Electrónica Analógica

Unidad 1

Instituto Tecnológico de Matehuala

Presenta.Luis Carlos Lugo Muñoz

Materia.Principios Electrónicos y Aplicaciones Digitales

Profesor.Federico Baez Ramos

Carrera:Ing. En Sistemas Computacionales

1. Electrónica Analógica1.1. Corriente alterna y corriente directa 1.1.1. Características 1.1.2. Generación de corriente en CA y CD 1.2. Dispositivos pasivos 1.2.1. Características 1.2.2. Técnicas de solución en circuitos RLC 1.2.3. Aplicaciones 1.3. Dispositivos activos 1.3.1. Características de semiconductores 1.3.1.1. Estructura eléctrica del Silicio 1.3.1.2. Estructura eléctrica del Germanio 1.3.1.3. Materiales tipo N y tipo P 1.3.2. Dispositivos semiconductores 1.3.2.1. Diodos 1.3.2.1.1. LED 1.3.2.1.2. Rectificadores 1.3.2.1.3. Zener 1.3.2.2. Transistores 1.3.2.2.1. Bipolares 1.3.2.2.2. FET

1.3.2.2.3. MOSFET 1.3.2.3. Tiristores 1.3.2.3.1. SCR 1.3.2.3.2. SCS 1.3.2.3.3. DIAC 1.3.2.3.4. TRIAC 1.3.3. Técnicas de diseño con semiconductores 1.3.4. Aplicaciones con semiconductores 1.3.4.1. Rectificadores 1.3.4.2. Amplificadores 1.3.4.3. Conmutadores 1.3.4.4. Fuentes de voltaje 1.4. Amplificadores operacionales 1.4.1. Configuraciones 1.4.1.1. Seguidor unitario 1.4.1.2. Comparador 1.4.1.3. Multiplicador 1.4.1.4. Sumador 1.4.1.5. Restador 1.4.1.6. Integrador 1.4.2. Aplicaciones

TEMARIO

La electrónica analógica es una parte de

la electrónica que estudia los sistemas en los cuales sus variables; tensión, corriente… que varían de una forma continua en el tiempo, pudiendo tomar infinitos valores (al menos teóricamente).

Electrónica Analógica

La corriente directa, que implica un flujo de carga que fluye siempre en una sola dirección. Una batería produce corriente directa en un circuito porque sus bornes tienen siempre el mismo signo de carga. Los electrones se mueven siempre en el circuito en la misma dirección: del borne negativo que los repele al borne positivo que los atrae. Aún si la corriente se mueve en pulsaciones irregulares, en tanto lo haga en una sola dirección es corriente directa.

1.1. Corriente Alterna y Corriente Directa

La corriente alterna (ca) se comporta como su nombre lo indica. Los electrones del circuito se desplazan primero en una dirección y luego en sentido opuesto, con un movimiento de vaivén en torno a posiciones relativamente fijas. Esto se consigue alternando la polaridad del voltaje del generador o de otra fuente.

La corriente directa o también llamada corriente continua es un flujo continuo de electrones por medio de un conductor que está entre dos puntos con una diferencia de potencial eléctrico, en este tipo de corriente, todas las cargas eléctricas fluyen en la misma dirección, también es identificada por corriente constante, por ejemplo, cualquier circuito que este siendo suministrada su energía eléctrica por medio de una batería, mantendrá una corriente continua ya que siempre tendrá la misma polaridad (+,-).

1.1.1 Características

También se dice de otra forma que, si todos los electrones circulan en un mismo sentido, también se le llama corriente continua y esta corriente de dirige desde un polo positivo (batería) hacia un polo negativo (batería).

La corriente alterna es la corriente eléctrica que presenta una variación cíclica en su magnitud y en su sentido, la forma más utilizada de oscilación para representar la corriente alterna es una oscilación sinusoidal, debido a que se obtiene una forma de trasmisión de energía eléctrica más efectiva.

