Unidad Vii_componentes Electronicos Basicos

UNIDAD VII COMPONENTES ELECTRÓNICOS ELECTRÓNICOS BASICOS

OBJETIVO DE LA UNIDAD: ANALIZAR, IDENTIFICAR Y DIFERENCIAR LOS COMPONENTES ELECTRÓNICOS BÁSICOS.

TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 1


LAS RESISTENCIAS Es un componente pasivo, es decir no genera intensidad ni tensión en un circuito. Su comportamiento se rige por la ley de Ohm.

Su valor lo conocemos por el código de colores, también puede ir impreso en cuerpo de la resistencia directamente. Una vez fabricadas su valor es fijo. SIMBOLOS

UNIDAD Ω

CARACTERISTICAS TÉCNICAS GENERALES 

Resistencia Resistencia nominal: nominal: Es el valor teórico esperado al acabar el proceso de fabricación.



Tolerancia: Diferencia entre las desviaciones superior e inferior . Se da en tanto por ciento. Nos da una idea de la precisión del componente. Cuando el valor de la tole tolera ranc ncia ia es gran grande de pode podemo moss deci decirr que que la resi resist sten enci cia a es poco poco prec precis isa, a, sin sin embargo cuando dicho valor es bajo la resistencia es más precisa.



Potencia nominal: Potencia que el elemento puede disipar de manera continua sin sufrir deterioro. Los valores normalizados más utilizados son : 1/8, 1/4, 1/4, 1/2, 1, 2.....

TIPOS DE RESISTENCIAS TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 2


LAS RESISTENCIAS Es un componente pasivo, es decir no genera intensidad ni tensión en un circuito. Su comportamiento se rige por la ley de Ohm.

Su valor lo conocemos por el código de colores, también puede ir impreso en cuerpo de la resistencia directamente. Una vez fabricadas su valor es fijo. SIMBOLOS

UNIDAD Ω

CARACTERISTICAS TÉCNICAS GENERALES 

Resistencia Resistencia nominal: nominal: Es el valor teórico esperado al acabar el proceso de fabricación.



Tolerancia: Diferencia entre las desviaciones superior e inferior . Se da en tanto por ciento. Nos da una idea de la precisión del componente. Cuando el valor de la tole tolera ranc ncia ia es gran grande de pode podemo moss deci decirr que que la resi resist sten enci cia a es poco poco prec precis isa, a, sin sin embargo cuando dicho valor es bajo la resistencia es más precisa.



Potencia nominal: Potencia que el elemento puede disipar de manera continua sin sufrir deterioro. Los valores normalizados más utilizados son : 1/8, 1/4, 1/4, 1/2, 1, 2.....

TIPOS DE RESISTENCIAS TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 2


Resistencias Fijas 

Aglomeradas: Barra Barrass comp compue uest stas as de graf grafito ito y una una resi resina na aglo aglome mera rant nte. e. La resistencia varía en función de la sección, sección, longitud y resistividad de la mezcla. mezcla.

Aglomeradas 

De película de carbón y película metálica

bobinadas

De película de carbón: Se enrolla una tira de carbón sobre un soporte cilíndrico cerámico.



De película metálica: El proceso de fabricación es el mismo que el anterior pero la tira es una película metálica. Los metales más utilizados son Cromo, Molibdeno, Wolframio y Titanio. Son resistencias muy estables y fiables.



Bobinadas: Tienen enrolladas sobre un cilindro cerámico, un hilo o cinta de una determinada resistividad. Se utilizan las aleaciones de Ni-Cr-Al y para una mayor precisión las de Ni-Cr. Disipan grandes potencias. Los modelos más importantes son : Cementados, vitrificados y esmaltados.

Bobinadas



RESISTENCIAS VARIABLES

Las resistencias variables de carbón se construyen colocando sobre un disco de fibra un compuesto de carbón. Además tiene un brazo móvil de contacto que a medida que gira su eje modifica la resistencias. Las resistencias variable de metal se fabrican arrollando alambre de resistencias sobre un aro de porcelana. También constan de un brazo de contacto que se acoplan en cualquier posición del aro por medio de un eje rotatorio. Para hacer variar una resistencia con respecto a uno o dos extremos de la misma se puede unir un terminal con el contacto móvil. Las resistencias de rabón se utiliza para controlar corrientes pequeñas, pero el tamaño e la resistencia esta en relación con su capacidad, ya que a mayor tamaño, mayor es la cantidad de material para absorber y transmitir calor.

USO DE LAS RESISTENCIAS VARIABLES Las resistencias variables se pueden usar de dos maneras: como reóstato y como potenciómetro.

Como Reóstato 

Cuando la resistencia tiene dos terminales en este caso sirve como reóstato. r eóstato.



Cuando la resistencia posee tres terminales, se conectan como reóstato así: dos terminales se unen con el circuito eléctrico, para variar la resistencia entre ambos terminales; el otro terminal se conecta con uno de los terminales de los extremos, entonces la resistencia variable actúa como un reóstato. TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 4


Como Potenciómetro 

La resistencia esta conectada como potenciómetro si cada uno de los tres terminales se unen con distancias partes del circuito. Como la resistencia entre los terminales de los extremos es siempre la misma, resulta que el brazo variab variable le puede puede cambia cambiarse rse a cualqu cualquier ier posici posición ón entre entre los termin terminale aless de los extremos.



El potenciómetro varia la resistencia entre cada extremo y el contacto central, modificándose las resistencias a medida que se mueve el contacto variable, resultando que una resistencia aumenta, mientras que l a otra disminuye.

Potenciómetro de de pe película de de ca carbón

Potenciómetro de de hi hilo

Símbolos de del po potenciómetro

Norm Normal alme ment nte e el term termin inal al cent centra rall corr corres espo pond nde e al curs cursor or o part parte e móvi móvill del del componente y entre los extremos se encuentra la resistencia.

CARACTERISTICAS TECNICAS 

Resistencia nominal: Es el valor teórico que debe presentar en sus extremos. Se marca directamente sobre el cuerpo del componente.



Ley de variación: Indica el tipo de variación y son: antilogaritmicos, en “S”, lineal y logarítmico.



Potencia: Las resistencias se pueden clasificar también en función de su potencia. Esto hay que tenerlo en cuenta a la hora de montarlos en un circuito, puesto que la misión de estos componentes es la de disipar energía eléctrica en forma de calor. Por lo tanto, no es suficiente con definir su valor en óhmios, también se debe conocer su potencia. Las mas usuales son: 1/8 w, 1/4 w, 1/2 w, 1w, 2w, 4w, 8w y 10w.

CÓDIGO DE COLORES:


UNIDAD VII COMPONENTES ELECTRÓNICOS BASICOS

Consiste unas

en

bandas que se imprimen en el componente y

que

nos

sirven

para

saber el valor

de

éste.

Hay

resistencias de 4, 5 y

6

anillos

color.

Para saber el

valor

tenemos

utilizar

el

que

método

siguiente: primer

de

el

color indica las decenas,

el

segundo

las

unidades, y con estos dos colores tenemos un número que tendremos que multiplicar por el valor equivalente del tercer color; y el resultado es el valor de la resistencia. El cuarto color es el valor de la tolerancia. (4 bandas). Para resistencias de cinco o seis colores tres colores primeros para formar el número que hay que multiplicar por el valor equivalente del cuarto color. El quinto es el color de la tolerancia; y el sexto (para las resistencias de 6 anillos), es el coeficiente de temperatura. En la figura, se da la tabla de los colores normalizados.

