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Electrónica Componentes activos. Semiconductores Los componentes electrónicos activos se fundamentan en los materiales semiconductores. Un semiconductor.

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Presentación del tema: "Electrónica Componentes activos. Semiconductores Los componentes electrónicos activos se fundamentan en los materiales semiconductores. Un semiconductor."— Transcripción de la presentación:

1 Electrónica Componentes activos

2 Semiconductores Los componentes electrónicos activos se fundamentan en los materiales semiconductores. Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante en función del aporte exterior de energía. Los materiales semiconductores más utilizados son el silicio (Si) y el germanio (Ge) Los átomos de silicio y germanio tienen cuatro electrones en su última capa. Estos electrones se combinan con otros tantos átomos vecinos. De esta forma al no existir electrones libres se comporta como aislante

3 Semiconductores Tipos: Semiconductores intrínsecos: formado por átomos de un mismo elemento. En ellos, la conducción se puede establecer mediante aporte de calor. Semiconductores extrínsecos: formado por átomos de semiconductor y de impurezas (dopado). Se emplean para fabricar los componentes más importantes (diodos, transistor…) Tipo N: Se obtiene cuando las impurezas que se introducen tienen cinco electrones de valencia. Los más empleados son arsénico, bismuto, antimonio y fósforo. Tipo P: Se obtiene cuando las impurezas que se introducen tienen tres electrones de valencia. Los más empleados son indio, alumio, galio y boro. Por cada átomo de impureza añadido se genera u electrón libre En este tipo de dopado falta un electrón para completar los enlaces covalentes entre un átomo de impureza y un átomo de silicio o germanio.

4 Representación Diodos Se obtiene a partir de la unión de semiconductores p y n, añadiendo dos terminales, siendo el ánodo (+) la zona p y el cátodo (-) la zona n El polo negativo (cátodo) del diodo, se identifica por una banda de color gris. Símbolo Comprobación del estado del diodo y su polaridad. Real

5 POLARIZACIÓNCIRCUITOCARACTERÍSTICAS DIRECTA el ánodo se conecta al positivo de la batería y el cátodo al negativo. El diodo conduce con una caída de tensión de 0,6 a 0,7V. El valor de la resistencia interna seria muy bajo. Se comporta como un interruptor cerrado INVERSA el ánodo se conecta al negativo y el cátodo al positivo de la batería El diodo no conduce y toda la tensión de la pila cae sobre el. Puede existir una corriente de fuga del orden de uA. El valor de la resistencia interna sería muy alto Se comporta como un interruptor abierto. Diodos Polarización del diodo: En función de cómo conectemos el diodo a los polos de la fuente de alimentación, permitirá o no, el paso de la corriente eléctrica.

6 Corriente Zener Diodos Curva característica del diodo: Representa la intensidad que recorre un diodo en relación con el voltaje aplicado. Cuando se sobrepasa la tensión umbral (V u ), se produce un crecimiento exponencial de la corriente. En esta zona, el diodo se comporta prácticamente como un interruptor cerrado. Intensidad directa máxima admisible (I dmax ). Es el valor máximo que puede alcanzar la corriente directa sin sobrepasar la potencia máxima nominal del diodo ( no se destruya). Al aplicar una tensión inversa, se pruduce una corriente de fuga (I 0 ) prácticamente nula. Tensión de ruptura o Zener (V Z ): es el valor máximo de la tensión capaz de soportar el diodo sin que se produzca la conducción en inversa.

7 Diodos Resolución de circuitos con diodos: Existen tres aproximaciones para la resolución: a) Diodo ideal ( 1ª aproximación) El diodo ideal actúa exactamente igual que un conductor perfecto, cuando está polarizado directamente y como aislante perfecto en polarización inversa. Curva equivalente Polarización directa: actúa como un interruptor cerrado. Polarización indirecta: actúa como un interruptor abierto.

8 Dado el circuito de la figura calcula la intensidad, y la potencia de la resistencia y el diodo.

9 Diodos Resolución de circuitos con diodos: b) Segunda aproximación. Se necesitarán alrededor de 0,7 voltios para que el diodo de silicio sea realmente un buen conductor. (Para el germanio 0,3 V). Curva aproximada El diodo es equivalente a un interruptor cerrado y una pila de 0,7 V.

