, pagar cuentas..., y fíjate en este dato: el último procesador de Intel contiene 820 millones de transistores y se espera que, en 10 o 15 años, las compañías incluirán de 10 a 15 miles de millones de transistores en un chip.

El transistor bipolar (BJT) El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio. Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP; la dirección del flujo de la corriente en cada caso, está indicado por la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor.

Fig. 19: Transistores bipolares.

El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor (fig. 20).

Fig. 20: Transistores NPN y PNP.

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

Los modos de funcionamiento del transistor son 2: 

Zona activa: en ella se comporta como un amplificador de corriente, de tal forma que la intensidad de colector será múltiplo de la intensidad de base. La relación entre ambas se llama ganancia de corriente (β). Ic


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=

β IB ⋅

Gracias a esta propiedad del transistor y debido a su reducido tamaño, ha sido posible fabricar pequeños amplificadores de señal, que han posibilitado la aparición en el mercado de los dispositivos de radio de bolsillo, comúnmente denominados, aunque de forma errónea, transistores. 

Conmutación: en esta forma de trabajo, el transistor trabaja entre C y E a modo de contacto, controlado por la corriente de base. Funciona de forma similar a un relé, pero puede trabajar a frecuencias de conmutación mucho mayores.

El transistor de efecto de campo Los transistores de efecto de campo más conocidos son los JFET -O xide -S emiconductor FET ). ransistor ), MOSFET (M etal T

( J unction F ield E ffect

Fig. 21: Transistor de efecto de campo.

Tienen tres terminales. Una de ellas es la denominadas puerta (Gate) que es la equivalente a la base del BJT, y que regula el paso de corriente por las otras dos terminales, llamadas drenador (drain) y fuente (source). Presentan diferencias de comportamiento respecto a los transistores bipolares. Una diferencia significativa es que, en los MOSFET, la puerta no absorbe intensidad en absoluto, frente a los BJT, donde la intensidad que atraviesa la base es pequeña en comparación con la que circula por las otras terminales, pero no siempre puede ser despreciada. En conmutación son más rápidos que los bipolares.

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Circuitos con transistores o Funcionamiento en zona activa Debido a su potencial de amplificación de señal, el transistor en zona activa se utiliza para implementar circuitos amplificadores, ya sean discretos (con componentes independientes) o integrados. En la figura 22 se representa el esquema de un etapa de potencia en un amplificador de audio, con dos transistores en zona activa (configuración push-pull).

Fig. 22.

Formando circuitos integrados, aparecieron en los años 70 los amplificadores operacionales. Se caracterizan por su pequeño tamaño y su elevada ganancia.

Fig. 23.

En la figura 23 se muestra la estructura interna del AO LM741, base de muchos circuitos electrónicos analógicos como calculadoras, televisores, videos ,etc. En Fig. podemos ver su estructura interna.

Fig. 24.

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




o Funcionamiento en conmutación Curiosamente dos de los campos más poderosos de la electrónica actual, se basan en transistores funcionando en conmutación (comportándose como interruptores a gran velocidad). Por una lado en la “Electrónica de potencia”, los transistores son la base de todos los dispositivos de control de potencia y de los inversores (convertidores DC/AC). Los convertidores de frecuencia que estudiaste en la UD10, trabajan de esta forma. r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m i l C , o í r F e d s e n o i c a l a t s n I e d o t n e i m i n e t n a M y e j a t n o M n e o c i n c é T

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Fig. 25.

Por otro lado, en los circuitos integrados digitales, desde una pequeña puerta lógica hasta un avanzado microprocesador, todas las operaciones binarias (bit 1 o bit 0) se realizan con transistores conmutados.

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a

Cita varios ejemplos de circuitos integrados que conozcas.

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Fuentes de alimentación Para el correcto funcionamiento de muchos receptores eléctricos, es necesario convertir la energía eléctrica que los alimenta. La tensión de red es alterna, pero sin embargo todos los receptores que incluyen placas electrónicas necesitan alimentarse en tensión continua (conversión AC/DC). A su vez los motores trifásicos de corriente alterna, necesitan tensión de frecuencia variable para poder regular la velocidad. Esta tensión se obtiene a partir de una tensión continua (conversión DC/AC).

Fuente de alimentación AC/DC Como su propio nombre indica, estos dispositivos transforman la tensión alterna de 50 Hz de red, en tensión continua. Éste último tipo de tensión es la adecuada para alimentar toda la electrónica de los equipos de consumo, tales como televisores, videos, equipos HIFI, móviles, etc. En la figura 26 se representa el diagrama de bloques de una fuente de alimentación AC/DC.

