medicion y análisis de circuitos electronicos

CENTRO EDUCATIVO SALESIANOS TALCA
Especialidad de Electrónica
Módulo
MEDICION Y ANÁLISIS DE CIRCUITOS
ELECTRONICOS
Nombre Alumno:
Curso :
R.U.N :
Docente:
Fernando Tapia Ramírez
Introducción
Este módulo está asociado a las áreas de competencia “Montar, instalar y desmontar
componentes, dispositivos y equipos electrónicos” y “Mantener y operar dispositivos y
equipamiento electrónico”. Es de carácter obligatorio y para su desarrollo se sugiere 220
horas.
En el presente módulo el alumno y alumna:
• Adquiere conocimientos sobre los aspectos cualitativos y funcionales relacionados con
los principales componentes electrónicos de estado sólido.
• Conoce conceptos relacionados con los principales circuitos electrónicos.
• Relaciona las magnitudes eléctricas en los circuitos electrónicos.
• Calcula, por medio de ecuaciones, incógnitas planteadas en el contexto de un circuito
electrónico.
• Adquiere la capacidad de efectuar análisis de circuitos electrónicos.
• Adquiere la capacidad de armar, probar y evaluar prototipos de circuitos electrónicos.
Es básico e inicial en el proceso de formación en la especialidad. Genera en el alumno y
alumna la habilidad de analizar cualitativa y cuantitativamente los fenómenos electrónicos
y sus causas. En este sentido, las técnicas deductivas y la aplicación del modelo
matemático son claves para la asimilación de principios fundamentales y conceptos
básicos, de manera que lleven a una comprensión suficientemente profunda y global de la
especialidad y que adquieran sentido en cada una de las diferentes aplicaciones que le
den los referentes productivos.
Respecto a la relación con otros sectores de la Formación General, el módulo presenta la
oportunidad de reforzar y complementar, en un contexto de aplicación, los siguientes
aprendizajes:
Matemática:
Operaciones con números reales, desarrollo y planteamiento de ecuaciones de
primer grado, razones y proporciones, funciones y gráfico de funciones.
Física y Química:
Estructura atómica, teoría de semiconductores, como complemento de los objetivos
fundamentales y contenidos mínimos obligatorios del sector Ciencias.
Lenguaje y Comunicación:
Lectura comprensiva de instrucciones, elaboración de informes y conclusiones
a partir de observaciones.
Materiales Necesarios.
•
Cuaderno Universitario 100 Hojas Aproximadamente.
•
Lápiz Grafito.
•
Goma de borrar.
•
Lápices pasta de 3 colores diferentes.
•
Transportador.
•
Calculadora científica con las siguientes funciones: Modos DEG y RAD,
Funciones trigonométricas, Conversor de coordenadas polares a rectangulares y
viceversa, trabajo de números con notación científica (10x) y en lo posible su
respetivo manual suministrado por el fabricante.
•
Disponibilidad de un PC, Pentium 133 MHz, 32 MB RAM, Windows 95, como
mínimo y acceso a Internet, de 1 Hora semanal.
•
Diccionario Inglés Español.
•
Multímetro Digital.
Contenidos
Diodos:
• Física de los semiconductores.
• Juntura PN, propiedades.
• Diodo semiconductor.
• Rectificación media onda y onda completa.
• Filtros.
• Factor de rizado, regulación y resistencia interna de una fuente de poder.
• Diodos zener y fuente estabilizada con diodo zener.
Transistores:
• Concepto de amplificación.
• Transistores bipolares.
• Configuraciones del transistor.
• El transistor en conmutación.
Amplificadores con transistores:
• Características de los amplificadores, ganancia en tensión y corriente,
potencia, impedancia de entrada y salida.
• Respuesta de frecuencia.
• Transistores de efecto de campo.
Realimentación:
• Realimentación negativa y positiva.
• Osciladores.
Amplificadores operacionales:
• Características y especificaciones.
• Circuitos de aplicaciones.
TEMA 0
El circuito Eléctrico
Para iniciarnos en éste módulo, es necesario desarrollar la habilidad de diferenciar las
magnitudes básicas de Electricidad y a la vez sepa la forma de utilización de instrumentos
para realizar respectivamente las mediciones, junto con ello se deben conocer y
desarrollar conductas de seguridad frente a este tipo de trabajo.
Un circuito eléctrico se compone de cuatro elementos fundamentales, correspondientes a:
•
•
•
•
Una fuente de energía.
Un elemento de control.
Un receptor.
Un elemento conductor.
Sin embargo, todo circuito eléctrico, debe se protegido, frente a posibles corto circuitos
(exceso de corriente sin control) , los cuales pueden ocasionar desde un recalentamiento del
conductor hasta un incendio en función de la magnitud del circuito. Cuando la lámpara se
enciende, estamos hablando de un circuito cerrado, cuando la lámpara se apaga estamos
hablando de un circuito abierto.
La siguiente imagen muestra un posible corto circuito.
Al cerrar el interruptor que se encuentra en paralelo a la lámpara , haremos que el fusible
actúe, interrumpiendo de inmediato el paso de la corriente eléctrica del circuito.
Finalmente debemos recordar que los circuitos aquí expuestos, fueron modelados con una
lámpara y ésta solo esquematiza la carga del sistema, pudiendo representar una serie de
circuitos mas complejos.
Las magnitudes eléctricas involucradas en un circuito eléctrico, pueden ser medidas, el
procedimiento y definición de cada una de ellas es el siguiente:
Voltaje: Su símbolo es la letra V. Es la Magnitud
con que se mide la fuerza de los Electrones en un
circuito Eléctrico. Su unidad de medida es el
Voltio. Se mide mediante un instrumento llamado
Voltímetro, este instrumento debe conectarse en
paralelo al receptor en donde se desea realizar la
medida. En el caso de trabajar con un Multímetro,
es necesario colocar este instrumento en la
escala mas alta en que este mida. También es
importante señalar que cuando se desea realizar
una medida en corriente continua, se debe tener
mucho cuidado en la polaridad de los terminales
del instrumento, debido a que si este fuese análogo posiblemente se queme.
Intensidad de corriente: Es la
magnitud
que
relaciona
el
desplazamiento de carga que se genera
en un conductor y el tiempo empleado
en dicho desplazamiento. La intensidad
de corriente eléctrica parte en un punto
de potencial eléctrico y evoluciona hacia
los puntos del circuito con menor
potencial. Su unidad de Medida es el
Ampere (A) y se mide con un
instrumento llamado Amperímetro, el cual debe conectarse en serie al circuito en donde
se debe realizar la medición.
Resistencia Eléctrica: La resistencia eléctrica, es cualquier elemento que se oponga al
paso de la corriente eléctrica. El valor de la
resistencia hará variar el valor de la
Intensidad. (un ejemplo de resistencia lo es
una lampara, el equipo de música del
automóvil, el aire etc).La unidad de medida
de la resistencia eléctrica es el Ohmio (La
medición de resistencia eléctrica se realiza
con un instrumento llamado Ohmetro, el cual
se conecta en paralelo al receptor y cuidando
de que este se encuentre desenergizado ya
que si no lo estuviese se podría quemar el
instrumento, debido a que el principio de
funcionamiento de este se basa en inyectar una pequeña corriente al receptor.
Potencia Eléctrica: Potencia eléctrica es el trabajo ejecutado en la unidad de tiempo. La
unidad de potencia es el (WATT) que se obtiene cuando de un volt circula la corriente de
un ampere. La potencia eléctrica tiene sus equivalencias en caballos de fuerza (HP) para
el sistema ingles y (CV) designación francesa.
1 HP = 746 Watt
1 KW = 1,46 HP
Relaciones matemáticas del circuito eléctrico
En corriente Continua
P
I=
V
V
I=
R
En Corriente Alterna
P
P
I
=
I=
V ⋅ Cosϕ
V ⋅ Cosϕ ⋅ 3
Ejemplo:
El resistor R1 = 20 Ω está en serie con la conexión en paralelo, con R2 = 60 Ω, y R3 =
120 Ω. La tensión de la red en los bornes es de 120 V. Disposición básica o
fundamental 1. Dibuje el circuito con los valores eléctricos. Calcule:
a)
b)
c)
d)
La Resistencia total;
La corriente;
Las tensiones parciales
Las corrientes parciales
þ Solución :
Dado:
Hallar:
a) RI =
b) I =
R1 = 20 Ω; R2 = 60 Ω; R3 = 120 Ω; V = 120 V
R, I, V 1, V 2, V3, I1, I2, I3,
R 2 ⋅ R3
60 ⋅ 120
=
=
R 2 + R3
60 + 120
40 Ω
R = R1 + RI = 20 + 40 = 60 Ω
V
120
=2A
=
R
60
c) V1 = I · R1 = 2 · 20 = 40 V
d) I1 = I = 2 A
I2 =
V2
80
= 1, 33 A
=
R2
60
V2 = V3 = V - V1 =120 – 40 = 80 V
I3 =
V3
80
= 0,667 A
=
R3
120
Multímetro o Tester Digital
Referencias:
1234-
Display de cristal líquido.
Escala o rango para medir resistencia.
Llave selectora de medición.
Escala o rango para medir tensión en continua (puede indicarse DC en vez de una
linea continua y otra punteada).
5- Escala o rango para medir tensión en alterna (puede indicarse AC en vez de la linea
ondeada).
6- Borne o “jack” de conexión para la punta roja ,cuando se quiere medir tensión,
resistencia y frecuencia (si tuviera), tanto en corriente alterna como en continua.
7- Borne de conexión o “jack” negativo para la punta negra.
8- Borne de conexión o “jack” para poner la punta roja si se va a medir mA
(miliamperes), tanto en alterna como en continua.
9- Borne de conexión o “jack” para la punta roja cuando se elija el rango de 20A
máximo, tanto en alterna como en continua.
10-Escala o rango para medir corriente en alterna (puede venir indicado AC en lugar de la
línea ondeada).
11-Escala o rango para medir corriente en continua (puede venir DC en lugar de una línea
continua y otra punteada).
12-Zócalo de conexión para medir capacitores o condensadores.
13-Botón de encendido y apagado.