10 Dado el circuito de la figura calcula la intensidad, y la potencia de la resistencia y el diodo, por la segunda aproximación

11 Diodos Resolución de circuitos con diodos: c) Tercera aproximación El diodo se comporta como un interruptor, una batería y una resistencia en serie. Curva aproximada: La curva se aproxima a una recta que pasa por 0,7 V y tiene una pendiente cuyo valor es la inversa de la resistencia interna.

12 Dado el circuito de la figura calcula la intensidad, y la potencia de la resistencia y el diodo, por la tercera aproximación, si r B = 0,23

13 Diodos Recta de carga: Es una herramienta gráfica que se emplea para hallar el valor de la corriente y la tensión del diodo, conocida la curva del diodo. Ecuación de la recta de carga. Sea el circuito de la figura: Punto de saturación: Es aquel donde la corriente es máxima, implica V D = 0 Punto de corte: Cuando la corriente es mínima I=0 Punto de corte con el eje Y Punto de corte con el eje X (Punto de trabajo)

14 Diodos Tipos de diodos: a) Diodo LED (Light Emitter Diode) Es un diodo que emite luz cuando está polarizado directamente. El voltaje de conducción o tensión umbral es de 1,8 V a 2 V Se tiene que colocar siempre una resistencia en serie con el LED para protegerlo, limitando la intensidad que pasa por el y proporcionarle la tensión adecuada. Identificación de polos La patilla más corta es el cátodo (polo negativo). El chaflán corresponde al cátodo (-). Símbolo + -

15 Diodos Tipos de diodos: a) Diodo LED (Light Emitter Diode) Identificación de polos ( Mediante el polímetro) Colocamos la ruleta en el símbolo del diodo. La punta de prueba roja sobre el ánodo (+), patilla larga y la negra sobre el cátodo (-), patilla corta. Nos dará una lectura en la pantalla. Si se coloca al revés no da lectura o no se enciende el LED 1

16 Cálculo de la resistencia en serie: Normalmente se conocen los datos del Led, su intensidad máxima ( 5 mA a 20 mA) y su tensión 1,5 V a 2 V. LED I = 20 mA V D = 2 V Por ser un circuito en serie: Diodos a) Diodo LED (Light Emitter Diode) Ejemplo: Conocidas las magnitudes de un LED: intensidad máxima de 20 mA y tensión de 2V. Calcula la resistencia a conectar en serie si disponemos de una pila de 6 V. El valor de resistencia normalizado más cercano es 180 o 220. Esquema: ¿Cuál pondremos? Se toma la de mayor valor para no superar la I max

17 Diodos a) Diodo LED (Light Emitter Diode) Ejercicio: En el circuito de la figura, calcula la resistencia de protección del LED, así como su potencia, sabiendo que la tensión umbral de éste es de 2 v y que la intensidad máxima que ha de circular es de 12,5 mA.

18 Diodos Tipos de diodos: b) Diodo Zener: Es un diodo diseñado para trabajar en polarización inversa. Cuando se alcanza la tensión de ruptura o tensión Zener (V Z ), el diodo deja pasar una elevada corriente inversa (I Z ). Símbolo: Identificación polos: El cátodo (-) se identifica con una anilla marcada en un extremo. Se utiliza para estabilizar la tensión.

19 Diodos Tipos de diodos: c) Diodo emisor de luz infrarroja: Es un diodo que emite luz infrarroja. Ejemplos: - Mando de televisión. - Control puerta de garaje - Máquinas de tabaco. La patilla mas larga es el ánodo (+) y la más corta el cátodo (-) Datos componente TSUS5400 Con un receptor apropiado nos permite activar y desactivar un circuito de control.

