abc de la electrónica

ELABCDELAELECTRONICA

CONTENIDODESPEGANDO A LA ELECTRONICA 7 5

1. ELECTRICIDAD 8PONIENDO A TRABAJAR LA ELECTRICIDAD 9REVISANDO LAS BASES 10ELECTRICIDAD ESTÁTICA 12CORRIENTE ELÉCTRICA 15ELECTRICIDAD DE CORRIENTE DIRECTA 16ELECTRICIDAD DE CORRIENTE ALTERNA 20MEDICiÓN DE C.A. Y C.D. 21CIRCUITOS ELÉCTRICOS 22

PULSOS, ONDAS. SEr\lALESy RUIDO 242. COMPONENTES ELECTRÓNICOS 26CABLE Y ALAMBRE 26SWITCHES 27RELEVADORES 28MEDIDORES DE BOBINA MÓVIL 28MICROFONOS y BOCINAS 29RESISTENCIAS 30CAPACITORES 34APLICACIONES DE RESISTENCIAS Y CAPACITORES 37BOBINAS 39TRANSFORMADORES 413. SEMICONDUCTORES 43SILICIO 43EL DIODO 45EL TRANSISTOR 48TRANSISTORES BIPOLARES 49TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO 52EL TRANSISTOR UNIJUNTURA 57EL TIRISTOR 58RECTIFICADORES CONTROLADOS DE SILICIO 58TRIACS 594. SEMICONDUCTORES SENSIBLES A LA LUZ 61LUZ 61OPTOELECTRONICA 62

COMO SE UTJlIZAN LOS LENTES CONVEXOS 63FUENTESQE LUZ POR SEMICONDUCTORES 64OIOOOSEMISORES DE LUZ 64

SEMICpNOUCTORES DETECTORES DE LUZ 67DETECTORESDE LUZ FOTORESISTIVOS 68DETECTORESDE LUZ DE UNiÓN PN 69FOTODIOOOS 69FOTOTRANSISTORES 71FOTOTIRISTORES 73CELDAS SOLARES 73

5. CIRCUITOS INTEGRADOS 74

6. CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES 76COMPUERTAS DE INTERRUPTOR MECÁNICO 76LA CONEXiÓN BINARIA 77COMPUERTASDE DIODOS 78COMPUERTASDE TRANSISTORES 78SIMBOLOS DE COMPUERTAS 79

CAMINOS DEALTAVELOCIDAD DE DATOS(DATAHIGHWAYS) 81COMO SON UTILIZADAS LAS COMPUERTAS 81CIRCUITOS LÓGICOS COMBINACIONALES 81CIRCUITOS LÓGICOS SECUENCIALES 83UN SISTEMA LÓGICO SECUENCIAL-COMBINACIONAL 85FAMILIAS DE CI DIGITALES 867. CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES 87EL CIRCUITO BÁSICO LINEAL 87AMPLlFICADORES OPERACIONALES 87TEMPORIZADORES 88GENERADORES DE FUNCiÓN 89REGULADORES DE VOLTAJE 89OTROS CI LINEALES 908. CONSEJOS PARA EL ENSAMBLE DE CIRCUITOS 90CIRCUITOS TEMPORALES 90CIRCUITOS PERMANENTES 91COMO SOLDAR 92ENERGIZANDO CIRCUITOS ELECTRÓNICOS 939. 100 CIRCUITOS ELECTRÓNICOS 94CIRCUITOS CON DIODOS 95

DIODOS DE SEÑAL PEQUEÑA Y RECTIFICADORES 95CIRCUITOS CON DIODOS ZENER 96

CIRCUITOS CON TRANSISTORES 97CIRCUITOS CON TRANSISTORES BIPOLARES 97CIRCUITOS CON FET UNION y MOSFET DE POTENCIA 99

CIRCUITOS CON TRANSISTORES UNIJUNTURA 101CIRCUITOS CON TIRISTORES 103

CIRCUITOS CON SCR 103CIRCUITOS CON TRIACS 104

CIRCUITOS DE OPTOELECTRONICA 105CIRCUITOS CON DIODOS EMISORES DE LUZ (LEO) 105CIRCUITOS SEMICONDUCTORES DETECTORES DE LUZ 107

CIRCUITOS CON CI DIGITALES 109CIRCUITOS TTL 109CIRCUITOS CMOS 111

CIRCUITOS CON CI LINEALES 115CIRCUITOSAMPLlFICADORES OPERACIONALES (OP-AMP) 115CIRCUITOS COMPARADORES 117CIRCUITOS REGULADORES DE VOLTAJE 118CIRCUITOS TEMPORIZADORES 119

SIMBOLOS DE CIRCUITOS COMUNES 121

SIMBOLOS DE CIRCUITOS COMUNES

DIODOS y TIRISTORES:

~GDIODO

RECTIFICADORTRIAC DIACDIODO

ZENERSCR

TRANSISTORES:

S

N-MOSFET

G

NPN PNP N-JFET P-JFET

RECTIFICADORTIPO PUENTE

S

P-MOSFET

COMPUERTAS LÓGICAS:

=D- D- --t>- D- D-AND NAND OR NORINVERSOR

D-EX-OR

COMPONENTES PASIVOS:

] [---1(- ---=t.¡(-.

CAPACITOR CAPACITOR CAPACITOR RESISTENCIA RES.lSTENCIA TRANSFORMADORFIJO POLARIZADO VARIABLE FIJA VARIABLE

OPTOELECTRONICA:

-e-LED FOTODIODO FOTOTRANSISTOR CELDASOLAR LASCR FOTOQESISTENCi.A

EL ABC DE LA ELECTRONICA

1.ELECTRICIDAD

La unica diferencia entre unrayo y la chispa que segenera entre su dedo y laperilla de una puerta en un diaseco es la cantidad., ambas sonelectricidad.

Benjamin franklin confirmo esto porprimera vez en su famosoexperimento del papalote.

Aquellos que vuelan un papalotedurante la lluvia, es mejor quedigan "adios" ya que no es muyseguro

..

LLAVE

~ LAMPARADE NEON

Existe una manera clara de "ver" laelectricidad sin la necesidad de serlastimado: Tome una punta de unalampara de neón, camine a travésde una alfombra mientras usazapatos de suela endurecida yhaga tocar la segunda punta de la

lampara con un objeto de metal. La lampara se encenderá ( a menos que lahumedad relativa sea muy alta).

A LA PERILLADE LA PUERTA

o TUBO DE AGUA

¡Por supuesto que usted no puede "ver" la electricidad!, usted verá su efecto a través del aire y la lampara deneón. Los efectos de la electricidad que pueden se pueden ver son varios. Aquí hay algunos más.


PONIENDO A TRABAJAR A LA ELECTRICIDAD

Toda la materia tiene propiedades eléctricas. por esta razón muchos científicos de siglos pasados han podidoinventar cientos de aparatos que generan, almacenan, controlan y conmutan la electricidad.Estosdispositivos han sido combinados para llevamos dentro de....

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~~4'r hogar.

trasformadores,diodos,resistencias,condensadores,diodoszener,transistores.reguladoresdevoltajey circuitosintegrados

S ''1.'' . -I I "I

...LAERADELA

ELECTRONICA.

ELECTRICIDAD

EL ASC DE LA ELECTRONICA

REVISANDOLAS BASES

la electricidad es un ingrediente esencial de la materia.la mejor manera de comprender la naturaleza de la electricidad es examinar el componente más pequeño decada elemento, el átomo.

ATOMO DE LmONUCLEO.

(PROTONES yNEUTRONES) Este es un atomo de litio. El tercer

atomo mas simple despues delhidrogeno y el helio, los atomosde litio tienen tres electrones querodean un nucleo de3 protones y 4 neutrones

los electrones tienen una carga eléctrica negativa.los protones tienen una carga eléctrica positiva.los neutrones DQtienen una carga eléctrica.

IONES -

Normalmente un atomo tiene un numero equivalentede electrones y protones.Las cargas se cancelan para no dar al atomo algunacarga e/ectrica neta, es posible desalojar uno o maselectrones de la mayoria de los atomos, esto provocaque el atomo tenga una carga positiva neta, entonceses llamado un ion positivo, si un electron disperso secombina con un atomo normal entonces,el atomotieneuna carga negativa neta y es llamado ion negativo.

ION NEGATIVO

ION POSITIVO

ELECTRONES -z

zz

rG7=-=- O

Los electrones libres se pueden mover a velocidadesaltas a travez de los metales, gases y vacio o estospueden quedar estacionados en una superficie.


MAS ACERCA DE LOS ELECTRONES LIBRES -

muchostrillones de electrones se pueden estacionar en una superficie o pueden viajar a través del espacio omateriaa velocidades cercanas a las de la luz. (Aproximadamente 300,000 Kilometros por segundo

o O O OO O O O

O O O OO O O O

ELECTRONESESTACIONARIOS ELECTRONESEN MOVIMIENTO

ELECTRONESEN REPOSO - un grupo de electrones negativos en una superficie causan que esta quedecargadanegativamente. Puesto que los electrones no se mueven, la superficie se puede decir que tiene unacargaeléctrostática negativa.

ELECTRONESEN MOVIMIENTO-una columna de electrones en movimiento es llamada una corriente eléctrica.Los electrones estacionados pueden formar rápidamente una corriente eléctrica si son colocados cerca de ungrupo de iones positivos. Los iones cargados positivamente atraerán los electrones que rápidamente irán allenar los "hoyos" o vacíos dejados por los electrones faltantes.

ELECTRONFALTANTE

ORSITADELELECTRON~

, -, - \, -....p ~ ELECTRON

ELECTRONESPERDIDOS -la fricción mecánica, luz, calor o una reacción química pueaen remover electronesde unasuperficie. Esto causa que la superficie quede cargada positivamente. puesto que los átomos cargadospositivamenteestan en reposo, se puede decir que la superficie tiene una carga electrostatica positiva

~~

@'"

)(FRICCIONLUZ

CALOR aUIMICA 5 IONES POSITIVOSCONCARGA ELECTROESTATICA

POSITIVA


CONDUCTORES Y AISLANTES

Usted puede utilizarsu electroscopio para probar que los electrones viajan a través de algunos materiales perono de otros.~ ¡pruebe esto en un dia seco! Los electrones pueden viajar a través del aire húmedo y la cargade su electroscopio desaparecerá rápidamente en días húmedos.

(a~

I

1- _ _ _ _ __

,'~ ~ T ~ ~

(ELECTROSC<M'IO

CUERDA

oerN

~~OfVES

HOJA CARGADA

CUERDA

°7~

~UfNEI.~~OfVES

HOJA NEUTRAL

CINTA

CINTA

V~- / ~

- ~-- "-- - "'"- - - BARRA DEPLASTICOCARGADA-

V~- / ~

- -- BARRADE- ---- ~ PLASTICO:.---=---- CARGADA

Esta demostración le enseña que los electrones pueden viajar a través de algunos materiales pero no de otros.Los materiales a través de los cuales viajan los electrones son conductores. Los materiales a través de loscuales los electrones viajan pobremente o no viajan son aislantes.

Conductores incluyen plata, oro, acero, cobre, etc.

Aislantes incluyen vidrio, plastico, goma, madera, etc.


CORRIENTEELECTRICA

Elconductor - la demostración del aislador ilustra otros dos puntos importantes:

2. Una carga estatica inmovil fluye a travezde un conductor en forma de una corriente

electrica. Luego reanuda su carga estaticaen las hojas de aluminio del electroscopio.

1. La corriente electrica fluye de una regionde carga de alto potencial a una region debajo potencial,

LA RELACIONCON EL MAGNETISMO -

Unacorrienteque fluye a través de un alambre crea un campo magnético alrededor de el. Usted no puede verel campo, pero puede observar el efecto.

Oriente una brujula de tal manera que su aguja

apunte a la marca del norte (N).

Coloque un alambre de cobre encima y

paralelo a la aguja. Luego conecte una bateria

a travez del alambre, y la aguja se movera de

su orientacion norte -sur (¡Conecte el alambre

unicamente un instante para prevenir que la

bateria se caliente!)

CAMPOMAGNETICO

MEDICiÓNDE LACORRIENTEELECTRICA

El movimiento fisico ( o mecánico ) de la agujamagnetica de una brujula en un campo magneticosuministra una manera convenientepara medir lacantidad de corriente que fluye en unalambre. Estaes la base del medidor de corrientede bobina movilutilizando en el multimetro analogico.Paraproporcionar una sencibilidad alta, el alambrees enrollado como una bobina.

MENOS

/MAS

~" .

'.

..

.

...~..~. ...........

!:) .

~

BOBINAMOVIL


ELECTRICIDAD DE CORRIENTE DIRECTA

Una corriente eléctrica puede fluir en cualquiera de sus dos direcciones a través de un conductor. Si fluye enuna sola direccion, ya sea estable o en-pulsos, se le llama corriente directa (c.d.). Es importante especificar lacantidad y potencia de una corriente directa.Aquí estan los terminos clave:· (i)-corriente es la cantidad de electronesque pasan en un punto dado. La unidad de la corriente es el ampere.Un ampere es de 6,280,000,000,000,000,000 ( 6.28 x 10 18)electrones que pasan por un punto en un segundo.· Voltaje (v o e)- el voltaje es la presión eléctrica o fuerza. Algunas veces se nombra al voltaje como potencial.La caida de voltaje es ladiferenciade potencial entre dos extremos de un conductor a traves del cual la corrientefluye. Si comparamos la corriente con el agua que fluye a través de una llave, la presión del agua es el voltaje.· Resistencia (r) -los conductores no son perfectos. Estos se resisten en algun grado al flujo de corriente. Launidad de la resistenciaes el ohm (o» una diferencia de potencial de un volt forzará una corriente de un amperea través de una resistencia de un ohm. La resistencia de un conductor es su caída de voltaje dividida por lacorriente que fluye a traves del conductor.· Potencia (p) el trabajo realizado por una corriente eléctrica se le llama potencia. La unidad de potencia es elwatt. La potencia en la corriente directa es el producto del voltaje por la corriente.· la leyde OHM- Dadas dos cantidades cualquiera de las de arriba, puede encontrar la otra cantidad usandoestas fórmulas conocidas como la ley de Ohm:

V=RXII=V IRR=V 1IP= V x I (O TAMBIÉN) P = 12X R

Nos referiremos a la ley de ohmMas tarde en este libro...· Resumiendo - esta es la "analogia del agua"

NIVEL DE AGUA(VOLTAJE)

~

~ FLUJO

] #' (CORRIENTE)

---1Ll/V

TURBINADE ROTACION( POTENCIA)


UTILIZANDOLA CORRIENTE DIRECTA

Existenvarios usos para la electricidad de corriente directa, ningun libro puede describir todas estas. En estapáginahay varios diseños de una sola bobina de alambre que puede construir facilmente con una sección de3.8a7.6 cm de un popote para refrescoy al menos 9 m de alambre de calibre 30, cubierto con laca, asegure labobinaen un lugar con cinta. Remueva el aislante de las puntas de la bobina con lija de papel fino.

ELECTROMAGNETOInserteun clavo de acero en la bobina,

conecte las puntas a una bateria de 9volts.y el clavose magnetizaráhastaquedesconecte la energia. ( Puede quedar

-

LIMADURAS--- DE ACERO

MOTOR-

Tal vez no sea su idea de un motor, peroeste elegante aparato califica para ladefinicion que se da en el diccionario.Utilice un calvo de peso ligero.Asegure una punta de la bobina al clavo,ajuste la altura de la bobina hasta que elclavo brinque hacia arriba y hacia abajo.

HOJADEALUMINIO

TAREA: EXPLIQUE EN 25 PALABRAS OMENOS COMO TRABAJA ESTE MOTOR. '


GENERANDOELECTRICIDAD DE CORRIENTE DIRECTA

Existe un numero sorprendente de maneras para producir corriente directa. Aqui hay algunas:

GENERADORES QUIMICOS -

Electrolitos son soluciones quimicas que contienen varios iones. Por ejemplo, disuelva sal de mesa en agua yla sal se partirá en iones de sodio positivo y iones de cloro negativos. Si se sumergen dos placas de metaldistintas en la solucion de sal, los iones positivos se iran hacia una placa y los iones negativos se iran hacia laotra placa. Si las dos placasson conectadas conjuntamente por un conductor, fluirá una corriente a traves de lasolucion (como iones) y el conductor (como electrones). Esta clase de generador es llamada celda humeda.Las celdas en las cuales el electrolito es absorbido por papel, o las que se forman en una pasta son llamadasceldas secas.Aquí se muestran algunos generadores quimicos que usted puede fabricar. iDisfrute !

HOJADE

ZINC)'--.:::,.

CELDA DELlMON FRESCO JUGO DE

LlMON

--

+

--- ZINCOMAGNESIO

PAPEL SALADO (SERVILLETA+ AGUA CON SAL) I

MONEDA DE COBRE ( +)Esta bien en papel seco yActive con agua...

Conecte dos o más celdas en serie para formar una batería con unVoltaje total equivalente a la suma de los voltajes de las celdas.


GENERADORES ELECTROMAGNÉTICOS -

Unacorriente que fluye a traves de un conductor establece un campo magnético alrededor del conductor. Esteefecto opera también a la inversa, de tal manera que una corriente fluirá en un conductor el cual se mueve atraves de un campomagnetico.

Usted puede demostrar facilmente lageneraciondecorriente electromagneticacon una bobina de alambre y un imanpequeño, (la bobina mostrada en lapagina 17operabien),conectelaspuntasde la bobina a unmedidordiseñado paramedirmicroamperes, inserte un clavo deaceroa travez de la bobina y jale el imanhacia atras y hacia adelante a lo largode la bobina, el medidor indicara pocosmicroamperespor cada movimiento.

BOBINA

AL MEDIDOR

La polaridad (dirección)de la corriente será inversa con cada movimiento que haga hacia atrás.

¿Deseaun generador fabricado?Solamentegireel eje de un motor pequeno de cd. i Lamayoríade estos motores produciran una diferenciade potencial de varios volts !. Puede adicionar unpropulsorparafabricar un generador.