Es muy importante leer el manual de operación de cada multímetro en particular, pues en
él, el fabricante fija los valores máximos de corriente y tensión que puede soportar y el
modo más seguro de manejo, tanto para evitar el deterioro del instrumento como para
evitar accidentes al operario. El mutímetro que se da como ejemplo en esta explicación,
es genérico, es decir que no se trata de una marca en particular, por lo tanto existe la
posibilidad que existan otros con posibilidad de medir más magnitudes.
Con un tester digital podemos tener una lectura directa de la magnitud que se quiere
medir (salvo error por la precisión que el fabricante expresa en su manual de uso).
En cambio con el tester analógico (o de aguja), tenemos que comparar la posición de la
aguja con respecto a la escala, lo cual trae aparejado dos errores, como el de apreciación
(que depende del ojo o buena vista del operario) y el error de paralaje (por la desviación
de la vista) que muchas veces no respeta la dirección perpendicular a la escala. A todo
esto debemos sumarle el error de precisión del propio instrumento, lo cual hace evidente
que resulta mucho más ventajoso la lectura de un tester digital.
&
Actividad de síntesis
1. ¿Qué condiciones se deben cumplir para poner en funcionamiento un circuito
eléctrico?
2. ¿Qué ocurre en un circuito eléctrico y en otro neumático o hidráulico cuando hablamos
de circuito cerrado? ¿Cuál de los dos estados es sinónimo de funcionalidad?.
3. ¿Para que sirve un fusible eléctrico?
4. Un Resistor de 10 ohm, se conecta al circuito que a continuación se expone, protegido
con un fusible de 500 mA, determine si el fusible actuará o no?
5. Mencione, bajo que condiciones el fusible de protección actuará. Para dar respuesta a
ello, refiérase al comportamiento de cada interruptor.
6. Los resistores R1 = 8 Ω y R2 = 12 Ω, están conectados en paralelo. En serie a estos
está el resistor R3 =25,2 Ω. La tensión en los bornes es de 30 V. Dibuje el circuito y
Calcule los valores que faltan.
7. Los resistores R1 = 60 Ω y R2 = 240 Ω están conectados en serie. En paralelo a estos,
está el resistor R3 = 600 Ω. La tensión de la red es de 220 V. Dibuje el circuito y Calcule
los valores que faltan para completar el circuito.
8. La rama de resistores R1 = 80 Ω y R2 = 140 Ω están conectados en serie entre si; y en
paralelo a la rama de resistores R3 = 20 Ω y R4 = 60 Ω que también están conectados
en serie La tensión de la red es de 24 V. Dibuje el circuito y Calcule los valores que
faltan para completar el circuito.
TEMA 1
La Estructura Atómica
Introducción:
En los últimos años la investigación de la física del estado sólido de la
materia, ha provisto a los científicos de los conocimientos necesarios para producir
nuevos dispositivos electrónicos, los semiconductores que ocupan hoy día un lugar
de prominencia en el mundo de la electrónica.
Componentes prácticamente desconocidos hace treinta años, surgen
hoy, desplazando a las válvulas de vacío (tubos) de funciones que hasta hace poco
se creían de su exclusiva propiedad.
Para el estudio y comprensión de los fenómenos que ocurren en
dispositivos semiconductores, es necesario conocer algunos detalles del mundo
atómico, como por ejemplo:
• Su estructura
• Propiedades de las partículas que lo Integran
El ATOMO
Modelo atómico de BOHN
PROTONES:
POSEEN CARGA
ELÉCTRICA
POSITIVA (+)
NEUTRONES: NO POSEEN
CARGA, SON
ELÉCTRICAMENTE
NEUTROS
NUCLEO
K
L
M
N
O P
Fig.1
Q
ELECTRONES: POSEEN
CARGA ELECTRICA NEGATIVA
(-), GIRAN ALREDEDOR DEL
NUCLEO
El componente fundamental de la materia, es decir, de todo lo que nos
rodea, es el átomo que se le asigna una estructura como lo indica la Fig. (1),
compuesto de un núcleo, el que contiene partículas llamadas:
-
Protones: Carga eléctrica positiva (+) de masa mayor que el
neutrón.
Neutrones: Sin carga eléctrica, menor masa y más inestable
Alrededor del núcleo giran partículas llamadas electrones, de
carga eléctrica negativa (-), constituyen el elemento
fundamental de la electricidad.
Propiedades del átomo
1) Los protones que poseen carga eléctrica positiva de igual magnitud que la del
electrón, son aproximadamente 1800 veces más pesado.
2) Un átomo normal, el número de electrones que giran alrededor del núcleo, es
igual al número de protones, y por ello se dice que un átomo es eléctricamente
neutro.
3) Debido al movimiento de rotación de los electrones alrededor del núcleo a,
actúa sobre él una fuerza centrífuga que trata de alejarlos del núcleo. Esta
fuerza se equilibra con la fuerza de atracción del núcleo lo que mantiene al
electrón en una órbita estable.(Fig. 2)
4) Todo lo que nos rodea, es decir, todos los materiales que forman nuestro
mundo diario, están formados por aproximadamente 100 sustancias básicas o
elementos.
Ejemplo:
H , Ca , N , O , K , Cl , Cu, Na, etc
O bien una combinación de dos o más elementos básicos
Ejemplo:
Agua, Sal, Acero, Bronce, etc.
5) Cada elemento básico posee una cantidad diferente de electrones girando
alrededor del núcleo, en diferentes órbitas que se designan con las letras:
K, L, M, N, O, P, Q
La órbita más cercana al núcleo es la capa K; y la mas alejada del núcleo se
designa con la letra Q.
La última capa u orbital de un átomo se denomina capa de valencia.
Un átomo que posee en su última capa un número máximo de 8 e-, este
elemento se comporta como un aislador.
Ejemplo:
Gases Nobles como el Neón, Argón,. Kriptón, etc.
Aquellos átomos que poseen 1, 2 o 3 electrones en el último orbital son buenos
conductores.
Ejemplo:
Oro, Plata, Cobre, etc.
Los átomos que poseen 4 electrones en su ultimo orbital se denominan semi
conductores.
Ejemplo:
Germanio, Silicio, etc.
6) Los electrones ubicados en la última capa, son los que determinan las
propiedades químicas y eléctricas de un elemento y se denominan electrones
de valencia y la capa que los contiene capa de valencia.
7) Sobre la capa de valencia existen niveles vacantes en las que se denominan
niveles de excitación.
•
•
•
Banda de valencia: Es la zona en que los electrones se encuentran
semilibres.
Banda de conducción: Es la zona donde los electrones se
encuentran con la suficiente energía como para moverse libremente
en una estructura cristalina.
Banda prohibida: Zona cerrada al paso libre de los electrones entre
las bandas de conducción y de valencia.
Para que los electrones de la banda de valencia puedan servir como portadores
deben pasar a la banda de conducción, ello implica entregarles una cierta cantidad
de energía, que puede tener la forma de calor, luz, radiaciones, etc. La magnitud
de dicha energía es igual a la altura de la banda prohibida. Se mide en eV. (1 eV =
1,6 1019 Joules)
Conductores: El cobre es un buen conductor eléctrico, la razón es evidente si se
tiene en cuenta su estructura atómica. El núcleo o centro del átomo contiene 29
protones (cargas positivas). Cuando un átomo de cobre tiene una carga neutra, 29
electrones (cargas negativas) se disponen alrededor del núcleo, los electrones en
distintos orbitales, llamados capas o niveles de energía
La parte interna: En la electrónica, lo único que importa es el orbital exterior, el
cual se denomina orbital de valencia. Es este orbital exterior el que determina las
propiedades eléctricas del átomo.
Electrón libre: Como el electrón de valencia es atraído muy débilmente por la
parte interna del átomo, una fuerza externa puede arrancar fácilmente este
electrón, al que se conoce como electrón libre y por eso mismo, el cobre es un
buen conductor. Incluso la tensión o fuerza mas débil puede hacer que los
electrones libres de un conductor se muevan de un átomo al siguiente.
Los mejores conductores son: El Oro, la Plata, el Cobre, el Eridio, etc.
Semiconductores: Los mejores conductores (Plata, Cobre, Oro) tienen un
electrón de valencia mientras que los mejores aislantes poseen ocho electrones de
valencia. Un semiconductor es un elemento con propiedades eléctricas entre las de
un conductor y las de un aislante (Germanio Silicio)
Ejemplo:
Un átomo de Silicio tiene 14 protones y 14 electrones. En el primer orbital
posee 2 electrones y el segundo 8 electrones.
Los 4 electrones restantes se encuentran en el
orbital de valencia, como lo indica la figura 5, la
parte interna tiene una carga resultante de + 4
porque contiene 14 protones en el núcleo y 10
electrones en los dos primeros orbitales.
Los 4 electrones de valencia nos indica que
el silicio es un semiconductor.
La siguiente tabla, nos indica como se estructura
la configuración electrónica de cualquier átomo y
con ello es posible determinar la cantidad de
electrones presentes en cada uno de sus
orbitales.
Ejemplo de determinación de características eléctricas de un elemento.
En primer Lugar, buscamos en la tabla
periódica sus características atómicas.
Donde por ahora, sólo nos
interesa su Número Atómico,
que es sinónimo del Número de
Electrones que este elemento
contiene.
Z=12
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
2e
2e
6e
2e
4e
¿Cuántos Electrones nos
quedan en el último
orbital?
Resp: 2 Electrones
10e
12e
Como hemos llegado al
numero de electrones o
número atómico, debemos
detener nuestra iteración.
Por definición, los elementos
químicos que contienen 1, 2 o 3
electrones en su último orbital,
son buenos conductores, por
ende, MAGNESIO ES UN
BUEN CONDUCTOR, sin
embargo, no es utilizado de
manera práctica, debido a su
escasez a diferencia del cobre.
Cristales de silicio: Cuando los átomos de silicio se combinan para formar un
sólido, lo hacen en una estructura ordenada llamada cristal. Cada átomo de silicio
(Si) comparte sus electrones de valencia con los átomos de silicio vecinos de tal
manera que suman 8 electrones en el orbital de valencia.
Enlaces covalentes: Cada átomo vecino comparte un electrón con el átomo
central, de esta forma el átomo central parece tener cuatro electrones adicionales,
sumando un total de ocho electrones en su orbital de valencia. En realidad, los
electrones dejan de pertenecer a un solo átomo, ya que cada átomo central y sus
vecinos comparten electrones y así sucesivamente dentro de la estructura
cristalina.