Fig. 26: Diagrama de bloques de una fuente de alimentación AC/DC.

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




La misión de cada uno de los bloques representados es la siguiente:


22



Transformador: reduce la tensión desde los 230 V de red a un valor que normalmente oscila entre 12 y 36 V.



Rectificador: convierte los semiciclos negativos de tensión en positivos, en el caso de que sea un rectificador de doble onda.



Filtro: disminuye el rizado de la tensión, dejándola más plana. El más utilizado es el filtro por condensador.



Regulador: aplana totalmente y estabiliza la tensión de salida. Los reguladores más utilizados son circuitos integrados de la familia LM78XX. Puedes ver en la figura 27 el regulador LM7812. Fig. 27: Regulador LM7812.

Fuentes de alimentación ininterrumpida (SAI) Un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) es un dispositivo que garantiza el suministro de tensión alterna a 50 Hz, en el caso de un corte en la tensión de red. Para ello se apoya en una o varias baterías, que actúan como fuente de energía cuando falla la red. Observa su diagrama de bloques característico en la figura 28.

Fig. 28: Diagrama de bloques de fuente de alimentación ininterrumpida.

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En funcionamiento normal el interruptor Q se encuentra en la posición 1 y, el voltaje de red de la entrada se comunica a la salida. Simultáneamente y mediante un rectificador, se carga la batería. Cuando falla la tensión de red, el interruptor Q conmuta a la posición 2 y el inversor convierte la tensión continua de la batería en tensión alterna de 50 Hz, que alimenta a la carga. Actualmente los SAI’s son muy utilizados para garantizar el suministro de los equipos informáticos, cuya continuidad de funcionamiento es importante. Fig. 29.

El elemento clave de un SAI es evidentemente el inversor. Como ya viste en el apartado anterior, el inversor se basa en la conmutación de transistores. Pero… ¿cómo funciona realmente? En la figura 30 puedes ver un inversor monofásico en puente. Fig. 30: Inversor monofásico en puente.

Los transistores funcionan en cruz y por parejas, permaneciendo en cada instante dos en saturación (interruptor cerrado) y dos en corte (interruptor abierto). Vamos a analizar ambos intervalos de funcionamiento.  Q1-Q4 cerrados y Q2-Q3 abiertos.

En la figura 31 se aprecia fácilmente como la tensión en la salida (entre A y B) es +12 V.

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




 Q1-Q4 abiertos y Q2-Q3 cerrados.

En la figura 32 se ve fácilmente como la tensión en la salida (entre A y B) es - 12 V.


24

Fig. 32.

Si estos intervalos se repiten periódicamente, la forma de la tensión de salida es la que puedes ver en figura 33. Evidentemente aún no es senoidal pura, pero sí es alterna. Mediante unos sofisticados circuitos esta tensión llamada onda cuadrada, se transforma en senoidal.

Fig. 33.

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a

¿Cuál sería la tensión de salida si el transistor Q3 se quedase en circuito abierto para siempre?

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Resumen Diodos

Transistores

Fuentes



Es un elemento formado por dos semiconductores, uno tipo N y el otro tipo P.



Los semiconductores son materiales cuya conductividad eléctrica depende de las condiciones eléctricas de alimentación.



Los diodos en polarización directa, conducen intensidad desde ánodo a cátodo y se comportan como un interruptor cerrado.



Los diodos en polarización inversa, no conducen intensidad y se comportan como un interruptor abierto.



Los circuitos con diodos más utilizados son los rectificadores, los cuales convierten los semiciclos negativos de la tensión AC, en semiciclos positivos.



El transistor es el componente electrónico semiconductor más utilizado. Presenta 3 pins o terminales de conexión.



Existen fundamentalmente 3 tipos de transistores: los bipolares y los de efecto de campo (FET y MOSFET).



Si trabajan en zona activa se usan principalmente para implementar amplificadores, sintonizadores, etc.



Si trabajan en conmutación son la base de la electrónica de potencia (inversoras, convertidores, etc) y de la electrónica digital (lógica binaria ‘1’ ‘0’).



Las fuentes de alimentación AC/DC convierten la tensión alterna de red en continua, garantizando la estabilidad de la tensión ante variaciones de la carga.



Un SAI (sistema de alimentación ininterrumpida), genera tensión alterna de 50 Hz a partir de baterías de continua, para garantizar el suministro en caso de fallo en la red.