Ejemplos:



Rojo, blanco, amarillo, oro

Azul, negro, oro, marrón

Rojo, amarillo, azul, oro

290000 Ω ± 5%

6 Ω ± 1%

24000000 Ω ± 5%

Sin embargo debido al avance de la tecnología que no para, las resistencias han sufrido sus cambios. De esta se ha tenido un avance en cuanto a su tecnología de fabricación y tamaño. Hablo de las resistencias con tecnología SMD (Surface Mounted Device); significa que son componentes de tamaño muy reducido y que son ubicados en la cara del impreso en la plaqueta del circuito. Su tamaño y forma es como lo muestra l a siguiente figura.

La manera como se lee el valor de ellas es mas simple que con el código de colores, ya que las bandas de colores son reemplazadas por sus equivalentes numéricos y así se estampan en la superficie de la resistencia; la banda indicadora de tolerancia desaparece, y la ausencia de otra indicación nos dice que se trata de una resistencia con una tolerancia del 5%.

Esta resistencia es de 100K, pues tenemos a la izquierda el número 1, luego un 0 y por último un 4 que representa el número de ceros que vienen a se cuatro ceros, para un resultado igual a: 100000. Su tolerancia es del 5%. TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 7


Cuando estas son de cuatro dígitos nos indica que su tolerancia es del 1%, es decir que son de precisión. Debido a que en los dispositivos de montaje superficial el espacio disponible es muy reducido se intenta en lo posible aprovechar este espacio optimizando la información presentada. Esta clase de optimización puede en algunos casos causar confusión, sin embargo veamos que todos los valores son interpretables.

Para el primer caso, la resistencia nombrada 47, se le ha aplicado una rutina común en muchos fabricantes que es la de la supresión del cero innecesario. Es decir estamos ante una resistencia que normalmente debería tener estampado el número 470 (47ohms), pero que se le ha quitado el 0 por conveniencia. Este es un caso común en prácticamente todas las resistencias con 2 cifras. La

segunda

cuyo

valor

leemos

es:

su

valor

es

de:

1R00

La R representa al punto decimal, es decir deberíamos leer "uno-punto-cero-cero". Aquí el cuarto dígito manifiesta la importancia de la precisión (1%). O sea una resistencia de 1 Ohmio con una desviación máxima de error de +/- 0.5% La tercera resistencia 1R2 es similar a la anterior, sin embargo a diferencia de este se le ha aplicado la supresión del cero por lo que deberíamos entender que se trata de una resistencia de 1.2 ohmios con una tolerancia del 5%. La cuarta resistencia R33. Tenemos el valor 0.33 al cual se le suprimió el cero. La ausencia de un cuarto dígito nos dice que se trata de una resistencia "común" de 0.33 Ohmios 5%. El último caso es uno de los más comunes y en general abundan en muchas placas con dispositivos SMD. El 000 nos dice que se trata de un resistor de cero Ohmios, es decir un simple conductor. Esto es debido a que la densidad del trazado es tan alta que no queda otro remedio que recurrir al viejo "puente". En otros casos estos componentes son usados como protección fusible aprovechando las dimensiones reducidas del material conductor.



RESISTENCIAS DEPENDIENTES DE LA LUZ LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR) La resistencia de este tipos de componentes varia en función de la luz que recibe en su superficie. Así, cuando están en oscuridad su resistencia es alta y cuando reciben luz

su

resistencia

disminuye

considerablemente.

Los materiales que intervienen en su construcción son Sulfuro de Cadmio, utilizado como elemento sensible a las radiaciones visibles y sulfuro de plomo se emplean en las LDR que trabajan en el margen de las radiaciones infrarrojas. Estos materiales se colocan en encapsulados

de

vidrio

o

resina.

Su uso más común se encuentra en apertura y cierre de puertas, movimiento y paro de cintas trasportadoras, ascensores, contadores, alarmas, control de iluminación...

Símbolos de la LDR

Aspecto físico real de las fotocélulas o LDR

Las características técnicas se estudian teniendo en cuenta la variación de su resistencia en función de la luz que reciben en su superficie en lux.

RESISTENCIAS DEPENDIENTES DE LA TEMPERATURA NTC (Negative Temperature Coefficient) Coeficiente De Temperatura Negativa Es un componente, al igual que la PTC (Coeficiente De Temperatura Positivo), que varia su resistencia en función de la temperatura. Así, cuando reciben una temperatura mayor que la de ambiente disminuye su valor óhmico y cuando es baja o de ambiente aumenta.



Símbolo de la NTC

Identificación por bandas de colores

Aspecto físico real de una NTC

Suelen construirse con óxido de hierro, de cromo, de manganeso, de cobalto o de níquel. El encapsulado de este tipo de resistencia dependerá de la aplicación que se le vaya a dar. Por ello nos encontramos NTC de disco, de varilla, moldeado, lenteja, con rosca para chasis... Los fabricantes identifican los valores de las NTC mediante dos procedimientos: serigrafiado directo en el cuerpo de la resistencia, y mediante bandas de colores, semejante a las resistencias y siguiendo su mismo código, teniendo en cuenta que el primer color es el que está más cercano a las patillas del componente según se observa en la figura. Su curva característica se realiza entre dos parámetros, la resistencia y la temperatura. Sus aplicaciones más importantes están: medidas, regulación y alarmas de temperatura, regulación de la temperatura en procesos de elaboración, termostatos, compensación de parámetros de funcionamiento en aparatos electrónicos (radio, TV...).

PTC (Positive Temperature Coefficient) COEFICINTE DE TEMPERATURA POSITIVO En este componente un aumento de temperatura se corresponde con un aumento de resistencia. Se fabrican con titanato de bario. Sus aplicaciones más importantes son: en motores para evitar que se quemen sus bobinas, en alarmas, en TV y en automóviles (temperatura del agua). El concepto de los encapsulados de las PTC se rige por los mismos criterios que una

NTC,

siendo

sus

aspectos

muy

parecidos


a

los

mismos.


Su curva característica se realiza entre dos parámetros, la resistencia y la temperatura. La identificación de los valores de estos dispositivos se realiza mediante franjas de colores en el cuerpo de los mismos que hacen referencia a un determinado tipo. Para deducir sus características se recurre a los catálogos de los fabricantes. Los márgenes de utilización de las NTC y PTC están limitados a valores de temperatura que no sobrepasan los 400ºC.

Símbolo de la PTC

Identificación por banda de colores

Aspecto físico real de una PTC

RESISTENCIAS DEPENDIENTES DE LA TENSIÓN VDR (Voltage Dependent Resistor) RESISTENCIA DEPENDIENTE DE LA TENSION La propiedad que caracteriza esta resistencia consiste en que disminuye su valor óhmico cuando aumenta bruscamente la tensión. De esta forma bajo impulsos de tensión se comporta casi como un cortocircuito y cuando cesa el impulso posee una alta resistividad. Sus aplicaciones aprovechan esta propiedad y se usan básicamente para proteger contactos móviles de contactores, relés, interruptores.., ya que la sobre intensidad que se produce en los accionamientos disipa su energía en el varistor que se encuentra en paralelo con ellos, evitando así el deterioro de los mismos, además, como protección contra sobre tensiones y estabilización de tensiones, adaptación a aparatos de medida...