Semiconductores Intrínsecos: Un semiconductor intrínseco es un
semiconductor puro. Un cristal de Si o Ge es un semiconductor intrínseco si cada
átomo del cristal es un átomo de la misma especie. A temperatura ambiente, un
cristal puro de Si o Ge se comporta mas o menos como un aislante ya que tiene
solamente unos cuantos electrones libres y sus huecos correspondientes,
producidos por la energía térmica que posee dicho cristal.
Dos tipos de semiconductores extrínsecos: Un semiconductor se puede dopar
para que tenga un exceso de electrones libres o un exceso de huecos. Debido a
ello existen dos tipos de semiconductores dopados.
Semiconductor extrínseco del tipo N: Al silicio o germanio que ha sido dopado
con una impureza pentavalente se llama semiconductor extrínseco tipo N, donde N
hace referencia a negativo. En un semiconductor extrínseco del tipo N como los
electrones superan a los huecos reciben estos el nombre de portadores
mayoritarios, mientras que los huecos reciben el nombre de portadores
minoritarios.(Fig. 9)
Semiconductor extrínseco del tipo P: El silicio o germanio que ha sido dopado
con impurezas trivalentes se llama semiconductor extrínseco tipo P, donde P hace
referencia a positivo. Como el numero de huecos supera a los electrones libres, los
huecos reciben el nombre de portadores mayoritarios y los electrones se les
denomina portadores minoritarios.(Fig. 10 )
Características de la unión pn: (El diodo no polarizado) Por si mismo un cristal
semiconductor del tipo P o N tiene la misma utilidad que una resistencia de
carbón; Pero ocurre algo nuevo cuando un fabricante dopa un cristal de la forma
que una parte sea tipo P y la otra sea tipo N. La separación o frontera física de
esta se llama unión pn. La unión pn tiene propiedades tan útiles que ha propiciado
toda clase de inventos, entre los que se encuentran los diodos, transistores y
circuitos integrados.(Fig.11)
Comprender la unión pn permite entender toda clase de dispositivos
fabricados con
semiconductores.
En el cristal pn se va a producir una difusión de portadores mayoritarios en ambas
zonas. Los electrones de la zona N pasaran a la zona p y los huecos de la zona P
pasaran a la zona n cruzando la unión. Esta difusión de produce debido a que los
electrones tienden a llenar los huecos adyacentes a la unión, dejando a su vez una
zona de huecos en la posición original, la difusión se manifiesta en los lados
adyacentes de la frontera y se denomina zona de transición.(Fig. 12)
Debido al proceso de difusión, se produce una concentración de cargas opuestas a
ambos lados de la unión, cargas negativas en la zona P y cargas positivas en la
zona N, siendo cerca de la unión, mayor la concentración de cargas opuestas.
Por la concentración de cargas opuestas se genera un campo eléctrico y una
diferencia de potencial que se conoce como barrera de potencial.
La barrera de potencial detiene el proceso de difusión de portadores. La
carga negativa concentrada rechazará a los electrones que intenten pasar, los
cuales no tendrán la suficiente energía para saltar la barrera.(Fig. 13)
El campo eléctrico entre los iones es equivalente a una diferencia de
potencial llamada barrera de potencial. La barrera de potencial es del orden de los
(mV) y dependerá de los valores de temperatura y de la naturaleza del cristal.
La barrera de potencial es aproximadamente de 0,3 V para diodos de
Germanio y de 0,7 V para diodos de Silicio.
Polarización directa: Se ve una fuente de corriente continua conectada a un
diodo. El terminal negativo de la fuente esta conectado al material tipo n y el
terminal positivo al material tipo p. Esta conexión se llama polarización directa. En
este caso existe una inyección de portadores mayoritarios por la diferencia de
potencial aplicada, con lo cual se reduce la barrera de potencial y se produce la
conducción. (flujo de electrones) (Fig. 14)
Polarización inversa: Si se invierte la polaridad de la fuente de continua,
entonces el diodo quedara polarizado en inversa. Al revés de la situación anterior,
los portadores mayoritarios son atraídos por el potencial contrario aplicado en sus
extremos, lo cual hace que aumente la barrera de potencial; por lo tanto, los
electrones no tendrán la suficiente energía para atravesar la barrera y la corriente
será prácticamente nula. Esta conexión se denomina polarización inversa.(Fig. 15)
Los fenómenos anteriormente mencionados corresponden al funcionamiento de un
diodo de unión cuyo símbolo se muestra a continuación:(Fig. 16)
La barrera de potencial y la temperatura: La temperatura de la unión es la
temperatura dentro del diodo, exactamente en la unión pn. La temperatura
ambiente es diferente, es la temperatura del aire fuera del diodo. Cuando el diodo
esta conduciendo, la temperatura de la unión es mas alta que la temperatura
ambiente a causa del calor creado en la recombinación. La barrera de potencial
depende de la temperatura creada en la unión. Un incremento en la temperatura
de la unión crea mas electrones libres y huecos, que se difunden en la zona de
deplexion. Esta se estrecha lo que significa que hay menos barrera de potencial a
temperaturas altas en la unión.
Gráfica de un diodo Real
&
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Actividad de síntesis.
¿A que nos referimos cuando un átomo es neutro?
¿Qué diferencia la banda de conducción con la banda prohibida?
¿Qué condiciona que un material sea Conductor?
¿Qué condiciona que un material sea Semiconductor?
¿Qué ocurre con los electrones de los átomos en un enlace covalente?
¿De qué se compone un Diodo?
Determine en el siguiente circuito, si al cerrar el interruptor, el diodo 1N4007,
permitirá el encendido de la lámpara.
8. Clasifique de acuerdo al electrón de valencia, los siguientes elementos
químicos, como CONDUCTORES, AISLANTES O SEMICONDUCTORES.
Símbolo
Li
Nombre
Característica
W
Ag
Pb
9. ¿Puede el Xenon (Xe), utilizarse como conductor en la instalación eléctrica de
un automóvil?. Argumente su respuesta, determinando su característica
eléctrica por electrones de valencia y el tipo de elemento al que corresponde.
10.
Si el diodo del ejercicio Nro 7 fue construido de Silicio, ¿Cuánta es la
tensión mínima que se requiere en la fuente de alimentación para que éste
comience a conducir en la eventualidad de estar correctamente polarizado.
11.
Basándose en el supuesto anterior, pero con un diodo de Germanio.
12.
Si observamos la curva del diodo, ¿que ocurre con la conducción el en
punto en donde la tensión es de 0,7V?
TEMA 2
I.
El Diodo y sus Aplicaciones
Rectificadores.
La función del rectificador
es
transformar
la
corriente
alterna
en
continua, la mayoría de
los
dispositivos
electrónicos, televisores,
equipos
estereos
y
computadores necesitan
de
una
corriente
continua. Dentro de las fuentes de potencia hay circuitos que permiten que la
corriente fluya en un solo sentido, estos son los llamados rectificadores, que
estudiaremos a continuación:
a) Rectificador de media onda: El siguiente circuito nos muestra un rectificador
de media onda (Fig. 18).
Ejercicio: ¿Cuáles son las tensiones de pico en la carga y la tensión continua en
la carga?. El transformador tiene una relación de espiras de 5:1. (Esto significa que
la tensión r.m.s. del secundario es un quinto de la tensión del primario),VP=120 V.
Solución:
•
V2 =
120V
= 24V
5
Y la tensión de pico en el secundario es:
24V
= 34V
0,707
Con un diodo ideal, la tensión de pico en la carga es:
•
Vp =
•
Vp (out) = 34V
La tensión continua en la carga es:
•
Vdc =
Vp 34V
=
= 10,8V
π
π
La tensión de pico en la carga es:
•
Vp (out ) = 34V − 0,7V = 33,3V
La tensión continua en la carga es:
•
Vdc =
Vp 33,3V
=
= 10,6V
π
π
b)Rectificador de onda completa: En este tipo de rectificadores la corriente de
carga rectificada circula durante ambas mitades de los ciclos, a continuación
veremos un puente rectificador de onda completa:(Fig.19)
Valor de continua o valor medio en un rectificador de onda completa, esta señal
tiene el doble de ciclos positivos, como lo visto en la grafica, por lo tanto el valor
del voltaje rectificado es (VD):
Vdc =
2 × Vp
π
El valor de la corriente media en rectificador de onda completa es:
Im =
2 × Ip
π
A la salida de un rectificador se obtiene una tensión continua pulsante, para
mejorar esta señal y dejarla lo más cercano a una señal continua pura, se utilizan
los filtros.
Existen diferentes tipos de filtros, como son:
•
•
•
Filtros capacitivos (condensadores)
Filtros inductivos (bobinas)
Filtros inductivos - capacitivos, ambos o una mezcla de ambos.
Uno de los mas usados es el filtro capacitivo, que a continuación daremos a
conocer brevemente:
El filtro de condensador en la entrada: Este filtro genera una tensión de salida
continua igual al valor de pico de la tensión rectificada. Este tipo de filtros es muy
usado en fuentes de alimentación y alternadores.
La siguiente figura nos muestra la forma de conectar el condensador: (Fig. 20)
En los filtros de onda completa el rizado de pico a pico se corta por la mitad, como
se observa en la figura.(Fig. 21 a-b) Cuando una tensión de onda completa se
aplica a un circuito RC, el condensador solo descarga la mitad del tiempo. Por lo
tanto, el rizado de pico a pico tiene la mitad de tamaño que tendría con un
rectificador de media onda, la señal con el condensador mejora notablemente. El
funcionamiento del condensador consiste en lo siguiente:
Este se carga a través de la tensión continua pulsante que entrega el
rectificador, (diodo abierto) una vez que el condensador almacena el valor máximo
de tensión comienza su descarga, hasta que nuevamente la tensión continua
pulsante alcanza el valor del condensador comenzando nuevamente su descarga.