El generador de corriente alterna es un dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. El generador más simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magnético uniforme. El movimiento de rotación de las espiras es producido por el movimiento de una turbina accionada por una corriente de agua en una central hidroeléctrica, o por un chorro de vapor en una central térmica. 

1.1.2. Generación de corriente en CA y CD

Son aquellos que no necesitan una fuente de energía para su correcto funcionamiento. No tienen la capacidad de controlar la corriente en un circuito.

1.2. Dispositivos Pasivos

1.2.1. Características

Componente Función más común

CondensadorAlmacenamiento de

energía, filtrado, adaptación impedancia.

Inductor o Bobina

Almacenar o atenuar el cambio de energía

debido a su poder de autoinducción.

Resistor o ResistenciaDivisión de intensidad o tensión, limitación de

intensidad.

Los componentes pasivos se dividen en:Componentes pasivos lineales:

Componentes electromecánicos:A este grupo pertenecen

los interruptores, fusibles y conectores

Un circuito RLC es aquel que tiene como componentes una resistencia, un condensador y un inductor conectados en serie:*ɛb (Fem) *C (condensador) *L (Bobina) *R (Resistencia)

1.2.2 Técnicas de solución en circuitos RCL

La corriente continua se utiliza en: Automóviles Metro y locomotoras de ferrocarriles. En una linterna.

Corriente alterna se utiliza en: Viviendas Semáforos Alumbrado público

Un generador de continua es un alternador que produce corriente alterna y a la salida se convierte en alterna con unos rectificadores w o diodos

Otros generadores de corriente continua pueden ser una batería o la que proviene de la energía solar debidamente convertida a energía eléctrica a través células fotovoltaicas.

1.2.3. Aplicaciones

Dispositivo activo es un dispositivo que generalmente necesita un poder separado (aparte de la señal) para operar, mientras que un dispositivo pasivo que no necesita ninguna fuente de alimentación separada para funcionar.

1.3. Dispositivos Activos

Son elementos, como el germanio y el silicio, que a bajas temperaturas son aislantes. Pero a medida que se eleva la temperatura o bien por la adicción de determinadas impurezas resulta posible su conducción. Su importancia en electrónica es inmensa en la fabricación de transistores, circuitos integrados, etc...

1.3.1 Características de los Semiconductores

Los semiconductores tienen valencia 4, esto es 4 electrones en órbita exterior ó de valencia. Los conductores tienen 1 electrón de valencia, los semiconductores 4 y los aislantes 8 electrones de valencia.

Si: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

 el átomo de silicio presenta un enlace covalente, esto quiere decir que cada átomo está unido a otros cuatro átomos y compartiendo sus electrones de valencia. Es así, porque de otra manera el silicio no tendría el equilibrio en la capa de valencia, necesita 8 electrones para su estabilidad. El enlace covalente lo forman todos los elementos del grupo IV de la tabla periódica, al cual pertenece el silicio.

1.3.1.1 Estructura eléctrica del Silicio

Ge:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2

1.3.1.2 Estructura eléctrica del Germanio

Un Semiconductor tipo N se obtiene

llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso negativos o electrones).

1.3.1.3 Materiales Tipo N y Tipo P

Un Semiconductor tipo P se obtiene

llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos).

Semiconductores es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión la radiación que le incide, o la temperatura del ambienten el que se encuentre.Cuando los circuitos electrónicos son sencillos, podemos alimentarlos con corriente alterna.Conforme se hacen mas complejos los circuitos electrónicos es necesario utilizar corriente directa, una corriente que solo circule en una sola dirección, porque su principal objeto es el manejo de señales

1.3.2 Dispositivos semiconductores

•Diac•Diodo•Estructura MOS•Interruptor unilateral de silicio•JFET•MOSFET•MTFET

•Rectificador controlado de silício•SBS•SIDAC•Stabistor•Termistor•Tiristor•Tiristor GTO

•Tiristor IGCT•Transistor•Transistor de efecto campo•Transistor de unión bipolar•Triac

Dispositivos semiconductores

Diodo, componente electrónico que permite el

paso de la corriente en un solo sentido. Los diodos más empleados en los circuitos electrónicos actuales son los diodos fabricados con material semiconductor

1.3.2.1 Diodos

LED son las siglas de Light Emision Diode, en

castellano diodo de emisión de luz. Se trata de un dispositivo sólido, semiconductor y que emite una radiación óptica cuando lo excita una corriente eléctrica. Es decir, se consigue iluminación al aplicar tensión y mover los electrones dentro del material semiconductor.

