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2 MODULO1 CIRCUITOS CON DIODOS Y TRANSISTORES (3ª PARTE) Introducción Amplificadores sintonizados Acoplamiento entre etapas de R.F. Osciladores a transistores Circuito oscilador Multivibradores Introducción a los transistores de efecto de campo Transistores tipo Darlington Circuitos integrados Circuitos impresos Resumen CONOCIMIENTOS PRÁCTICOS HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE DIODOS Y TRANSISTORES Esta es la versión descargable del curso de electrónica de Cursosindustriales.net. Si has descargado este curso en cualquier otra página diferente de Cursosindustriales.net y te ha ocasionado algún pago, denúncialo a la dirección de correo administrador@cursosindustriales.net El reconocimiento del curso pertenece al autor del mismo y es deimos_hack quién autoriza la reproducción del mismo para uso personal, siempre que no sea cedido a terceros para beneficio del propietario y en cuyo caso deberá de dejar claro la procedencia del curso en cuestión y que en este caso, el curso procede de Cursosindustriales.net Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 2

3 INTRODUCCIÓN Los amplificadores no se utilizan solamente para amplificar señales de audio. Otro de los usos es el amplificar señales de alta frecuencia o las llamadas radiofrecuencia. Las señales de radiofrecuencia abarcan un amplio margen de frecuencias que van desde los 40Khz. Hasta los varios GHz En este tema vamos a estudiar los principios de transmisión de las señales, y también la recepción de las mismas, por tanto, este tema puede ser un preludio del tema de radiocomunicaciones. AMPLIFICADORES SINTONIZADOS También llamados amplificadores de radiofrecuencia (R.F.). La principal característica es la de amplificar una banda de frecuencias, y al estar sintonizado, rechaza las demás, por lo que aparte de amplificar estas frecuencias seleccionadas, se puede decir que es un filtro pasa banda. Por tanto y resumiendo, la principal función de este tipo de amplificadores es la de amplificar un rango de frecuencias altas seleccionadas anteriormente. A la acción de seleccionar una frecuencia determinada se le llama sintonizar. Los amplificadores de radiofrecuencia y los de baja frecuencia tienen pequeñas diferencias, sobre todo en la forma de trabajar. Como puedes ver existen varias similitudes entre un tipo de amplificador y otro. En el amplificador de R.F., se ha sustituido la resistencia de carga por un circuito resonante paralelo (o anti resonante). El circuito anti resonante, se ha sintonizado a la frecuencia a amplificar mediante los componentes L y C del mismo. Recuerda que en un circuito anti resonante, a la frecuencia de resonancia ofrece la máxima impedancia, y al ser mayor la resistencia de carga, mayor es la amplificación. En la grafica puedes ver que según se acerque la frecuencia a la de resonancia Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 3

4 del circuito L C (el símbolo significa en paralelo), aumenta la impedancia (Z) del circuito. Según aumenta la frecuencia, disminuye la impedancia del circuito L C, por tanto disminuye la amplificación. En la curva se puede observar que la amplificación corresponde a la frecuencia de resonancia, pero que es una amplificación en el mismo instante en que llega la frecuencia de resonancia, no, sino que es progresiva; es decir que también amplifica las frecuencias próximas a esta frecuencia de resonancia. Por lo que también podemos decir que estos amplificadores amplifican un ancho de banda y no solo una frecuencia. ACOPLAMIENTO ENTRE ETAPAS DE R.F. NOTA: Aún se suelen utilizar transistores en los circuitos de radio y televisión, pero cada vez es más escaso el uso de estos componentes, ya que se utilizan circuitos integrados; aún así, estudiaremos circuitos con transistores ya que son fundamentales para la comprensión de este tipo de circuitos. Te acuerdas de las configuraciones a emisor común y base común? Estas configuraciones ofrecen a su entrada baja impedancia y para obtener un buen rendimiento y amplificación hay que acoplarle a la entrada elementos de baja impedancia. Recuerda que el teorema de máxima transferencia dice que la transferencia de energía entre 2 elementos eléctricos es máxima si ambos elementos poseen la misma resistencia física o impedancia. Ahora aplicando esta máxima a un circuito con 2 etapas amplificadoras de R.F., necesitamos acoplar a la entrada de la segunda etapa una impedancia baja, pero en la salida de la primera etapa la impedancia era alta La solución a este problema está en el propio circuito resonante: Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 4