Símbolo de la VDR

Aspecto físico real de una VDR

Se utilizan en su construcción carburo de silicio, óxido de zinc, y óxido de titanio.

LAS BOBINAS

Son componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica.

Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o al aire. Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional pero se suelen emplear los submúltiplos µΗ .mΗ

Sus símbolos normalizados son los siguientes:

Bobina

Inductancia

Bobina con tomas fijas

Bobina con núcleo ferromagnético

Bobina con núcleo de ferroxcube

Bobina blindada



Bobina electroimán

Bobina ajustable

Bobina variable

Existen bobinas de diversos tipos según su núcleo y según tipo de arrollamiento. Su aplicación principal es como filtro en un circuito electrónico, denominándose comúnmente, choques.

CARACTERÍSTICAS 

Permeabilidad magnética: es una característica que tiene gran influencia sobre el núcleo de las bobinas respecto del valor de la inductancia de las mismas. Los materiales ferromagnéticos son muy sensibles a los campos magnéticos y producen unos valores altos de inductancia, sin embargo otros materiales presentan menos sensibilidad a los campos magnéticos. El factor que determina la mayor o menor sensibilidad a esos campos magnéticos se llama permeabilidad magnética. Cuando este factor es grande el valor de la inductancia también lo es.



Factor de calidad (Q): Relaciona la inductancia con el valor óhmico del hilo de la bobina. La bobina será buena si la inductancia es mayor que el valor óhmico debido al hilo de la misma.



Energía almacenada: La bobina almacena energía eléctrica en forma de campo magnético cuando aumenta la intensidad de corriente, devolviéndola cuando ésta disminuye. Matemáticamente se puede demostrar que la energía,

, almacenada

por una bobina con inductancia L, que es recorrida por una corriente de intensidad

I, viene dada por:



TIPOS DE BOBINAS FIJAS 

Con núcleo de aire: El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas. Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.



Con núcleo sólido: Poseen valores de inductancia más altos que los anteriores debido a su nivel elevado de permeabilidad magnética. El núcleo suele ser de un material ferromagnético. Los más usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se desean eliminar son bajas se utilizan núcleos parecidos a los de los transformadores (en fuentes de alimentación sobre todo). Así nos encontraremos con las configuraciones propias de estos últimos. Las secciones de los núcleos pueden tener forma de EI, M.



Bobina de ferrita

Bobina de ferrita de nido de abeja

Bobinas de ferrita para SMD

Bobinas con núcleo toroidal

Las bobinas de nido de abeja se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos de radio en las gamas de onda media y larga. Gracias a la forma del bobinado se consiguen altos valores inductivos en un volumen mínimo. Las bobinas de núcleo toroidal se caracterizan por que el flujo generado no se dispersa hacia el exterior ya que por su forma se crea un flujo magnético cerrado, dotándolas de un gran rendimiento y precisión. La bobinas de ferrita como su nombre lo indica son bobinas arrolladas sobre núcleo de ferrita, normalmente cilíndricos, con aplicaciones en radio es muy interesante desde el punto de vista práctico ya que, permite emplear el conjunto como antena colocándola directamente en el receptor.

Bobina de ferrita y bobina grabadas en cobre Las bobinas grabadas sobre el cobre , en un circuito impreso tienen la ventaja de su mínimo coste pero son difícilmente ajustables mediante núcleo.

VARIABLES También se fabrican bobinas ajustables. Normalmente la variación de inductancia se produce por desplazamiento del núcleo. Las bobinas blindadas pueden ser variables o fijas, consisten encerrar la bobina dentro de una cubierta metálica cilíndrica o cuadrada, cuya misión es limitar el flujo electromagnético creado por la propia bobina y que puede afectar negativamente a los componentes cercanos a la misma.



IDENTIFICACIÓN DE LAS BOBINAS Las bobinas se pueden identificar mediante un código de colores similar al de las resistencias o mediante serigrafía directa. Las bobinas que se pueden identificar mediante código de colores presentan un aspecto semejante a las resistencias.

Color Negro Marrón Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Oro Plata Ninguno

1ª Cifra y 2ª Cifra 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

Multiplicador 1 10 100 1000 0,1 0,01 -

Tolerancia ±3% ±5% ±10% ±20%

El valor nominal de las bobinas viene marcado en microhenrios ( .)Ηµ

Autoinducción Una variación de la intensidad de corriente (

) dará como resultado

una variación del campo magnético y, por lo mismo, un cambio en el flujo que está atravesando el circuito. De acuerdo con la Ley de Faraday, un cambio del flujo, origina una fuerza electromotriz autoinducida. Esta fuerza electromotriz, de acuerdo con la Ley de Lenz, se opondrá a la causa que lo origina, esto es, la variación de la corriente eléctrica, por ello suele recibir el nombre de fuerza contralectromotriz . Su valor viene dado por la siguiente ecuación diferencial: TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 16


donde el signo menos indica que se opone a la causa que lo origina.

Comportamientos ideal y real

Figura 2: Circuito con inductancia. La bobina ideal (figura2) puede definirse a partir de la siguiente ecuación:

donde, L es la inductancia, v(t) es la función tensión aplicada a sus bornes e i(t) la intensidad resultante que circula.



Comportamiento en corriente contínua Una bobina ideal en CC se comporta como un cortocircuito (conductor ideal) mientras que la real se comporta como una resistencia cuyo valor RL (figura 3) será el de su devanado. Esto es así en régimen permanente ya que en régimen transitorio, esto es, al conectar o desconectar un circuito con bobina, suceden fenómenos electromagnéticos que inciden sobre la corriente.

Figura 3. Diagrama cartesiano de las tensiones y corriente en una bobina. COMPORTAMIENTO EN CORRIENTE ALTERNA

Figura 4. Diagrama fasorial. En CA, una bobina ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente que recibe el nombre de reactancia inductiva, XL, cuyo valor viene dado por el producto de la pulsación (

) por la inductacia, L:



Si la pulsación está en radianes por segundo (rad/s) y la inductancia en henrios (H) la reactancia resultará en ohmios. Al conectar una CA senoidal v(t) a una bobina aparecerá una corriente i(t), también senoidal, esto es, variable, por lo que, como se comentó anteriormente, aparecerá una fuerza contraelectromotriz, -e(t), cuyo valor absoluto puede demostrase que es igual al de v(t). Por tanto, cuando la corriente i(t) aumenta, e(t) disminuye para dificultar dicho aumento; análogamente, cuando i(t) disminuye, e(t) aumenta para oponerse a dicha disminución. Esto puede apreciarse en el diagrama de la figura 3. Entre 0º y 90º la curva i(t) es negativa, disminuyendo desde su valor máximo negativo hasta cero, observándose que e(t) va aumentando hasta alcanzar su máximo negativo. Entre 90º y 180º, la corriente aumenta desde cero hasta su valor máximo positivo, mientras e(t) disminuye hasta ser cero. Desde 180º hasta los 360º el razonamiento es similar al anterior. Dado que la tensión aplicada, v(t)es igual a -e(t), o lo que es lo mismo, está desfasada 180º respecto de e(t), resulta que la corriente i(t) queda retrasada 90º respecto de la tensión aplicada. Consideremos por lo tanto, una bobina L, como la de la figura 2, a la que se aplica una tensión alterna de valor:

Figura 5.: Circuitos equivalentes de una bobina real en CC, a), y en CA, b) y c).