1.3.2.1.1 LED

Un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua.Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido , válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.

1.3.2.1.2 Rectificadores

El diodo zener trabaja exclusivamente en la zona de característica inversa y, en particular, en la zona del punto de ruptura de su característica inversaEsta tensión de ruptura depende de las características de construcción del diodo, se fabrican desde 2 a 200 voltios. Polarizado en directa actua como un diodo normal y por tanto no se utiliza en dicho estado

1.3.2.1.3 Zener

Los transistores son unos elementos que han

facilitado, en gran medida, el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control

1.3.2.2 Transistores

El transistor bipolar es

un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor) , una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación.

El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio.

1.3.2.2.1 Bipolares

El transistor FET es un dispositivo

semiconductor que controla un flujo de corriente por un canal semiconductor, aplicando un campo eléctrico perpendicular a la trayectoria de la corriente.

1.3.2.2.2 FET

MOSFET significa "FET de Metal Oxido Semiconductor" o FET de compuerta aisladaEs un tipo especial de transistor FET que tiene una versión NPN y otra PNP. El NPN es llamado MOSFET de canal N y el PNP es llamado MOSFET de canal P.

1.3.2.2.3 MOSFET

Un tiristor es uno de los tipos más importantes

de los dispositivos semiconductores de potencia. Los tiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electrónicos de potencia. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor. Para muchas aplicaciones se puede suponer que los tiristores son interruptores o conmutadores ideales, aunque los tiristores prácticos exhiben ciertas características y limitaciones.

1.3.2.3 Tiristores

es un dispositivo

semiconductor biestable formado por tres uniones pncon la disposición pnpn (Figura 2). Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.

1.3.2.3.1 SCR

 (SILICON CONTROLLED SWITCH) Es similar en cuanto a construcción al SCR. La diferencia está en

que posee dos terminales de puerta, uno para entrar en conducción y otro para corte. El SCS se suele utilizar en rangos de potencia menores que el SCR.

El SCS tiene aplicaciones muy similares a las de SCR. Este último tiene la ventaja de poder abrirse más rápido mediante pulsos en cada uno de los terminales de gate, pero el inconveniente que presenta respecto al SCR es que se encuentra más limitado en cuanto a valores de tensión y corriente. También se utiliza en aplicaciones digitales como contadores y circuitos temporizadores.

1.3.2.3.2 SCS

El DIAC es un diodo de disparo bidireccional,

especialmente diseñado para disparar TRIACs y Tiristores (es un dispositivo disparado por tensión).

El DIAC se comporta como dos diodos zener conectados en serie, pero orientados en formas opuesta. La conducción se da cuando se ha superado el valor de tensión del zener que está conectado en sentido opuesto.

1.3.2.3.3 DIAC

El Triac es un dispositivo semiconductor que

pertenece a la familia de los dispositivos de control tiristores.

El triac es en esencia la conexión de dos tiristores en paralelo pero conectados en sentido opuesto y compartiendo la misma compuerta

1.3.2.3.4 TRIAC

1.3.3 Técnicas de diseño con semiconductores

Las aplicaciones de los semiconductores se dan en diodos, transistores y termisores principalmente. Diodos: Al unir un semiconductor N con otro P se

produce un fenómeno de difusión de cargas en la zona de contacto, que crea una barrera de potencial que impide a los demás electrones de la zona N saturar los restantes huecos positivos de la zona.