Se puede calcular el voltaje de rizado de pico a pico de cualquier filtro con
condensador a la entrada:
Vr =
I
fC
Donde:
•
•
•
•
Vr
I
f
C
= Tensión de rizado pico a pico (V)
= Corriente por la carga en continua (A)
= Frecuencia de rizado (Hz)
= Capacidad (F)
El diodo además de rectificar, se puede utilizar como elemento de
protección como por ejemplo para asegurar el paso de corriente en un solo sentido
en un alternador o batería:(Fig. 22)
Otros tipos de diodos
Diodo Zener: Es un diodo de fabricación especial de silicio que se ha diseñado
para que funcione en la zona de ruptura, llamado a veces diodo de avalancha, el
diodo zener es la parte esencial de los reguladores de tensión. Estos son circuitos
que mantienen la tensión casi constante con independencia de que se presenten
grandes variaciones de la tensión en la red y la resistencia de carga.
A continuación veremos su símbolo y grafica de trabajo: (Fig.23)
Regulador zener: El diodo zener es un elemento estabilizador de tensión
(regulador de tensión) porque para pequeños márgenes de variación de tensión,
trabaja con variaciones importantes de corriente. Para asegurar que el diodo zener
trabaje como estabilizador de tensión se deben cumplir las siguientes condiciones:
•
•
Este diodo debe ser alimentado por una corriente inversa no inferior a Iz.
Mínimo (Iz min.), dato entregado por el fabricante.
No se debe sobrepasar en ningún caso la corriente del zener máxima (Iz
max.) ya que puede producir daños en el componente.
Ahora la potencia del zener se calcula por:
Pz = Iz max . × Vz
Por lo tanto:
Iz max =
Pz
Vz
El Iz min. se calcula y es igual al 10% de Iz max.
Por lo tanto:
Iztrabajo =
Iz max − Iz min
2
Diodo Led (emisor de luz): En un LED con polarización directa los electrones
libres atraviesan la unión y caen en los huecos.
Como caen de niveles energéticos altos a niveles
bajos, emiten energía. En diodos normales esta
energía se disipa en forma de calor, pero un LED
lo hace en forma de luz. Los LED necesitan muy
poca tensión, tienen una larga vida y conmutan
mas rápido.
Su símbolo y forma real se muestra a en
las imágnes de los costados.
El diodo LED posee el mismo funcionamiento que el diodo común, sin embargo
cuando se produce la difusión de portadores mayoritarios a través de la unión,
estos entregan energía en forma de luz.
Estos elementos necesitan de un voltaje de polarización de entre 1,5 a 2 (V) y una
corriente de trabajo entre 15 a 20 (mA) y pueden ser de color rojo, verde,
amarillo, naranjo, etc. Este tipo de diodo se construye con materiales
semiconductores semitransparentes a la energía luminosa, como por ejemplo de
Arsénico y Galio.
Fotodiodos: (Receptor de luz), este componente recibe luz con lo cual los
electrones Libres tienen la energía suficiente para poder traspasar la unión y
conducir. Cuanto mayor intensidad de luz incida sobre la unión, mayor será la
corriente inversa en el diodo. Un foto diodo es un diodo cuya sensibilidad a la luz
es máxima. Se debe polarizar en forma inversa y en los fotodiodos típicos la
corriente inversa es del orden de decenas de microamperios.
Se pueden utilizar para captar señales en
sensores ópticos o medir velocidades
angulares en motores.
Su símbolo se muestra a la
derecha, en la figura 28.
&
Actividad de síntesis
Circuito A
1.
Usando el circuito A, determine los valores de Id, Vd y Vr. Donde Vcc= 5 Volts,
R1= 2,2 K
2.
Repita el ejercicio anterior, esta vez utilizando resistencias con los siguientes
valores R1= 0,47 K y R1= 0,18 K
3. Para el diodo de silicio que se presenta en el
siguiente circuito, determine el nivel de Id,
Vd y Vr. Desarrolle el mismo analisis
utilizando el modelo ideal de diodo.
4.
Determine la corriente I para cada una de las configuraciones que se
presentan.
5.
Determine el valor de Vo para cada red de la figura:
6. Diseñe un cargador de batería simple, que permita cargar una batería de 12V.
Para ello, se dispone de un transformador de 12V, un puente rectificador de
onda completa y un interruptor del tipo N.O.
7. Diseñe un sistema de alimentación que permita suprimir el uso de pilas en un
discman, que utiliza dos de ellas. La corriente máxima que éste consume es de
300mA.
8. Un joven estudiante de Electrónica, desea construir una fuente de alimentación
para llevar a cabo los respectivos ensayos de laboratorio. Dispone de un
transformador
como el que a
continuación se
muestra (con
salidas
múltiples), un
conmutador de 4
posiciones, un
puente
rectificador
(rectificador de onda completa), un
condensador electrolítico de 1000 uF.
Determine las tensiones de salida,
conseguidas con cada una de las
conmutaciones.
9. Se dispone de un Led Rx infrarrojo, un set de resistencias de 100, 220 y 330
ohm respectivamente y una fuente de tension de 9 V y un Led de color Rojo.
Diseñe un sistema o circuito que permita verificar si los Led Tx de los controles
remotos se encuentran en buen estado.
TEMA 3
Regulación de tensión.
En muchos casos es necesario llevar a cabo la eliminación de baterías debido al costo
asociado que tiene su adquisición. A continuación conoceremos una alternativa para
acceder al reemplazo de éstas, con lo cual nos permitirá ahorrar el costo que estas tienen
y la incomodidad generada por estas.
En el ámbito de la electrónica, a diario nos encontramos en forma cotidiana con la
necesidad de tener un sistema de alimentación eléctrica, que sea lo mas exacta y estable,
existiendo diversos circuitos y configuraciones que nos ofrecen alternativas, que
satisfacen dicha situación
Reguladores integrados
Todo dispositivo electrónico, desde una supercomputadora hasta un simple destellador,
debe necesariamente poseer una parte escencial para su funcionamiento una fuente de
alimentación de buena calidad. En efecto, diseñada y realizada de mil formas distintas,
siempre se encuentra presente en todo equipo electrónico cualquiera sea su uso o
complejidad. Es por esto que a la hora de realizar cualquier circuito electrónico práctico, el
diseñador debía necesariamente realizar una fuente de alimentación acorde a las
necesidades del circuito. La mayoría de las veces se le exigía a ésta que mantuviera la
tensión de salida constante para cualquier condición de uso. En muchas ocasiones
diseñar tal fuente resultaba una tarea bastante difícil y tediosa. Se debían asumir
compromisos que relacionaban la complejidad del diseño con la estabilidad del mismo.
Así, por ejemplo, una pequeña fuente que requería pocos componentes presentaba una
regulación pésima, mientras que una que ofrecía una buena estabilidad, precisaba una
cantidad faraónica de componentes y, por consiguiente, aumentaba el tiempo y el costo
del diseño.
Afortunadamente las empresas diseñadoras de componentes han puesto fin a esta
peripecias, presentando, hace ya algunos años, los reguladores integrados. Estos
dispositivos de gran utilidad aúnan todas las ventajas de una completa fuente de
alimentación en un solo encapsulado reduciendo el problema de un buen diseño a unos
pocos componentes. Veamos, ahora, un poco más en profundidad de qué se trata esto.
Reguladores fijos
En la mayoría de las aplicaciones se requiere una tensión fija y estable de un determinado
valor. La línea de reguladores ideales para este tipo de necesidades es la conocida como
LM78XX. Las primera letras y dos número corresponden a la denominación, mientras que
las dos últimas XX deben ser reemplazados por la tensión de salida requerida. Las
tensiones disponibles de observan en la siguiente tabla:
Codigo
LM7805
LM7806
LM7808
LM7809
LM7812
LM7815
LM7818
LM7824
LM7830
Tensión de salida
5 Voltios
6 Voltios
8 Voltios
9 Voltios
12 Voltios
15 Voltios
18 Voltios
24 Voltios
30 Voltios
Cada uno de estos dispositivos posee sólo tres terminales, una corresponde a la entrada
de tensión no regulada, otra es la salida regulada y la restante es la masa común a
ambas. En cuanto al encapsulado, conviene aclarar que, si bien están disponibles en
varios tipos, generalmente se los suele encontrar en el encapsulado del tipo TO-220.
Resumiendo, y para comprender completamente la simplicidad de una fuente de
alimentación de este tipo, sólo basta observar el diseño de la siguiente figura:
Como se observa, sólo fueron agregados dos capacitores al circuito integrado.
Expliquemos la función de cada uno de ellos. C1, que se halla a la entrada del regulador,
filtra la tensión de posibles transistorios y picos indeseables, mientras que C2, que se
encuentra a la salida, disminuye la tensión de rizado de salida, a la vez que evita
oscilaciones.
En cuanto a la tensión de entrada, se puede mencionar que es de una rango muy amplio,
como se aprecia. Por ejemplo, si el regulador elegido es uno de nueve voltios (LM7809),
la
tensión
de
entrada
podrá
ser
de
entre
12
y
39
voltios.
Para realizar una fuente de alimentación fija completa, observemos la figura siguiente
que constituye sólo una modificación de la anterior:
En este diseño partimos directamente de la tensión alterna de red (220v ó 110v depende
del país), para lograr una tensión perfectamente estable. Primeramente, como es lógico,
la tensión es reducida hasta una valor manejable por un transformador. Luego, esta
tensión alternada de bajo valor es rectificada por el puente D1, obteniéndose así una
señal de onda completa. Después la señal se filtra por medio de C1 consiguiéndose de
esta forma una tensión continua no estabilizada, que es inyectada al circuito anterior para
su regulación.
&
Actividad de síntesis
1. Para el circuito que se muestra a continuación, asumiendo que el dispositivo es
del tipo LM7812, determine:
a) Tensión después de rectificar, si el transformador entrega 13 V.
b) Tensión después de filtrar.
c) Gráfico de la forma de onda de la tensión filtrada.
d) Corriente de la carga, asumiendo, que ésta corresponde a una carga resistiva
de 45 Ohm.
e) Plantee modificaciones para que el circuito quede protegido contra tensiones
inversas.
f) Plantee modificaciones para que el circuito regule a 6,2 V, si el regulador es del
tipo LM 7805.