ASOCIACIONES COMUNES

Figura 6. Asociación serie general.

Figura 7. Asociación paralelo general. Al igual que la resistencias, las bobinas pueden asociarse en serie (figura 6), paralelo (figura 7) o de forma mixta. En estos casos, y siempre que no exista acoplamiento magnético, la inductancia equivalente para la asociación serie vendrá dada por:

y para la paralelo:

Para la asociación mixta se procederá de forma análoga que con las resistencias.

EL CONDENSADOR En

electricidad

y

electrónica,

un

condensador,

a

veces

denominado

incorrectamente con el anglicismo capacitor , es un dispositivo formado por dos conductores o armaduras, generalmente en forma de placas o láminas, separados por un material dieléctrico, que sometidos a una tensión adquieren una determinada carga eléctrica.



Es un componente electrónico que almacena cargas eléctricas para utilizarlas en un circuito en el momento adecuado. Condensador básico



Símbolos del condensador

Capacidad nominal: Es el valor teórico esperado al acabar el proceso de fabricación. Se marca en el cuerpo del componente mediante un código de colores o directamente con su valor numérico.



Tolerancia: Diferencia entre las desviaciones, de capacidad, superiores o inferiores según el fabricante.



Tensión nominal: Es la tensión que el condensador puede soportar de una manera continua sin sufrir deterioro.

CLASIFICACIÓN Condensadores fijos Son componentes pasivos de dos terminales. Se clasifican en función del material dieléctrico y su forma. Pueden ser: de papel, de plástico, cerámico, electrolítico, de mica, de tántalo, de vidrio, de poliéster, Estos son los más utilizados. A continuación se describirá, sin profundizar, las diferencias entre unos y otros, así como sus aplicaciones más usuales. 

De papel: El dieléctrico es de celulosa impregnada con resinas o parafinas. Destaca su reducido volumen y gran estabilidad frente a cambios de temperatura. TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 21


Tienen la propiedad de autorregeneración en caso de perforación. Las armaduras son de aluminio. Se fabrican en capacidades comprendidas entre 1uF y 480uF con tensiones entre 450v y 2,8Kv. Se emplean en electrónica de potencia y energía para acoplamiento, protección de impulsos y aplanamiento de ondulaciones en frecuencias no superiores a 50Hz.

Condensador de plástico bobinado. 1 y 2 son las dos Condensador de papel

hojas de plástico y a y b son dos hojas de aluminio enrolladas conjuntamente.



De plástico: Sus características más importantes son: gran resistencia de aislamiento (lo cual permite conservar la carga gran tiempo), volumen reducido y excelente comportamiento a la humedad y a las variaciones de temperatura, además, tienen la propiedad de autorregeneración en caso de perforación en menos de 10s. Los materiales más utilizados son: poliestireno (styroflex), poliester (mylar), policarbonato (Macrofol) y politetrafluoretileno (teflón). Se fabrican en forma



de

bobinas

o

multicapas.

Cerámico: Los materiales cerámicos son buenos aislantes térmicos y eléctricos. El proceso de fabricación consiste básicamente en la metalización de las dos caras del material cerámico. Se fabrican de 1pF a 1nF (grupo I) y de 1pF a 470nF (grupo II) con tensiones comprendidas entre 3 y 10000v. Su identificación se realiza mediante código alfanumérico. Se utilizan en circuitos que necesitan alta estabilidad y bajas pérdidas en altas frecuencias.

Condensador cerámico de disco 

Condensador cerámico de placa

Electrolítico: Permiten obtener capacidades elevadas en espacios reducidos. Actualmente existen dos tipos: los de aluminio, y los de tántalo. El fundamento es TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 22


el mismo: se trata de depositar mediante electrolisis una fina capa aislante. Los condensadores electrolíticos deben conectarse respetando su polaridad, que viene indicada en sus terminales, pues de lo contrario se destruiría.

Símbolo de un condensador electrolítico y de tántalo Condensador electrolítico 

Condensador de tántalo

De mica: Son condensadores estables que pueden soportar tensiones altas, ya que la rigidez dieléctrica que presenta es muy elevada. Sobre todo se emplean en circuitos de alta frecuencia. Se utilizan en gamas de capacidades comprendidas entre 5pf y 100000pF. La gama de tensiones para las que se fabrican suelen ser altas (hasta 7500v). Se están sustituyendo por los de vidrio, de parecidas propiedades y más barato.

Condensadores variables Constan de un grupo de armaduras móviles, de tal forma que al girar sobre un eje se aumenta o reduce la superficie de las armaduras metálicas enfrentadas, variándose con ello la capacidad. El dieléctrico empleado suele ser el aire, aunque también se incluye mica o plástico.



Condensadores ajustables Denominados también trimmers, los tipos más utilizados son los de mica, aire y cerámica.

CÓDIGOS DE IDENTIFICACIÓN DE CONDENSADORES Código de colores para condensadores A

B

C

COLOR

1ª Cifra

2ª Cifra

Negro Marrón Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Oro Azul oscuro

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

D

Multiplicador 0 00 000 0000 00000 0,001 0,01 0,1 -

Tolerancia Letra B C D F G H J K

C<10pF ±pF 0,1 0,25 0,5 1 2

C01≥Φπ ±%

0,5 1 2 2,5 5 10


C<10pF ±pF 2 0,1 0,5 0,25 1 -

C 10pF ±% 20 1 2 3 5 10 -


M P R S Z

20 -0 +100 -20 +30 -20 +50 -20 +80

Aunque parece difícil, determinar el valor de un condensador se realiza sin problemas. Al igual que en las resistencias este código permite de manera fácil establecer su valor.

Ejemplos

VER/AZUL/NAR/VER/ROJ 100nF/25V

56KpF/±5%/250V= 56nF/±5%/250V

6,8nF/380V

El código 101 Muy utilizado en condensadores cerámicos. Muchos de ellos que tienen su valor impreso, como los de valores de 1 μF o más. Donde: μF = microfaradio TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 25


Ejemplo: 47 µF, 100 μF, 22 μF, etc. Para condensadores de menos de 1 μF, la unidad de medida es ahora el pF (picoFaradio) y se expresa con una cifra de 3 números. Los dos primeros números expresan su significado por si mismos, pero el tercero expresa el valor multiplicador de los dos primeros.

Ejemplo: Un condensador que tenga impreso 103 significa que su valor es 10 + 1000 pF = 10, 000 pF. Ver que 1000 son 3 ceros (el tercer número impreso). En otras palabras 10 más 3 ceros = 10 000 pF Después del tercer número aparece muchas veces una letra que indica la tolerancia expresada en porcentaje (algo parecido a la tolerancia en las resistencias) La siguiente tabla nos muestra las distintas letras y su significado (porcentaje)

Ejemplo: Un condensador tiene impreso lo siguiente: 104H 104 significa 10 + 4 ceros = 10,000 pF H = +/- 3% de tolerancia.

474J 474 significa 47 + 4 ceros = 470,000 pF, J = +/- 5% de tolerancia. 470.000pF = 470nF = 0.47µF



Algunos condensadores tiene impreso directamente sobre ellos el valor de 0.1 o 0.01, lo que nos indica 0.1 μF o 0.01 μF.