5 El circuito entre A y B presenta su máxima impedancia a la frecuencia de resonancia fo; en estas condiciones, la corriente desde el borne A al borne B pasa por el exterior de la malla L C y es mínima al ser la impedancia máxima; pero en su interior la energía oscilante L a C y C a L, es máxima porque en su interior, la impedancia es mínima, dando lugar a una circulación de corriente máxima (recuerda que la circulación de corriente en un circuito resonante paralelo en su interior se convierte en un circuito resonante serie). Así pues dicho todo esto, el condensador C se puede sustituir por otros 2 condensadores y cuya suma aritmética resulte el valor de C, para acoplar impedancias con la segunda etapa: Por lo que a la entrada de Q2 obtenemos una impedancia. Las configuraciones que nos interesan para este tipo de amplificadores son el emisor común (figura de arriba), y la base común, cuya impedancia de entrada es más baja respecto al primero. El conjunto de condensadores se debe tener en cuenta para el circuito anti resonante como si fuese un único condensador. Ten en cuenta que en esta configuración, para adaptar las impedancias de salida junto a la de entrada, C1 y C2 actúan similarmente a un divisor de tensión; solo que en este caso lo hacen como un divisor de impedancias. Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 5

6 Acoplamiento a transformador Este tipo de acoplamiento es uno de los más utilizados en R.F. Como generalmente los valores de L y C no van a coincidir a la frecuencia de resonancia a los valores requeridos de impedancia, se suele tomar el circuito se salida de Q1 y de entrada de Q2 mediante los puntos medios del transformador. Observando este tipo de circuito, vemos que el primario se trata de un circuito resonante paralelo, ya que la señal ataca simultáneamente a la bobina y al condensador; pero en el secundario, el circuito es resonante serie (ya sé que se parece a un circuito resonaste paralelo, pero no lo es). La explicación es que la señal, transferida al secundario en forma de campo electromagnético, se auto induce en el secundario y la corriente generada en esta bobina va al condensador del secundario (es decir la señal llega de la bobina y no a la misma vez que a la bobina). OSCILADORES A TRANSISTORES En este apartado veremos básicamente otro tipo de circuitos, los llamados osciladores. Un oscilador es un circuito amplificador pero que se realimenta positivamente. Qué es realimentación? En amplificación, la señal amplificada se obtiene desde la resistencia de carga. La realimentación positiva significa que parte de esa señal amplificada se inyecte de nuevo a la entrada del propio amplificador. Por este sentido, se puede hablar de 2 tipos de realimentación: realimentación positiva y realimentación negativa. En la primera, la señal de salida se envía a la entrada del amplificador, con la misma fase; es decir que aumenta la señal de entrada. La segunda, la señal de salida se envía a la entrada pero con diferencia de fase; por lo que la señal de entrada se reduce. Este efecto de realimentación es muy positivo en circuitos amplificadores, ya que, si la realimentación es negativa evita que la señal sea distorsionada por el ruido en su salida; y si es positiva se utiliza en etapas excitadoras para que la señal tenga más potencia. Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 6

7 Circuito básico de realimentación negativa. Circuitos oscilantes Estos circuitos llevan una etapa amplificadora. La oscilación se realiza por medios de elementos electrónicos. Un conjunto L C posee una frecuencia de resonancia. En el momento actual, el magneto térmico, está permitiendo el paso de la corriente desde la batería hacia el condensador; hasta que este se cargue y se para la corriente. Cuando pasemos el térmico a la posición b, el condensador que está cargado y actúa como una fuente de alimentación, se descarga a través de L1. Al comenzar a circular por L1, la corriente de descarga del condensador, genera en L1 un campo electromagnético. Cuando el condensador se haya descargado, por L1 dejará de circular energía eléctrica, por lo que el campo electromagnético comienza a extinguirse. Al hacerlo, las líneas de fuerzas generan una autoinducción en L1 de sentido opuesto a la inicial; y como el condensador está unido a L1 gracias a la posición b del térmico, esta autoinducción carga C1 con polaridad opuesta a la anterior. A continuación cesa la autoinducción y el condensador, ahora cargado por carga auto inducida anteriormente, comienza a descargarse a través de nuevo de L1, repitiéndose el proceso de nuevo. Este proceso, como puedes ver en la gráfica, absorbe energía, por lo que el resultado de los ciclos es una onda amortiguada, es decir, que cada ciclo reduce considerablemente su amplitud. Para mantener el número de ciclos en amplitud constante, deberíamos alimentar el circuito resonante paralelo con la fuente de alimentación cada tiempo determinado. Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 7