TEMA 4
El Transistor Bipolar
En 1951 William Schockley invento el primer transistor de unión, un dispositivo
semiconductor que permite amplificar señales electrónicas tales como señales de
radio y de televisión. El transistor ha llevado a crear muchas otras invenciones
basadas en semiconductores, incluyendo el circuito integrado (CI), un pequeño
dispositivo que contiene miles de transistores miniaturizados. Existen dos familias
de transistores:
•
•
Transistores unipolares
Transistores bipolares
Esta clasificación se basa en el tipo de portadores de carga (electrones y
huecos) que intervienen en su proceso de conducción.
& Transistor bipolar: El transistor tiene tres zonas de dopaje, como se
muestra en la siguiente figura (Fig. 30). La zona inferior se denomina
emisor, la zona central base y la zona superior es el colector.
Este componente es de estructura simple y debe cumplir con ciertos requisitos de
dopado y de dimensiones características que hacen que el dispositivo no se
comporte simplemente como dos diodos.
Su función es que el emisor emite captadores de carga, el colector los
recoge y la base controla el paso de esos portadores de cargas.
El emisor esta fuertemente dopado. Por otro lado, la base esta ligeramente
dopada. El nivel de dopado del colector es intermedio, entre los dos anteriores.
Físicamente el colector es la zona mas grande de las tres.
Modo de funcionamiento:
Principio de funcionamiento del transistor: En la Fig. 32 se muestra el
funcionamiento de un transistor NPN en zona activa:
Los datos de inicio, para explicar la Fig. 32 son los siguientes:
Emisor: Muy contaminado. (muchos portadores mayoritarios, electrones)
Base: Poco contaminado (pocos portadores mayoritarios, huecos) estrecho
tamaño.
Colector: Medianamente contaminado de tamaño amplio.
Con la polarización directa de la unión base emisor, muchos electrones del emisor
irán a la base a recombinarse con los huecos de la base y viceversa. Aquí se
encuentran con la primera dificultad y es que la base está poco impurificada
(dopada) y existen pocos huecos para que se puedan recombinar, los que lo logran
forman una pequeña corriente denominada corriente de base.
Los electrones llegados del emisor y no recombinados saturan a la base (tamaño
estrecho) lo que produce una corriente de difusión entre base y colector. Como
esta unión está polarizada en forma inversa, los electrones son extraídos por el
campo eléctrico. Por lo tanto la unión base colector reúne los portadores que emite
la unión base emisor comportándose como un generador de corriente entre emisor
y colector. Aproximadamente solo un 5% de la corriente emitida va a la base y un
95% al colector.
En resumen, el emisor emite portadores, el colector los recoge y la base controla el
paso de esos portadores de carga. La poca corriente de base es controlada por la
tensión base - emisor.
Configuraciones de un transistor: Estas configuraciones dependen del terminal
que se elija común a la entrada y a la salida del transistor:
Relaciones de corriente en un transistor: Recuérdese que la ley de la
corrientes de Kirchhoff. Establece que la suma de todas las corrientes que ingresan
a un nudo o unión es igual a la suma de todas las corrientes que salen de ese
nudo:
I E = IC + I B
Ahora la relación
se conoce como la ganancia de corriente de un transistor
porque una pequeña corriente de base produce una corriente mucho mayor de
colector:
β =
IC
IB
Ejercicio: Un transistor tiene una corriente de colector de 10 mA y una corriente
de base de 40 A. ¿Cual es la ganancia de corriente del transistor?
Solución:
•
β =
10mA
= 250
40µA
Funciones principales de un transistor: En lo que respecta al automóvil se
destaca la importancia del transistor en la utilización como rele y amplificador.
Como interruptor: Para que funcione de esta forma basta con polarizar la base
del transistor, a través de una débil tensión o polarización para conseguir el paso
de una alta corriente entre emisor y colector. La gran ventaja en este caso con
respecto a un rele mecánico, es que el transistor no posee contactos ni resortes o
mecanismos que se deterioren con el tiempo producto de los movimientos la
temperatura y que fácilmente pierden sus cualidades iniciales.
Basado en éste principio, el transistor tiene un amplio campo de aplicación
en el automóvil y un ejemplo de ello es la Fig.34 que nos muestra un sistema de
encendido transistorizado:
Funcionamiento: La corriente principal proviene de la batería (A) y pasa al
transistor (T), si los contactos del ruptor (platinos) se encuentran abiertos, por lo
cual se produce una interrupción en el paso de la corriente de base, de modo que
el transistor queda bloqueado. Cuando los contactos (P) se unen, polarizan a masa
(corriente negativa), la base del transistor y entonces éste se vuelve conductor,
dando paso a la corriente al primario de la bobina de encendido (B). El primario de
la bobina se alimenta y cuando se produzca la nueva separación de los contactos,
el transistor se bloquea y se induce una corriente de alta tensión en el
arrollamiento secundario de la bobina, lo que produce la chispa en la bujía.
En el caso de la figura dibujada se observa que el transistor trabaja como
un rele, porque una pequeña corriente de base permite el paso de una corriente
mayor entre emisor y colector.
Como Amplificador: Éstos se utilizan cuando se trata de recibir señales
procedentes de sensores o captadores, las cuales trabajan con señales muy bajas.
Para que éstas señales puedan ser incorporadas a dispositivos electrónicos tales
como cajas de encendido, microprocesadores de las unidades electrónicas de
control de inyección de gasolina, deben ser amplificadas.
En resumen un amplificador ese un dispositivo por medio de el cual una
débil corriente producida por una fuente hace provocar una fuerte corriente en la
salida.
La siguiente Figura (Fig. 35) nos muestra un ejemplo simplificado de cómo
un transistor puede realizar las funciones de un amplificador.
La entrada amplificada que proviene de la base del transistor y circula
entre emisor y colector y que puede llegar a ser 100 veces superior. Si se desea
amplificar aun mas se puede aplicar una segunda etapa amplificadora que puede
llegar a ser 10.000 veces aumentada la señal de salida. El siguiente circuito,
corresponde a la configuración Emisor Común.
Características de un amplificador
• La señal de salida debe tener la misma forma que la entrada (Amplificador
lineal).
• Requerimientos de ganancia
• Alta impedancia de entrada
• Baja impedancia de salida
• Buen comportamiento con la frecuencia
La siguientes curvas, nos indican como debe comportarse un amplificador
transistorizado, de modo que la señal de entrada tenga una excursión sin
saturaciones. En el caso de los equipos de audio, la saturación, esta se percibe
con un zumbido molesto en los tonos de mayor amplitud.
Para que el transistor funcione, debemos polarizarlo, para ello se hace uso de las
resistencias R1 y R2, presentes en el modelo anteriormente indicado
Las ecuaciones asociadas a su característica son las siguientes, acompañadas
nuevamente con el modelo:
R`L, representa a la resistencia que alimenta todo el sistema de amplificación.
RB, representa la reducción del modelo resistivo del resistor de control de
corriente de base.
Av, representa la ganancia de tensión del sistema, o sea cuantas veces la señal
de tensión de entrada, es amplificada.
hie, es la impedancia de entrada del transistor, lo indica el fabricante.
Hfe, es el valor de la ganancia de corriente de transistor, al igual que en el caso
anterior, lo indica el fabricante.
Ri, Corresponde a la resistencia de entrada el sistema, valor que nos condiciona
la calidad del amplificador.
Para entender el concepto de impedancia de entrada, nos basaremos en el
siguiente ejemplo, en donde el valor de tensión de Zin, será el valor que realmente
se amplificará.
Caso 1.
El valor de Rf, corresponde a un valor resistivo propio de cada sistema de
alimentación, es inevitable tenerlo, se encuentra en un micrófono del cual
deseamos amplificar su sonido recibido, se encuentra en una sonda lambda, que
nos entrega tensión en función de los gases de escape de un motor de
combustión interna, o bien en cualquier sistema generador de señal.
Ahora bien, si obtenemos matemáticamente el valor de Vout, notaremos, que la
señal de 20mV, que deseamos amplificar, para el sistema,
solo equivaldrán
10mV, ya que la tensión que este “ve” (o recibe), será la tensión presente en su
resistencia de entrada (Ri) .
Caso 2.
Repitiendo el procedimiento anterior de determinación de Vout, pero ahora con un
valor de resistencia de entrada un poco mas bajo, notaremos que la tensión que
amplificará realmente el sistema será de 0,95 mV.
Caso 3
Al igual que en el caso anterior, obtenemos la tensión Vin, resultando con un valor
de 19 mV, que es un valor muy cercano al de la fuente generadora.
POR LO TANTO, UNA DE LAS CARACTERISTICAS DE UN BUEN
AMPLIFICADOR, SERA PRESENTAR UNA ELEVADA IMPEDANCIA DE
ENTRADA.
Sin embargo, un exceso de ésta, lo hará muy susceptible al ruido, es decir,
además de amplificar nuestra señal, amplificará cualquier señal externa
indeseable, tales como ruido solar, ruido de un insecto, etc.
Ro, corresponde al valor de la resistencia de salida, que también condiciona la
calidad del amplificador. Mientras mas bajo sea este valor, mejor será la calidad
del amplificador. Conseguir un valor igual a Cero, en el modelo indicado es
imposible, debido a que este valor contribuye además a controlar al punto de
polarización del dispositivo.
Ai, corresponde a la ganancia de corriente, magnitud que no analizaremos por
ahora.
&
Actividad de síntesis
1. Indique 4 aplicaciones del transistor Bipolar.
2. ¿Cuál es la diferencia entre un transistor NPN y un PNP?
3. ¿Puede en un transistor NPN tener circulación de corriente desde la base al
colector?
4. Diseñe un circuito, en el cual, sea posible emplear el transistor, como interruptor
electrónico.
5. Si un circuito se encuentra polarizado con 10 V, y en la salida de la
configuración emisor común se mide una tensión de 4 V. ¿En qué zona se
encuentra trabajando?.
6. Determine el valor de corriente en el colector, asumiendo que el valor de Beta o
Hfe en el transistor, es de 100 y el Vled=3V.
7. El siguiente circuito se utilizará para amplificar la señal de audio proveniente
de una grabadora. A partir de ello, determine cuantas veces será amplificada la
tensión de entrada del sistema. Asuma que la carga, será un parlante con una
impedancia o resistencia de 8 ohm. (Para los datos del transistor, utilce los
datos del fabricante.
