Presentación Electronica digital fundamentos básicos
1. Electrónica
Diodo Transistor Amplificadores
operacionales
Definición y generalidades
Tipos de diodos
Definición
Transistores bipolares
(
BJT)
Transistores efecto de campo (
FET)
Definición y generalidades
Configuraciones clásicas
Encapsulados BJT
Encapsulados
2. Diodo
Elemento semiconductor de dos terminales que facilita el flujo de la
corriente en una sola dirección
Símbolo
Diodo en directo Diodo en inverso
Se comporta como un interruptor cerrado
Caída de voltaje = 0.7 V
Se comporta como un interruptor abierto.
Polarización de un diodo
Un diodo trabaja unido a un circuito eléctrico el cual le aplica un voltaje. Se presentan dos posibilidades
Polarización directa Polarización inversa
Si los voltajes en el
circuito son mucho
mayores a 0.7v, el voltaje
del diodo se considera »
0 y se asimila a un
interruptor cerrado.
El voltaje en el diodo será
el que el circuito aplique y
puede llegar a cualquier
valor, en la práctica cientos
de voltios para diodos
rectificadores.
Inicio
3. Tipos de diodos Definición Aplicaciones o usos
Rectificador Los diodos rectificadores son aquellos dispositivos semiconductores que solo conducen en
polarización directa (arriba de 0.7 V) y en polarización inversa no conducen. Estas características
son las que permite a este tipo de diodo rectificar una señal.
Zener Un diodo zener es un semiconductor que se distingue por su capacidad de mantener un voltaje
constante en sus terminales cuando se encuentran polarizados inversamente, y por ello se
emplean como elementos de control. El diodo zener polarizado directamente se comporta
como un diodo normal, su voltaje permanece cerca de 0.6 a 0.7 V.
Emisor de luz (LED) Es un diodo que entrega luz al aplicársele un determinado voltaje. Los LED’s deben ser
protegidos mediante una resistencia en serie, para limitar la corriente a través de este a un valor
seguro, inferior a la corriente directa máxima.
Túnel Se caracterizan por poseer una zona de agotamiento extremadamente delgada y tener en su
curva una región de resistencia negativa donde la corriente disminuye a medida que aumenta
el voltaje.
Usados como detectores, amplificadores, osciladores, multiplicadores,
interruptores, etc., en aplicaciones de alta frecuencia.
Schottky También llamados diodos de recuperación rápida o de portadores calientes, están hechos de
silicio y se caracterizan por poseer una caída de voltaje directa muy pequeña, del orden de 0.25
V o menos, y ser muy rápidos.
Usados en fuentes de potencia, sistemas digitales y equipos de alta
frecuencia.
Fotodiodos Son diodos provistos de una ventana transparente cuya corriente inversa puede ser controlada
en un amplio rango regulando la cantidad de luz que pasa por la ventana e incide sobre la unión
PN. A mayor cantidad de luz incidente, mayor es la corriente inversa producida por que se
genera un mayor número de portadores minoritarios, y viceversa.
Son muy utilizados como sensores de luz en fotografía, sistemas de
iluminación, contadores de objetos, sistemas de seguridad, receptores de
comunicaciones ópticas y otras aplicaciones.
Varactor También conocido como diodo varicap o diodo de sintonía. Es un dispositivo semiconductor que
trabaja polarizado inversamente y actúan como condensadores variables controlados por
voltaje.
Útiles como elementos de sintonía en receptores de radio y televisión. Son
también muy empleados en osciladores, multiplicadores, amplificadores,
generadores de FM y otros circuitos de alta frecuencia.
También conocidos como láseres de inyección o ILD’s. Son LED’s que emiten una luz
monocromática, generalmente roja o infrarroja, fuertemente concentrada, enfocada,
coherente y potente.
Láser Utilizados en computadoras y sistemas de audio y video, en sistemas de
comunicaciones para enviar información a través de cables de fibra óptica.
También en marcadores luminosos, lectores de códigos de barras, etc.
Se caracterizan por ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de
tensión en estado de conducción y en sentido inverso, deben ser capaces de soportar una
fuerte tensión negativa de ánodo con una pequeña intensidad de fugas.
Potencia
Usados como diodos de libre circulación, cargadores de baterías,
conmutadores de alta frecuencia (>20kHz), inversores, accionan motores
CA, entre otros.