Generadores termoelectricos - si la union de dosmetalesdistintossecalienta,se produciraunacorriente,un alambre de cobre enrolladoalrededor de la puntade un clavo de acero generarapocos milivolts cuandose calienta por la flama de uncerillo, las uniones comoacero ~ constantan (una aleacion de nikel y cobre)produciranvaltajes mucho mas altos (estees el efectoseeberck).

\VOLTAGE

\~

/ '= ALAMBREDE COBRE


ELECTRICIDAD DE CORRIENTE ALTERNA

Regresemos a la bobina hecha en casa y al "generador" de imán en la pagina anterior. Cuando se mueve elimán en una direccion a lo largo de la bobina, los electrones del alambre se mueven en una direccion y seproduce una corriente directa. En el movimiento hacia atrás -a menos que el imán sea removido de la bobina-la direccion del flujo de la corriente se invierte. Por lo tanto, si el imán se mueve hacia atrás y hacia delante a lolargo de la bobina, se produce una corriente que alterna en direccion o polaridad. Esta es llamada corrientealterna. La corriente alterna (c.a.) es producida usualmente al hacer girar una bobina en un campo magnético.

0-1180'

VOLTAJE

+

ESTO ES UNA ONDA SENOIDAL

O'

270'

:::: ~ /\./V -- SALIDA DE VOLTAJE

O'

!II\

~III

!1o'

+

SENOIDAL

BOBINA

MEDICION DE LA ONDA SENOIDAL.

o

El Voltaje de c.a. Es especificado usualmente en unvalor equivalente al voltaje de c.d. Capaz de realizarelmismo trabajo, para una onda senoidal este valor esde 0.707 veces el voltaje pico. Este se llama voltajeRMS (valor cuadratico medio). El voltaje pico (ocorriente) es de 1.41 veces del valor RMS.El voltaje de linea casero se especifica de acuerdo asu valor RMS. Por lo tanto, el voltaje casero de 120volts corresponde a un voltaje pico de 120 x 1.41 o169.2 volts.

PICO+

.707

.707

PICOSENOIDAL

PORQUE SE UTILIZA LA C.A. -

La CA es más apropiada que la C.D. Para la transmision a traves de las lineas de energfa de larga distancia.Un cable que transporta C.A. Inducirá una corriente en un cable cercano. Este es el principio del transformador.


MEDICIONDE LA C.A. Y C.D.

Usted puede medir fácilmente un voltajede C.A.o C.D. y la corriente con uninstrumento llamado multímetro. Losmultímetros analógicos utilizan unmedidor de bobina movil.Los multímetros digitales son de lecturacon display. El multímetro es elinstrumento individual de pruebaelectrónica de mayor importancia.

Multímetroanalógico- máseconomico,dealgunamanera menos preciso que los del tipo digital.Son mejores para observar la tendencia decambios lentos de voltajes, corriente oresistencia.

Multímetro digital - de alta presición y de mas facillectura que los tipos analógicos, son mejores paraencontrar el valor exacto de un voltaje, corriente oresistencia.

RESUMEN SOBRE LOS MULTIMETROS -

¡Estos son indispensables!.

Incluso si usted solo tiene un interes pasajero debe de considerar la compra de uno porque tiene bastantesusos en el hogar, en el trabajo y cuando trabaja con aparatos y vehículos motorizados. Si usted piensa en seriodedicarse a la electrónica, considere el adquirir un multimetro de alta impedancia que tendrá muy poco o ningunefecto en el dispositivo que esta midiendo. Idealmente, debería tener ambos tipos, tanto el analógico como eldigital.

SEGURIDAD ELECTRICA

La electricidad puede matar!

Si usted desea permanecer por un largoperiodo de tiempo disfrutando de losexperimentos con la electronica, siempremanejela con el respeto que le merece.Hablaremos nuevamente de seguridadmas adelante.

DEDO DELEXPERIMENTADOR


CIRCUITOS ELECTRICOS

Un circuito electrico es cualquier diseño que permite que fluya una corriente electrica. Un circuito eléctricopuede ser tan simple como una batería conectada a una lampara o tan complicado como una computadoradigital.

UN CIRCUITO BÁSICO

Este circuito basico consistede unafuente de corrienteelectrica ( una bateria ), una lampara y dos alambresde conexion, la parte del circuito que realiza el trabajoes llamada la carga.Aqui la carga es la lampara .En otros circuitos la carga puede ser un motor, unelemento de calentamiento, un electromagneto, etc.

--o / I \"I~

Nr BATERIA ]9 ---Et~~f~~~sO ~G> ~G> ~G> ~G>

UN CIRCUITO EN SERIE

Un circuito puede incluir mas de un componente(interruptor, lampara, motor, etc. ) Un circuito en seriese forma cuando el flujo de corriente pasaprimeramente a travez de un componente luego fluyehacia otro. ( Las flechas muestran la direccion del flujode electrones ).

UN CIRCUITO EN PARALELO

Uncircuitoen paraleloesta formado cuandodos o mas componentes estan conectadosde tal manera que la corriente puede fluir atravez de un componente sin tener quepasar a travez de otro.

"-/ I \

"I I \

JJ

UN CIRCUITO SERIE PARALELO

Varios circuitos electricoscombinan los circuitos serie yparalelo. Todos suministran unatrayectoria completa entre elcircuito y su fuente dealimentacion.

II I \"


DIAGRAMASDE CIRCUITOS -

Hastaeste momento los circuitos eléctricos mostrados en este libro han sido ilustrados en forma pictórica. Lasversionespictoricas de los circuitos serán utilizadas en varios capítulos proximos. Mas adelante en el libro lasilustracionespictoricas serán reemplazadaspor diagramas de circuitos. En los diagramas de circuitos pictoricoslavistade los componentes serán reemplazados por símbolos de componentes.

BATERIA( B )

"CORTO"CIRCUITO ELECTRICO -

LAMPARA( L)

B

L3 L4

CIRCUITO SERIE - PARALELO

Cuandoun alambre u otro conductor es colocado a traves de las conexiones de un componente, algunas otodaslas corrientesdel circuito pueden ponerse en "corto" circuito a traves del conductor. Los cortos circuitostalescomoeste son usualmente no deseados. Estos pueden causar que las baterías pierdan rapidamente sucapacidad.Y estos pueden causar daño al cableado y los componentes. Los cortos circuitos pueden inclusocausarsuficientecalentamientopara quemarel aislamientode uncable! Precaucion!:El cuerpo humano conduceelectricidad,por lo tanto si se toca por descuido un circuito electrico este puede causar un "corto" circuito. Si elvoltajey la corriente son suficientemente altos, usted puede recibir un choque peligroso o incluso letal.

"TIERRA" ELÉCTRICA-

Unode los alambres de la linea de c.a. Se conecta a tierra por una barra de metal. Los empaques de metal delosdispositivosenergizadoselectricamentese conectan a este alambre de tierra. Esto evita el peligro de choque.Unalambresin tierra deberá hacer contacto con el empaque de metal. Sin la conexión a tierra, una persona quetocael dispositivomientras se para en la tierra o un suelo mojado puede recibir un choque peligroso. La tierratambienhace referenciaal punto de un circuito en voltaje CERO, conectado o no a tierra. Es por esto, que elladomenos(-) de la bateria de los circuitos de arriba y en las paginas siguientes se pueden considerar comotierra.

+ 1-1/2 V

ESTA ES TIERRA(Ov ) CON RESPECTO

A + 11/2v y -11/2V~

~-=- '--SIMBOLO

DETIERRA

- 1-1/2V


PULSOS, ONDAS, SEÑALES Y RUIDO

La electronica es el estudio y aplicación de los electrones, su comportamiento y sus efectos. Las aplicacionesmás simples para los electrones son sencillamente en circuitos de ca y de cd en las cuales una corriente esutilizada para energizar lamparas, electromagnetos, motores, solenoides y dispositivos similares. Lo que llevaa la electronica mas lejos de estas aplicaciones básicas es la facilidad con la cual el flujo de electrones puedeser controlado y manipulado.

Este simple circuito es realmente el mas usual y que primero se muestra porque puede enviar informaciónconvirtiendo una secuencia planeada por medio de apagados del interruptor en destellos de luz.

,1// ,11/ ,11/,-/ ~ ,~/ ~ ,~/'-

'-'-

'-'-

......

ON -

OFF

Los destellos de la lampara se pueden presentar por un diagrama como este.

Los patrones de los destellos o pulsos como estos pueden representar informacion compleja como el habla. Oel habla se puede transformar en variaciones proporcionales en la brillantes de una lampara, aquí se muestrauna manera simple para enviar la voz sobre un rayo de luz reflejada.:

~ ((((tSEÑAL DE VOZ t

BOTE

HOJA DE

ALUMINIO <:= :=l~,/ LUZ\

~,' \I~ 1 I

; : ,:I LUz REFLEJAD~~ _ _ _ _ /

CINTA

LA INTENSIDADDE LA LUZ REPRESENTA

LA SEf\JALDE VOZ

~J\r


(J PULSOS -

Un pulso es un flujo de corriente repentino, breve, creciente o decreciente. El pulso ideal debe tener unaelevación y una caida instantanea, pero los pulsos reales no son tan ideales.

PULSO IDEAL

illUl~n n n n n n ~ PULSOS

JUUUUUL TIPICOS

JUJL/

o.

---90.%.- - -

Q

PULSO REAL

TIEMPO DE CAlDA

ONDAS-

Unaondaes una fluctuación periodica de la corriente o voltaje. Las ondas de los componentes pueden tenerunasola polaridad (cd) o ambas (ea) (positiva o negativa). Existen varias clases de ondas, aquf se muestranalgunas:

~í\ f\ f.-l/V

: (\/\/\1.ONDASINUSOIDALCA ONDASINUSOIDALCD

ONDADECATRIANGULAR RAMPACD

+f\/VVo

ONDA SINUSOIDAL + CD ONDACUADRADADECA

SINUSOIDAL COMPLEJA VOZ

(J Señales -Unaseñal es unaformadeondaperiodieaque transmite informacion. El procesoque genera la forma de onda se llama modulacion.Las señalespueden ser de c.a, c.d o de ea QUE VIAJA EN UN NIVEL DE CD. SU ENEMIGO ES....

+ Ruido - ~ losdispositivoselectrónicosy circuitos generan pequeñas corrientes electricas al azar,. Cuando estas corrientesno son deseadas,se les llamaruido. El ruido se puede introducir tambien en los circuitos electronicos por mediode las ondas electromagneticasgeneradas por relampagos, sistemas de ignicion de automobiles, motoreselectricos y lineas energizadas.Aunque el ruido puede tener niveles de unicamente pocas millonesimas de unvolt o ampere, puede opacaro igualar facilmente una señal de bajo nivel.

RUIDO + SEÑAL = RUIDO SEÑAL-'fIJ\Y

RUIDO + SEÑAL = ? ? ?


2. COMPONENTES ELECTRONICOS

Existen docenas de familias diferentes de partes y bloques de componentes que, transportan, controlan,seleccionan, dirigen, conmutan, almacenan, manipulan, replican, modulan y explotan una corriente electrica.Aquellos que utilizanmateriales semiconductores son muy,muy importantes y les dedicaremos todo un capitulo.Pero usted encontrara en este capitulojustamente todo lo que debe conocer.sobre las partes restantes.

ALAMBRE Y CABLE

Son utilizados para conducir una corriente electrica. La mayoria de los alambres estan fabricados de un metalde baja resistencia como el cobre. El alambre solido es un conductor individual,el alambre trenzado se tuercedos o mas veces, o pueden ser conductores trenzados sin cubierta. La mayor parte del alambre esta protegidopor una cubierta de aislante de plastico, goma o laca. Elalambre que ha sido estañado es mas facilde soldar.

ESPECIFICACIONES PARA CABLE DE COBRE SIN AISLANTE

Los cables tienen uno o mas conductoresy mayoraislanteque el alambreordinario.El cable coaxialpuedeconducirseñales de alta frecuencia(comola television).

+ iprecaucionl Siempre utilice alambre nominal para la cantidad de corriente que va a conducir. Si un alambreesta demasiado caliente al tacto, esta conduciendo demasiada corriente. Utilice un alambre de mayorcalibre o reduzca la corriente.O si no.......

CALIBRE DIAMETRO (mm.) KG I KM CM/OHM

16 1,29 11,64 632,46

18 1,02 7,313 397,5120 0,812 4,600 250,1922 0,643 2,895 157,3784

44 0,511 1,820 98,9584

26 0,404 1,145 62,23

28 0,320 0,7198 39,1414

30 0,254 0,4531 24,6126


SWITCH ES

Los interruptores mecanicos permiten o interrumpen el flujo de corriente. Aunque estos tambien pueden seusadospara dirigir la corriente a varios puntos.

+ INTERRUPTORDE CUCHILLA BASICA - EL INTERRUPTOR MAS SiMPLE.....

CERRADO ~\

ABIERTO

~,/rMBOLOS

~ o-- -- VARIOSSI """'ES" <>--4)-DEINTERRU,¡r~ o---

Este es "amado un Interruptor 1p1t (un polo-1 tiro).

+ INTERRUPTORESDE CONTACTO MULTIPLE -Aquí se muestran los símbolos de la mayoría de ellos.

(La línea punteada significa que ambos lados se mueven juntos) 1p2t- un polo- dos tiros 2p1t- dos polos - un tiro2p2t- dos polos -dos tiros

+ OTROS INTERRUPTORES

De boton. Usualmentespst, normalmente abierto (na) o normalmente cerrado (nc).

NA--L~O O

CON RESORTE

~NC -

Rotatorios. Con un polo y dos o mas contactos. Se pueden encontrar muchas variedades disponibles en elmercado.

Mercurio. El interruptor se cierra con una gota de mercurio. Este switch es sensible a la posicion.

Otros. Sepueden encontrar otras clases de Interruptorescomo el de palanca, de arco, de brazo,desllzable.oprimir push on y push off. e iluminado.

1P2T--/ ,o

: o.2P2T - ,

-/oo

.2P1T - ,o


Relevadores

Unrelevador es un interruptorelectromagnetico.Unapequeña corriente fluyea traves de una bobina enel relevador creando un campo magneticoque empuja un contacto del interruptorcerrandolo o lo alejade otro abriendolo.

CONTACTOSMOVIL

RESORTE/DE RETORNO

PIN DE CONTACTO__ MOVIL

u~( C

u

PINESDE---/ PUNTASDELCONTACTO DEVANADO DEVANADO

+ simbolo del relevador -

Los contactod pueden estar disponibles en arreglos 1p1t, 1p2t, 2p1 t, 2p2t Yalgunas otras funciones del interruptor(como tiempo).

:\Zt::.

ooo

+ reed switch -Es un par de contactos constituido por dos tiras magneticas planas, puestas dentro de un pequeño tubo de

vidrio.Un campo magnetico cerrara los contactos. Esto hace posible un relevador spst muy simple.BOBINA

CONTACTOSDEL INTERRUPTOR

IMAN

~ INTERRUPTORMAGNETICO

TORNILLOS

í PI MONTAJE

MEDIDOR DE BOBINA MOVILUna bobina con una aguja puesta entre losextremos de un iman de herradura rotara cuandocircule una corriente, este es el principio delmedidor de bobina movi!.

AJUSTAA CERO


Microfonosy bocinas

Unmicrofonoconvierte las ondas sonoras a variaciones de una corriente electrica.Lasondas sonoras son primeramente convertidas en movimientos hacia atras y hacia delante en una laminillao peliculaflexible llamada diafragma. Entonces estas variaciones causan una corriente electrica por medio delossiguientesmetodos:

Carbon - el movimiento del diafragma hace que varie la presión contra los granulos de carbon de la capsula.Esto provoca cambios proporcionales en la resistencia de la capsula.

Dinamico- una bobina pequeña se mueve a traves de un campo magnetico respondiendo al movimiento deldiafragma. Esto causa la generacion de una salida de corriente proporcional al movimiento.

De capacitor -el movimiento del diafragma altera la distancia entre dos placas de metal. El resultado es unavariacionproporcional de capacitancia de las placas.

De cristal -una tableta de material piezo electrico (que produce voltaje cuando es doblada por la presion de lasondassonoras)forma el diafragma, o esta ligado mecanicamente al diafragma.

Una bocina convierte las variaciones de un corriente o voltaje en ondas sonoras. Las dos bocinas mas comunesson:

Magneticas -similares en principio a un microfono dinamico. De hecho, una bocina magnetica se puede utilizarcomo un microfono.

Decristal-similares en principio a un microfono de cristal. De hecho, una bocina de cristal se puede utilizarcomo un microfono.

MICROFONODE CRISTAL

SOPORTES DE CRISTALPIEZO-ELECTRICO

DIAFRAGMA

CONO DEPAPEL

BOBINA MOVILDE VOZ

BOCINA MAGNETlCA


RESISTENCIAS

Las resistencias pueden encontrarse en muchos tamaños y formas, y todas estas pueden realizar el mismotrabajo: Limitar la corriente. Esto se explicara a fondo mas adelante. Primeramente, veamos como se fabricauna resistencia tipica :

CORRIENTESALIENTE

CORRIENTEENTRANTE

P/N DE ALAMBRE

COMPOSICIONDE CARBON

CAPSULAPROTECTORA

BANDAS DEL CODIGO DE COLOR

"Carbon"es justamente una manera elegante de describir la mezcla de carbon energizado unidaa una superficiecon pegamento. Esta clase de resistencia es facil de fabricar. Y su valor de resistencia puede variar de unaunidad a la proxima simplementecambiando la relacionde los granulos de carbon a unir.Entre mas concentracionde carbon haya esta unidad proporcionara menos resistencia.