ENERGÍA ALMACENADA El condensador almacena energía eléctrica en forma de campo eléctrico cuando aumenta la tensión en sus terminales, devolviéndola cuando ésta disminuye. Matemáticamente se puede obtener que la energía,

, almacenada por un condensador

con capacidad C, que es conectado a una tensión V, viene dada por:

Este hecho es aprovechado para la fabricación de memorias, en las que se aprovecha el condensador que aparece entre la puerta y el canal de los transistores MOS.

COMPORTAMIENTOS IDEAL Y REAL

Figura 2: Circuito con condensador. El condensador ideal (figura 2) puede definirse a partir de la siguiente ecuación diferencial:

donde, C es la capacidad, u(t) es la función diferencia de potencial aplicada a sus bornes e i(t) la intensidad resultante que circula.



COMPORTAMIENTO EN CORRIENTE CONTINUA Un condensador real en CC se comporta prácticamente como uno ideal, esto es, como un circuito abierto. Esto es así en régimen permanente ya que en régimen transitorio, esto es, al conectar o desconectar un circuito con condensador, suceden fenómenos eléctricos que inciden sobre la tensión en sus bornes.

COMPORTAMIENTO EN CORRIENTE ALTERNA En CA, un condensador ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente que recibe el nombre de reactancia capacitiva, XC, cuyo valor viene dado por la inversa del producto de la pulsación (

) por la capacidad, C:

Si la pulsación está en radianes por segundo (rad/s) y la capacidad en faradios (F) la reactancia resultará en ohmios.

Figura 3. Diagrama cartesiano de las tensiones y corriente en una bobina. Al conectar una CA senoidal v(t) a un condensador circulará una corriente i(t), también senoidal, que lo cargará, originando en sus bornes una caída de tensión, -v c(t), cuyo valor absoluto puede demostrase que es igual al de v(t). Al decir que por el condensador "circula" una corriente, se debe puntualizar que, en realidad, dicha corriente TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 28


nunca atraviesa su dieléctrico. Lo que sucede es que el condensador se carga y descarga al ritmo de la frecuencia de v(t), por lo que la corriente circula externamente entre sus armaduras.

Figura 4. Diagrama fasorial. El fenómeno físico del comportamiento del condensador en CA podemos observarlo en la figura 3. Entre los 0º y los 90º i(t) va disminuyendo desde su valor máximo positivo a medida que aumenta su tensión de carga v c(t), llegando a ser nula cuando alcanza el valor máximo negativo a los 90º, puesto que la suma de tensiones es cero (vc(t)+ v(t) = 0) en ese momento. Entre los 90º y los 180º v(t) disminuye, y el condensador comienza a descargarse, disminuyendo por lo tanto v c(t). En los 180º el condensador está completamente descargado, alcanzando i(t) su valor máximo negativo. De los 180º a los 360º el el razonamiento es similar al anterior. De todo lo anterior se deduce que la corriente queda adelantada 90º respecto de la tensión aplicada. Consideremos por lo tanto, un condensador C, como el de la figura 2, al que se aplica una tensión alterna de valor:

De acuerdo con la ley de Ohm circulará una corriente alterna, adelantada 90º (π/2) respecto a la tensión aplicada (figura 4), de valor:



donde

.

Figura 5. Circuitos equivalentes de un condensador en CA.

ASOCIACIONES DE CONDENSADORES

Figura 4: Asociación serie general.

Figura 5: Asociación paralelo general. Al igual que la resistencias, los condensadores pueden asociarse en serie (figura 4), paralelo (figura 5) o de forma mixta. En estos casos, la capacidad equivalente resulta ser par la asociación en serie:

y en paralelo:



Para la asociación mixta se procederá de forma análoga que con las resistencias.

Aplicaciones típicas: Los condensadores suelen usarse para: 

Baterías, por su cualidad de almacenar energía



Memorias, por la misma cualidad



Filtros



Adaptación de impedancias, haciéndoles resonar a una frecuencia dada con otros componentes



Demodular AM, junto con un diodo.

LOS DIODOS

Las propiedades de los materiales semiconductores se conocían en 1874, cuando se observó la conducción en un sentido en cristales de sulfuro, 25 años más tarde se empleó el rectificador de cristales de galena para la detección de ondas. Durante la Segunda Guerra Mundial se desarrolló el primer dispositivo con las propiedades que hoy conocemos, el diodo de germanio.

POLARIZACIÓN

CIRCUITO

CARACTERÍSTICAS

DIRECTA El ánodo se conecta al positivo de la batería y el cátodo al negativo.

INVERSA El ánodo se conecta al negativo y el cátodo al positivo de la batería

El diodo conduce con una caída de tensión de 0,6 a 0,7V. El valor de la resistencia interna seria muy bajo. Se comporta como un interruptor cerrado El diodo no conduce y toda la tensión de la pila cae sobre el. Puede existir una corriente de fuga del orden de uA. El valor de la resistencia interna sería muy alto. Se comporta como un interruptor abierto.



SIMBOLOGÍA

Diodo rectificador

Diodo Schottky

Diodo varicap

Diodo Pin

Fotodiodo

Diodo zener

Diodo túnel

Diodo LED

Puente rectificador

CARACTERISTICAS TECNICAS Como todos los componentes electrónicos, los diodos poseen propiedades que les diferencia de los demás semiconductores. Es necesario conocer estas, pues los libros de características y las necesidades de diseño así lo requieren. En estos apuntes aparecerán las más importantes desde el punto de vista practico. Valores nominales de tensión:

VF = Tensión directa en los extremos del diodo en conducción. VR = Tensión inversa en los extremos del diodo en polarización inversa. VRSM = Tensión inversa de pico no repetitiva. VRRM = Tensión inversa de pico repetitiva. VRWM = Tensión inversa de cresta de funcionamiento. Valores nominales de corriente:



IF = Corriente directa. IR = Corriente inversa. IFAV = Valor medio de la forma de onda de la corriente durante un periodo. IFRMS = Corriente eficaz en estado de conducción. Es la máxima corriente eficaz que el diodo es capaz de soportar. IFSM = Corriente directa de pico (inicial) no repetitiva. AV= Average(promedio) RMS= Root Mean Square (raíz de la media cuadrática)

Tstg = Indica los valores máximos y mínimos de la temperatura de almacenamiento. T j = Valor máximo de la temperatura que soporta la unión de los semiconductores.

TIPOS DE DIODOS DIODOS METAL-SEMICONDUCTOR: Los más antiguos son los de germanio con punta de tungsteno o de oro. Su aplicación más importante se encuentra en HF, VHF y UHF. También se utilizan como detectores en los receptores de modulación de frecuencia. Por el tipo de unión que tiene posee una capacidad muy baja, así como una resistencia interna en conducción que produce una tensión máxima de 0,2 a 0,3v.

EL DIODO SCHOTTKY: Son un tipo de diodo cuya construcción se basa en la unión metal conductor con algunas diferencias respecto del anterior. Fue desarrollado por la Hewlett-Packard en USA, a principios de la década de los 70. La conexión se establece entre un metal y un material semiconductor con gran concentración de impurezas, de forma que solo existirá un movimiento de electrones, ya que son los únicos portadores mayoritarios en ambos materiales. Al igual que el de germanio, y por la misma razón, la tensión de umbral cuando alcanza la conducción es de 0,2 a 0,3v. Igualmente tienen una respuesta notable a altas frecuencias, encontrando en este campo sus aplicaciones más frecuentes. Un inconveniente de esto tipo de diodos se refiere a la poca intensidad que es capaz

de

soportar

entre

sus

extremos.