8 CIRCUITO OSCILADOR Agregando al circuito oscilante un amplificador que amplifique la señal amortiguada y reinyectándola a la entrada positivamente, se repone la parte de la señal de salida que se pierde en cada ciclo. Y se logra la salida de amplitud constante. Este es el principio de un oscilador. Fundamentalmente, un circuito oscilante es un amplificador con realimentación positiva. Oscilador MEISSNER El amplificador es de emisor común, por lo que a la salida tenemos una señal opuesta a la de entrada. La salida del circuito oscilante L1, C se aplica a la entrada del amplificador, y este conduce cuando el ciclo es positivo. La señal amplificada tendrá polaridad negativa y se aplica al transformador por medio de un laza de realimentación. El ciclo negativo en el primario, induce una señal en el secundario de mismo sentido (positivo), que la aplicada a la entrada del amplificador, por lo tanto se ha conseguido una realimentación positiva al coincidir en fase ambas señales. Estos circuitos están diseñados para solo cubrir la necesidad de reponer la energía perdida en cada amortiguación, así hay que diseñarlos para que la señal realimentada no sea igual a la señal de salida, porque si no se sobrealimentaría el amplificador. Ya no se suele utilizar este tipo de circuitos debido al uso del transformador. Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 8

9 Oscilador HARTLEY La realimentación se lleva a cabo con una parte del propio bobinado de oscilación, es decir, que el bobinado tiene 3 terminales. Como se ve en la fig. la señal positiva se aplica a la base del transistor, que comienza a conducir (NOTA: por un error de diseño se ha puesto un PNP, pero es un transistor NPN). A la salida del transistor, la salida será negativa, polaridad que se aplica al extremo inferior del L C por el punto c. la autoinducción que se desarrolla en L1 en sus puntos a b son de igual polaridad que la que polariza la base del transistor. Se ha cumplido la realimentación sin el uso de un transformador; pero lo malo del circuito es que necesita un inductor con punto medio. Oscilador COLPITTS Este circuito es muy parecido al anterior, pero con la diferencia de no utilizarse bobina con punto medio, sino 2 condensadores. El funcionamiento es similar al anterior: cuando por la base se aplica un ciclo positivo, a la salida será negativo amplificado, y parte de esa señal se reinyectará a la entrada del oscilador, por lo que carga C2 de forma negativa, coincidiendo en fase con la señal original de entrada. Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 9

10 MULTIVIBRADORES Los osciladores estudiados entregan una señal de forma sinusoidal o parecida. Pero en receptores de radio o televisión se precisa de otras formas de ondas, como por ejemplo dientes de sierra, o rectangulares. Uno de los circuitos utilizados para obtener dichas formas es el multivibrador. NOTA: No hagas el chiste fácil... Los multivibradores se dividen en tres grupos: Astables Monoestables Biestables Los astables poseen una frecuencia propia de funcionamiento. Los monoestables tienen un estado de funcionamiento que se modifica aplicándole un pulso de control, pero que desaparecido ese pulso, vuelve a su estado anterior. Los biestables cambian de estado cada vez que se aplica un pulso y mantiene el nuevo estado. En la siguiente imagen estudiaremos un circuito multivibrador monoestable. Este circuito está compuesto por 2 etapas, una amplificadora y otra inversora realimentadas entre sí. Q1 corresponde al inversor y tiene la base polarizada positivamente gracias a la batería BAT1; con lo cual este transistor está al corte. Q2 está polarizado negativamente gracias al divisor de tensión R1 y la resistencia interna emisor base del mismo, por lo que conduce Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 10