+ FABRIQUE USTED MISMO UNA RESISTENCIA -

Usted puede fabricar una resistencia dibujando una linea con un lapiz de punto suave en una hoja de papel.Mida la resistencia de la linea o puntos a lo largo tocando con las puntas de un multimetro en la escala deresistencia mas alta. La resistencia de una sola linea puede ser muy alta al medirla. Si asi es, pase el lapizsobre la linea una docena de veces mas (o mas veces). Aqui se muestra la lectura que tome:

LlNEA DEL LAPIZ./

././

./ ././ ./

412,000 ./ ./ ./ ./OHMS I ./

{,A.~""././

././././

././/./

././

./ ././ ./

1,800,000 ./ ./ ./ ./OHMS ( ./

/\ ./

{,A../ /

././././

././/./

.//

././

3,460,000 / / /

i'OHMS ~/ /.///

A ' ./.;"//

////

//


CODIGODE COLORES DE RESISTENCIAS -

¿Observa las banditas de colores de esta resistencia? En realidad estas hacen de cierta manera que laresistenciase vea bonita. Pero estas tienen un proposito que va mas alla: Estas bandas que decoran indican elvalorde resistencia de la misma.Aquise muestra el codigo para interpretar los colores:

ANDAS DEL CODIGO DE COLORES

Se ve complicadola primeravez. Pero usted aprendera a utilizarlo rapidamente. Por ejemplo, ¿cual es el valorde resistencia en la cualse tienen colores amarillo, violeta y rojo? Amarillo es el primer color asi que el primernumeroes 4. Violetaes el segundocolor asi que el segundo numero es 7, y el tercer color es rojo, el multiplicadores 100. Por lo tanto, la resistencia es 47x 100 o 4700 ohms. Sin color en la cuarta banda significa que laresistencia es de 4700:t 20 %. El 20 % de 4700 es 940. Asi que, el valor real estara entre 3760 y 5640 ohms.

COLOR 1 2 3j MULTIPLlCADOR) I NOTA:ALGUNASVECESEXISTEUNA

NEGRO O O 1 CUARTABANDA.INDICALA

CAFE 1 1 10 TOLERANCIA* DELAROJO 2 2 100 RESISTENCIA:ORO

=:t 5 % PLATA= :t 10NARANJA 3 3 1,000

I % NINGUNA= :t 20 %AMARILLO 4 4 10,000

VERDE 5 5 100,000

AZUL 6 6 1,000,000

VIOLETA 7 7

GRIS 8 8

BLANCO 9 9


+ SUSTITUCION DE RESISTENCIAS -

¿Que pasaria si necesita una resistencia de 6700 ohms pero solamente puede encontrar una de 6800 ohms?Por lo general puede utilizar cualquier valor dentro de :1:10%a :1:20%del valor requerido pues haran lamisma funcionoSi un circuito en particular requiere de mas exactitud le avisare.por supuesto que ustedpuede construir resistencias a su gusto conectando dos o mas resistencias en serie o en paralelo. Perohablaremos de esto mas adelante.

+ ADVERTENCIAS SOBRE LA SUSTITUCION DE RESISTENCIAS -

iLaS resistencias que conducen bastante corriente se pueden calentar mucho! Por lo tanto, siempre utiliceresistencias que tengan la capacidad de potencia apropiada.Si el proyecto que esta fabricando no especificala capacidad de potencia para sus resistencias, generalmente se pueden utilizar unidades de 1/4 o 1/2 watt.

+ existen algunas abreviaciones que vera frecuentemente en las resistencias. Las resistencias pueden tenerun sufijo k o m. Como 47k o 10m. La k significa kilo, que viene de la palabra griega para indicar 1,000. Porlo tanto, 47k significa 47x1 000 o 47000.M es la abreviacion para megaohm o 1 000 000 ohms. Por lo tanto una resistencia de 1m tiene 1x 1

000000 01 000000 ohms. Resumiendo...

K= x 1 000 (47k= 47 x 1 000 = 47,000 ohms)

M= x 1 000000 ( 2,2 m =2,2 x 1 000 000 = 2 200 000 ohms)

+ OTROS TIPOS DE RESISTENCIAS -

La resistencia hecha de carbon es solamente una de tantas clases diferentes de resistencias. Aqui se mencionanotras:

Resistencias de película metalica. Varias clases de resistencias utilizan una pelicula delgada de metal o unamezcla de particulas de metal para lograr resistencias diferentes.

Resistencias de pelicula de carbonoEstas estan fabricadas depositando una pelicula de carbon dentro de uncilindro pequeño de ceramica. Un corte en espiral ranurado dentro de la pelicula controla la longitud de carbonentre las puntas, asi como el valor de la resistencia.

Resistencia de alambre devanado. Estas consisten de una forma tubular envueltas con devanados de alambrede resistencia. Estas tiene una gran exactitud y pueden soportar bastante calor.

Fotoresistencias. Tambien llamadas fotoceldas. Fabricadas de un material sensible a la luz como el sulfuro decadmio. Al incrementar el nivel de luz disminuye la resistencia. Esto se vera mas adelante.

Termistor. Es una resistencia sensible a la temperatura. Al incrementar la temperatura disminuye la resistencia.( En la mayoria de los casos).


+ RESISTENCIASVARIABLES -frecuentementees necesario cambiar el valor de resistencia.

Las resistenciasvariables son llamadas potenciometros. Estos se utilizan para alterar el volumen de un radio,cambiarla brillantesde una lampara, ajustar lacalibracion de un medidor, etc. Los preset son potenciometrosequipadoscon una pequeña perilla giratoria de plastico o con una ranura para un desarmador plano. Estosestandiseñados para ajustes ocasionales.

+ SIMBOLOSDE RESISTENCIAS:

Resistencia Fija Potenclómetro

Como se usan las resistencias+ CIRCUITOEN SERIE -

Las resistencias en serie se conectan como se muestra aqui:

La resistencia total es simplementela suma de las resistencias individuales.

¡RT

+ CIRCUITO EN PARALELO -las resistencias en paralelo se conectan como se muestra aqui:

Termlstor Foto Resistencia

R1

R2

La resistencia total es el producto de las dos resistencias dividas por su suma.

Para tres o masresistencias en paralelo, busque su calculadora porque...

DIVISOR DE VOLTAJE -

¡este es super importante! V es determinado por la relacion de r1 y r2, aquí esta la formula.out

1R-r""

I-+- +-R1 R2 R2...etc.

R1 R2R,.=

R1XR2

R1+R2

VOUT


CAPACITORES

Existen varias clases de capacitores, pero todos estos realizan lamisma funcion:Almacenanelectrones.Elcapacitar mas simpleesta compuesto de dos conductores separados por un materialaislante llamadodielectrico.Asi: PLACAS

CONDUCTORAS

~ DIELECTRICO

PINES DE ---"CONEXION --...

El dielectrico puede ser de papel, película de plastico, mica, vidrio, ceramica, aire o vacío. Las placas puedenser discos de aluminio, pelicula de aluminio o de una pelicula delgada de metal aplicada a los lados contrariosde un dielectrico solido. El sandwich conductor- dielectrico-conductor se puede enrollar dentro de un cilindro odejarse en una oblea plana. Se veran mas de estos tipos adelante.

Como fabricar un capacitor

Usted puede fabricar un capacitor con dos hojas de pelicula de aluminio y una hoja de papel encerado. Doble elpapel alrededor de una hoja fina de aluminio y apile las hojas asi:

LUEGO DOBLE LA HOJAHOJA DE METAL

HOJA DE METALPAPELCERA

PAPEL DOBLADO

i Asegurese de que las hojas de metal no entren en contacto!. Presione las terminales de una bateria de 9 voltscon los extremos de las hojas de metal. Luego toque con las puntas de un multimetro de alta impedancia lashojas de metal. El medidor indicara un pequeño voltaje por pocos segundos. Luego el voltaje caera a cero.

+ CARGANDO UN CAPACITOR -

El lado negativo de nuestro capacitor hecho en casa se carga con electrones casi inmediatamente. Puesto quelas resistencias limitan la corriente usted puede disminuir el tiempo de carga colocando una resistenciaentre el capacitor y una bateria de 9 volts:

9 VOLTS

Aquisemuestra una

grafica deltiempo de carga: TIEMPO

+ DESCARGANDO UN CAPACITOR -los electrones de un capacitor cargado se disiparan gradualmente a

G-


travesdel dielectrico hasta que ambas placasobtengan una carga igual. El capacitor esta entonces descargado.El capacitor se puede descargar rapidamente conectando entre si sus placas. O puede ser descargadomas lentamente conectando una resistencia a traves de este:

RAqui se muestra

una grafica deltiempo dedescarga: TIEMPO

+ ESPECIFICACIONESDELOS CAPACITORES-la habilidad para almacenar electrones es conocida comocapacitancia. La capacitancia esta medida en faradios. iUn capacitor de 1 faradio conectado a una fuentede1voltalmacenara6 280 000 000 000 000 000 ( 6,28 x 10 18)electrones!. La mayoria de los condensadorestienenvaloresmucho mas pequeños. Los condensadores mas pequeños tienen unidades de picofaradios(trillonesimaparte de un faradio) y los condensadores mas grandes tienen unidades de microfaradios(millonesimaparte de un faradio). Resumiendo:

1 faradio = 1f

1 microfaradio = 1 f.l f = 1 x 10-6f = 0,000 0001 f1 picofaradio = 1pf = 1 x 10-12f = 0,000 000 000 001 f

SUSTITUCIONDE CAPACITORES - el valor de capacitancia especificada para la mayoria de los capacitorespuede ser de 5 a 100 % diferente del valor real. Por lo tanto pueden sustituirse con frecuencia valorescercanospara un valor especificado. Sin embargo, ¡asegurece de utilizar un capacitor con la capacidad devoltajemaximo esperado!.

PRECAUCIONESEN LA SUSTITUCION DE UN CAPACITOR -Debeasegurarsede que el capacitor que planea utilizar cumpla o exceda lacapacidadde voltaje requerido. De otra manera su dielectrico puedeser dañado por la carga almacenada. El valor del voltaje estausualmenteimpreso en el capacitor. V significa volts. Wv significa elvoltajede operacion (working voltage, es lo mismo).

~ ---DESARMADOO

PLACAMOVIL 0----......

~-- PLACA FIJA

M - PINES

PLACASFIJAS


TIPOS DE CAPACITORES -Los capacitores estan usualmente catalogados de acuerdo a su dielectrico. Por esto usted vera nombres

referidos a ceramica, mica, poliestireno, poliester y muchos otros. Todos estos son capacitores de valoresfijos. Algunos capacitores tienen capacidad variable y una clase especial de capacitores fijos tiene muchamas capacidad que otros capacitores, aqui se mencionan algunos:

Capacitores variables. Estos usualmente tienen una o mas placas fijas y una o mas placas movibles.La capacitancia se varia al hacer girar una barra unida a un lado de las placas moviles.

Este tipo es usado para sintonizar los receptores y transmisores de radio. El dielectrico es usualmente el aire.Este tipo es usado para afinar osciladores como aquellos que se utilizan en los relojes digitales. Estos

capacitores normalmente son pequeños.

CONDENSADORES ELECTROLlTICOS -Son los unicos que estan formados de una capa delgada de oxido sobre aluminio o tantalio. La hoja de oxido esel dielectrico. Este es el de mayor capacitancia que todos los que no son de este tipo. Las unidades de tantaliotienen mayor capacitancia por volumen y mayor vida que los electroliticos de aluminio. Pero son mas costosos.La mayor parte de los electroliticos son Dolarizados.Estos se deben conectar en un circuito con su polaridad apropiada:

La terminal positiva debe irAl punto positivo. PELIGRO!

.

Símbolos de los capacítores

220 IJf

CAPACITORFIJO

CAPACITORFIJO POLARIZADO

CAPACITaRVARIABLE

600 V

+ íPRECAUCIONI Los capacitores pueden almacenar una carga por un tiempo cosiderablemente grandedespues de que estos han sido apagados. ¡Estacarga puede ser peligrosa!. ¡Una carga grande electroliticade unicamente 5 o 10volts pueden derretir la punta de un desarmador colocado a traves de sus terminales!.iLos capacitores de alto voltaje como aquellos utilizados en los aparatos de tv y unidades como el flash deuna camara fotografica pueden almacenar una carga letal!. Nunca toque las terminales de tales capacitores.iVa que usted puede ser enviado al otro lado de la habitacion!


Como se utilizan los capacitores

+ CIRCUITOEN SERIE -frecuentemente los capacitores se conectan en serie como se muestra:

Lacapacitancia total es el producto de las dos capacitancias divididas entre la suma.

¿Cómo calculo para tres o mas capacitores en serie?

+ CIRCUITOEN PARALELO - los capacitores en paralelo se conectan como se muestra aqui:

La capacitancia total es la suma de las capacitancias individuales.

+ Y MAS -existen otras maneras variadas para usar los capacitores, algunos de los cuales son mostradosenseguida...

APLICACIONES DE LAS RESISTENCIAS Y LOS CAPACITORES

Las resistencias y los capacitores son los ingredientes clave de muchos circuitos electronicos. Aqui seexplican las razones:

+ FILTRODE UNA FUENTE DE PODER -un capacitar suavizara (filtrara) los pulsos de voltaje, y los convertiraen una corriente continua (c.c.) estable en una fuente de poder.

+ VOLTAJEDE SALIDAFILTRADO (CD)

e

- TIERRA

CORRIENTEALTERNA(CA)

RECTIFICADOR

+ ELIMINADORDE PICOS -Los circuitos logicos digitales, los cuales veremos mas adelante, pueden utilizar mucha corriente al apagar-

encender o viceversa.Esto puede causar reducciones cortas pero substanciales en la energia aplicada alos circuitos cercanos.Estos picos de energia ( o tambien son llamados impulsos electricos transitorios)pueden ser eliminados colocando un capacitar pequeño (0,1micro faradio) a traves de las terminales dealimentacion de un circuito logico

PICO~y

NIVEL DE VOLTAJESIN CAPACITOR

JCIRCUITOLOGICO

, I NIVEL DE VOLTAJE\~ CON CAPACITaR

El capacitar actual como una Bateria miniatura quesuministra Energia durante el pico.

C1

r k k rCT I

CTC1 '2

PARALELO C1XC2SERIECT= C1+C2

CT= C1+C2


+ FILTRO SELECTIVO DE C.A-C.C. -

Con frecuencia una señal electrica acompañara a una señal de CoCoEstable. Por ejemplo, la señal de unsistema de comunicaciones de onda corta se puede observar como esta cuando es de noche:Pero la luz del sol causa esto:

v

:T~) CONVERGENCIA CD ESTABLE- t CAUSADA POR LA LUZ DEL SOL

Un capacitor dejara pasar la señal fluctuante de ca y bloqueara completamente el nivel de estable de coco

+ CIRCUITOR-C: Dos circuitos que combinan una resistencia (r) y un capacitor (c) son muy importantes,estos son, el integrador y el diferenciador. Ambos circuitos son utilizados para dar otra forma a un flujoentrante de ondas o pulsos.

El producto de r y c en estos circuitos es llamado la constante de tiempo rc. Para los circuitos mostrados abajo,la constante de tiempo rc (en segundos) es al menos 10 veces el intervalo entre los ciclos o pulsos entrantes.

1 integrador. Aqui se muestra un integrador re basico:

Si se aumenta la velocidad de la entrada de pulsos, las formas de onda de salida ( frecuentemente llamadasdiente de sierra) no alcanzara su altura total (amplitud). Es facil diseñar un amplificador que ignore ondas deuna amplitud menor a una deseada.por esto, el integrador puede funcionar como un filtro que unicamente pasalas señales bajas a cierta frecuencia.

2 diferenciador. Aqui se muestra un diferenciados basico:

ENTRADA SALIDA ENTRADA

SALIDA : ~Este circuito produce ondas de salida simetricas con picos definidos positivos y negativos. Es utilizadopara producir generadores de pulso angosto para receptores de tv y para disparar circuitos logicosdlgitales. .

+ MASACERCA DEL RC -Vera frecuentemente referencias de la constante de tiempo rc en un circuito. Esel tiempo en segundos de carga o descarga de un capacitor de que va a hasta el 63,3% del cambio en lacarga.

+

ENTRADA o UllJ SALIDAIN O

I+

e OUT O

BOBINAS


Lose\ectrones que se mueven a traves de un alambre provocan un campo electromagnetico que rodea elalambre.Como usted sabe del capitulo 1, al pasar la corriente a traves de un alambre que ha sido enrolladocomobobina (p.15) crea un campo aun mayor.Este campo hace posible que los solenoides, mótores y bobinaselectromagneticastengan otras funciones importantes, ademas:

1.Las bobinas oponen resistencia a cambios rapidos en el flujo de corriente que pasa a traves de ellas, mientrasque dejan pasar libremente corrientes de c.c. Estables, aqui se muestran algunos ejemplos:

ENT-RADA BOBINA

SENOIDAL LENTA

SENOIDAL RAPIDA

ONDA CUADRADA VLENTA

ONDA CUADRADA RAPIDA

J\JV

Algunasveces una bobina producira una resonancia en una onda cuadrada que pasa a traves de esta. Estopuede suceder cuando la resistencia de la trayectoria externa que conecta a las terminales de la bobina es alta.

-~~~ESTOES CAMPANEO - :::;::::!::

ONDA CUADRADA

1. Laenergiade un campo alrededor de un devanado puede ser inducida (transferida) a un segundo devanadocercano.Este es el principio del transformador:

,' ,, ,

{

',~--" '-" ' \" " " " "I , I \ ,I , , , ,I I I I, , , I, \ \ I 'r ¡\ \ \ , '''''\ , ' .,' I ,\' -',',

, "','" ~',----~ CAMPO

El lado de la entrada del transformadorse llama primario. El lado de la salida es llamado secundario.

ENTRADA}

SALIDA


+ TIPOS DE BOBINAS-

Existen varios tipos diferentes de bobinas.Aqui se muestran algunas de estas:

BOBINADESINTONIZACION.Losradios utilizanvarias bobinas para ayudar a seleccionar una señal deseada.Las bobinas de sintonia tienen derivaciones o un nucleo movil de tal manera que su inductancia pueda cambiaral moverse, de aqui que la frecuencia de resonancia, se pueda cambiar.