El encapsulado de estos diodos es en forma de cilindro , de plástico o de vidrio. De configuración axial. Sobre el cuerpo se marca el cátodo, mediante un anillo serigrafiado.



Diodo de punta de germanio

Diodo Schottky

DIODOS RECTIFICADORES: Su construcción está basada en la unión PN siendo su principal aplicación como rectificadores. Este tipo de diodos (normalmente de silicio) soportan elevadas temperaturas (hasta 200ºC en la unión), siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensión inversa muy pequeña. Gracias a esto se pueden construir diodos de pequeñas dimensiones para potencias relativamente grandes, desbancando así a los diodos termoiónicos desde hace tiempo. Sus aplicaciones van desde elemento indispensable en fuentes de alimentación como en televisión, aparatos de rayos X y microscopios electrónicos, donde deben rectificar tensiones altísimas. En fuentes de alimentación se utilizan los diodos formando configuración en puente (con cuatro diodos en sistemas monofásicos), o utilizando los puentes integrados que a tal efecto se fabrican y que simplifican en gran medida el proceso de diseño de una placa de circuito impreso. Los distintos encapsulados de estos diodos dependen del nivel de potencia que tengan que disipar. Hasta 1w se emplean encapsulados de plástico. Por encima de este valor el encapsulado es metálico y en potencias más elevadas es necesario que el encapsulado tenga previsto una rosca para fijar este a un radiador y así ayudar al diodo a disipar el calor producido por esas altas corrientes. Igual le pasa a los puentes de diodos integrados.

DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCION: La desactivación de un relé provoca una corriente de descarga de la bobina en sentido inverso que pone en peligro el elemento electrónico utilizado para su activación. Un diodo polarizado inversamente cortocircuita dicha corriente y elimina el problema. El inconveniente que presenta es que la descarga de la bobina es más lenta, así que la frecuencia a la que puede ser activado el relé es más baja. Se le llama comúnmente diodo volante. TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 34


DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCION DE UN DIODO LED EN ALTERNA.- El diodo LED cuando se polariza en c.a. directamente conduce y la tensión cae sobre la resistencia limitadora, sin embargo, cuando se polariza inversamente, toda la tensión se encuentra en los extremos del diodo, lo que puede destruirlo.

DIODO ZENER: Se emplean para producir entre sus extremos una tensión constante e independiente de la corriente que las atraviesa según sus especificaciones. Para conseguir esto se aprovecha la propiedad que tiene la unión PN cuando se polariza inversamente al llegar a la tensión de ruptura (tensión de zener), pues, la intensidad inversa del diodo sufre un aumento brusco. Para evitar la destrucción del diodo por la avalancha producida por el aumento de la intensidad se le pone en serie una resistencia que limita dicha corriente. Se producen desde 3,3v y con una potencia mínima de 250mW. Los encapsulados pueden ser de plástico o metálico según la potencia que tenga que disipar.

DIODO EMISOR DE LUZ (LED) ( Light Emitting Diode).-Es un diodo que presenta un comportamiento parecido al de un diodo rectificador sin embargo, su tensión de umbral, se encuentra entre 1,3 y 4v dependiendo del color del diodo. Color Infrarrojo Rojo Naranja Amarillo Verde Azul

Tensión en directo 1,3v 1,7v 2,0v 2,5v 2,5v 4,0v

El conocimiento de esta tensión es fundamental para el diseño del circuito en el que sea necesaria su presencia, pues, normalmente se le coloca en serie una resistencia que limita la intensidad que circulará por el. Cuando se polariza directamente se comporta como una lamparita que emite una luz cuyo color depende de los materiales con los que se fabrica. Cuando se polariza inversamente no se enciende y además no deja circular la corriente. La intensidad mínima para que un diodo LED emita luz visible es de 4mA y, por precaución como máximo debe aplicarse 50mA. TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 35


Para identificar los terminales del diodo LED observaremos como el cátodo será el terminal más corto, siendo el más largo el ánodo. Además en el encapsulado, normalmente de plástico, se observa un chaflán en el lado en el que se encuentra el cátodo. Se utilizan como señal visual y en el caso de los infrarrojos en los mandos a distancia. Se fabrican algunos LEDs especiales: 

LED bicolor: Están formados por dos diodos conectados en paralelo e inverso. Se suele utilizar en la detección de polaridad.



LED tricolor: Formado por dos diodos LED (verde y rojo) montado con el cátodo común. El terminal más corto es el ánodo rojo, el del centro, es el cátodo común y el tercero es el ánodo verde.



Display: Es una combinación de diodos LED que permiten visualizar letras y números. Se denominan comúnmente displays de 7 segmentos. Se fabri can en dos configuraciones: ánodo común y cátodo común.

Estructura de un LED bicolor

Estructura de un LED tricolor

Display

Display de cátodo común

Display de ánodo común

Disposición de los pines en un display

FOTODIODO: Son dispositivos semiconductores construidos con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polarizarán inversamente, con lo que producirán una cierta circulación de corriente cuando sean excitados por la luz. Debido a su construcción se comportan como células TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 36


fotovoltaicas, es decir, en ausencia de tensión exterior, generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Tienen una velocidad de respuesta a los cambios bruscos de luminosidad mayores a las células fotoeléctricas. Actualmente, y en muchos circuitos estás últimas se están sustituyendo por ellos, debido a la ventaja anteriormente citada.

DIODO DE CAPACIDAD VARIABLE (VARICAP): Son diodos que basan su funcionamiento en el principio que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN varia en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensador variable controlado por tensión. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500pF. La tensión inversa mínima tiene que ser de 1v. La aplicación de estos diodos se encuentra en la sintonía de TV, modulación de frecuencia en transmisiones de FM y radio, sobre todo. A continuación se muestran los tipos de encapsulado no están todos en los que se fabrican los diodos, pero si están los más importantes:

DO-5

DO-35

DO-41

TO-220AC

TO-3

PWRTAB

PWRTABS

SOT-223

SMA

SMB

SMC

D618sl

D2pak

Dpak

TO-200AB

TO-200AC

Puentes rectificadores TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 37


B380C1000G(GS)

KBPC(D46)

KBB(D37)

GBL

GBU (IR) IN LINE 5S2(FAGOR)

GBPC(D34) (IR) POWER-L(FAGOR)

MB(D34) POWER (FAGOR)

MT(D63)

DF8(D71)

DF(D70)

Todos los semiconductores tienen serigrafiados números y letras que especifican y describen de que tipo de dispositivo se trata. Existen varias nomenclaturas o códigos que pretenden darnos esta preciada información. De todas destacan tres : PROELECTRON (Europea) que consta de dos letras y tres cifras para los componentes utilizados en radio, televisión y audio o de tres letras y dos números para dispositivos industriales. La primera letra precisa el material del que está hecho el dispositivo y la segunda letra el tipo de componente. El resto del código, números generalmente, indica la aplicación general a la que se aplica. Para la identificación de estos dispositivos se utiliza la tabla que sigue a continuación.