8. Investigue los datos, del transistor BD135. A partir de ello, determine los valores
que se piden en la tabla.
Tipo de transistor (NPN o PNP)
Corriente máxima de colector
Ganancia de corriente o Beta
Tension de Colección Emisor en zona
de saturación
Tipo de encapsulado
TEMA 5
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Definición
El concepto original del AO (amplificador operacional) procede del campo de los
computadores analógicos, en los que comenzaron a usarse técnicas operacionales en
una época tan temprana como en los años 40. El nombre de amplificador operacional
deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una
entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas características de operación
estaban determinadas por los elementos de realimentación utilizados. Cambiando los
tipos y disposición de los elementos de realimentación, podían implementarse diferentes
operaciones analógicas; en gran medida, las características globales del circuito estaban
determinadas sólo por estos elementos de realimentación. De esta forma, el mismo
amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los
amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en los conceptos
de diseño de circuitos.
Características ideales de un AOP
a.
Resistencia de entrada
infinita. b. Resistencia de salida
nula.
c.
Ganancia de tensión infinita.
d.
Respuesta de frecuencia infinita (CC a infinitos Hz)
e.
Insensibilidad a la temperatura (DRIFT nulo).
Aplicaciones de los Amplificadores Operacionales
Es muy difícil enumerar la totalidad de las aplicaciones de este circuito
denominado amplificador operacional. De modo general, podemos decir que sus
aplicaciones están presentes en los sistemas electrónicos de control industrial,
en la instrumentación nuclear, en la instrumentación médica (electromedicina o
bioelectrónica), en los ordenadores analógicos, en los equipos de telecomunicaciones
y de audio, etc..
Simbología del AO
A
Entrada inversora
B
Entrada no inversora
Y
Salida.
El símbolo de la Figura 1.1. (a) es el más usual.
(a)
(b)
Descripción de los pines
En la realidad, los AO poseen al menos ocho terminales. Véase la Figura 1.2., en la
que tomamos como ejemplo los famosos AO ∝A741 (FAIRCHILD) y LF 351
(NATIONAL).
Figura 1.2. Diagrama Amp. Op 741
La descripción de los pines es la siguiente:
1 y 5.
2.
3.
4.
7.
6.
8.
Destinados al equilibrio del AO (ajuste de la tensión OFFSET).
Entrada inversora.
Entrada no inversora.
Alimentación negativa (-3V a - 18V).
Alimentación positiva (+ 3V a + 18V).
Salida.
No utilizada.
Encapsulado
En la Figura 1.3. tenemos los tipos más comunes. En la Figura 1.3.(a) presentamos
un encapsulamiento plano o “FLAT-PACK” de 14 pines, en la Figura 1.3. (b) otro
metálico
“METAL CAN” de ocho pines, y, finalmente, en la Figura 1.3. (c) hay dos tipos de
encapsulamiento en línea doble o “DIP” (dual-in-line-package). Para todos ellos
se muestran las diferentes formas de identificación adoptadas por los fabricantes.
(c)
(d)
CONCEPTO DE TENSION OFFSET DE SALIDA
El hecho de que los transistores de la etapa diferencial de entrada del AOP no
sean idénticos provoca un desequilibrio interno del que resulta una tensión en la
salida, denominada tensión OFFSET de salida, aun cuando las entradas estén
puestas a tierra. Por este motivo, los pines 1 y 5 del AOP 741 (o 351) están
conectados a un potenciómetro y al pin. ésto permite eliminar la señal de error
presente en la salida por medio de un ajuste adecuado del potenciómetro. Véase la
Figura 1.4. a continuación.
Figura 1.4.
Ajuste de tensión offset.
La importancia del “ajuste OFFSET” se aprecia en las aplicaciones en que se trabaja
con señales pequeñas (del orden de mV), por ejemplo:
-
Instrumentación.
Electromedicina (Bioelectrónica)
Alimentación del Amplificador Operacional
Normalmente los
AO
están
proyectados para
ser
alimentados
simétricamente.
En algunos casos
podemos
utilizar
los
AO
con
alimentación única.
Existen,
incluso,
AO
fabricados
expresamente para
trabajar de esta
manera (LM 3900NATIONAL).
Cuando
no
dispongamos
de
fuentes simétricas
podemos improvisarlas utilizando fuentes sencillas, como se indica en la Figura 1.8.
En cualquier caso, el punto común de las fuentes era el de tierra (o masa) del
circuito. Todas las tensiones presentes en los terminales del AO tendrán como
referencia este punto.
SLEW-RATE
Se define el “SLEW-RATE” (SR) de un amplificador como la máxima variación de
tensión de salida por unidad de tiempo. Normalmente viene expresado en V/us.
En términos generales podemos decir que el valor de SR proporciona la velocidad
de respuesta del amplificador. El amplificador será mejor cuanto mayor sea el valor de
SR.
el AOP 741 posee un SR de 0,5 V/us, el LF 351 de 13V/us, y el LM 318 de 70 V/us.
“SLEW-RATE” suele traducirse por tiempo de subida, tiempo de respuesta, etc..
SATURACION
Diremos que el AO está saturado cuando, operando en cualquiera de las tres
formas, alcance en la salida un nivel de tensión determinado, a partir del cual la señal
de salida no pueda variar su amplitud.
En la práctica el nivel de saturación es del orden del 90% del valor de | ± Vcc|.
Así, por
ejemplo, si alimentamos el AO con ± 15 V, la salida alcanzará una
saturación positiva aproximada de + 13,5 V, y una negativa en torno a -13,5 V.
La siguiente Figura 1.15 representa gráficamente este hecho.
Figura 1.15. Zonas de saturación.
En la Figura 1.16 tenemos una señal senoidal de salida cortada por efecto de
la saturación.
Figura 1.16. Señal distorsionada por efecto de la saturación.
Ruido
Llamamos ruidos a las señales eléctricas indeseables que pueden aparecer en
los terminales de cualquier dispositivo electrónico. Motores eléctricos, líneas de
transmisión,
descargas
atmosféricas,
radiaciones
electromagnéticas,
etc., son
las principales fuentes de ruidos.
Un método práctico para paliar los efectos de
los
ruidos
en
los
circuitos
electrónicos consiste en ponerlos a tierra de forma efectiva, así como a los equipos
involucrados. Evidentemente, nos referimos a una puesta a tierra real. (Ver Figura
1.17)
Figura 1.17. Método práctico para paliar efectos del ruido.
La siguiente imagen, muestra un ejemplo de señal de salida, en ausencia de señal de
entrada.
ü Actividad Resumen
1. Indique con sus palabras la definición de un Amplificador operacional.
2. Mencione una aplicación práctica para cada una de las características del Amplificador
Operacional.
3. Describa el por que se prefiere un AO en vez de un amplificador transistorizado.
4. Busque en un catálogo técnico, e indique las características de los dispositivos
LM741, LF356, LM339 indicando sus patillas y magnitudes de trabajo eléctricas.
5. Diseñe por completo una fuente de tensión simétrica, que permita alimentar un AO del
tipo LM741.
6. ¿Qué condiciona el SR en un Amplificador Operacional?.
7. Determine la frecuencia máxima de entrada, para desarrollar un trabajo adecuado, si
se dispone de un AO, con un SR de 0,9 V/uS.
8. ¿Qué significa que un amplificador Operacional se Sature en su salida?
TEMA 6
Aplicaciones Lineales Del Amplificador Operacional
Básicamente el AO trabaja de tres formas:
A.
Sin realimentación
Denominada también configuración en lazo abierto. La ganancia del AO
viene determinada por el propio fabricante, por tanto, no se tiene ningún control
sobre ella. Este tipo de configuración es muy útil en circuitos comparadores. En la
Figura 1.9. tenemos un AO en lazo abierto. Este circuito es un comparador y se
estudiará más adelante.
Figura 1.9.
El AO sin realimentación.
El funcionamiento de un comparador, se describe de la siguiente manera
B. Con realimentación positiva
Este tipo de configuración se denomina en lazo cerrado y tiene el
inconveniente de desestabilizar el circuito. Una aplicación práctica de la
realimentación positiva se da en los circuitos osciladores. La Figura 1.10 ilustra esta
forma de trabajo.
Figura 1.10. El AO con realimentación positiva.
Véase que la salida está aplicada a la entrada no inversora del AO a través de una
resistencia de realimentación Rf.
C. EL SEGUIDOR DE TENSIÓN (BUFFER)
Haciendo en el amplificador no inversor R1 = inf (circuito abierto) y Rf = 0 (cortocircuito)
tendremos:
Este circuito representa una impedancia de entrada muy alta al tiempo que
una impedancia de salida muy pequeña, ya que en este caso es B = 1 (en los
anteriores amplificadores el valor de B era menor que la unidad).
El seguidor de tensión se utiliza en las siguientes aplicaciones:
a.
Aislamiento de tapas,
b.
b.
Refuerzo de corriente,
c.
Adaptación de impedancias.
De los circuitos con AO, el seguidor de tensión es el que presenta características
más próximas a las ideales en términos de impedancias de entrada y salida.
En algunos casos, el seguidor de tensión recibe la señal a través de una resistencia
en serie, con el terminal no inversor (Rs).
Entonces, con el fin de equilibrar la
ganancia y las corrientes, se coloca otra resistencia del mismo valor en el circuito de
realimentación
(Rf). En la Figura 1.29 hemos de tener Rs = Rf, lo que exige que Avf = 1.
Rf
Figura 1.29. El AO como seguidor de tensión con resistencia de
realimentación (Rf).
Aplicación práctica de lo que acabamos de decir es el uso del “BUFFER” para adaptar las
impedancias al conectar un generador de señal con un amplificador de baja
impedancia de entrada, como ilustra la Figura 1.30.
Figura 1.30. El Amplificador Operacional como BUFFER.
Cuando las señales involucradas
son de amplitud relativamente
alta no es necesario colocar Ro,
por no ser apreciable el error que
se produce.
Una
modificación
especial
del
amplificador no inversor es la etapa
de ganancia unidad mostrada en la figura
En este circuito, la resistencia de entrada se ha incrementado hasta infinito, y RF es cero,
y la realimentación es del 100%. V0 es entonces exactamente igual a Vi, dado que Es = 0.