~"-- TORNDILEt~S~LEOAJUSTE

BOBINA DE ANTENA. Los radios utilizan frecuentemente una bobina de sintonizacion para captar las señalesde radio.

tBOBINA PUNTAS

BOBINA DE REACTANCIA. Utilizada en varios circuitos para limitar o suprimir las fluctuaciones de las señalesmientras pasan una corriente estable. Las bobinas de reactanciaestan disponibles en varias formas y tamaños

1\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\1 .

t .

NUCLEO DE FERRITA

( FORMA DE BARRA)

I

t

BOBINAENCAPSULADA

TERMINAlES_DE CONEXION

TRANSFORMADOR. Son muy importantes por eso les dedicaremos una seccion completa.

+ APLICACIONES DE LAS BOBINAS -

Adicionalmente de las ya descritas, las bobinas se utilizan en filtros que pasan selectivamente frecuenciasespecificas.

+ ¡PRECAUCIONI Un pulso de alto voltaje se puede produciren una bobina de reactancia. Cuando la corrienteque fluye a traves de esta es interrumpida. iTenga cuidado!


TRANSFORMADORES

Los transformadores son una de las principales clases de bobinas, tienen dos o mas devanadosusualmente envueltos en un nucleo comun fabricado de hojas de acero laminadas. Aqui se muestra untransformador simple:

PRIMARIOSECUNDARIO

NUCLEOLAMINADO

Silacorriente que fluye a traves del devanado primario varia (c.a.), sera inducida una corriente al devanadosecundario.Una corriente de c.c. Estable no seratransferidade undevanadoa otro.

+ COMO FUNCIONAN ESTOS - los transformadores tienen la habilidad de transformar voltaje y corriente anivelesmayoreso menores.Porsupuesto,estos no, producenenergiade la nada.Por eso,si untransformadorampliael voltajede una señal, reduce su corriente. Y si reduce el voltaje de una señal, aumenta su corriente.Enotras palabras... ¡Laenergia que fluye desde un transformador no puede exceder la energia de entrada!.

+ RELACION DE VUELTAS - la relacion de vueltas del primario al secundario determina la capacidad devoltajedel transformador...

Relacion 1:1el voltaje y la corriente en el primario son transferidos sin alteraciones alsecundario. Llamado frecuentemente transformador de aislamiento.

AMPLIFICAR

3\\LElevador

el voltaje se incrementa por la relacion de vueltas.Asi que una relacionde vueltasde 1: 5 aumentara de 5 volts en el primario a 25 volts en el secundario.

REDUCCION

311E Reductor

el voltaje se reduce por la relacion de vueltas. Asi que una relacion de vueltasde 5: 1 disminuira de 25 volts en el primario a 5 volts en el secundario.


+ TIPOS DE TRANSFORMADORES Y APLICACIONES -Aqui se muestranAlgunos tipos de transformadores:

AISLAMIENTO ESTANDAR 1:1 NUCLEO DE

~ FERRITA

EMBOBINADO ~ ~~BOBINA- .. ..

Utilizado para aislar ~ ~diferentespartesde un -circuito y para .

proporcionarproteccion contra unchoque electrico.

TRANFORMADOR

Conversion de potencia

Transformador de potencia utilizadousualmentepara reducir el voltaje de la linea de alimentaciona un nivel apropiado.

Transformadorutilizado por lacompañía de luz.

ALTO VOLTAJE

Bobina de ignicion automotriz. __,....x

BOBINA DE

IGNICIONAUTOMOTRIZ

Utilizadopara producir laschispas de ignicion demotores de gasolina.Tambien se utilizan paraenergizar los cinescopiosde los televisores, algunoslasers, luces de neon etc.

AUDIO

Derivacionesprimario ysecundario

Utilizado para igualar laimpedancia* de unamplificador paramicrofono,bocinas u otrosdispositivos.

Miniatura

* Oposicion al flujode corriente alterna.NOTA: LAS PUNTAS DE LOS TRANSFORMADORES ESTAN ALGUNAS VECES CODIFICADAS PORCOLORES.


3. SEMICONDUCTORES

Los componentes electronicos mas importantes y excitantes son los que se fabrican de cristales y se les llamasemiconductores. Dependiendo de ciertas condiciones, un semiconductor puede actuar como un conductor oun aislador.

SILICIO

Existen varios materiales semiconductores diferentes, pero el silicioarenade mar- es el mas popular.

-el principal ingrediente de la

Unatomo de silicio solo tiene cuatro electrones en sucapaexterior,sería idealque tuvieraocho, sin embargo,un atomo de silicio se enlazara hasta con cuatro desus vecinospara compartir electrones:

ATOMO DE SILICIO

NUCLEO

~ ~ (o¿)J\!'\

~~.

~ ~

~\ Vd '\ >=<@j.(o¿)Á(o¿)

Un grupo de atamos de silicio compartiendo electronesexternos y forman una composicion regular llamadacristal.Esta es la vista magnificada de un cristal de silicio. Porsimplicidad, unicamente son mostrados los electronesexternos de cada atomo.

¡Elsilicio forma el 27,7% de la composicion de la CORTEZA terrestre! Unicamente el oxigeno tiene mayorpresencia.El silicio nunca se encuentra en su estado puro. Cuando se purifica, es de color gris obscuro.

El silicio y el diamantecomparten la mismaestructurade cristal y otraspropiedades. Solo que elsilicio no es transparente.

El silicio se puede cultivar engrandes cristales, el cual se

.-- SEMILLADECRISTAL corta en tabletas para fabricarpartes electronicas.

FUNDENTE

SILICIO' DERRETIDO1300°C


+ RECETAS DE SILICIO -

SORO

+ BARRA DE SiliCIO CONDIMENTADO CON P & N -

El SILICIO PURO NO ES MUY USUAL.

POR ESTO LOS FABRICANTES DE SILICIOCONDIMENTANSUS RECETASDE SILICIO CONUNA PIZCA DE FOSFORO, BORO U OTRASESPECIES. ESTO SE LLAMA DOPADO DELSILICIO. CUANDO CRECE Y SE CONVIERTE ENCRISTALES, EL SILICIO DOPADO TIENEPROPIEDADES ELECTRONICAS MUY UTILES!.

El boro, el fosforo y otros atomos se pueden unir con los atomos de silicio para formar cristales. i Aqui esta eltruco! : Un atomo de boro tienen unicamente tres electrones en su capa exterior. Y un atomo de fosforotiene cinco electrones en su capa exterior. El silicio con electrones de fosforo extras es llamado silicio deltipo-n (n=negativo). El silicio con atomos de boro y electrones deficientes es llamado silicio del tipo-p(p=positivo).

SILICIO DEL TIPO-P -

Un atomo de boro en un grupo de atomos de siliciodeja una avertura de electron vacante llamado"hueco". Es posible que un electron de un atomocercano "caiga" dentro de este hueco. Por lo tanto,el hueco se ha movido a una nueva ubicacion.Recuerde que los huecos se pueden mover atraves del silicio (asi como las burbujas se muevena traves del agua).

SILICIO DEL TIPO-P -

Un atomo de fosforo en un grupo de atomos de siliciodona un electron extra. Este electron extra se puedemover a traves del cristal con facilidad. En otraspalabras, el silicio del tipo-p puede portar una corrienteelectrica. Asi los huecos del silicio tipo-p "portan" lacorriente

ELECTRONEXTRA


EL DIODO

Ambossilicios del tipo-p y tipo-n conducen electricidad. La resistencia de ambos tipos es determinada por laproporcionde los huecos o electrones excedentes. Por esto ambos tipos pueden operar como resistencias. Yestosconduciranelectricidad en cualquier direccion.

¡Poniendo algo de silicio tipo-p en un trozo de silicio tipo-n, los electrones fluiran a traves del silicio en una unicadireccion!. Este es el principio del diodo. La interfaz p-n es llamada union pn.

7- COMO FUNCIONAEL DIODO - aqui se explica brevemente como conduce electricidad un diodo en unadireccion(ENSENTIDODIRECTO)mientrasbloqueael flujode corrienteen direccionopuesta(inversa).

POLARIZACION EN SENTIDO DIRECTO POLARIZACION EN SENTIDO INVERSO

FLUJO DEL ELECTRON

FLUJO DEL HOYO

SIN FLUJO DE CORRIENTE

Aqui la carga de una bateria rechaza los huecosy los electrones hacia la union. Si el voltajeexcede 0,6 volts (silicio), entonces los electronescruzaran la union y se combinaran con loshuecos, y fluira una corriente.

Aquí la carga de la bateria atrae orificios yelectrones de la union. .Por esto, no puede fluirla corriente.

UN DIODOTIPICO-

Los diodos son comunmente encapsulados enpequeñoscilindrosdevidrio.Unabandaobscuramarcalaterminaldel catodo. Laterminalopuestaes el anodo.

La corriente fluye cuando el anodo es mas positivoque el catodo.

P N 11 11 N P

o - ---¡-o

y-- .o o - - - -....

o -" - - .... I-1>1- :1 --KJ-


+ OPERACION DEL DIODO -

Usted ya esta enterado que el diodo es como una valvula electronica de una via. Es importante comprenderalgunos aspectos adicionales de la operacion del diodo. Aqui se mencionan algunas claves:

1. Un diodo no conducira hasta que el voltaje en sentido directo alcanza cierto punto de umbral. El voltaje paralos diodos de silicio es de aproximadamente 0.6 volts.

2. iSi la corriente directa es excesiva, el chipsemiconductor se puede quebrar o derretirl Y se puedenseparar los contactos. Si el chip se derrite, el diodo puedeconducir repentinamente en ambas direcciones. iEIcalentamiento resultante puede vaporizar el chip\.

3. Demasiado voltaje inverso causara que el diodoconduzca en la direccion equivocada. Ya que este voltajees alto, el incremento repentino de la corriente puededañar al diodo.

+ RESUMIENDO LA OPERACION DEL DIODO -

Esta grafica resume la operacion del diodo. (Esta es unaaproximacion).

v = VOLTAJE EN SENTIDO INVERSOR

V = VOLTAJE EN SENTIDO DIRECTOF

I = CORRIENTE EN SENTIDO INVERSORI = CORRIENTE EN SENTIDO DIRECTOF

. VF

\. 0.6.VOlT(SILICIO)


Q TIPOS DE DIODOS -

Sepueden conseguir muchas clases diferentes de diodos. Aqui se muestran algunos tipos:

Los diodos de pequeña señal son utilizac10s paratransformar corriente baja de c.a a C.C.,detectar señalesde radio (modulacion), multiplicar voltaje, realizar logica,absorber picos de voltaje, etc.

Pequeña señal

r o RECTIFICADORDE POTENCIAFunciona igual que los diodos de pequeña señal, los

rectificadores de potencia pueden controlar muchamas corriente. Estos se fabrican en grandesencapsulados de metal que disipan el EXCESO DEcalor. Y son utilizados principalmente en fuentes depoder.

El diodo zener es diseñado paratener un voltaieespecificode ruptura inverso (conduccion). Esto significa quelos diodos zener pueden operar como interruptoressensibles al voltaje. Existen diQdoszener disponiblesque tienen voltajes de ruptura (vz) que van desdeaproximadamente 2 volts hasta 200 volts.

CJ ZENER

Todos los diodos emiten alguna radiacionelectromagnetica cuando se polarizan directamente.Los diodos fabricados de ciertos semiconductores(como fosforo de arsenico de galio) emitenconsiderablemente mas radiacion que los diodos desilicio. Estosse llaman diodos emisores de luz (Ieds).

CJ EMISION DE LUZ

Todos los diodos responden en algun grado cuando soniluminados. Los diodos diseñados especificamentepara detectar luz son llamados fotodiodos. Estostienen una ventana de vidrio o de plastico en la cualla luz penetra. Frecuentemente estos tienen unaamplia region de union expuesta. El silicio es un buenmaterial para los fotodiodos.

o FOTODIODO


COMO SE USAN LOS DIODOS

En el capitulo 9 usted vera como varios tipos de dlodos se utilizan en muchas aplicaciones. Por elmomento aqul hay dos tipos de diodos de pequeña señal y rectiflcadores mas importantes:

+ RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA

+ í\ f\ ~+!\ (\V V i:*- /

v VENTRADACI> SALIDACD

LA MITADDE LASENALES BLOQUEADA

+ RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

+

ENTRADA CA SALIDA CD

MAS ACERCA DE LA DIRECCION DEL FLUJO DE CORRIENTE

Una señal ondulante (c.a) o voltaje es rectificado auna señal deuna sola polaridad (c.c.).

Esta "red" de 4 diodos (o puente rectificador)rectifica ambas mitades de una señal de c.a.

Una corriente electrica es el movimiento de electrones a traves de un conductor o semiconductor. Ya que loselectrones se mueven de una region cargada negativamente a una region cargada positivamente. ¿porque laflecha de un símbolo del diodo apunta hacia la direccion opuesta? aqui se mencionan dos razones:

1. Desde los tiempos de benjamin franklin, se asumia que tradicionalmente la electricidad fluye de una regioncargada positivamente a una region cargada negativamente. El descubrimiento del electron corrigio esto. (Muchos de los diagramas de circuitos electricos de la actualidad todavia siguen la vieja tradicion en la cual laconexion positiva de la fuente de poder es colocada arriba de la conexion negativa como si la gravedad dealguna manera influyera en el flujo de la corriente.)

2, En un semiconductor, como el que se muestra en la pagina 45, los huecos fluyen en contra del flujo de unelectron. Por lo tanto es comunreferirseal flujode una corrienteconvencionalo de huecosen los semiconductores.

Para exactitud. en este libro en "flujo de corriente" se refiere al flujo del electron. Pero estamos contemplandolos simbolos que indican el flujo del hueco.

EL TRANSISTOR

Lostransistores son dispositivos semiconductorescon tresterminales de conexion. Un voltaje o corriente muypequeña en una terminal puede controlar grandescantidades de corriente a traves de los otros dos pines.Esto significa que los transistores pueden ser utilizadoscomo amplificadores e interruptores. EXIstendos familiasprincipalesde transistores:Bipolaresy de efecto de campo


TRANSISTORESBIPOLARESEstosfusionan una segunda union a un diodo de unionpny puede obtener un sandwich de silicio de 3 capas. Elsandwich puede ser ya sea npn o pnp. De cualquiermanera,la region central actua como llave o compuertaque controla la corriente que se mueve a traves de lastres capas.

(EMISOR

~

+ OPERACION DEL TRANSISTOR BIPOLAR .

Lastres terminales de un transistor bipolar son el emisor, la base y el colector. La base es muy delgada y tienemenos atomos dopados que el emisor y el colector. Por eso una pequeña corriente de base-emisor causaraque fluya una corriente mayor de emisor-colector.

COLECTOR

SALIDA DE CORRIENTE AMPLIFICADA

N

Lasresistencias protegen al transistor contra la corrienteexcesiva (las cuales pueden causar calentamientoexcesivo). N t

BASEFLUJO

P DECORRIENTE

EMISOR

lL~~L

ELECTRON

I

+ MAS ACERCA DE LA OPERACION DE LOS TRANSISTORES BIPOLARES

Los diodos Y los transistores comparten varias caracteristicas claves:

1. la union base-emlsor \0 alado) no conduclra nasta que el voltaje no inversor exceda O,E)volts.

2. La excesiva corriente causara que un transistor se caliente y funcione inapropiadamente.¡Si un transistor esta caliente cuando se toca, puede estar ocurriendo algun problema!!.

3. La corriente o voltaje excesivo puede dañar o destruir permanentemente el chip queforma el transistor. Si el chip no se daña. sus delgados pines de conexion se pueden derretiro separar del chip. iNunca conecte un transistor inversamente!.


CONMUTACION y PEQUEÑA SEÑAL

DE POTENCIA

DE ALTA FRECUENCIA

+ SIMBOLOS DEL TRANSISTOR BIPOLAR -

Los transistores de pequeña señal son utilizados paraamplificar señales de bajo nivel. Los transistores deconmutacion estan diseñados para operar totalmente comointerruptores encendido/apagado. ¡Algunos transistorespueden realizar la funcion de amplificar y tambien conmutarmuy bien!.

Los transistores de potencia son utilizados en losamplificadores de alta potencia y fuentes de alimentacion.Su tamaño grande y encapsulado metalico los mantienefrios.

Lostransistoresde alta frecuenciaoperan en las frecuenciasde radio, television y micro ondas. La region de la base esmuy delgada y el chip real es muy pequeño.

Las flechas apuntan la direccion del flujo del hueco.

COLECTOR ( C ) E

Cuando la base de un transistor npn se aterriza (Ov),no fluye corriente del emisor al colector ( el transistor estaapagado). Si la base es polarizada directamente por al menos 0,6 volts, fluira una corriente del emisor alcolector (el transistor esta encendido). Cuando se opera unicamente en estos dos modos, el transistor funcionacomo un interruptor.Si la basese polariza directamente, la corriente de emisor a colector seguira lasvariacionesde una corriente de base mucho mas pequeña. El transistor entonces funciona como un amplificador. Estaexplicacion se aplica a un transistor en el cual el emisor es la conexion comun de tierra tanto para la entradacomo para la salida y se le llama circuito de emisor-comun. Algunos circuitos emisor-comun simplificados semuestran abajo. Asi puede ver como se utilizan en los circuitos reales, de cada ejemplo se puede ver unaaplicacion tipica de operacion en el capitulo 9.

.@:p

.@:B NBASE(B) P

NPN PNPEMISOR ( E ) c

COMO SE UTILIZAN LOS TRANSISTORES BIPOLARES


+ INTERRUPTOR DE TRANSISTOR BIPOLAR

RESISTENCIA

~ BASE

+V

tRESISTENCIA

~ BASE

t TIERRA

OK UTILIZAR UNA RESISTENCIAO COLOCAR UNA LAMPARA

UNICAMENTE ES POSIBLE TENER DOS ENTRADAS:

Tierra (Ovolts) y el voltaje positivo de la bateria ( +v). Por lo tanto el transistor se apaga o se enciende. Lares;stec;ade base tipica es de 5000 a 10 000 ohms. (Si la resistencia es reemplazada por un alambre, la'amparase puede encender o apagar desde una distancia considerable).