A B C D R A B C D E F L P R

La primera letra indica el material semiconductor utilizado en la construcción del dispositivo Germanio Silicio Arseniuro de Galio Antimoniuro de Indio Material de otro tipo La segunda letra indica la construcción y utilización principal del dispositivo Diodo de señal (diodo detector, de conmutación a alta velocidad, mezclador). Diodo de capacidad variable (varicap). Transistor, para aplicación en baja frecuencia. Transistor de potencia, para aplicación en baja frecuencia Diodo túnel. Transistor para aplicación en alta frecuencia. Transistor de potencia, para aplicación en alta frecuencia Dispositivo sensible a las radiaciones. Dispositivo de conmutación o de control, gobernado eléctricamente y teniendo un efecto de ruptura TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 38


S T U X Y Z 

(tiristor). Transistor de aplicación en conmutación. Dispositivo de potencia para conmutación o control, gobernado eléctricamente y teniendo un efecto de ruptura (tiristor). Transistor de potencia para aplicación en conmutación Diodo multiplicador (varactor). Diodo de potencia (rectificador, recuperador). Diodo Zener o de regulación de tensión. La serie numérica consta: De tres cifras (entre 100 a 999) para dispositivos proyectados principalmente en aparatos de aplicación doméstica (radio, TV, registradores, amplificadores).



Una letra (X,Y,Z), seguida de dos cifras (de 10 a 99) para los dispositivos proyectados para usos principales en aplicaciones industriales y profesionales.

Ejemplos: BC107 Transistor de silicio de baja frecuencia, adaptado principalmente para usos generales. BSX 51 Transistor de silicio de conmutación, adaptado principalmente para aparatos industriales. En algunos casos, para indicar variaciones de un tipo ya existente, la serie numérica puede ir seguida de una letra:

BSX51A Transistor similar al BSX51, pero especificado para una tensión más alta.

En Estados Unidos se utiliza la nomenclatura de la JEDEC ( Joint Electronic Devices Engineering Council) regulado por la EIA (Electronic Industries Association), que consta de un número, una letra y un número de serie (este último sin significado técnico). El significado de los números y letras es el siguiente: 1N Diodo o rectificador

2N Transistor o tiristor

3N Transistor de Efecto de Campo FET o MOSFET

Los fabricantes japoneses utilizan el código regulado por la JIS (Japanese Industrial Standards), que consta de un número, dos letras y número de serie (este último sin ningún significado técnico). El número y letras tienen el siguiente significado:

0 1 2 3

Número Foto transistor Diodo, rectificador o varicap Transistor, tiristor Semiconductor con dos puertas

S

Primera letra Semiconductor


A

Segunda letra Transistor PNP de A.F.

B

Transistor PNP de B.F.

C

Transistor NPN de A.F.

D

Transistor NPN de B.F.


F G J K Ejemplo: 2SG150: Tiristor de puerta N

Tiristor de puerta P Tiristor de puerta N FET de canal P FET de canal N

Existen varios códigos para indicar las características de este tipo de dispositivo, la más utilizada es la siguiente: Empieza por la letra B seguida de un número, que indica el valor eficaz máximo de tensión inversa que soporta, a continuación, y seguida de la letra C, muestra la intensidad máxima en miliamperios que soporta en dos situaciones el componente: cuando está montado sobre chasis o radiador y cuando está sobre circuito impreso.

Ejemplo: B 380 C 2000/1500 B380:

Tensión

inversa

máxima

que

soporta

de

380v.

C 2000/1500: Intensidad máxima en mA sobre chasis o radiador de 2000mA (2A) y 1500mA (1,5A) sobre circuito impreso.

LOS TRANSISTORES

Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña. Existe una gran variedad de transistores. En principio, se explicarán los bipolares. Los símbolos que corresponden a este tipo de transistor son los siguientes:



Transistor NPN

Estructura de un transistor NPN

Transistor PNP Estructura de un transistor PNP

Veremos mas adelante como un circuito con un transistor NPN se puede adaptar a PNP. El nombre de estos hace referencia a su construcción como semiconductor.

FUNCIONAMIENTO BASICO Cuando el interruptor SW1 está abierto no circula intensidad por la Base del transistor por lo que la lámpara no se encenderá, ya que, toda la tensión se encuentra entre Colector y Emisor. (Figura 1).

Figura 1

Figura 2

Cuando se cierra el interruptor SW1, una intensidad muy pequeña circulará por la Base. Así el transistor disminuirá su resistencia entre Colector y Emisor por lo que pasará una intensidad muy grande, haciendo que se encienda la lámpara. (Figura 2).

En general: IE > IC > IB ; IE = IB + IC ; VCE = VCB + VBE



POLARIZACION DE UN TRANSISTOR Una polarización correcta permite el funcionamiento de este componente. No es lo mismo polarizar un transistor NPN que PNP.

Polarización de un transistor NPN

Polarización de un transistor PNP

Generalmente podemos decir que la unión base - emisor se polariza directamente y la unión base - colector inversamente.

ZONAS DE TRABAJO CORTE: No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula. La tensión entre Colector y Emisor es la de la fuente. El transistor, entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto.

IB = IC = IE = 0; VCE = VFuente SATURACIÓN: Cuando por la Base circula una intensidad, se aprecia un incremento de la corriente de colector considerable. En este caso el transistor entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor cerrado. De esta forma, se puede decir que la tensión de la fuente se encuentra en la carga conectada en el Colector.

IB

IC ; VFuente = RC X IC.

ACTIVA.- Actúa como amplificador . Puede dejar pasar más o menos corriente. Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que trabaja en

conmutación. En definitiva, como si fuera un interruptor.



La ganancia de corriente es un parámetro también importante para los transistores ya que relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corriente de base. Los fabricantes suelen especificarlo en sus hojas de características, también aparece con la denominación h FE. Se expresa de la siguiente manera:

β = IC / IB

VCE VRC IC IB VBE

Saturación ≈0 ≈ VCC Máxima Variable ≈ 0,8v

Corte ≈ VCC ≈0 = ICEO ≈ 0 =0 < 0,7v

Activa Variable Variable Variable Variable ≈ 0,7v

Los encapsulados en los transistores dependen de la función que realicen y la potencia que disipen, así nos encontramos con que los transistores de pequeña señal tienen un encapsulado de plástico, normalmente son los más pequeños ( TO- 18, TO-39, TO-92, TO-226 ... ); los de mediana potencia, son algo mayores y tienen en la parte trasera una chapa metálica que sirve para evacuar el calor disipado convenientemente refrigerado mediante radiador (TO-220, TO-218, TO-247...) ; los de gran potencia, son los que poseen una mayor dimensión siendo el encapsulado enteramente metálico . Esto, favorece, en gran medida, la evacuación del calor a través del mismo y un radiador (TO-3, TO-66, TO-123, TO-213...).

EL TIRISTOR Es un dispositivo electrónico que tiene dos estados de funcionamiento: conducción y bloqueo. Posee tres terminales: Ánodo (A), Cátodo(K) y puerta (G).



Símbolo del tiristor

Estructura interna del tiristor

La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Se dice que es un dispositivo unidireccional, debido a que el sentido de la corriente es único.