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




Autoevaluación 1. Responde razonadamente si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

V F


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a. El diodo conduce cuando se le polariza directamente.





b. En polarización directa, la intensidad va de ánodo a cátodo.





c. En polarización inversa, la intensidad va de cátodo a ánodo.





d. En un rectificador de media onda, siempre conducen a la vez dos diodos, mientras que los otros 2 están en polarización inversa.





e. En un rectificador de doble onda en puente, siempre conducen a la vez dos diodos, mientras que los otros 2 están en polarización inversa.





f. Un diodo LED en polarización inversa, conduce pero no emite luz.





g. La potencia consumida por una carga equilibrada, es el triple de la consumida por cada impedancia.





2. En secundario de un trafo hay una tensión eficaz de 24V/50Hz, que alimenta a un

rectificador de doble onda. ¿Cuál es el valor medio de la tensión de salida del rectificador?

3. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

V F a. Los transistores en zona activa sirven para amplificar.





b. Un amplificador operacional es un circuito integrado digital.





c. En un variador de frecuencia los transistores funcionan en conmutación.





d. En un inversor monofásico en puente, conducen en cada momento 2 transistores mientras que los otros 2 están en corte.





e. En los circuitos digitales los transistores funcionan saturados.





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4. Indica si las siguientes afirmaciones, referidas a un SAI, son verdaderas o falsas.

V F a. En algún lugar del circuito debe haber un rectificador.





b. SI la red AC no falla, la carga se alimenta directamente de ésta.





c. Ante un fallo de red, la autonomía del SAI depende del tiempo que tarde la batería en gastarse.





d. El elemento más importante del SAI es el convertidor DC/AC.





27




Respuestas Actividades 1. Debes recordar que el valor máximo de una senoidal es:

Vmax

2 Veficaz

=

⋅

Por tanto


28

Vmed (DC)

2 Vmax π

2 ( 2 Veficaz ) ⋅

⋅

=

=

⋅

π

2( 2 12) ⋅

=

π

=

10,8 V

2. Son ejemplo de diodos LED:  Óculos para empotrar en los  Todos los

techos y luces especiales de ambiente.

displays de electrodomésticos.

 Algunos semáforos modernos (cada luz  Pilotos de stand by

implementada con muchos LEDs).

de electrodomésticos.

3. Son ejemplos de circuitos integrados digitales:  Microprocesadores y  Memoria

microcontroladores.

(DDR, DDR2, SDRAM, etc.).

 BIOS.  Convertidores

A/D y D/A en tarjetas de video, audio, etc.



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4. En el intervalo donde a Q3 le toque conducir, tendríamos un circuito abierto luego

la tensión de salida sería 0.

La forma de onda resultante será entonces:

29






Respuestas Autoevaluación 1. Las afirmaciones son:


30

a. b. c. d. e.

Verdadera. Verdadera. Verdadera. Falsa. En polarización inversa no conduce. Falsa. Un rectificador de media onda sólo presenta un diodo.d Falsa. Conducen 2 a la vez, pero no siempre los mismos; se intercambian en función de la polaridad de la tensión AC de entrada. f. Falsa. Es un diodo, por tanto en polarización inversa no conduce y no emite luz.

2. Recuerda que:

Vmed (DC)

2 Vmax ⋅

=

π



Vmax: valor máximo de la tensión alterna de entrada al puente rectificador.



Vmed (DC): valor medio de la tensión continua de salida.

También debes recordar que el valor máximo de una senoidal es: Vmax

2 Veficaz

=

⋅

Por tanto: Vmed (DC)

2 Vmax π

2 ( 2 Veficaz ) ⋅

⋅

=

=

⋅

π

2 ( 2 24) ⋅

=

⋅

π

=

21,6 V

d a d i n U


3. Las afirmaciones son:

a. Verdadera. En zona activa multiplican la corriente de base del colector. b. Falsa. Es un circuito integrado analógico, pues los transistores funcionan amplificando (zona activa). c. Verdadera. Los transistores en conmutación son la base de la electrónica de potencia. e. Verdadera. Los transistores conducen dos a la vez y en cruz. f. Falsa. Funcionan en conmutación (saturación y corte) pero no necesariamente saturados.

4. Las afirmaciones son:

a. Verdadera. Mientras no falle la red, ésta se encarga de cargar la batería continua, luego es necesario un rectificador (cargador de baterías en el esquema) para no alimentar la batería con tensión alterna. b. Verdadera. El interruptor Q está en la posición 1. c. Verdadera. Si la batería se descarga, el inversor no recibe tendión en entrada y no suministrará tensión de salida. e. Verdadera. El convertidor DC/AC o inversor es el “corazón” del circuito.

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Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor

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