+ AMPLIFICADOR DE C.C. CON TRANSISTOR BIPOLAR

RESISTENCIAEN SERIE

MEDIDOR DE___CORRIENTE

La resistencia variable polarizadirectamente al transistor y controla lacorriente de entrada (base emisor). Elmedidor indica la corriente de salida(colector-emisor). La resistencia enserieprotegeel medidorde corriente excesiva.

En un circuito en operacion, la resistencia variable puede estar en serie con un segundo componente que tengauna resistencia que varia con la temperatura, luz, humedad, etc. (El agua es la resistencia variable en unmedidorde humedad de la pagina 97) cuando la señal de entrada cambia rapidamente, se utiliza un amplificadorcomo el que se muestra abajo.

+ AMPLIFICADOR DE CA CON TRANSISTOR BIPOLAR

RESISTENCIADE POLARIZACION __

Este es el mas simple de losampllficadores de ca basicos. Elcapacitor de entrada bloqueara cualquiercomponente de cc en la señal de entrada.

SE-~AL DESALIDA

+10v

~MíIFICADA NIVELDE

o ~ POLARI~

SEÑAL DE SALIDASE INVIERTE


La resistencia de polarizacion se selecciona de un valor adecuado para dar un voltaje de salida deaproximadamente la mitad del voltaje de la bateria. La señal amplificada ''viaja'' en este voltaje de salida establey varia hacia arriba y hacia abajo. (Sin la resistenciade polarizacion, unicamente la mitad positiva de laseñal deentrada que sobrepase 0,6 volts (ver p.46) sera amplificada. (Esto causara una distorsion severa). Para ver unaversion de un modo de operacion de este amplificador, vaya a la pagina 115 y vea la seccion de salida deltransmisor de onda corta.

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

Los transistores de efecto de campo (o fets) se han vuelto mas importantes que los transistores bipolares. Estosson faciles de fabricar y requieren de menos silicio. Existen dos familias principales de fets, de union ysemiconductor metal-oxido- semiconductor. iEn ambos casos una corriente de salida puede ser controloda porun pequeño voltaje de entrada y practicamente sin corriente de entrada!.

Fets, de union los dos tipos de fets son: Canal-n y canal-p.El canal es como una resistencia de silicio que conducecorriente que se mueve de la fuente al drenaje. Un voltajeen la compuerta incrementa la resistenciadel canal y reducela corriente de la fuente del drenaje. Por lo tanto el fet sepuede utilizar como un amplificador o un interruptor.

(FUENTE

(

-+- OPERACION DEL FET DE UNION-

)DRENAJE

)El arreglo de abajo muestra como opera un fet de canal n. Un voltaje de compuerta negativo crea dos regiones

de alta resistencia (el campo) en el canal de silicio tipo-p. El mas voltaje de compuerta causara que loscampos se fusionen y aislen completamente la corriente. La resistencia compuerta-canal es muy alta.

o VOLTS

\

.COMPUERTA

MAX.CORRIENTE

DRENAJE

-0.5VOLT

\....

FUENTETIERRA

GU SINCORRIENTE CORRIENTE

DRENAJE DRENAJEN e I

no

-1VOLT. O . "',', ,. ,'1, .

\...." , .. \'"'1 " I I ',,, r'

:: O""

" 11,1ti '1 ", " ' , " ". , " """ COMPUERTA d o '-t COMPUERTAQ'O t:, .(J"

FUENTE FUENTE


MAS ACERCA DE LOS FETS DE UNION

Ya que estos son controlados por voltaje, los fets de union ( o jfets) tienen importantes ventajas sobre lostransistoresbipolares controlados por corriente:

1. La resistenciadel canal-compuerta de un jfet es muy alta (millones de ohms). Por esto el jfet tiene un efectopequeñoo nulo en los componentes externos o de los circuitos conectados a su compuerta.

2. La alta resistencia del canal- compuerta significa que practicamente no fluye corriente en el circuito de lacompuerta. ¿Por que es muy alta la resistencia? La compuerta y el canal forman un diodo. Como la señal depoJarizacionde este diodo es inversa, la compuerta tiene una resistencia de entrada muy alta.

3. Como los transistores bipolares, los jfets se pueden dañar o destruir debido a corrientes o voltajes excesivos.

TIPOS DE FETS DE UNION-

Losjfets son utilizados en muchas aplicaciones diferentes. Ya que estos no pueden ser utilizados en funcionesde alta potencia, la mayor parte de estos estan construidos en pequeñas CAPSULAS de metal o plastico.Enseguida se mencionan los tipos principales:

PEQUEaA SEaAL y CONMUTACION.

Los jfets de pequeña señal son utilizados en la etapa deentrada de los amplificadores para suministrar una entradade alta resistencia. Estos tambien son utilizados comointerruptores.

Dealta frecuencia

Los jfets de alta frecuencia son utilizados para amplificar o producirseñales de alta frecuencia.

+ SIMBOLOSDE LOS FETS DE UNION-compuerta conectadas internamente.

DRENAJE(D) DD

I .-L

COMrrRTA=9P11PF= GG ,.u-,) G==iNIINFG

G

s U SS

FUENTE(S) CANAL-N CANAL-P

--G


FETS DE METAL-OXIDO- SEMICONDUCTOR

Los fets de metal oxido Semiconductor (o mosfet) hallegado a convertirse en lostransistores mas importantes.La mayoria de los circuitos integrados de lascomputadoras y memorias son conjuntos de miles demosfets ubicados en un trozo pequeño de silicio.¿Porque?Los mosfets son facHesde fabricar, pueden sermuy pequeños, y algunos circuitos mosfet consumen unacantidad de energia insignificante. Los nuevos tipos demosfets de potencia son muy utiles.

OPERACION DEL MOSFETTodos los tipos de mosfets son del tipo-n y tipo-p. Adiferencia del fet de union, la compuerta de un mosfet notiene contacto electrico con la fuente y el drenaje. Unacapa parecida al vidrio hecha de dioxido de silicio ( unaislante) separa el contacto de metal de la compuerta delresto del transistor.

CONTACTODE

COMPUERTA ~DE ALUMINIO \

AISLADORSILICIO OXIDO

Un voltaje de compuerta positivo atrae los electronesa la region baja de la compuerta. Esto crea un canaltipo-n delgado en el silicio tipo-p entre la fuente y eldrenaje. Entonces la corriente puede fluir a traves delcanal. El voltaje de la compuerta determina laresistencia del canal.

FUENTE

oVOLTS(COMPUERTA)

SINCORRIENTE

+ 0.5VOLT(COMPUERTA)

ALGUNACORRIENTE

+ 1VOLT(COMPUERTA)

MAXIMACORRIENTE

TIERRA


MAS ACERCA DE LOS MOSFETS -

La resistencia de entrada del mosfet es la mas alta que cualquier transistor pueda ofrecer. Este y otros factoresle dan a los mosfets ventajas importantes:

1.La resistenciadel canal-compuerta es casi infinita (tipicamente 1,000,000,000,000,000 ohms). Esto significaque la compuerta no jala corriente de los circuitos externos. (Bueno, solo puede tomar pocas trillonesima deampere).

2. Los mosfet pueden funcionar como resistencias variables controladas por voltaje. El voltaje de la compuertacontrola la resistencia del canal.

3. Existen nuevos tipos de mosfets que pueden conmutar corrientes muy altas en pocas billonesimas de segundo.PRECAUCION - _ //

Debido a que la capa de oxido de silicio es muydelgada, puede ser traspasada por voltajesexcesivos o incluso por la electricidad estatica.iEs posible que la carga estatica generada porla ropa o una envoltura de papel celofan puedadañar la compuerta de un mosfetL

TIPOS DE MOSFETS -

@I\

MOSFET SIMBOLODANADO DE PRECAUCION

Asi como los jfets, los mosfets construidos en pequeños encapsulados metalicos o plastico son utilizados paradar a los amplificadores una resistenciade entrada ultra alta. Estostambien son utilizados como resistenciascontroladas por voltaje e interruptores. La categoria mas importante que ha surgido es:

POTENCIA

Los mosfets de potencia permiten que poco voltajeconmute o amplifique muchos amperes a

velocidades muy rapidas.

SIMBOLOS DE LOS MOSFETS -ESTOS SON LOS MAS COMUNES.

COMPUERTA

(G) DRENAJE(D)

D

G

s

MISFET -N

DG

G

s

MOSFET - P


COMO SE USAN LOS FETS

Los transistores de efecto de campo son utilizados como ampliflcadores, interruptores y resistenciascontroladas por voltaje. Aqul se muestran algunos circuitos ti picos.

+ UN ELECTROMETRO JFET

- -- - -

¿(--- --

f' /-

~#~BARRA

CARGADA

+ MANDO DE UNA LAMPARA MOSFET.

(INTERRUPTOR DE BOTONNORMAlMENTE ABIERTO

O'\lQp

+ ATENUADORDE LAMPARA MOSFET (DIMMER)

RESISTENCIA

/ VARIABLE

CONTROL DECORRIENTE PEQUENA

Este circuito ultra simple es la version electronica delelectroscopio. La terminal de la compuerta de un jfetde canal-n se deja desconectada. Normalmente estafluyendo una corriente de la fuente al drenaje. Cuandoun objeto cargado negativamente (como un peine deplastico que ha sido pasado por su cabello) se colocacerca de la compuerta,el flujo de la corriente se reduceo se detiene.

Este circuito muestra como un mosfet de potenciapuede ser utilizado para encender una lampara uotro dispositivo energizado con cd. Ya que elmosfet de potencia tiene casi una resistencia deentrada infinita,el interruptorpuede ser remplazadopor una señal de entrada muy pequeña.

Este circuito utiliza un mosfet de potencia como unaresistencia controlada por voltaje.

s

~~- ,

I I \CORRIENTE DESALIDA GRANDE


ELTRANSISTOR UNIJUNTURA

El transistor unijuntura (ujt) no es un transistorverdadero, es mas parecido a un diodo con dosconexionesde catodo. Opera como un interruptorcontrolado por voltaje y no amplifica.

+ OPERACIONDEL UJT - normalmentefluiraunapequeña corriente de la base 1 a la base 2. Cuando elvoltajeaplicado al emisor alcanza cierto umbral (variosvolts),el ujt se activa y fluye una corriente alta de labase 1 al emisor. Por debajo del voltaje de umbral, nofluye corriente de la base 1 al emisor.

[J SIMBOLO DEL UJT -el simbolo del ujt hacerecordar al jfet.

/BASE1

VOLTAJE PEQUENO

í82

VAJA CORRIENTE8AJA

CORRIENTE

82 ..1L"'81

ALTA CORRIENTEALTA

CORRIENTE

TIERRA

E

COMO SON UTILIZADOS LOS TRANSISTORES UNIJUNTURA

82

Este arreglo permite que un ujt haga destellar un diodoemisor de luz (Ied). la corrientefluyeal capacitor hastaque el ujtalcance su voltaje de disparo. la corrientedel capacitor es entonces "vaciada"a traves delled. Elled se ilumina hasta que el condensador se descarga.El ciclo de carga y descarga entonces se repite.

ESTACORRIENTECARGAEL

CAPACITOR

E

CAPACITOR

'-''-+I

CAPACITORDESCARGA

LA CORRIENTE


Los tiristores son dispositivos semiconductorescon tres pinesde conexion. Una pequeña corriente en uno de estos pinespermitira que fluya una corriente muy grande a traves de losotros dos pines. La corriente controlada puede ser solamenteencendida o apagada. Por esto los tiristores no amplifican lasseñales fluctuantes como los transistores lo hacen. En su lugarestos son interruptoresde estado solido. Existen dos familiasde tiristores, rectificadores controlados de silicio (scr) y triac.Los scr conmutan corriente directa y los triacs conmutancorriente alterna.

EL TIRISTOR APAGADO@\,,@, CORRIE~

PEQUENA

ENCENDIDO

RECTIFICADORES CONTROLADOS DE SILICIO (SCRS)ANODO

El scr es similar a un transistor bipolar con una cuartacapa y por lo tanto tres junturas pn. Es llamado algunasveces diodo pnpn de 4 capas ya que pasauna corrienteen una direccion unicamente.

OPERACION DEL SCR - si el anodo deun scr se vuelve mas positivo que elcatodo las dos uniones pn mas alejadasse polarizan directamente. Sin embargo,la union pn central, se polarizainversamentey lacorriente nopuedefluir.Una pequeña corriente de compuertadirecta polariza la union central pn ypermite que fluya una corriente mayor atraves del dispositivo. ¡el scr se mantieneencendido incluso si la corriente decompuerta es removida!. ( Hasta que sedesconecte la energia).

(";:-.:.:.: .:~-,1 I~'\ - - _ 1 1

J 1 \ 11____1 I 1 ¡---'I

ANODO I L_h_1 J 11" " 11\ , 1,

~1 ,~ Ili~'111'11111

COMPUERTA ::I~____________-:..__________!_ ______J)

SALIDADE

ALTACORRIENTE

P

N

p~N

CONTROLDE

CORRIENTEPEQUENA

CATODO

TIERRA~+ TIPOS DE SCRS -Losscrssonclasificadosde acuerdoa la corrientequeestospuedenconmutar.Aquíse mencionastres tipos

generales(sepuedenconsegiren el mercadovariostiposde encapsulados):

Baja corriente

~~Corriente media

Los scr de baja corriente incluyen aquellos que conmutan desde 1ampere y 100 volts.

Estos scr conmutan arriba de 10 amperes y varios cientos de volts.Una aplicación comun es la conmutacion de estado solido para automotores.

Alta corriente

¡Estos scr pueden conmutar mas de 2 500 amperes y arriba de variosmiles de volts! Estos controlan motores, luces, aparatos, etc.


SIMBOLO DEL SCRANODO

(A)

+ COMOSE UTILIZAN LOS SCR

PINIP

CATODO(C)

Este8"eglo le muestra como se usa un scr para encender una lampara incandescente. Tambien puedenser controlados otros dispositivos.

TRIAC

INTERRUPTOR DE BOTONNORMALMENTECERRADO

(OPRIMA PARA APAGARLA lAMPARA)

El triac es el equivalente de dos scrsconectados en paralelo. Esto significa que lostriac pueden conmutar ambas corrientes.directa y alterna. Note que el triac tiene ~capas mas una region extradel tipo n.Tambienobservecomo lostres pinesde conexionhacencontacto con las ~ capas.

Q OPERACION DEL TRIAC

VOLTAJEDE C.A.

SAliDA DECORRIENTE

ALTA

CONTROL DECORRIENTE

BAJA

::::- - lAMPARA

A

:lJtINTERRUPTOR ,/

DE BOTONNORMAlMENTE

ABIERTO

OPRIMA PARAENCENDERLA lAMPARA

P

N

P-.N

C~ lr G

TERMINALPRINCIPAL

1 (oA2)

TERMINALPRINCIPAL2(oA1)

N

P

N

Los dos scrs en paralelo estan cara a caraen direccion opuesta en el triac (contraparalelo). Cuando se utiliza para conmutarcorriente alterna, el triac permanece activounicamente cuando la compuerta recibecorriente. Remueva la corriente de compuertay se desactiva cuando la c.a. Pasa a cerovolts.

P

NMT1


TIPOS DE TRIAC - los triac, como los scr, estan clasificados de acuerdo a la corriente que estos puedenconmutar. Los triacs no tienen la capacidadde alta de potenciacomo los scrs de alta corriente. Aqui se muestrandos categorias.

De corriente media

Los triac de baja corriente conmutan arriba de 1 ampere y varios centenaresde volts. Tambien se utilizan otros encapsulados.

Estos triac conmutan mas de 40 amperes y desde 1,000 volts.se puedenencontrar en el mercado también otros tipos de encapsulados.

SIMBOLOS DEL TRIAC -Recuerde, el triac es lo mismo que dos scrs en contra paralelo:

SCR

MT2

SCR

COMO SE UTILIZAN LOS TRIAC

COMPUERTA

GN

P INI PIN ~ COMPUERTA

MT2~ MT1

NMT1

MT1 MT2

Este diseño muestra como un triac puede encender una lampara, energizada por la corriente de linea casera.Tambien pueden ser controlados los motores y otros dispositivos.

"CABLE DE LA

ALlMENTACION

~!SECUNDARIO

, ~ LAMPARA

INTERRUPTORDE BOTON

NORMALMENTEABIERTO

Precauclon: ¡NO ENSAMBLAR! P.104TIRISTORES DE DOS TERMINALESUn scr o triac se activara sin una señal de disparo, si el voltaje a traves de sus otras dos terminales alcanzacierto nivel (voltaie de ruptura). Esta habilidadde auto conmutacion hace posible los tiristores de dos terminales.

Diodo de cuatro capas El diodo de 4 capas es un scr sin compuerta. Conmuta voltaje de c.c.

Dlac (diodo de ca) E! diac es un dispositivo de tres capas similar a un transistor de unjonpnp pero sin la terminal de base. Puede conmutar voltaje de c.a.

NPN

MT111 N COMPUERTA


4. SEMICONDUCTORES SENSIBLES A LA LUZ

Laoptoelectrónica es uno de los campos de más rápido crecimiento de la electrónica que estudia los dispositivossemiconductores que emiten y detectan luz. Antes de ver algunos componentes sensibles a la luz, echemosun vistazo rápido sobre algunos hechos acerca de la luz.

LUZ.. SE I-tIZC> L..A.

/1/'\'\''''-

La luz es la composición de partrculas llamadas fotones que se comportan como ondas de energfa. Losfotonesno son necesariamente visibles y aquéllos que si se pueden ver son llamados colectivamente luz. Losfotonesse producen cuando un electrón que ha sido excitado a un nivel de energfa más alto que el normal caede regreso a su nivel normal.