CURVA CARACTERÍSTICA La interpretación directa de la curva característica del tiristor nos dice lo siguiente: cuando la tensión entre ánodo y cátodo es cero la intensidad de ánodo también lo es. Hasta que no se alcance la tensión de bloqueo (V BO) el tiristor no se dispara. Cuando se alcanza dicha tensión, se percibe un aumento de la intensidad en el ánodo (IA), disminuye la tensión entre ánodo y cátodo, comportándose así como un diodo polarizado directamente. Si se quiere disparar el tiristor antes de llegar a la tensión de bloqueo será necesario aumentar la intensidad de puerta (I G1, IG2, IG3, IG4...), ya que de esta forma se modifica la tensión de cebado de este. Este seria el funcionamiento del tiristor cuando se polariza directamente, esto solo ocurre en el primer cuadrante de la curva. Cuando se polariza inversamente se observa una débil corriente inversa (de fuga) hasta que alcanza el punto de tensión inversa máxima que provoca la destrucción del mismo.



En amplificación se utiliza en las etapas de potencia en clase D cuando trabaja en conmutación. También se utilizan como relés estáticos, rectificadores controlados, inversores y onduladores, interruptores....

ENCAPSULADOS Como en cualquier tipo de semiconductor su apariencia externa se debe a la potencia que será capaz de disipar. En el caso de los tiristores los encapsulados que se utilizan en su fabricación es diverso, aquí aparecen los más importantes.

T0 200AB

TO 200AC TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 45

d2pak


TO 209AE (TO 118)

TO 208AD (TO 83)

TO 247AC

TO 220AB

TO 208AC (TO 65)

TO 209 AB (TO 93)

El transistor uniunión (UJT) Es un tipo de transistor compuesto por una barra de silicio tipo N o P en cuyos extremos se tienen los terminales Base 1 (B 1) y Base 2 (B 2). En un punto de la barra más próximo a B2 se incrusta un material de tipo P o N dando lugar al terminal de emisor.

Símbolo de un UJT de

Circuito equivalente de un transistor uniunión tipo N

Cuando se polariza el transistor la barra actúa como un divisor de tensión apareciendo una V EB1 de 0,4 a 0,8v. Al conducir el valor de R B1 se reduce notablemente. Observa el circuito equivalente.



Observando el circuito de polarización de la figura se advierte que al ir aumentando la tensión Vee la unión E-B1 se comporta como un diodo polarizado directamente. Si la tensión Vee es cero, con un valor determinado de V bb, circulará una corriente entre bases que originará un potencial interno en el cátodo del diodo (Vk). Si en este caso aumentamos la tensión Vee y se superan los 0,7v en la unión E-B1 se produce un aumento de la corriente de emisor (I E) y una importante disminución de R B1, por lo tanto un aumento de VBE1. En estas condiciones se dice que el dispositivo se ha activado, pasando por la zona de resistencia negativa hacia la de conducción, alcanzando previamente la VEB1 la tensión de pico (V p). Para desactivar el transistor hay que reducir I E, hasta que descienda por debajo de la intensidad de valle (I v).De lo anterior se deduce que la tensión de activación V p se alcanza antes o después dependiendo del menor o mayor valor que tengamos de tensión entre bases VBB.



APLICACIONES Se utiliza en circuitos de descarga en generadores de impulso, circuitos de bases de tiempos y circuitos de control de ángulo de encendido de tiristores. El encapsulado de este tipo de transistores son los mismos que los de unión.

EL DIAC Es un componente electrónico que está preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensión de cebado o de disparo(30v aproximadamente, dependiendo del modelo).

Símbolo del diac

Estructura interna de un diac

Hasta que la tensión aplicada entre sus extremos supera la tensión de disparo VBO; la intensidad que circula por el componente es muy pequeña. Al superar dicha tensión la corriente aumenta bruscamente y disminuyendo, como consecuencia, la tensión anterior. La aplicación más conocida de este componente es el control de un triac para regular la potencia de una carga. Los encapsulados de estos dispositivos suelen ser iguales a los de los diodos de unión o de zener.

EL TRIAC Al igual que el tiristor tiene dos estados de funcionamiento: bloqueo y conducción. Conduce la corriente entre sus terminales principales en un sentido o en el inverso, por TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 48


ello, al igual que el diac, es un dispositivo bidireccional. Conduce entre los dos ánodos (A1 y A2) cuando se aplica una señal a la puerta (G). Se puede considerar como dos tiristores en antiparalelo. Al igual que el tiristor, el paso de bloqueo al de conducción se realiza por la aplicación de un impulso de corriente en la puerta, y el paso del estado de conducción al de bloqueo por la disminución de la corriente por debajo de la intensidad de mantenimiento (I H). Está formado por 6 capas de material semiconductor como indica la figura.

Símbolo del triac

Tiristores en antiparalelo

Estructura interna de un triac

La aplicación de los triacs, a diferencia de los tiristores, se encuentra básicamente en corriente alterna. Su curva característica refleja un funcionamiento muy parecido al del tiristor apareciendo en el primer y tercer cuadrante del sistema de ejes. Esto es debido a su bidireccionalidad. La principal utilidad de los triacs es como regulador de potencia entregada a una carga, en corriente alterna. El encapsulado del triac es idéntico al de los tiri stores.

LOS RELES Son dispositivo que consta de dos circuitos diferentes: un circuito electromagnético (electroimán) y un circuito de contactos, al cual aplicaremos el circuito que queremos TALLER DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA I 49


controlar. En la siguiente figura se puede ver su simbología así como su constitución (Relé de armadura).

Símbolo circuito

del

relé de

un Símbolo del relé de dos Partes de un relé de armaduras circuitos

Su funcionamiento se basa en el fenómeno electromagnético. Cuando la corriente atraviesa la bobina, produce un campo magnético que magnetiza un núcleo de hierro dulce (ferrita). Este atrae al inducido que fuerza a los contactos a tocarse. Cuando la corriente

se

desconecta

vuelven

a

separarse.

Los símbolos que aparecen en las figuras poseen solo 1 y dos circuitos, pero existen relés con un mayor número de ellos.

CARACTERISTICAS TECNICAS Parte electromagnética Corriente de excitación: Intensidad, que circula por la bobina, necesaria para activar el relé.

Tensión

nominal:

Tensión

de

trabajo

para

la

cual

el

relé

se

activa.

Tensión de trabajo: Margen entre la tensión mínima y máxima, garantizando el funcionamiento correcto del dispositivo.

Consumo nominal de la bobina: Potencia que consume la bobina cuando el relé está excitado con la tensión nominal a 20ºC.



Contactos o Parte mecánica Tensión de conexión: Tensión entre contactos antes de cerrar o después de abrir. Intensidad de conexión: Intensidad máxima que un relé puede conectar o desconectarlo.

Intensidad máxima de trabajo: Intensidad máxima que puede circular por los contactos cuando se han cerrado. Los materiales con los que se fabrican los contactos son: plata y aleaciones de plata que pueden ser con cobre, níquel u óxido de cadmio. El uso del material que se elija en su fabricación dependerá de su aplicación y vida útil necesaria de los mismos.

RELES MAS UTILIZADOS DE ARMADURA El electroimán hace vascular la armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo de si es normalmente abierto o normalmente cerrado.

DE NÚCLEO MÓVIL Tienen un émbolo en lugar de la armadura. Se utiliza un solenoide para cerrar los contactos. Se suele aplicar cuando hay que manejar grandes intensidades.

Relé de armaduras

Relé de armaduras


Relé Reed

Unidad Vii_componentes Electronicos Basicos

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