Usados para iluminación, decoración, ambientación interior, cabina de
ascensores, comercios, hospitales, etc. Escaleras, calles y parques, linternas,
paneles , semáforos de tráfico, juguetes, entre otros.
Usado como regulador de voltaje, como elemento de protección del
circuito y como recortador.
Usados en las fuentes de alimentación; aquí, convierten una señal de
corriente alterna en otra de corriente directa. También usados en circuitos
rectificadores, circuitos fijadores, circuitos recortadores.
Inicio
4. Transistor
La palabra Transistor viene de Transfer Resistor o resistencia de transferencia, es un elemento
que se comporta como una resistencia variable que depende de una señal eléctrica de control,
entonces al cambiar el valor de la señal de control cambia la cantidad de corriente que pasa por
el transistor.
Inicio
El comportamiento fundamental del transistor es que genera una corriente en el colector que es proporcional a la corriente que entra
(NPN) o sale (PNP) por la base, la constante de proporcionalidad se llama la ganancia de corriente y se indica por ß o hFE.
ß = IC / IB
Conceptualmente se dice que el transistor se comporta como una fuente de corriente controlada por corriente, es decir, una fuente de
corriente que no es de valor fijo, varía produciendo más o menos corriente en la medida que hay más o menos corriente en la base.
Como en el transistor no se acumula carga toda la corriente que entra a él debe salir, entonces:
IE = IC + IB = (ß +1) IB
Si ß >> 1 Þ IE » IC
5. Inicio
Están constituidos por tres capas de semiconductor que se llaman emisor (E), base
(B) y colector (C)
En los transistores BJT la señal de control es una corriente.
Transistores bipolares
(BJT)
Unión NPN Unión PNP
7. Inicio
Transistores efecto de campo (FET)
Esta constituido por tres terminales puerta (gate), drenaje (drain) y
fuente (source).
En los transistores FET la señal de control es un voltaje.
Se dividen en:
FET Corriente MOSFET
FET Especial
Canal N
Canal P
Enriquecimiento Empobrecimiento
Canal N
Canal P
Canal N
Canal P
VMOS
MOS doble compuerta
Entre otros
8. Un amplificador operacional (comúnmente abreviado
A.O., op-amp u OPAM), 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) asi:
Vout = G·(V+ − V−)
Amplificadores operacionales
Los terminales son:
•V+: entrada no inversora
•V-: entrada inversora
•VOUT: salida
•VS+: alimentación positiva
•VS-: alimentación negativa
Nota: Normalmente los pines de alimentación son omitidos en los
diagramas eléctricos por claridad.
¿Qué operaciones puede realizar un
amplificador operacional?
• Generar señales, actuar como fuente de corriente o de
tensión
• Amplificar
• Sumar, restar, invertir señales
• Comparar señales
• Integrar o derivar señales
• Eliminar ruido
• Convertir señal alterna en directa
• Convertir tensión en corriente
Inicio
9. Inicio
Configuración Esquema Descripción
Amplificador
inversor
Amplificador
no inversor
Amplificador
sumador
Amplificador
diferenciador
Amplificador
integrador
Amplificador
ideal
Vo = Vd
a = ∞
Ri = ∞
Ro = 0
BW (ancho de banda) = ∞
V0 = 0 sí Vd = 0
Es un dispositivo de acoplo directo con entrada diferencial, y un único terminal de salida. El amplificador sólo responde a la diferencia de tensión entre los dos
terminales de entrada, no a su potencial común. Una señal positiva en la entrada inversora (-), produce una señal negativa a la salida, mientras que la misma señal
en la entrada no inversora (+) produce una señal positiva en la salida. Con una tensión de entrada diferencial, Vd, la tensión de salida, Vo, será a Vd, donde a es la
ganancia del amplificador. Ambos terminales de entrada del amplificador se utilizarán siempre independientemente de la aplicación. La señal de salida es de un
sólo terminal y está referida a masa, por consiguiente, se utilizan tensiones de alimentación bipolares ( ± ). Teniendo en cuenta lo anterior se tiene que:
El amplificador tiene ganancia infinita, desarrollará su tensión de salida, V0, con tensión de entrada nula. Ya que, la entrada diferencial de A es: Vd = Vp - Vn, -> Vd = 0 - Y si Vd = 0, entonces toda la
tensión de entrada Vi, deberá aparecer en R1, obteniendo una corriente en R1 : .Toda la corriente I que circula por R1 pasará por R2, puesto que no se derivará ninguna corriente hacia la entrada
del operacional (Impedancia infinita), así pues el producto de I por R2 será igual a - V0 . Entonces: y . Por lo que:
Luego la ganancia del amplificador inversor:
En este circuito, la tensión Vi se aplica a la entrada (+), y una fracción de la señal de salida, Vo, se aplica a la entrada (-) a través del divisor de tensión R1 - R2. Puesto que, no fluye corriente de entrada
en ningún terminal de entrada, y ya que Vd = 0, la tensión en R1 será igual a Vi. Así pues: y como tendremos pues que: , que si lo expresamos en términos de
ganancia: que es la ecuación característica de ganancia para el amplificador no inversor ideal.
