Tema 1.- Electrónica analógica Unidad 1.Apartados del tema: 1. Introducción. Concepto de electrónica 2.Semiconductores. 3. Elementos de un circuito electrónico. 4. Resistores. Asociación. 5. Generadores eléctricos. Asociación 6. Condensadores. Asociación. 7. Diodos. Curva característica. 8. Problemas y ejercicios.
1. Introducción. Concepto. La electrónica es la tecnología eléctrica. Es decir, utiliza los cambios de las magnitudes eléctricas ( tensión, intensidad, campo electromagnético, cantidad de carga, etc) para crear, transmitir o recibir una información codificada. Actualmente la electrónica juega una importancia capital en nuestra sociedad, ya que la mayoría de los dispositivos tecnológicos llevan circuitos electrónicos que permiten controlar y programar diferentes elementos mecánicos, eléctricos, neumáticos, hidráulicos, etc.
2. Semiconductores Los semiconductores son los elementos esenciales de la electrónica. Para comprender el funcionamiento de los semiconductores, se debe tener en cuenta la estructura atómica. Los átomos de los elementos se pueden visualizar gracias al FAM (Microscopio de Fuerza Atómica)
Tabla periódica de los elementos Dopantes p Semiconductores Dopantes n
Silicio (Si) Germanio (Ge) Radio covalente: 111 pm Radio covalente 122 pm.
Enlace de semiconductores
Enlace covalente del Silicio
Semiconductor dopado p
Semiconductor dopado p
Concentración de impurezas, mg de impurezas Concentración( ppm)= Kg de muestra concentra ción ( ppb)= μ g de impurezas Kg de muestra
3. Elementos de un circuito electrónico Un circuito electrónico es alimentado por un generador de DC. Los componentes son los siguientes: 1. Dispositivos de entrada (INPUT), son los sensores. Mecánicos : pulsadores, interruptores y conmutadores. Luminosos : Resistencias LDR ( light dependant resistor). Al aumentar la intensidad luminosa, disminuye su resistencia, siguiendo una función exponencial con exponente negativo. Térmicos : Termistores. Los hay de dos tipos NTC, con pendiente negativa de temperatura( a medida que aumenta la temperatura disminuye la resistencia) y los PTC, con pendiente positiva(cuando aumenta la temperatura aumenta la resistencia) Eléctricos : Varistores. Cuando aumenta la tensión entre sus extremos, disminuye su resistencia.
Sensores más comunes LDR NTC Varistor PTC
Dispositivos de proceso Permiten controlar la acción del dispositivo electrónico. Los más generales son : 1. Diodos.- Dirigen el sentido de la corriente eléctrica por una rama. Tiene dos terminales 2. Transistores.- Controlan y amplifican la señal que le llega desde la base. Posee tres terminales: Base (Gate), Colector (Drain) y Emisor (Source). 3. CI ( Circuitos integrados) son los llamados Chips, que es la asociación de una gran cantidad de elementos de control, con resistores de protección y que se encapsulan todos ellos con una cubierta de plástico. Los contactos externos están formados por patillas o pines, que dependiendo del grado de complejidad del CI, serán más o menos abundantes.
Dispositivos de control Diodo Zener Diodos CI 555 Transistores
Dispositivos de salida Los dispositivos de salida (Output) son aquellos que responden al control del circuito electrónico. Pueden ser: 1. Sonoros.- Como son los zumbadores ( señal monoacorde) o altavóz (señal multiacorde). 2. Luminosos.- Como son las lámparas o los LED ( light emitting diode). 3. Mando y control.- Los relés. 4. Mecánicos.- Los motores.