11 a la saturación. El colector de Q1 es negativo y el de Q2 es positivo debido a su baja resistencia interna, que prácticamente pone el colector al potencial del emisor. Este es el estado normal cuando no se aplica pulso alguno al multivibrador. Si se aplica un pulso negativo a la base de Q1 (en el punto entre Rb y R), comienza a conducir por Rc produciendo una d.d.p. y descargándose el condensador C1. Como el extremo inferior de Rc es más positivo ahora, ese pulso positivo se transfiere al condensador, y de este a la base de Q2, llevándolo al corte; ahora el condensador se carga con polaridad opuesta al del anterior estado. Si desaparece el pulso, cuando se descarga el condensador, comienza a conducir de nuevo Q2, volviendo el circuito a su estado original. Q1 está al corte de nuevo. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO Los transistores estudiados hasta ahora, se conocen como transistores bipolares por su condición de pares de dipolos. El tipo de transistor que vamos a estudiar a continuación se denomina efecto de campo y tiene un funcionamiento parecido, pero existen algunas diferencias. El transistor bipolar posee poca impedancia de entrada, lo que algunas veces es un punto negativo para diseñar un amplificador. El transistor de efecto de campo tiene una gran impedancia de entrada (varios mega ohmios) y, además funciona también con bajos valores de tensión. En la figura se muestra un transistor de efecto de campo de tipo juntura. Se puede decir que le comportamiento del transistor de efecto de campo es Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 11

12 similar al de una resistencia variable: La corriente penetra por la fuente o surtidor (S) y se desplaza hacia el drenador (D) atravesando el espacio comprendido entre las compuertas (G). El paso de la corriente está controlado por la compuerta o graduador en el cual se desarrolla una carga espacial. La corriente del canal (en el substrato), es de signo negativo, al desplazarse los electrones por su interior, un mayor negativo de la compuerta o graduador, puede llegar a bloquear el paso de la corriente al rechazar la corriente e impedir el paso de la corriente. Este tipo de transistor recibe el nombre de efecto de campo precisamente por eso mismo: la compuerta desarrolla un campo eléctrico que produce un efecto en la corriente que entra por el surtidor y sale por el drenador. Este tipo de transistor tiene el inconveniente de que la compuerta está conectada directamente al substrato, con lo que se origina una pequeña corriente de fuga. Tipos de transistores de efecto de campo El que has visto es uno de ellos, el tipo de juntura, también conocido como JFET (Junction Field Effect transistor); posee un contacto óhmico directo en la compuerta. El otro tipo es el llamado MOS FET (Metal Oxide Field Effect Transistor) que es un transistor de efecto de campo oxido metálico también llamado IGFET Entre los transistores de efecto de campo, hay tipo P y tipos N. si el substrato Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 12

13 es tipo N, el transistor es tipo N, y viceversa. En la figura de arriba se te muestran algunos tipos. El MOS FET ofrece una impedancia de entrada cuyo valor puede alcanzar los varios cientos de mega ohmios. Existen 2 tipos de estos últimos: de compuerta simple como se representa arriba, y los de doble compuerta como se muestra a continuación. Algunas ventajas de este tipo de transistor son: Presentan una impedancia de entrada muy alta. Producen un nivel de ruido inferior al de los demás. Tienen menor capacidad parásita. Actúan con mayor estabilidad frente a las variaciones térmicas. Alcanzan una respuesta a frecuencias más altas. En este tipo de transistores, la compuerta (G) está aislada del substrato por medio de una fina capa de bióxido de silicio, por lo que no permite el paso de la corriente de la compuerta, o hacia la compuerta. En este tipo de transistores, se deben de tomar varias medidas eléctricas, ya que es un tanto delicado. TRANSISTORES TIPO DARLINGTON Cuando configuras un circuito de dos transistores unidos por sus terminales, se dice que los transistores están en Darlington. Esta configuración presenta una gran impedancia de entrada y una mayor ganancia que un único transistor. Se suelen construir en un único encapsulado, con lo que adquiere fiabilidad y resistencia. Como ves un Darlington simula un transistor único, pero en realidad son 2 ó más lo que los componen, como puedes ver en la imagen en la que el encapsulado conlleva 2 transistores conectado tal como ves. Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 13