1.3.4 Aplicaciones de semiconductores

Si unimos un generador como se indica en la

figura los electrones libres de la zona N son repelidos por el polo negativo y los huecos de la zona P por el polo positivo, hacia la región de transición, que atraviesan. La corriente pasa. No ocurriría esto si la conexión se hubiera hecho con la polaridad invertida.

Transistores: Un transistor está constituida por dos zonas: 1.- Dos N separadas por una P (transistor NPN), esta disposición proporciona al conjunto unas propiedades particulares, en especial amplificadoras. 2.- Dos P separadas por una N (transistor PNP), permiten actuar sobre la intensidad de la corriente electrónica que pasa entre dos cristales semiconductores del mismo tipo, por medio de un electrodo metálico aislado por una delgada capa de óxido. Un transmisor se emplea, sobre todo, como amplificador y también en ordenadores, como interruptor rápido de la corriente.

Termisores: Se llama así a los semiconductores que son sensibles a los cambios de temperatura, o mejor, a aquellos en que las variaciones tienen, frente a la composición, un gran valor.

Un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.

1.3.4.1 Rectificadores

Es un circuito electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):

Vout = G·(V+ − V−)el mas conocido y comunmente aplicado es el UA741 o LM741.

1.3.4.2 Amplificadores

Es un conmutador que conecta múltiples entradas y múltiples salidas en forma de malla. Originalmente el término fue usado literalmente, para una matriz de conmutadores controlados por una malla de barras metálicas, y luego fue ampliado a conmutadores de matriz en general.

1.3.4.3 Conmutadores

Es un dispositivo electrónico capaz de generar

una diferencia de potencial entre sus terminales (un voltaje) para generar una corriente eléctrica.

En otras palabras son dispositivos que nos proveen el voltaje necesario para que los circuitos electrónicos funcionen, sin una fuente de voltaje, los circuitos simplemente no encienden.

1.3.4.4 Fuentes de Voltaje

Son circuitos integrados con un nivel de componentes

y estructura interna complicada por lo que los vamos a estudiar desde fuera como cajas negras.

La alimentación del circuito se realiza por medio de dos fuentes de alimentación (alimentación simétrica). ,el terminal de referencia de tensiones (masa) no está conectado directamente al amplificador operacional. La

referencia de tensiones debe realizarse a través de elementos externos al operacional tales como resistencias

1.4. Amplificadores Operacionales

1.4.1 Configuraciones

Es aquel circuito que proporciona a la salida la

misma tensión que a la entrada.

1.4.1.1 Seguidor Unitario

Un comparador es un circuito electrónico, ya

sea analógico o digital, capaz de comparar dos señales de entrada y variar la salida en función de cuál es mayor.

1.4.1.2 Comparador

Los circuitos multiplicadores son redes

de diodos y condensadores que a partir de una tensión alterna proporcionan una tensión continua muy alta. Normalmente se suelen denominar por el factor multiplicador que tienen (triplicador, cuadriplicador...)

1.4.1.3 Multiplicador

Un sumador es un circuito lógico que calcula la operación suma. En los computadores modernos se encuentra en lo que se denomina Unidad aritmético lógica (ALU). Generalmente realizan las operaciones aritméticas en código binario decimal o BCD exceso 3, por regla general los sumadores emplean el sistema binario.

1.4.1.4 Sumador

Este amplificador usa ambas entradas invertida y no invertida con una ganancia de uno, para producir una salida igual a la diferencia entre las entradas. Es un caso especial del amplificador diferencial. Se pueden elegir también las resistencias para amplificar la diferencia

1.4.1.5 Restador

Que integra o incorpora diferentes

características o elementos poniéndolos al mismo nivel, de manera que forman parte de un todo

1.4.1.6 Integrador

Calculadoras analógicas Filtros Preamplificadores y buffers de audio y video Reguladores Conversores Evitar el efecto de carga Adaptadores de niveles (por

ejemplo CMOS y TTL)

1.4.2 Aplicaciones

FIN

Gracias Por Su Atención