ELECTRONES~ EXCITADOS

aQ\) ~aQ))

VARIOS NIVELESDE ENERGIA

,.. ,\ J o

'" ~ITUD/,;;: '<" DE ONDA

!O

"\ I

,fNIVEL DE ENERGIA NORMAL

Recuerde, los fotones actuan como ondas, la distancia entre lascrestas es la longitud de onda. Los electrones excitados a nivelesde energra mas altos, emiten fotones con longitudes de onda máscorta que los electrones excitados a niveles más bajos.

Los electrones excitados pueden recobrarsu nivel de estado normalespontaneamente. U otro fotón de longitudde onda apropiada puede estimular a unelectrón excitado para que regrese a suestado normal.

SEGUNDO FOTONCON MISMA

LONGITUD DE ONDACOMO EL PRIMER FOTON

ELABC DE LA ELECTRONICA

EL ESPECTRO ELECTROMAGNETlCOLa luz visible es una forma de radiación electromagnética. La longitud de onda de la luz está especificada en

nanómetros (1-nanómetro es una billonésima parte de un milfmetro). El diagrama de abajo muestra la relaciónde luz para otras formas de radiación electromagnética.

LUZ VISIBLE

I

LONGITUD DE ONDA

1-pm = 1 picómetro (0,000000000001 metros)1-nm = 1 nanómetro (0,000 000 001 metros)1-J.UT1=1 micrómetro (0,000001 metros)1-mm = 1 milímetro (0,001 metros)1-m = 1 metro (39,37 pulgadas)1-km = 1 kilómetro (mil metros)

~IIESTAS LlNEAS

ESTAN SEPARADASPOR UN MILlMETRO

1 -mm

EL ESPECTRO OPTICO .Laradiación ultravioleta, visible e infrarroja son conjuntamente llamadas el espectro óptico. Aquí se muestra undiagrama ampliado del espectro optico:

100% 1RESPUESTAAlOJO HUMANO

50%

INFRAROJA CERCANA

300 400 500 600 700 800 900---1

1000

LONGnVD DE ONDA ( NANOMETROS )

Muchos semiconductores eensibIesa la luz emiten o detectan radiación infrarrojacercana. El silicio, por ejemplo,puede detectar luz vtaible. Pero es más sensible a la radiación infrarroja, aproximadamente de 880 nm. Debidoa que varios componen'" sensibles a la luz pueden operar en ambas la radiación infrarroja y la visible, escomún referirse a la radiación infranoja como luz.

OPTOELECTRONICALos componentes ópticos conducen, de.vian o cambian las características de la luz. Muchas de estascaracteristicas son muy importantes para aplicaciones de semiconductores sensibles a la luz.

1, los filtros transmiten unicamente unabanda estrecha de longitudes de ondasopticas. ILA

LONOITUD DE UNEA

< RAYOSX)1

I I l. ONDAS DE RADIO

GAMA DE RAYOS I ULTRAVIOLETA I 1<INFRAROJA I MICRO ONDAS) .: ) ) «

I I I1-pm l.nm 1 -¡nn 1-mm 1-m 1-km


2.Ios reflectores reflejan algunos o lamayorparte de un rayo de luz entrante.Alguna parte de la luz puede ser o notransmitida.

3. Los divisores de rayos, reflejan partede un rayo de luz entrante y t"ansmitee resto.

4. Los lentes desvian la luz. Los mas importantes son:

LONGITUD

~p~

~..........'- .. ~L. .

.'.. ;

"ESPEJO ~G

Aquéllos con unasuperficie muy lisa (comolos espejos) se llamanreflectores especulares.

Un lado microscópico de vidrio haceun buen divisor de rayo. (Cadasuperficie refleja el 4%)

LENTESCONVEXO PUNTOFOCAL LENTESCONCAVO

Loslentes convexos son frecuentemente utilizados junto con las fuentes de luz semiconductoras y detectores.Por ejemplo, estos pueden colectar y enfocar la luz dentro de un detector miniatura.

5. Las fibras ópticas son delgados hilos de vidrio o deplástico altamente transparente que conducen luz. Laluz viaja a través de un núcleo cubierto por unrevestimiento. Las fibras ópticas de plástico son máseconómicas. Las fibras ópticas de vidrio son muchomás transparentes. Ambos tipos transmiten algunaslongitudes de onda más eficazmente que otras. Lasfibras de alta calidad se utilizanpara enviar telefonfa ydatos de microprocesador por medio de pulsos de luz.

COMO SE UTILIZAN LOS LENTES CONVEXOS

VIDRIO

EL VIDRIO ES MASCIENTOS DE VESES MAS

ClARO

400 500 600 700 eoo 900 1000

LONGITUD DE ONDA ( MI )

e)

\0-

( . ,~.'<

, ::-

:~i..

Muchas fuentes de luz semiconductoras y detectores están equipadas conlentes convexos integrados. En esta página se explica por qué y muestracómo son utilizados los lentes externos con fuentes y detectores.

... LA LEY DEL CUADRADO INVERSO

INTENSI)AD 1: 1

FUENTE-:'~/DELUZ'--- - ~


Hecho famoso:i la luz viaja a 300 000 km/s!

Cuando la luz se propaga hacia el exterior desde una fuente muy pequeña, su intensidad es inversamenteproporcional al cuadrado de la distancia. Enotras palabras, si la distancia es de 3, entonces la intensidad es de1/9 de la intensidad que habrfa si la distancia fuera de 1. Los lentes convexos pueden cancelar esta reducciónde intensidad.

LOS LENTES CONVEXOS.

( ESTEESUNRAYOCOLlMADO DETECTOR

FUENTE) ~ )",~I/~ ELRAYOACTUAlSE

~I:~ [Jt::- :: DESPlAZACOMOESTO 11

~ (DIVERGENCIA) 1I ~\...LENTES- - - - - - - - - - - - - - - - - - -~ "-- LENTES

El ángulo de propagación del rayo (divergencia) en yradianes* es igual al diámetro de la fuente dividida 1-por la longitud focal del lente. Esto significa que loslentes con mayores longitudes focales proporcionanrayos más estrechos. (Pero los lentes con grandeslongitudes focales colectan menos luz que aquéllosde cortas longitudes focales..) *un radian es igual a57,3 grados. (En un cfrculo hay 360°)

DIAMETROREAlDEL

RAYODELUZ

jPORCIONSENSIBLE

ALALUZDELDETECTOR

Con la colocación cuidadosa de un lente toda la luzdentro del cfrculopunteado se puede enfocar dentrode la porción sensible de luz del detector.(icoincidecon la ley del cuadrado inverso!).

FUENTES DE LUZ SEMICONDUCTORAS

Cuando son bombardeadas por luz, calor,electrones y otras formas de energfa, la mayorfade los cristales semiconductores emiten luz visibleo infrarroja. Las mejores fuentes de luzsemiconductoras, son por lo tanto, los diodos deunión pn.

~ ~r-...~~~ ~r-...

~~

,,L 11 ¡/

SEMICONDUCTORDE CRISTAL

LI2(FOTONES)

DIODOS EMISIORES DE LUZ

El diodo emisor de luz convierte una corrienteeléctricadirectamentea luz. Poresto,el diodoemisorde luz (Ied) es mas eficiente que muchas otrasfuentes de luz.

CATODO

ANODO

~:=G:=b~o


+ OPERACIONDELLED-El voltaje en sentido directo a través del diodo debe exceder un nivel de umbralantes de que una corriente pueda cruzar la unión. Para el silicio, que emite una pequeña cantidad de luzinfrarroja cercana, el umbral es de 0,6 volts. Para el arsénico de galio, que emite una luz considerable en elinfrarrojo cercano, el umbral es de 1.3 volts. Este voltaje excita los electrones. Cuando los electrones cruzan launióny se combinan con los huecos, estos emiten fotones.

POLARIZACION NO INVERSORA POLARIZACION INVERSORA

e FLUJODELELECTRON SINFLUJODECORRIENTE+ MASACERCADELA OPERACIONDELLEDAquí se mencionan algunos aspectos claves en la operación delled que debe saber:

1.Laluzemitidaporuna lámparaincandescentecontienevarias longitudes de onda. La luz emitida por un led tieneun rango de longitud de onda estrecha. (Esto es debido aque todos los electrones delled son excitados al mismonivel).

2. Cuando comienza a conducir un led, el volt&je seincrementa gradualmente mientras la corriente seincrementa rápidamente.Demasiadacorriente sobrecalentara el led y posiblementesepare los pines deconexióno derritael chipsemiconductor. .

3. La luz emitida por un led es directamente proporcionala la corriente a través delled. Esto significa que los ledsson ideales para transmitir información. La salida de luzde un led sobre calentado se reducirá rapidamente. Eincluso el led se puede dañar.

N;:)...JWec(e::¡c(en

300 400 500 600 700 800 900

LONGITUD DE ONDA (mm)

120

< 100~

80w!z 60w

~ 40

8 20

o 2

VOLTAJE EN SENTIDO DIRECTO

3

~...JWo<o:::;c:;

v~«J:""

7~ Q l¿.

v1- ~-

~ ~)~~ ~6~~() ';)

e:¡tI SOBRECALENTAMIENTO t)

o 20 40 60 100 12080

CORRIENTEEN SENTIDO DIRECTO (MA)

N P

- -o_\_01 _ '""'- fi\ _1 I - oFOTONES

. --- -00o


4. El voltaje en sentido directo y longitud de onda de unled son relacionados directamente. Sin embargo nosiempre es posible remplazar diferentes leds sin cambiarel voltaje y la corriente. Muchos semiconductoresdiferentes son utilizados para producir varios leds. Losleds de emisión de luz visiblesemitencerca de un miliwattde potencia aproximadamente. iAlgunos leds infrarrojns(como unidades de 880 nm) emiten 15 o más miliwatts!(Una lámpara de mano emite 10 o mas miliwatts)longitud de onda(nm)

TIPOS DE LEDS

Tipos de leds - ya que elled es una fuente de luz, es útilsaber que hay dentro de la cápsula de plástico o metal.Se muestra aquí un led típico. Los pines gruesos ayudana disipar el calor del chip. El reflector colecta la luz emitidade los extremos del chip. El epóxico es usualmente decolor cuando el led es un emisor de luz visible. Laspartículas dispersas de luz se adhieren fre~uentementeal epóxico. Esto difunde la luz y causa que el extremo delled se vea más brillante,

LEDS DE LUZ VISIBLES

R

LONGITUD DE ONDA

(VERDE)590(AMARILLO)615(NARANJA)640(ROJO)690(ROJO)(INFRARROJO)

900(INFRARROJO)940(INFRARROJO)

VOLTAJE

2,2-3,0

2,2-3,01,8-2,71,6-2,02,2-3,02,0-2,51,2-1,61,3-1,7

REFLECTOR

PIN DEL ~CATODO

PIN DELANODO

Estosledseconómicosson utilizados como indicadoresluminosos. Ciertos leds rojos son utilizados paratransmitir información. La mayoría tienen unencapsulado epóxico.

DISPLAY TIPO LED

Se pueden encontrar varias clases de display tipo ledcapaces de desplegar dígitos y caracteres. Estos sonmás toscos que los displays de cristal líquido (Icd), peroestos usan más corriente.

LEDSINFRARROJOS

Los leds infrarrojos se deberían llamar diodos de emisióninfrarroia.Estosson utilizados para transmitir información.Estos también son utilizados para alarmas, dispositivosde control remoto, etc. Un tipo especial de led infrarrojoes el diodo láser algunos emiten varios wattsL

SIMBOLOS DEL LEDAmbos símbolos aquí mostradosson utilizados. ={D=

ANODO CATODO


COMO SE UTILIZAN LOS LEDS

Losleds se pueden polarizar por mediode corriente continua o por breves pulsos de corriente. Cuando operancontinuamente, la corriente puede variar para cambiar la salida de luz. RESISTENCIA EN SERIE

~CIRCUITODE MANDO LED -Debidoa que los ledsson dependientesde lacorriente,es necesarioproteger/os de la corriente excesiva conuna resistencia en serie. Algunos leds incluyen unaresistenciaen serie integrada. Pero la mayoría no latienen. Es importante saber cómo determinar laresistencia en serie requerida (rs). La fórmula es: O

Ejemplo: Supongamos que quiere operar un led rojo con una corriente (i'ed)de 10 miliamperes con una fuentede 5 volts (v). V,edes de 1,7 volts (de la hoja de datos). Por consiguiente r. es o 3300hms.

'- t /'

INDICADOR DE POLARIDAD CON LED

Dos leds en contra paralelo forman un indicador depolaridad. Ambos leds se iluminan si el voltaje de pruebaes de ea. jSe debe utiiizar la resistencia en serie!.

TIERRA

)PUNTA

Led accionado con pulsos-Cuando se opera continuamente, un led infrarrojo puede tener una máxima corrientede 100 miliamperes. Cuando es controlado por pulsos breves de corriente, el mismo led puede aceptar conseguridad varios pulsos de 10 amperes!

NOTA:No es necesaria una resistenciaen serieSi los pulsos no exceden los nivelesMáximos especificados delled.

A

GENERADORDE PULSOS

P 1/

NI'"

eSALIDA DE PULSO

Al entrar energía a un cristal semiconductor ésta excita electrones aniveles más altos, dejandoatrásloshuecos.Estoselectronesy huecosse pueden combinar y emitir fotones, o éstos pueden separarse unodel otro y formar una corriente.Estaes labasede los sémiconductoresdetectores de luz. Existen dosclases principalesde semiconductoresdetectores de luz, con o sin unión pn.

ELECTRON.~ EXCITADO

00o

SEMICONDUCTORES DETECTORESDE LUZ

ELECTRON FOTON

'1 p 1/--+-

/1 N \"'..CORRIENTE

L2LED


DETECTORES DE LUZ FOTORESISTIVOSLas foto~esistenciasson semiconductores detectores deluz.sin unión pn. Su resistencia es muy alta (millones deohms)cuando no hay luz presente. Cuando se iluminan,su resistencia es muy baja (cientos de ohms).

ELECTRON

z.z/FOTON Ei5

~r- 1.

@t-,

&-'\I HOYO2.

La batería suministra la fuerzapara mover los electrones yformar una corriente.

HOYODEELECTRON

""G(} eFOTORESISTENCIA/1\

(} y- CORRIENTE~ 0~ 0;f9--- -~\ 0= ol¿l

=~111

G

OPERACION DE LA FOTORESISTENCIA.Este panel muestra cómo un fotón crea un par deelectrón-hueco. Un voltaje externo forzará al hoyo yal electrón a que se muevan.

3.

CORRIE~T~ I~PEQUENA LhJ¡:::::::f:I CORRIENTE~ 1~ GRANDE

00iR01110

In PI

+ Más acerca de la operación de las fotoresistencias. Aquí se mencionan unos aspectos importantes de laoperación de la foteresistencia:

1. Las fotoresistencias pueden requerir de uns pocos milisegundos o más para responder completamente alcambio de intensidad de luz (esto es muy lento). Pero éstas pueden requerir varios minutos para retornar a suresistencia normal de obscuridad cuando la luz se retira (el efecto de memoria).

2. El semiconductor más frecuentemente utilizado enlas fotoresistencias es el sulfuro de cadmio. Es sensiblea la luz iY es muy similar alojo humano! El sulfuro deplomo es utilizado para detectar el infrarrojo. (3micrómetros).

e«e:JiD¡¡;zwen

FOTO RESISTENCIADE SULFURO DE

CADMIO

300 400 500 800 900

LONGITUD DE ONDA

TIPOS DE FOTORESISTENCIAS-


11

Se encuentrandisponiblesen el mercado muchostiposdiferentes. En la mayoría el semiconductor sensible ala luz es recubierto entre los electrodos interpaginadospara incrementar la superficie expuesta. Puede serutilizada o no una ventana de vidrio o de plástico.

.1 ~

SIMBOLO DE LA FOTORESISTENCIA.Se utilizanambos símbolos mostrados aquí.

COMO SE UTILIZAN LAS FOTORESISTENCIAS

Las fotorresistencias se utilizan en relevado rescontrolados por luz y medidores de luz.

MEDIDOR DE LUZEl diagramaque se muestra aquí indica en un medidorde corriente la intensidad de la luz que ilumina unafotoresistencia de sulfuro de cadmio.

DETECTORES DE LUZ DE UNION PN

Los detectores de luz de uniónpn fonnan la familia más grandede semiconductores sensible a la luz. La mayoría de ellos sefabrican de silicio y pueden detectar tanto luz visible comoinfrarroja cercana.

FOTODIODOSTodas las uniones pn son sensibles a la luz. Los fotodiodosson uniones pn específicamente diseñados para la detecciónde luz. Estos son utilizados en cámaras, alarmas,comunicadores por luz, etc.

OPERACION DEL FOTODIODO.Un fotón creara un par electrón-hueco en la unión pn. Fluiráuna corriente si los dos lados de la unión se conectan. Y sonposibles dos modos de operación:

flPOTENCIOMETRO

PARA PONER A "CERO"EL ~EDIDOR DE CORRIENTE)

IMEDIDOR DECORRIENTE

e«e::;iDiiizwen

RERSPUESTA DELA UNION DESILlCON PN

LONGITUD DE ONDA ( NM )

!" FOTONN

P---+--ELECTRON

1.1

ffiELE:~O~ 2.

, ,, ~'

P

HOYO

ELE~ 3.N

111

111

~HOYO~


1. Operación fotovoltaica- Aquí el fotodiodo se convierte en una fuente de corriente cuando es iluminado.

pP IN

.----...POCA

CORRIENTE

.----...ALTA

( ¡::::=;¡CORRIENTE ~

TIPOS DE FOTODIODOS.Aquí se muestra un fotodiodo típico. También se utilizanmuchas otras clases de encapsulado (de plástico,integrados en lentes y filtros, etc.). La diferencia másimportante es el tamaño del chip semiconductor. Sepueden utilizar diseños de chips especializados para daruna mejor respuesta a ciertas longitudes de onda de laluz.