También se pueden deducir propiedades adicionales para esta configuración. El límite inferior de ganancia se produce cuando R2 = 0, lo que da lugar a una ganancia unidad.
En el amplificador inversor, la corriente a través de R1 siempre determina la corriente a través de R2, independientemente del valor de R2, esto también es cierto en el amplificador no inversor. Luego
R2 puede utilizarse como un control de ganancia lineal, capaz de incrementar la ganancia desde el mínimo unidad hasta un máximo de infinito. La impedancia de entrada es infinita, puesto que se trata
de un amplificador ideal.
En este circuito, como en el amplificador inversor, la tensión V(+) está conectada a masa, por lo que la tensión V(-) estará a una masa virtual, y como la impedancia de entrada es infinita toda la corriente
I1 circulará a través de RF y la llamaremos I2. Lo que ocurre en este caso es que la corriente I1 es la suma algebraica de las corrientes proporcionadas por V1, V2 y V3, es decir:
y también: . Como I1 = I2 concluiremos que: que establece que la tensión de salida es la suma algebraica invertida de las tensiones de entrada multiplicadas
por un factor corrector, de lo que se puede observar que en el caso en que RF = RG1 = RG2 = RG3 -> VOUT = - (V1 + V2 + V3)
Una modificación del amplificador inversor, es el integrador. Se aplica una tensión de entrada VIN, a RG, lo que da lugar a una corriente IIN. Como ocurría en el amplificador inversor, V(-) = 0,
puesto que V(+) = 0, y por tener impedancia infinita toda la corriente de entrada Iin pasa hacia el condensador CF, llamaremos a esta corriente IF. El elemento realimentador en el integrador
es el condensador CF. Por consiguiente, la corriente constante IF, en CF da lugar a una rampa lineal de tensión. La tensión de salida es, por tanto, la integral de la corriente de entrada, que es
forzada a cargar CF por el lazo de realimentación. La variación de tensión en CF es: lo que hace que la salida varíe por unidad de tiempo según:
La impedancia de entrada es simplemente RG.
Una segunda modificación del amplificador inversor, que también aprovecha la corriente en un condensador es el diferenciador. En este circuito, la posición de R y C están al revés que en
el integrador, estando el elemento capacitativo en la red de entrada. Luego la corriente de entrada obtenida es proporcional a la tasa de variación de la tensión de entrada:
De nuevo diremos que la corriente de entrada IIN, circulará por RF, por lo que IF = IIN , y puesto que VOUT = - IF RF Sustituyendo obtenemos
Amplificador
seguidor de
tensión
Una modificación especial del amplificador no inversor es la etapa de ganancia unidad.
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.
11. Referencias
• http://www.gmun.unal.edu.co/ijaramilloj/cursos/tecnicas/exposiciones/Exposici%C3%B3n%2001/Resumen%20Diodos.pdf
Consultado: Junio 6 de 2017
• https://sites.google.com/site/electronica4bys/tipos-de-diodos
Consultado: Junio 6 de 2017
• https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_efecto_de_campo_metal-%C3%B3xido-semiconductor
Consultado: junio 7 de 2017
• https://sites.google.com/site/teoriadecircuitosdc/amplificador-operacional-real-e-ideal-1
Consultado: junio 7 de 2017
• http://www.ifent.org/temas/amplificadores_operacionales.asp
Consultado: junio 11 de 2017