El circuito se conoce como "seguidor de emisor" puesto que la salida es una réplica en
fase con ganancia unidad de la tensión de entrada. La impedancia de entrada de esta
etapa es también infinita.
Con realimentación negativa (RN)
Es el modo de configuración más importante en circuitos con AO. En la Figura
1.11 tenemos un AOP trabajando de esta manera:
Figura 1.11. El AO con realimentación negativa.
Véase que la salida está aplicada a la entrada inversora del AOP a través de Rf.
Las aplicaciones de los AO con RN son numerosas:
-
Amplificador no inversor.
-
Amplificador inversor.
-
Sumador.
-
Amplificador diferencial
-
Diferenciador.
-
Integrador.
- Filtros activos, etc..
Ejemplo de señal de salida
Obsérvese el siguiente diagrama de señales para este circuito
Por supuesto la rampa dependerá de los valores de la señal de entrada, de la resistencia
y del condensador.
Ejemplo de señal de salida
Y puesto que VOUT= - IF RF Sustituyendo obtenemos
Obsérvese el siguiente diagrama de señales para este circuito
SIMBOLO ESQUEMATICO DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL ESTANDAR Y SU
USO
& Actividad de síntesis.
1.¿Por qué no es habitual el uso de la realimentación positiva? ¿Qué Aplicación
Tiene?
2.¿Qué significa Adaptar impedancias?
3.
4.
5.Diseñe un Circuito Amplificador a través del uso de amplificadores
operacionales, con el fin de escuchar la voz proveniente de un micrófono y que
permita amplificar esta señal a lo menos 100 Veces de manera regulable. Se
dispone de un Potenciómetro de 100K ohm, un dispositivo LF356 , un sistema
de alimentación filtrado.
TEMA 7
Circuitos Osciladores
Un oscilador es un sistema capaz de crear perturbaciones o cambios periódicos o
cuasiperiódicos en un medio, ya sea un medio material (sonido) o un campo
electromagnético (ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, rayos X, rayos
gamma, rayos cósmicos).En electrónica un oscilador es un circuito que es capaz de
convertir la corriente continua en una corriente que varía de forma periódica en el tiempo
(corriente periódica); estas oscilaciones pueden ser senoidales, cuadradas, triangulares,
etc., dependiendo de la forma que tenga la onda producida. Un oscilador de onda
cuadrada suele denominarse multivibrador.Por lo general, se les llama osciladores sólo a
los que funcionan en base al principio de oscilación natural que constituyen una bobina L
(inductancia) y un condensador C (Capacitancia), mientras que a los demás se le asignan
nombres especiales.Un oscilador electrónico es fundamentalmente un amplificador cuya
señal de entrada se toma de su propia salida a través de un circuito de realimentación. Se
puede considerar que está compuesto por:
•
•
•
•
Un circuito cuyo desfase depende de la frecuencia. Por ejemplo:
Oscilante eléctrico (LC) o electromecánico (cuarzo).
Retardador de fase RC o puente de Wien.
Un elemento amplificador
• Un circuito de realimentación.
Osciladores LC
Los osciladores LC
son
circuitos
osciladores
que
utilizan un circuito
tanque LC para los
componentes
que
determinan
la
frecuencia.
La
operación del circuito
tanque involucra un
intercambio de energía
entre
cinética y
potencial. La figura 2-4
ilustra la operación del
circuito tanque LC.
Como se muestra en
la figura 2-4a, una vez
que la corriente se
inyecta en el circuito
(instante
t1),
se
intercambia la energía
entre el inductor y el capacitor, produciendo un voltaje de salida de ca
correspondiente (por tiempos t2 a t4) La forma de onda de voltaje de salida se
muestra en la figura 2-4b.
La frecuencia de operación de un circuito tanque L C es simplemente la
frecuencia de resonancia de la red LC en paralelo y el ancho de banda es una
función del Q del circuito.
Matemáticamente, la frecuencia de resonancia de un circuito tanque LC con Q =
10 se le puede aproximar por
1. Oscilador Hartley. La figura 2-5a muestra el diagrama esquemático de un
oscilador Hartley practicado en la parte 1 de este capítulo. El amplificador
transistorizado (Q1) proporciona la amplificación ne- cesaria para una ganancia
de voltaje de lazo unitaria a frecuencia de resonancia. El capacitor de
acoplamiento (Cc) proporciona la ruta para la retroalimentación regenerativa. L 1
y C 1 , son los componentes que determinan la fre- cuencia, y Vcc es la fuente
de voltaje de c.c.
La figura 2-5b muestra el circuito equivalente en c.c. para el oscilador Hartley. Cc
es un capacitor de blo- queo que aísla el voltaje de polarización de base de c.c. y
evita que haga un corto a tierra a través de L1b. C2 tam- bién es un capacitor de
bloqueo para evitar que la fuente de voltaje del colector haga corto a tierra a través
de L1a. E l choque de radiofrecuencia (RFC) es un corto en c.c..
La figura 2-5c muestra el circuito equivalente de ca para el oscilador Hartley. Cc es
un capacitor de acopla- miento de ca y proporciona una ruta de retroalimentación
positiva del circuito tanque a la base de Q1. C2 acopla las señales de ca del
colector de Q1 al circuito tanque. El RFC presenta un circuito abierto en ca, en
consecuencia ais- lando la fuente de poder de c.c. de las oscilaciones en ca.
El oscilador Hartley opera como sigue: En el arranque inicial, aparece una
multitud de fre- cuencias en el colector de Q1 y se acoplan a través de C2 dentro
del circuito tanque. El ruido inicial proporciona la energía necesaria para cargar
C1. Una vez que se ha cargado parcialmente C1 empieza la acción del oscilador.
El circuito tanque solamente oscilará de manera eficiente en su frecuencia de
resonancia. Una porción del voltaje del circuito tanque oscilante se deja caer a
través de L1b y se retroalimenta nuevamente a la base de Q1 donde se amplifica. La señal amplificada aparece en el colector 180° fuera de fase con la señal de
base. Se realiza un desplaza- miento adicional de fase de 180° a través L1; en
consecuencia, la señal que se retroalimenta nuevamente a la base de Q1 se
amplifica y se desplaza en fase a 360°. Por lo tanto, el circuito es regenerativo y
mantendrá las oscilacio- nes sin señal de entrada externa.
La proporción de energía oscilatoria que se retroalimenta a la base de Q1 se
determina por la razón de L1b a la inducción total (L1a + L 1b )
Si se
retroalimenta insuficiente energía, las oscilaciones se amortiguan. Si se re-
troalimenta energía en exceso, el transistor se satura. Por lo tanto, la posición de
L1 se ajusta hasta que la cantidad de energía de retroalimentación sea
exactamente la requerida para una ganancia de voltaje de lazo unitario y
continuarán las oscilaciones.
2.
Oscilador Colpitts. La figura 2-6a muestra el diagrama esquemático de un
oscilador Colpitts. La op- eración de un oscilador Colpitts es muy similar a la de
Hartley excepto que un divisor capacitivo se utiliza en lugar de una bobina especial.
Q1 proporciona la amplificación, Cc proporciona la ruta para la retroalimentación
regenerati- va, L1, C1a y C1b son los componentes para determinar la frecuencia, y
Vcc es la fuente de voltaje de c.c.
La figura 2-6b muestra el circuito equivalente para el oscilador Colpitts. C2 es el
capacitor de bloqueo que evita que aparezca la fuente de voltaje de colector en la
salida. El RFC es nuevamente un corto en c.c.
La figura 2-6c muestra el circuito equivalente de ca para el oscilador Colpitts. Cc
es un capacitor de aco- plamiento en ca y proporciona la ruta de retroalimentación
regenerativa del circuito tanque a la base de Q1. El RFC está abierto en ca y
desacopla las oscilaciones a partir de la fuente de voltaje en c.c..
La operación del oscilador Colpitts es casi idéntica a la del oscilador Hartley. En el
arranque inicial, aparece ruido en el colector de Q1 y suministra energía al circuito
tanque, haciendo que empiece a oscilar. C1a y C1b consti- tuyen un divisor de
voltaje en ca. El voltaje que se deja caer a través de C1b se retroalimenta a la base
de Q1 hasta Cc. Hay un cambio de fase de 180° de la base al colector de Q1 y un
cambio de fase adicional de 180° a través de C1. En consecuencia, el cambio total
de fase es de 360° y la señal de retroalimentación es regenerativa. La relación de
C1a a C1a + C1b determina la amplitud de la señal de retroalimentación.
Con la siguiente fórmula se obtiene una aproximación cercana a la frecuencia de
oscilación del oscilador
Colpitts como vimos en el desarrollo teórico:
Estabilidad de frecuencia
La estabilidad de frecuencia es la habilidad de un oscilador para permanecer a
una frecuencia fija y es de máxima importancia en los sistemas de comunicación.
La estabilidad de frecuencia a menudo se considera de corto o largo tiempo. La
estabilidad de corto plazo se ve afectada principalmente por las fluctuaciones en
los voltajes de operación de c.c., mientras que la estabilidad a largo plazo es una
función de la edad de los componentes y los cambios de temperatura así como
la humedad del ambiente. En los osciladores de circuito tanque LC discutidos
anteriormente, la estabilidad de frecuencia es inadecuada para la mayoría de
las aplicaciones utilizadas en radio comunicaciones. Los factores Q de los
circuitos tanque LC son relativamente bajos, permitiendo que el circuito tanque
resonante oscile sobre una amplia gama de frecuencias.
La estabilidad de frecuencia se da generalmente como un porcentaje de cambio
en frecuencia (tolerancia) del valor deseado. Por ejemplo, un oscilador operando
a 100 kHz con una estabilidad de ±5% operará a una fre- cuencia de 100 kHz + 5
kHz o entre 95 y 105 kHz. Las estaciones comerciales de radiodifusión en FM
deben man- tener sus frecuencias portadoras dentro de + 2 kHz de su frecuencia
asignada, que es aproximadamente una tole- rancia de 0.002%. En la
radiodifusión comercial en AM, el cambio máximo permisible en la frecuencia
portadora es sólo de + 20 Hz.