OBSCURO

FOTODIODOS DE AREA PEQUEf;!A

~ ~On~ riFOTODIODOS DE AREA GRANDE

@ H~

/' " .///

/ /~-~-;:'. ','

2. Operación fotoconductiva- Aquí elfotodiodo es polarizado inversamente.Una corriente fluye cuando la unión pnse ilumina (en la obscuridad, unapequeña corriente llamada corrienteoscura fluirá).P

NI~

~~~

\LUZ VENTANA

PINDEL ~

ANODO XCHIP PIN

/': DEL; CATODO

Hecho famoso: Los ledspueden emitir y detectarluz!

Estos fotodiodos son de tiempo de respuesta muy rápida cuandose utilizan en el modo fotoconductivo de polarización inversa.

Aunque son de respuesta más lenta que los fotodiodos deárea pequeña, su amplia área suministra alta sensibilidad.

cATaDO

N

A-@- e

SIMBOLO DEL FOTODIODOAmbos símbolos aqui mostrados son utilizados p

ANODO


COMO SE UTILIZAN LOS FOTODIODOSLos fotodiodos son comúnmenteutilizados paradetectar pulsos rápidos de infrarrojos cercanos(comoen las comunicaciones de onda corta).

Medidor de luz. Este diseño suministra unmedidorde luz del modo básico fotoconductivo.Su respuesta es muy lineal.

FOTOTRANSISTORES

Todoslos transistores son sensibles a la luz y algunosestán especificamente diseñados para tomar ventajade esta importante propiedad. Se pueden encontrarfets sensibles a la luz, pero el fototransistormás comúnes un transistor de unión npn con una amplia regiónde base expuesta. Los fotones que entran a la basereemplazan la corriente de base emisor de lostransistoresnpn. Por lo tanto un fototransistor amplificadirectamente las variaciones en el número de fotones.

~a~a ==IINF'I N

~ ELECTRONES

NOTA: EL PIN BASE ES OPCIONAL

POTENCIOMETRO(PARA CALIBRAR EL MWDIDOR)

/

IMEDIDOR DECORRIENTE

EMISOR

OPERACION DE LOS TRANSISTORES NPNSe pueden encontrar dos tipos de fototransistores npn. Uno es un transistor npn como se muestra abajo. Y elotro incluye un segundo transistor npn para suministrar más amplificación.

1. FOTOTRANSISTOR NPN.

CP I N SIN

CORRIENTE----.....N

OBSCURO

CPIN ALTA

CORRIENTE----.....N


2. FOTODARLlNGTON.~ :---~------

I .' le

/ I:.IPINLUZ II

IIIIII --------

ALTACORRIENTE

----

Este circuito es muy sensible pero es más lentoque el fototransistor npn ordinario. Ambos tipospueden tener o no una términal de base.

TIPOS DE FOTOTRANSISTORES.

El mostrado aqui es un fototransistor npn típico de bajocosto. Se utilizan tambien muchos otros estilos deencapsulado (encapsulados metálicos, lentes de vidrio,mirillas planas, etc.). Importante: El pin de base puedeestar presente o no. Varios circuitos de fototransistoresno utilizan la conexión de base.

CHIP

)PIN BASE

(OPCIONAL)

Estos son fototransistores tipicos.

SIMBOLOS DE FOTOTRANSISTORES.

.~ ~ .~ .~NPNNPN (SIN PIN BASE) FOTODARLlNGTONS

COMO SON UTILIZADOS LOS FOTOTRANSISTORES

Los fototransistores frecuentemente son utilizadospara detectar fluctuaciones de señales de luz (c.a)Este diagrama utiliza una luz estable (c.c.)para energizar el relevador.

H EL DIODO PROTEGEAL TRANSISTOR DE

VOLTAJE PRODUCIDOEN LA BOBINA

DEL RELEVADOR

LUZ

PINES DE CONTACTODEL RELEVADOR


FOTOTIRISTORES .

AREASENSIBLE---ALALUZ

Los fototiristores son varios tipos de tiristores activadospor luz. Puede imaginárseloscomointerruptoresactivadospor luz. El miembro más importante de la familia es elrectificador controlado de silicio activado por luz (Iascr).Tambiénse producen lostriacs activadospor luz.Ningunopuede. conmutar tanta corriente como el tiristorconvencional.

SCRS ACTIVADOS POR LUZ (LASCR)Para mejorar su sensibilidad a la luz, el lascr esfabricado más delgado que los scr estándares. Estolimita la cantidad de corriente que pueden conmutar.Para aplicaciones de alta corriente. un lascr puede serutilizado para disparar un scr convencional.

TIPOS DE LOS SCR.

La mayoría de los LASCR pueden conmutar algunos cientos de volts. La máximacorriente es unicamente de algunas decimas de un ampere.

COMO SON UTILIZADOS LOS LASCR.

RESISTENCIADE COMPUERTA

\

*Una vez disparado, elzumbador se mantieneencendido hasta que laenergíaes interrumpida;

A

ZUMBADORPIEZOELECTRICO

UN DESTELLO RAPIDO CDE LUZ GATILLARA

EL LASER

G

Este diagrama permite al lascr activar unzumbador de tono agudo.

CELDAS SOLARES

Las celdas solares son fotodiodosde unión pn con unárea sensible a la luz excepcionalmente amplia. Unacelda solar individual de silicio genera 0,5 volts en laluz brilfante del sol.

CELDASFOTOVOLTAICA

+


OPERACION DE LA CELDA SOLAR.

OBS~~

(SELDA SOLAR

1UNA CELDA

DE ESTETAMAÑO

GENERARIA0.1 AMP.

EN LUZ DE SOLBRILLANTE

TIPOS DE CELDAS SOLARES

el : f ~ CONTACTODELANODO

LAS CELDAS DE SILICIOPUEDEN SU P EN N.

Símbolos de las celdas solaresSon fabricados varios tipos diferentes de celdas solares desilicio. Frecuentemente las celdas individuales se conectanen serie o en paralelo.

// E~S 00' RECUERODEN% - CELg~S:"~~RIAL \ ;

~ueden SER P EN N

Idassolaresp

Una serie de.ce recargables. / / \cargar batenas / I _CELDAS

GRUPOD6NECTADASSO~R~~ ~ERIE

SERIE

EL VOLTAJE rr1

rrDE SALIDA ES ltJ ..

LA SUMA DE LOSVOLTAJES DELAS CELDAS

COMO SE UTILIZAN LAS CELDAS SOLARES

PARALELO

LA CORRIENTEDE SALIDA ES

LA SUMA DE LASCORRIENTESDE CELDAS

DIODO

5. CIRCUITOS INTEGRADOS

+

Los circuitos electrónicos pueden ser fabricadossimultáneamente uniendo transistores individuales,diodos y resistencias, en un pequeño chip de silicio.Los componentes son conectados uno al otro con"alambres" de aluminio depositados en la superficiedel chip. El resultado es un circuito integrado.

,== 11 /~I!i:'"I l~ ~

~~.""--~

/.# 11 CIRCUITOINTEGRADO

Los circuitos integrados o (ic) pueden contener desde unos pocos a varios cientos de miles de transistores.Estoshan hecho posible los video juegos, relojesdigitales,computadoras y muchos otros productos sofisticados,aquí se muestra una sección de un circuito integrado bipolar altamente ampliado y simplificado:

EL ABC DE LA ELECTRONlCA

DIOXIDO DE SILICIO PIN DE CONEXION # rl

N

EL DIOXIDO DE SILICIOES UN VIDRIO COMO

SUSTANCIA DE AISLAMINTO

Resistencia: Una secciónpequeña de silicio tipo pforma una resistencia

Diodo: Una unión pnforma un diodo

Transistor: Un par deuniones pn forman untransistor npn.

Por supuesto los componentes mostrados arriba forman parte de una sección de ic altamente ampliada y noestán dibujados en la misma escala, !un tipo de ic incluye 262, 144 transistores en un chip de silicio únicamenteen un cuadro de 1/4 de pulgada!

TIPOS DE CIRCUITOS INTEGRADOSLos circuitos integrados están agrupados en dos categorías principales:

1. Los ies analógicos (o lineales) producen, amplifican o responden a voltajes variables, los ies analógicosincluyen muchos tipos de amplificadores, temporizadores , osciladores y reguladores de voltaje.

2. Los ies digitales (o lógicos) responden a, o producen señales que tienen únicamente dos niveles de voltaje.Los ies incluyen microprocesadores, memorias, microcontroladores y muchos tipos de chips simples.

ALGUNOS ICS COMBINAN FUNCIONES ANALOGICAS y DIGITALES EN UN SOLO CHIP.Por ejemplo, un chip digital puede incluir un regulador de voltaje analógico integrado. Y un chip temporizadoranalógico puede incluir un contadordigital integrado para suministrar retardos de tiempo mucho más largos quelos que podrían lograr usando solo temporizador.

VOLTAJEDENTROO FUERADEL CLIP

( NO VOLTAJEDE FUENTEDE PODER)

TIEMPO TIEMPOENCAPSULADO DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS

Los ic son suministrados en varios encapsulados diferentes. En la actualidad el encapsulado más común es elde terminales distribuidas en dos hileras paralelas a los lados (o dip). Aunque hay una enorme tendencia a losdispositivos con terminales que no atraviesan la ta~eta (montaje superficial o smd) el dip está fabricado deplástico (más económico) o de cerámica (más robusto). La mayoría de los dips tienen 14 ó 16 pines. pero lanumeración del pin puede ser del rango de 4 a 64 pines, aquí se muestra un dip típico.

.... - """" - -


MC14021 B

DGOD

/NUMERODE PINESMARCA DEL IN DICE

( INDICA PIN 1 )

Otro encapsulado de ic es el tO-5, aunque es muy robusto,ha sido reemplazado en varios casos por dips de plásticomás económicos.

NUMERODEPARTE

CODIGOFECHA

6. CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES

No importa que tan complicados sean, todos los circuitos integrados digitales son fabricados de bloque sencillosllamados compuertas. Las compuertas son como switch es controlados electrónicamente. Los switches puedenestar encendidos o apagados, pero ¿cómo operan las compuertas?, comencemos con lo básico.

COMPUERTAS CON SWITCHES MECANICOS

Las tres compuertas más simples pueden ser demostradas con algunos switches de push, una batería y unalámpara.

Compuerta "and" con switches, la lámpara se ilumina únicamente cuando el switch A y B se cierran. La tablaresume la operación de las compuertas y se le llama tabla de verdad.

OFFOFFONON

OFFONOFFON

A B SALIDA

OFF=SWITCH ABIERTOON= SWITCH CERRADO

INTERRUPTOR DE BOTaNNORMALMENTE ABIERTO

\LAMPARA

( APAGADA)

OFFOFFOFFON

Todas las posibles combinaciones on-offCompuerta "or" con switches la lámpara se ilumina únicamente cuando el switch a o el switch b o ambosswitches a y b se cierran. Aquí se muestra la tabla de verdad:

A B SALIDA

OFF OFF OFFOFF ON ONON OFF ONON ON ON

LAMPARA( APAGADA)


Compuerta "nof' con switchla lámparase ilumina. Unicamentecuando el switch se abre, si se cierra el switchla lámpara se apaga. En otras palabras, la compuerta "not" invierte la acción usual de un switch. Aquí semuestra la tabla de verdad:

INTERRUPTOR

-No~~~P~~~TECERRADO

LA COMPUERTA "NOT" ESLLAMADA USUALMENTEINVERSOR.

ENTRADAOFFON

SALIDAONOFF

I I \ "-,

LAMPARA( ENCENDIDA)

LA CONEXION CON EL SINARIO

Es posible substituir los estados off y on de un switch por dígitos 1 y O.y con esto creamos las tablas de verdadpara las compuertas de la página anterior:

COMPUERTA"AND" COMPUERTA"OR" COMPUERTA"NOT'

A B SALIDA A B SALIDA ENTRADAI~ALlDAO O O O O O O 1O 1 O 01 1 1 O1 O O 1 O 11 1 1 1 1 1

Las combinaciones en las entradas 1y O(AyB) forman números en el sistema numérico binario de dosdígitos (o bits). En electrónica digital, los números binarios sirven como códigos que representan números

decimales, letras del alfabeto, voltajes y muchos otros tipos de información.

BINARIO DECIMAL CODIFICADO EN BINARIO (BCD)DECIMALFactores binarios- Un número binario Oó 1es un bit un patrón de 4 bits es medio byte un

patrón de 8 bits es un byte.O O 0000 00001 1 0000 00012 10 0000 00103 11 0000 00114 100 0000 01005 101 0000 01016 110 0000 01107 111 0000 01118 1000 0000 10009 1001 0000 100110 1010 0001 000011 1011 0001 000112 1100 0001 001013 1101 0001 001114 1110 0001 010015 1111 0001 0101

Los números binarios se pueden enviar a traves decables (buses) todos a la vez (comunicaciónparalelo)o un bit a la vez (comunicaciónserie) aquí se muestrauna transmisión serie y una paralelo de los numeros-15...14 13...12.

SCD- A cada dígito decimal se le asigna suequivalente binario. Observe que se muestran

los ceros de la derecha.En la electrónica digital todas las ubicaciones

de los bits están ocupadas.

FACTORES BINARIOS

13

+

14

+

15

+

PARALELO

RAPIDOI,'oIi,,'o

12

o o


COMPUERTAS CON DIODOS

Muy frecuentemente es mejor controlar una compuerta de manera eléctrica que mecánica. La compuertaeléctricamente controlada mas simple utiliza diodos de unión pn que son apagados (polarización inversa) oencendidos (polarización directa) por una señal de entrada de varios volts (binario 1 o aIm) o una entradacercana a o tierra (binario Oo .!2ajQ).

COMPUERTA "OROCON DIODOS COMPUERTA "ANO" CON DIODOS

A ===={IN914l'

DIODOS

~

SALIDA(CON RSPECTO

A TIERRA)

A SALIDA(CON RSPECTO

ATIERRA)

B B

( TIERRA ( TIERRA

Cuando el voltaje de entrada en ~ o en Q esmás positivo que tierra, éste pasa a través deldiodo polarizado directamente y se presenta enla salida. De otra manera la salida está en ocerca de tierra. La tabla de verdad es valida paraentradas de Ovolts (o bajo) y +6 volts (1 o alto).

Cuando el voltaje de entrada en Siy Qes máspositivoque tierra, lacorriente fluye de la baterraa través de la resistencia a la salida. Si a o bestá en, o cerca de tierra, uno o ambos diodosse polarizan directamente y la corriente fluyeen dirección contraria a la salida.

-

La salida no alcanza los 6 volts totales cuandoes alta porque los diodos requieren un voltajeen sentido directo de 0,6 volts. Este voltaje essubstraído del voltaje de salida. ( En electronicaun diodo de silicio causa una "caída de voltaje"de 0,6 volts.)

Al complicarse más los circuitos, lasilustraciones pictorales no son prácticas. Poresto,en esta páginase introduce los diagramasde circuitos para cada uno de los dos dibujospictoriales mostrados arriba. Más tardeentraremosa los diagramas de circuitos. Por lomientras, la siguiente página muestra más deestos....

COMPUERTAS CON TRANSISTORES

La caída de voltaie en los diodos de las compuertas hacen necesaria una amplificación para conectar enconjunto una serie de compuertas. Puesto que los transistores pueden suministrar la amplificación necesaria,¡los transistores pueden funcionar como compuertas!. Se pueden utilizar tanto, bipolares como de efecto decampo. En esta pagina se muestran los diagramas de circuito para algunas de las compuertas de transistoresbipolares mas simples. Juntos forman la familia lógica digital de transistor - resistencia.Ustedpuedereproducirestas compuertas. Pero la razón principal de que estén aquí es para darle una apreciación de las compuertasde circuitos integrados que estaremos viendo muy pronto.

A

\ A B I SALIDA

B <>--C>I--I< SALIDA OV OV OV

I OV 6V 5.4V6V OV 5.4V6V 6V 5.4V

:::rrDA

A B I SALIDA

OV OV OVOV 6V .5V

I 6V OV .5V

a r 6V 6V 5.4V


COMPUERTA "NOT" (INVERSOR) ENTRADA I SALIDACuando la entrada in está jen +v (binario 1 o alto), el transistor q1 se L

I

H

enciende (QO)y conectala salidaout directamentea tierra (binario H Lo bajo). Cuando in es baja, q1 conmuta a off y out SE;vuelve +v(a traves de r1). Las compuertas "not" como esta hacen posibles

~

IN

nuevas compuertas logicas importantes. ,?v,? <> 10K,?,?1

B

scCOMPUERTA "AND" COMPUERTA''''NA'ND'' (NOT-AND)

+V (3T09V)

SALIDA

-

Utilice un transistor 2n2222 o cualquier npn depropósitogeneral para todas estas compuertas

COMPUERTA "OR"

La función "not" está "integrada" (no se requiere deun transistor extra.).

COMPUERTA "NOR"

+V +V

10K 10KB

+V para todas estas compuertas puede ser +3 a+9 volts.

SIMBOLOS DE LAS COMPUERTAS

Como la compuerta "nand", la funcion "not" estáintegrada.

Antes de seguir con los circuitos integrados digitales, veamos los símbolos para los variados tipos de compuertas.Este también es buen momento para introducir varias compuertas que todavía no hemos tomado en cuenta.

COMPUERTA "ANO" COMPUERTA"NANO" COMPUERTA "NANO"

+V

+Vt

10K

A L=LOW A B SALIDASALIDA

10K H=HIG'i

A B SALIDA

L L L A

L H L10K

L L H

B SALIDA

H L LL H H

H H HH L H

B H H L10K

--1

A S SALIDA 10K A S SALIDAA

L L L L L HL H H

SALIDAL H L

AL LH L H

10K H

B SALlDAH H H H H L

A B SALIDA A B SALIDA

:D- SALIDA

L L L

:=D-- SALIDA

L L HL H L L H H

H L L H L HH H H H H L

--G