14 CIRCUITOS INTEGRADOS Un circuito integrado es un dispositivo tecnológico del tamaño de casi cualquier componente, y, o, en el cual, se han integrado elementos electrónicos que forman un circuito específico; según modelo de circuito integrado. La técnica utilizada para obtener circuitos integrados se llama técnica planar, y consiste en una placa de silicio, modificarla en ciertas zonas para obtener en su seno, diodos, resistencias, transistores y condensadores. CIRCUITOS IMPRESOS Por rapidez, comodidad y diseño, se arman los circuitos electrónicos en una placa de fibra de vidrio de 2 caras. Por una cara se suele montar los elementos del circuito, y por la otra se conecta por medio de una pista de cobre. Las técnicas para producirlo son variadas y elaboradas, pero se suele hacer por ordenador. En cuanto a las placas a utilizar las profesionales son de fibra de vidrio de varios colores y por un lado están aisladas y por el otro lado están recubiertas por una capa de cobre u otro material conductor; aunque también suelen tener cobre por ambas caras. El circuito electrónico se diseña en el cobre (en caso de que sea una placa de cobre donde se realice el circuito impreso): Primero, se dibuja el circuito y se designan los puntos de perforación para el taladro (para insertar los componentes electrónicos). Después se protege el circuito dibujado con un tinte protector o capa protectora que evite que la exposición de la luz lo deteriore (en caso de que se utilice la técnica de la foto exposición), o la acción química de un ácido ataque el cobre no protegido. Una vez quitado todo el cobre restante, salvo el del circuito, taladrar la placa para las patillas de los componentes, y después soldar los componentes electrónicos Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 14

15 RESUMEN El amplificador de RF. Trabaja en altas frecuencias, y generalmente suele estar sintonizado, por lo que trabaja a unas frecuencias determinadas por un rango. El acoplamiento entre amplificadores de RF aprovecha las características de los circuitos resonantes paralelos para adaptar las impedancias. Las impedancias se pueden adaptar con un transformador cuyo secundario tenga punto medio. Un circuito oscilador es un circuito que genera una serie de ondas que se amortiguan si no se alimenta. La realimentación es el proceso por el cual introducir la señal de salida de un amplificador a su entrada, con el fin de reducir el ruido y evitar la sobre amplificación. Existen 2 tipos de realimentación: positiva y negativa. Cuando es positiva, la señal de salida coincide en fase con la señal de entrada, con lo cual aumenta la amplificación al aumentar la señal de entrada (en amplitud). La re amplificación negativa, la señal de salida está en oposición de fase con la de entrada, con lo cual la señal de entrada disminuye para reducir el ruido y la distorsión. En la realimentación, siempre la señal realimentada debe ser inferior a la señal de salida para no producir un efecto negativo. Los multivibradores son circuitos que pueden obtener distintas formas de ondas. Existen 3 tipos principales: astables, biestaestables y monoestables. Transistor de efecto de campo aprovecha las ventajas del transistor bipolar además de reemplazar la baja impedancia por la alta impedancia de entrada. Un Darlington es un circuito con 2 ó más transistores puestos en serie. El circuito integrado es una unidad que contiene en su seno elementos discretos conectados entre sí, y que forman un pequeño circuito, como por ejemplo un amplificador. El circuito impreso es una lámina de fibra en la cual se insertan los componentes electrónicos que se desean para forman un circuito (no confundir con circuito integrado). Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 15

16 CONOCIMIENTOS PRÁCTICOS. En este apartado te voy a mostrar un enlace en el cual te mostrará las hojas de características de los diodos y transistores. La hoja de característica de los componentes es una parte vital de los mismos para conocer sus valores de tensión e intensidad máximos que se necesitan para polarizar el transistor o el diodo; y también conocer los valores de máxima tensión inversa, en el caso del Zener, que pueda soportar. Existen otros valores que los fabricantes indican, como la temperatura máxima de funcionamiento, el factor de amplificación, etc. Para ver la hoja de características de cualquier componente visita la siguiente dirección: Solo tienes que poner el componente que desees estudiar y buscarlo. Espero que te sirva de ayuda. Cursosindustriales.net. Electrotecnia Página 16