Resistores Son elementos de un circuito eléctrico o electrónico que disipan la energía en forma de calor. Son receptores térmicos. En electrónica se utilizan para proteger elementos sensibles que pueden ser dañados por un aumento de tensión o de corriente eléctrica. Su magnitud se representa por la letra R y se mide en Ohmios (Ω) Para su medida se recurre al polímetro o bien utilizando el código de colores. Si utilizamos el polímetro se mide en circuito abierto y colocando los puntales sobre los terminales, colocando el conmutador en el sector de medida de resistencias. El código de colores establece su medida mediante los colores de las tres bandas más próximas coloreadas en la carcasa. El código se presenta en la página siguiente:
Código de colores
Asociación de Resistencias a. En serie : RT = Σ Ri R = 3. 10 = 30 k B. En paralelo : 1 1 =Σ RT Ri RT = 10+10+10 =10 k 3
Utilización de las resistencias En un circuito electrónico, se usan las resistencias para: a. Proteger a los diodos LED de una sobrecarga. Se colocará una resistencia entre 100 y 1000 Ω. B Proteger la base de un transistor. Se colocará una resistencia entre 1000 y 10000 Ω. c. Se utilizarán otros tipos de resistencias para proteger elementos sensibles, debiéndose especifocar su valor en cada caso.
5. Generadores eléctricos. Asociación. Un generador eléctrico es un dispositivo que origina y mantiene una tensión entre los extremos de un circuito al que se encuentra conectado. Hay dos tipos de generadores: a. De Corriente Continua (DC), en donde el sentido de la corriente es siempre constante. b De Corriente Alterna (AC), cuyo sentido cambia varias veces por segundo. Es lo que se llama frecuencia de cambio y en el caso de corriente de red, su frecuencia es de 50 Hz.
Generadores electricos La magnitud que define a un generador eléctrico es su F.E.M. (fuerza electro motriz), que es la energía por unidad de carga eléctrica que permite a ésta realizar el circuito completo desde el ánodo hasta el cátodo. Se mide en Voltios y se representa por :ξ El valor que aparece en la carcasa del generador es su F.E.M. Un generador eléctrico tiene también una resistencia interna que obstaculiza el paso de la carga eléctrica desde el cátodo al ánodo por el interior del generador. La ley de Ohm generalizada establece que la intensidad de un circuito eléctrico es igual: ξ I= RT +r
Generador eléctrico La tensión entre los extremos del generador será igual a : V=ξ -I.r FEM (ξ) Intensidad de la rama principal (I) Resistencia interna de la pila (r)
Asociación de generadores a. En serie En oposición : b. En paralelo: ξ T =Σ ξ i r T =Σ r i ξ T =ξ 1 ξ 2 r T =Σ r i ξ T =ξ i 1 1 =Σ rt ri
Condensadores Un condensador es la asociación de dos conductores( llamados armaduras) cuya influencia es total. Se construye con dos superficies conductoras entre las cuales se coloca un aislante o dieléctrico. El condensador se considera como un almacén de carga, siendo su capacidad igual a: Q C= V A V B Submúltiplos del Faradio : mf ;; μf ;; nf ;; pf Q.- Carga almacenada Va Vb Diferencia de potencial entre las armaduras C.- Capacidad medida en Faradios (F)
Condensadores Los condensadores en electrónica se utilizan como temporizadores, aprovechando el tiempo de carga y descarga del mismo. T = 5 τ segundos. ;; la constante de tiempo, τ = R. C, medida en
Tipo de condensadores Electrolíticos
Asociación de condensadores a. En serie.1 1 =Σ CT Ci b. Paralelo C T =Σ C i
Asociación de condensadores a. En serie.1 1 =Σ CT Ci b. Paralelo C T =Σ C i
Diodos. Dispositivo electrónico que dirige la corriente en un sentido, impidiendo dicha corriente en sentido contrario. Es un dispositivo formado por la unión de un semiconductor P y otro N Cuando a un diodo se aplica una tensión externa mediante una pila, trasmitirá corriente si se encuentra en polarización directa, es decir cuando el ánodo del diodo se conecta al polo positivo. Cuando la conexión es al contrario, no existirá paso de corriente y la polarización de denomina inversa.
Arrastre Difusión
Polarización directa
Polarización inversa
Curva característica de un diodo Tensión umbral