Las compuertas lógicas con más de dos entradas se muestran abajo y son llamados circuitos lógicos porquerealizandecisiones lógicas. Las compuertas lógicas tienen frecuentementemas de dos entradas. Adicionalmentelas entradas incrementan la decisión de energizar una compuerta. Estas también incrementa el numero demodos de conexión de las compuertas para conectarse de una a otra y formar circuitos lógicos digitalesavanzados. Aqul se muestran dos ejemplos:

COMPUERTAAND DE TRES ENTRADASA B C SALIDA

A~ L L L L~~ L L H LL H L L

L H H LH L L LH L H LH H L LH H H H

COMPUERTA NAND DE TRES ENTRADAS

A B C SALIDA

A=D- L L L H

~ L L H HL H L HL H H HH L L HH L H HH H L HH H H L

COMPUERTAS DE UNA ENTRADALa compuerta "not" o inversor es muy importante ya que puede invertir la salida de otra compuerta. Por esohablando estrictamente, el inversor no es un circuito que hace decisiones (como las compuertas con dos omas entradas). Una compuerta relativamente parecida al inversor es el compensador (buffer), un circuito no-inversor que alsla las compuertas de otros circuitos o permite controlar cargas mas grandes de lo normal. Losinversores de tres estados y compensadores tienen una salida que puede ser desconectada electrónicamente .de la memoria del circuito. La salida es entonces alta o baja.

BUFFER

~1N-t>- OUT ~ I ~

BUFFER DE 3 ESTADOS

CONTROL

IN~ OUT

CONTROLllH

OUT

lHHI-Z

IN

lH

X

INVERSOR (NOT)

~1N-t>- OUT ~ I ~

INVERSOR DE 3 ESTADOS

CONTROL

~ -f>o- OUT

OUT

HLHI-Z

CONTROL-llH

IN

lHX

i"X" SIGNIFICA "NO IMPORTA" I HI-Z SIGNIFICA ALTA IMPEDANCIA DE SALIDA

EL ASC DE LA ELECTRONlCA

COMPUERTA "OR" COMPUERTA"NOR"A B SALIDA A B SALIDA

:V-- SALIDA

L L L :==L>--SALIDA

L L H

L H H L H L

H L H H L L

H H H H H L

COMPUERTA""EXCLUSIVE OR" COMPUERTA" EXCLUSIVE NOR "

A B SALIDA A B SALIDA

:D- SALIDA

L L L

: V- SALIDA

L L H

L H H L H L

H L H H L L

H H L H H H


CANAL DE ALTAVELOCIDAD DE DATOS (DATAHIGHWAYS)

Frecuentemente los circuitos hechos de compuertas intercambian información (binario codificado como nivelesde voltaje ceros y unos Oy 1 o bajos y altos), la información es usualmente enviada por alambres llamadosbuses (pistas). Un bus es como un canal de alta velocidad de datos. Puede ser un cable a través del cual envía

la información en serie (bit por bit). O pueden ser ocho ( o mas) alambres a través de los cuales la informaciónes enviada en paralelo ( un byte o mas a la vez). En ambos casos, por supuesto, se requiere de una tierra paracompletar el circuito.

VIGILANTES DE TRAFICO DE 3 ESTADOSLas compuertas de tres estados pueden detener "los embotellamientos de tráfico" en los buses. Por ejemplo:

CONTROL CONTROL CONTROL

IN IN IN

Unicamente entran al bus de datosseleccionados por el buffer (control = 1).

COMO SE UTILIZAN LAS COMPUERTAS

Las compuertas pueden ser utilizadas individualmente o conectadas conjuntamente para formar una "red" decompuertas llamadas un circuito lógico. Casi todos los circuitos lógicos pueden ser reemplazados por uno dela siguiente categoría: Combinacional o secuencia!.

CIRCUITOS LOGICOS COMBINACIONALES

Los circuitos lógicos combinaciona:as responden a los datos entrantes ( OY 1 ) casi inmediatamente. ( Estotendrá más sentido cuando lea acerca de los circuitos secuenciales). Los circuitos lógicos combinacionalespueden ser muy simples o inmensamente complicados. Virtualmente cualquier circuito combinacional puedeser implementado únicamente con compuertas "nand" o "nor". Como estos circuitos de compuertas...'nand"....

COMPUERTA" NANO" OE 4ENTRADAS INVERSORES

COMPUERTA" ANO"

Nota:Estos circuitos nomuestran laconexión de tierraque debe estarpresenteUsualmente la tierraes el común para laentrada y la salida.

BUFFERS

COMPUERTA OlOREXCLUSIVA"

COMPUERTA" OR "


COMPUERTA "NOR" COMPUERTA" NOR EXCLUSIVA"

COMBINACION DE DIFERENTES COMPUERTASaquí hay dos ejemplos de redes combinapionales que utilizan mas de un tipo de compuerta. (¡Recuerde,

ambos circuitos pueden elaborarse completamente con compuertas "nand"!).

SELECTOR DE DATOS. DECODIFICADOR BINARIO A DECIMAL

Los datos en a o b son dirigidos a la salida bajo controlde la entrada selector de datos (las "direcciones").Este circuito se puede expandir para incluir muchasmas entradas y direcciones:

Este convierte un numero binario de dos bitsa su equivalente decimal.

Ao

REDES COMBINACIONALESAVANZADASaquí se muestran algunos ejemplos de cuatro familias principales de redes combinacionales. Esta y otrasfamilias de redes están disponibles como circuitos integrados. Las cajas que aquí se muestran son símbolosde circuitos lógicos que representan redes complicadas de compuertas.

CODIFICADOR DECODIFICADOR

Convierte decimales y otrosdatos a binarios. Utilizacompuertas "or"

-- Convierte binario a decimal ybcd a digitos decimales enpantallas digitales.

A BI v-

OUT

-1- +B In I L---" Y I I I b--- 2

AMBOS SIGNIFICAN

A B I O 1 2 3fSIN

I I t>-- 3, CONTACTO

L L L H H H

L H H L H HH L H H L HH H H H H L

MULTIPLEXOR (SELECTOR DE DATOS) DEMUL TIPLEXOR

x y -DATA SELEC X y. DATASELEC

X Y OUT X Y INTO...

i] omA

L L A L L A

L H BB

L H BOUTH L e C H L eH H D D H .H D


CIRCUITOS LOGICOS SECUENCIALES

El estado de la salida de un circuito lógico secuencial es determinado por el estado previo de la entrada. Enotras palabras. Los bits de datos se muevena través de circuitos secuenciales paso por paso. Frecuentementelos datos avanzan un paso cuando se recibe un pulso de reloj, ( un circuito que emite un flujo estable depulsos). El bloque integrado de lógica secuencial es el flip-flop.

S R Q Q

L L ( D1SALLOWER)L H H LH L L H

~) H H NO C~ANGEQ = NOT Q (IF Q =o , Q = 1 )

El flip-flop tipo "rs" basico(set - reset) tambienllamado de avalancha. Las salidas estan

siempre en estados opuestos. Significa"no" q)

sQ

R

Flip-flop tipo "rs" con reloj este avalanchaignora los datos en s y r hasta qLiaelpulso de reloj llega (o seactiva).entoncescambialos estadosdelas salidas.

s

R

Flíp flap d(dato o delay) el flip flap dalmacena las salidas presentes entre lospulsos de reloj.

DATA

Flip-flop tipo "jk" el flip-flop jk permite aambas entradas estar altas.( encuyocaso sus salidas "se encienden oapagan" o switchean su estado encada pulso del reloj).

CLOCK

J

Q

S R Q Q

L L NO CHANGEL H L HH L H L

H H ( DISALLOWED )

VALlD AFTER CLOCKPULSE ARRIVES

Q

o

o a <5

L L HH H L

(OR)o

I

o 1

1 1 oVAllO AFTER CLOCKPULSE ARRIVES

Q

a

a

Valido despues del pulso dereloj

J K Q aL L NO CHANGEL H L H

H L H L

H H " TOGGLE "

VALlD AFTER CLOCKPULSE ARRIVES


FLlP-FLOP TIPO "T" (ENCENDIDO O APAGADO)

SAliDA ( RANGO DE ENTRADA 1/2 )

La salida deq es baja (O alta} para cada pulso H~ /ENTRADA

-a~

de entrada. Por lo tanto los pulsos de entrada Jl..JlJL Tsedividenen L-'" Q ~AQUI SE MUESTRAN VARIOS MODOS PARA HACER UN FLlP-FLOP TIPO "T":

REGISTRO DE ALMACEN DE DATOS FLIP-FLOP TIPO"D"aquí se muestra como cuatro flip-flops tipo Ud"forman un registro de almacenamiento o memoria que "carga"(guarda) la palabra de 4 bits en las entradas a, b, c, d cuando la entrada del contador es "cronomatrado"(pulsado}.se encuentran disponibles muchos tipos de ic de registros.

A B C D

CLOCK a CLOCK a CLOCK a CLOCK a

CLOCK ai-- L....IS a ,---fJ aT CLOCK HIGH

D R K CLOCKQ

T

D 9J-rD

al-rD

al- I .ID Q

I I IA B C D - ENTRDA

CORTADA

CONTADOR FLIP-FLOP TIPO "T"

Aqui se muestra como cuatro flip-flops tipo "t" forman un contador binariode 4 bits:

CONTEO D C B A

o o o o o

A B C D 1 o o o 1

PULSOSDEENTRADA 2 o o 1 o

H=1-+- 2 1 o3 o o 1 o

L=O-+-T 4 o 1 o o

a a a 5 o 1 o 16 o 1 1 o7 o 1 1 1

Cada flip-flop "t" divide los pulsos entrantes en dos. Como lo revela la8 1 o o o

tabla de verdad, el resultado es 000(}-1111 conteos binarios. (El contador9 1 o o 1

reinicia desde 0000 despues del pulso numero 16). Existen muchos tipos10 1 o 1 o

de ic contadores, de los cuales muchos incluyen caracteristicas especiales11 1 o 1 1

(conteo hacia arriba o abajo, reinicio o resat, etc.)12 1 1 o o13 1 1 o 114 1 1 1 o15 1 1 1 1

SISTEMA LOGICO COMBINACIONAL-SECUENCIAL


Abajo se muestra cómo los circuitos lógicos integrados combinacionales y secuenciales pueden formar uncircuito contador decimal, un sistema lógico digital muy simple.

1. EL DIAGRAMA DE BLOQUES

PULSOS A SERCONTADOS BCD

CONTADOR

El contador bcd avanza un conteo por cada pulsoentrante. Cuando el contador alcanza 1001 (9 endecimal), el contador se reinicia a 0000. Eldecodificador activa los segmentos apropiados de undisplay tipo led.

DECODIFICADOR

BCDA7SEGMENTOS

DISPLAY

AL CATaDO COMUN~

2. EL DIAGRAMA DE CIRCUITOS+5V

5 1612 7 A a 13

l

7490 1 7448 b 12DECONTEO 2 9 1 B e 11

7490=CONTADOR 3 d 107448 = DECODIFICADOR 8 2 C e 9

f 1511

6 D 9 14LAS RESISTENCIAS I I I

R1 - R9 PROTEGENI 10AL DISPLAYTIPO

LED DE EXCESIVACORRIENTE -=-

3. EL CIRCUITO REAL.

c.. ENTRADA DEL CONTADOR

R1-R7=

VO"S \ALCATaDO

COMUNDEL DISPLAY

167448 I 15 f

914a13b12e


FAMILIAS DE CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES

Existen más de dos docenas de familias principales decircuitos integrados bipolares y mos. Cada ic (o chip)contiene una red lógica especifica o varios tipos defunciones lógicas. Aquí se muestran algunas de lasfamilias de ic digitales principales:

CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES BIPOLARES

CUATRO COMPUERTAS

" NAND " CMOS DE 2 ENTRADAS

1. Lógica de transistor a transistor (ttl). La familia mas grande y la mas popular de los circuitos integradosdigitales. Pueden cambiar de estado mas de 20,000,000 veces por segundo. A muy bajo precio. Desventaja:Se deben energizar con una fuente de 5 volts. Utilizan muchacorriente. (Las compuertas individuales requierende 3 o 4 mili amperes). El mas utilizado es el de la serie 7400. El 7404, por ejemplo, contiene 4 inversores.2. TTL schottky de baja potencia (LS). El mas reciente tipo de ttl que consume únicamente el 20% de potencia.Desventaja: Mas costoso que el ttl estándar. El mas utilizado es el de la serie 74LSOO.

CI DIGITALES CON MOSFET

1. Los mas de canal p y n (pmos y nmos). Contienen mas compuertas por chip que el ttl. Son chips de variospropósitos especiales (microprocesadores, memorias, etc.). Desventajas: Pocas replicas para los chipspopulares ttl. Mas lentos que el ttl. Pueden requerir dos o mas fuentes de voltaje. Puede ser dañado pordescarga eléctrica estática.2. Mas complementarios (cmos) crecimiento muy rápido y los mas versátiles de la familia de ic digita/es.Hay versiones de cmos de los chips ttl mas populares. Una serie utiliza los mismos números de asignación.El 74c04 por ejemplo, es el cmos equivalente del tt17404. Los nuevos cmos de alta velocidad son tanrápidos como el ttl. La mayoría de los cmos tienen un rango amplio de voltaje de alimentación ( típicamente+3 a 18 volts). Utiliza menos energía que cualquier otra familia de ic digitales. (Las compuertas individualesrequieren 0,1 de mili ampere). Desventaja: Puede ser dañado por descarga electrostática. Los ic cmos masutilizados son las series 74COO y 4000.


7. CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES

Los niveles de voltaje de entrada y salida de los circuitos integrados lineales pueden variar en un rango muyamplio, el voltaje de salida es proporcionalal voltaje de entrada. Por lo tanto, una gráfica de la entrada contrala salida es una línea recta (lineal). Existen muchos tipos de ic lineales. Únicamente los principales ic secubren aquí. Primero vamos a comparar los circuitos básicos lineales y digitales:

EL CIRCUITO LINEAL BASICO

Un transistor de efecto de campo o bipolar puede operar como un circuito lineal o digital. En ambos casos, eltransistor puede invertir la señal a su entrada. Abajo se muestra como un transistor bipolar npn puededesempeñar las cuatro funciones:

(

ENTRADAALTO

.Jl... BAJO

v r:: ON

~J2OfFen ENTRADA +VGRAFICA VOLTAJE

DE COLECTOR

DIGITAL: .Jl...DIGITAL:El transistor 01 es utilizado como un interruptor.Cuando la entrada está cerca de +v (o alta), 01 seenciende y elled1 se ilumina. Cuando la entradaesta cerca de tierra (o baja), Q1 se apaga. Elled1se apaga y permite que elled2 se ilumine. (R2controla la corriente a través de ambos leds). Estecircuito es entoi\CeSun buffer o un inversor digital.

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

ENTRADA+

AJ GND

/ R3

L 10K

01,02

~~,

R61K ESC

i.ED2

v

¡¿~ ENTRADA +V.APROXIMADO

1S LINEAL:'-.", ,.. . .#~ "'."

LINEAL:Aqui 02 es un amplificador que opera sobre todo el

rango de encendido total a apagado total. R4 y R5forman un divisor de voltaje que aplica un voltajepequeño a la base de 02 para que se conservepolarizado aun en ausencia de voltaje de entrada.Estopermitea 02 operaren el modolineal.Cuandoel voltaje sube, el'ed 3 brilla mas intensamente yelled 4 se oscurece.

Los amplificadores operacionales ( u "opamps") son hasta el momento los mas versátiles de los ics lineales.Estos son llamados amplificadores "operacionales" ya que estos fueron originalmente diseñados paradesempeñar operaciones matemáticas. Los opamps amplifican la diferencia entre los voltajes o señalesaplicadas a sus dos entradas. El voltaje aplicado a una entrada solamente será amplificado si la segundaentrada es aterrizada o mantenida a algún nivel de voltaje.


OPERACION DEL OPAMP

El opamp tiene una entrada inversora y una no inversora. La polaridad de un voltaje aplicado a la entrada¡nversora es invertida en la salida.

UOUT

OUT

MODO INVERSOR MODO NO INVERSOR

"RETROALlMENTACION DEL OPAMP

Los circuitos que se muestran aquí arriba permiten al op'-amp operar a sus niveles máximos de ampliación o(ganancia). Usualmente la ganancia es reducida a un nivel mas practico llevando la salida a la entradainversora (-) por ejemplo:

VIN

A2 .' Il~REAlIMENTACIONV OUT

AMPLIFICADOR INVERSOR

GANANCIA = R2/ R1

VOUT= - VIN (R2 / R1)

MODOINVERSOR

Comparador opampCuando es operado sin una resistencia de retroalimentación (r2 de arriba), el voltaje de salida oscilara desdeun nivel completamente apagado a un nivel completamente encendido (o viceversa) cuando los voltajesaplicados a las entradas son diferentes, ¡aunque sea únicamente por 0.001volts! . Este modo de trabajoparecido al digital hace posible varias aplicaciones útiles.

Tipos de ampllflcadores operacionales .Se pueden encontrar opamp con mosfet o bipolares. Algunos opamp bipolares tiene entradas fet o mosfetpara suministrar una impedancia muy alta de entrada. Varios opamps diferentes son fabricados en su solo icque pueden incluir mas de cuatro opamps individuales.

TEMPORIZADORES

Cuando opera como un comparador , el opamp puede ser utilizado como un temporizador. Esto requiere uncircuito RC (resistencia capacitor) como este: +9v

6

TIEMPO

CIRCUITO RC GRAFICA DE CARGA DEL RC TEMPORIZADOR

EL ASC DE LA ELECTRONlCA

En el diagrama del circuito(arribaa la derecha),R1 y C1 forman un circuito RC. C1 se carga gradualmente a+9 volts a través de R1. Cuando el voltajeen C1 excede el voltaje de referencia suministrado a la entrada noinversora del opamp su salida oscila de alto hacia bajo y el led se ilumina. El retardo de tiempo se puedecambiar alterando los valores de R1 y C1 o ajustando R2 Descargue C1 para un nuevo ciclo (

abc de la electrónica

Engineering

retardo despues

selector de

las posiciones

en la posicin

en otras palabras

la resistenciadel

silicio del

una lmpara