Varios factores afectan la estabilidad de un oscilador. Los más obvios son aquellos
que afectan directamente el valor de los componentes para determinar la
frecuencia. Estos incluyen cambios en valores de la inductancia, capacitancia y
resistencia debido a variaciones ambientales en temperatura, humedad y los
cambios en el punto de operación en reparo de los transistores así como los
transistores con efecto de campo. También afecta a la estabili- dad con voltajes
de lazo en ca en las fuentes de poder de c.c. La estabilidad de frecuencia en los
osciladores RC o LC pueden mejorarse enormemente regulando la fuente de
poder en c.c. y minimizando las variaciones ambienta- les. También pueden
utilizarse componentes especiales independientes de la temperatura.
Las normas han establecido reglas estrictas en relación a las tolerancias de las
portadoras de radio frecuencias. Cada vez que se utiliza el espacio aéreo
(propagación de radio en el espacio libre) como el medio de transmisión, es
posible que las transmisiones de una fuente puedan interferirse con las
transmisiones de otras fuentes si sus frecuencias de transmisión y los anchos de
las bandas de transmisión se traslapan. Por lo tanto, es importante que todas las
fuentes mantengan su frecuencia de operación dentro de una tolerancia específica.
& Actividad de síntesis.
1.Escoja un oscilador y expique brevemente con sus palabras la forma en como
funciona.
2.Determine la frecuencia de oscilación, para un oscilador Tipo Hartley, si se
dispone de C=0.1nF y L=1mH. Dibuje el circuito acompañado con todos sus
componentes.
3.Repita el procedimiento, pero ahora, asuma la configuración Colpits.
4.¿Qué aplicación tiene un oscilador?
5.¿Qué entiende por el Factor Q?
6.Diseñe un oscilador para una frecuencia de 1500 Khz. Dibuje el circuito y
plantee selectividad de los componentes.
ANEXO
La Soldadura Electrónica
En Electrónica se suelen utilizar soldadores de potencia reducida, ya que generalmente
se trata de trabajos delicados. En fontanería, sin embargo, para soldar tubos se usan
soldadores de más potencia y candilejas, así como otros sistemas de soldadura.
Se trata de un útil que tiene un enorme campo de aplicación, ya sea para realizar nuevos
montajes o para hacer reparaciones. El soldador debe permitir las operaciones de
soldadura con estaño correspondientes a la unión de dos o más conductores, o
conductores con elementos del equipo. Debido a su frecuente empleo, el soldador deberá
presentar, entre otras características, una gran seguridad de funcionamiento y durabilidad.
En general, se trata de una masa de cobre (punta), que se calienta indirectamente por
una resistencia eléctrica conectada a una toma de energía eléctrica (generalmente el
enchufe de 220v). Los tipos que se encuentran generalmente en el mercado pueden
clasificarse en soldadores comunes o "de lápiz" y soldadores de pistola.
TIPOS DE SOLDADORES
Éste es el clásico soldador de tipo lápiz, de 30w. Su calentamiento es
permanente y posee una alta inercia térmica. Tanto en el momento de la
soldadura como en las pausas de esta labor, el soldador permanece conectado a
la corriente eléctrica. Resulta adecuado para trabajos repetitivos y numerosos.
El soldador de la derecha es de
pistola. La punta se calienta por
el efecto de una gran corriente
que pasa por ella (el abultado
mango
lleva
dentro
un
transformador que la produce).
Resulta útil para trabajos
esporádicos ya que se calienta
instantáneamente. No se usa
mucho en electrónica porque la
punta no suele resultar lo
bastante fina y precisa.
TIPOS DE SOPORTES O PORTA CAUTIN
Ya que el soldador mantiene la punta caliente (a unos 250ºC aprox), se hace necesario el
uso de un soporte donde dejarlo durante el tiempo que no se usa, para evitar quemar la
mesa de trabajo. Aquí se ven algunos ejemplos:
fig. 2
fig. 3
fig.1
1.
2.
3.
4.
5.
fig. 4
fig.5
Soporte típico para soldadores de poca potencia. Tiene esponja.
Soporte JBC que permite colocar el soldador de dos formas distintas. Tiene
esponja.
El soporte más sencillo. Puede construirse con un trozo de chapa y una tabla de
madera.
Soldador con todas las puntas que se le pueden acoplar: punta fina, punta gruesa,
puna para desoldar circuitos integrados e incluso accesorio para desoldar, con
pera de goma incluida.
Punta fina, ideal para la soldadura en Electrónica.
EL ESTAÑO
En realidad, el término "estaño" se emplea de forma impropia porque no se trata de
estaño sólo, sino de una aleación de este metal con plomo, generalmente con una
proporción respectiva del 60% y del 40%, que resulta ser la más indicada para las
soldaduras en Electrónica.
Para realizar una buena soldadura, además del soldador y de la aleación descrita, se
necesita una sustancia adicional, llamada pasta de soldar, cuya misión es la de facilitar la
distribución uniforme del estaño sobre las superficies a unir y evitando, al mismo tiempo,
la oxidación producida por la temperatura demasiado elevada del soldador. La
composición de esta pasta es a base de colofonia (normalmente llamada "resina") y que
en el caso del estaño que utilizaremos, está contenida dentro de las cavidades del hilo, en
una proporción del 2~2.5%.
Aquí se observan las 3 cavidades que
forman el "alma" de resina del estaño.
La resina resulta de una gran ayuda
durante la soldadura.
Éste es un rollo de estaño típico de 500
gr., aunque hay rollos más pequeños, ya
que no suele resultar muy cómodo sujetar
un peso de medio kilo mientras hacemos
soldaduras.
La siguiente tabla muestra la potencia a seleccionar con el Cautín o Soldador
Adecuado, en función se su potencia nominal.
POTENCI
A
(WATT)
30-40
DIÁMETRO
DE LA
PUNTA
(MM)
4
60
5.5
500
4
80
8
500
4
100 - 120
10
500
5
150
14
500
5
200
16
500
5
TEMPERATUR
TIEMPO
A
CALENTAMIENT
(ºC)
O
(MINUTOS)
500
3
UTILIZACIÓN
Soldadura en circuito eléctricos,
radio y TV con conductores de
2.
sección inferior a 0,5 mm .
Soldadores en circuitos eléctricos,
radio y TV con conductores de
sección superiores a 0.5 mm2 y
bases metálicas de espesor menor
a los 0.2 mm 2.
Soldadura y conexionado de
conductores entre sí y sobre bases
metálicas con espesor hasta 0.3
mm.
Soldadores de conductores entre sí
con componentes y sobre chasis.
Soldadura sobre chasis o láminas
metálicas de hasta 0.8 mm de
espesor, empalmes y bañado de
conductores,
conexión
en
pequeños colectores de motores
etc.
Soldadura de hilos con secciones
2
no superiores a los 6 mm , piezas
metálicas y chapas, bañado de
piezas, soldadura de terminales y
conectores
Imagen de una Soldadura adecuada.
Imagen de una Soldadura Mal efectuada.
Condensadores cerámicos tipo disco, grupo 1.
Condensadores cerámicos tipo placa, grupo 1 y 2.
SÍMBOLOS ELECTRÓNICOS
TABLERO DE PROTOTIPOS (PROTOBOARD)
El tablero para prototipos o tablero para conexiones es un dispositivo muy ingenioso que nos
permite armar y desarmar rápida y fácilmente cualquier circuito electrónico, sin necesidad de
soldaduras, y muchas veces sin herramientas. En electrónica, esto es muy útil durante el proceso
de aprendizaje para hacer experimentos y proyectos en forma provisional.
EL PROTOBOARD
El ensamble de un proyecto electrónico se hace sobre un elemento llamado protoboard o “tablero
de prototipos”. Estos tableros están formados por una base de plástico que tiene una serie de
perforaciones con una disposición especial. Debajo de estas perforaciones se encuentran unas
laminas metálicas que forman contactos, en donde se unen los diferentes de los componentes de
los circuitos. Esta laminas son fabricadas con un metal flexible de berilio – cobre recubierto con
plata – níquel, y en algunos casos de oro. El recubrimiento impide que los contactos se oxiden y la
flexibilidad del metal permite utilizar cables y terminales de diferente diámetro, sin deformarse.
La tableta experimental esta dividida en cuatro secciones, y cada una de estas se
encuentran separadas por un material aislante. Los puntos de cada sección están
conectados entre si
tal como lo muestra
la figura:
Las secciones uno
y cuatro están
formadas por dos
líneas o nodos.
Estas
son
normalmente
utilizados
para
conectar
la
alimentación del circuito, y así energizarlo. Por otro lado en las secciones dos y tres
se encuentran conectados cinco orificios verticalmente, formando pequeños nodos
independientes unos de otros. Recuerde que la figura muestra como están
conectados internamente los orificios, por lo que no es necesario rehacer estas
conexiones.
Forma de Utilizar un Protoboard, y consejos la ensamblar
1. - Un buen consejo es
hacer conexión de las
mitades de las secciones
uno y cuatro, tal como lo
nuestra la figura: así, se
mantendrá
una
configuración
clara
y
entendible.
2. - La conexión entre nodos se hace mediante alambres, los cuales deben de ser lo mas
corto posible, a fin de evitar
problemas de ruido en el circuito.
En lo posible deben de estar
aislados, para evitar cortocircuitos
por contactos con otros
cables
3. - Al montar las componentes
fíjese muy bien en las polaridades,
por ejemplo de condensadores, y
valores de pines de los integrados, así como rangos de operación. Trate de ser ordenado
en el armado, doblando correctamente pines y conectores, tal como lo muestra la figura.
4. - Si el circuito no funciona correctamente revise las alimentaciones y que los cables de
interconexión de nodos no estén sueltos o haciendo mal contacto. Existe alta probabilidad
de que esto ocurra. Si Ud considera que el circuito esta bien ensamblado, y aun así hay
problemas, mueva el circuito dentro del proto –de lugar- o utilice otro Protoboard.
Recuerde que todas las herramientas tienen una vida útil.
5. - El Protoboard tiene bastantes problemas de ruido por lo que no se recomienda para
alta frecuencia
6. - Finalmente recuerde que esta herramienta es para ensamblado temporal. Si Ud desea
mantener el circuito llévelo a placa -PCB-, replicándolo, tratando en lo posible de usar
otras componentes, a fin de poder identificar posibles problemas en la placa.