20 Transistores Los transistores son operadores electrónicos que, conectados de forma adecuada en un circuito, pueden funcionar como interruptores o como amplificadores de una señal eléctrica. Está constituido por tres cristales semiconductores que forman dos uniones PN juntas y en oposición. tres patillas o terminales Todo transistor dispone de tres patillas o terminales, que están conectadas a cada cristal semiconductor: Base (B): Es la patilla de control Colector (C): Emisor (E):

21 Transistores PNP Símbolo: NPN Símbolo: Dependiendo de la colocación de los semiconductores existen dos tipos:

22 Transistores Identificación de terminales Existen muchos tipos de transistores con encapsulados diferentes. Para realizar un montaje, es necesario identificar cada patilla y asegurar así el funcionamiento correcto. Buscando la información en las hojas del fabricante (Data sheet) y en función del tipo y su encapsulado identificaremos cada patilla.Data sheet

23 Transistores Identificación de terminales Los polímetros digitales tienen unas clavijas que sirven para medir la ganancia del transistor. Para identificar los terminales, se coloca la rueda selectora en el indicador de medida de ganancia (h FE ), se introducen los terminales del transistor de forma aleatoria en las clavijas E, B,C,E repitiendo el proceso hasta que aparezca un valor coherente en la pantalla ( un número entero mayor que 1), y, en ese caso, la base, el colector y el emisor del transistor se corresponden con las iniciales B, C y E respectivamente.

24 Transistores Funcionamiento del transistor NPN Los transistores pueden funcionar de tres formas distintas: en activa, en corte y en saturación. Analizamos su funcionamiento a través de un símil hidráulico. Imaginemos una tubería que dispone de una llave de paso B con un muelle de cierre cuya resistencia se vence al presionar la base. El agua intentará pasar del emisor E al colector C. Corte: si no hay presión en B (base), no puede abrir la válvula y no se produce paso de fluido de E a C. Si no hay corriente en la base del transistor no pasa la corriente del colector al emisor. Se comporta como un interruptor abierto.

25 Transistores Funcionamiento del transistor NPN Activa: si llega algo de presión a B (base), está abrirá más o menos la válvula y dejará pasar más o menos fluido de E a C El transistor permitirá un paso de corriente proporcional a la intensidad en la base y siempre superior a esta. A la relación entre ambas corrientes se le llama amplificación o ganancia. Se comporta como un amplificador

26 Transistores Funcionamiento del transistor NPN Saturación: si llega suficiente presión a B (base) de forma que abra totalmente la válvula, se comunica E con C y el fluido pasa sin dificultad. Cuando la intensidad en la base es grande, el transistor se comporta como un interruptor cerrado Con una pequeña señal en la base ( μA) se controla el funcionamiento del transistor.

27 Transistores Las tensiones y corrientes en el transistor. En la figura se observa el sentido de las diferentes intensidades de corriente, así como la denominación de las tensiones entre los tres terminales. Considerando el transistor como un nudo eléctrico: Considerando el transistor como una malla:

28 Transistores Para funcionamiento en activa, se cumple: Donde: I B = Intensidad de corriente en la base. I C = Intensidad de corriente en el colector. I E = Intensidad de corriente en el emisor. V CE = tensión entre el colector y el emisor. V BE = tensión entre la base y el emisor. V CB = tensión entre el colector y la base. ß = ganancia en intensidad

29 Transistores Regiones de funcionamiento. Región de corte Se caracteriza porque tanto la unión base-emisor como la unión base-colector están polarizadas inversamente. En estas condiciones la tensión en la base es nula o negativa, luego las intensidades que aparecen son prácticamente nulas, el transistor no conduce. La tensión entre el colector y el emisor (V CE ) es prácticamente igual a la de alimentación. V CE = V CC La tensión entre la base y el emisor (V BE ) es menor a 0,7 V (silicio). V BE < 0,7 v El transistor se comporta como un interruptor abierto.

30 Transistores Regiones de funcionamiento. Región activa Se caracteriza porque la unión base-emisor se polariza directamente y, en inverso, la unión base-colector. En este caso, las intensidades de corriente ya no son nulas ( el transistor conduce parcialmente). La tensión entre el colector y el emisor (V CE ) está comprendida entre 0,2 V y la tensión de alimentación. La tensión entre la base y el emisor (V BE ) es mayor o igual a 0,7 V (silicio). V BE 0,7 v El transistor se comporta como un amplificador. 0,2 v V CE V CC La intensidad en el colector será:

31 Transistores Regiones de funcionamiento. Región de saturación Se caracteriza porque las uniones base-emisor y base- colector se polariza directamente. El transistor conduce plenamente y la tensión colector-emisor es aproximadamente 0,2 V. En esta región ya no se cumple la ecuación fundamental del transistor, sino que la intensidad de colector es inferior a la que se obtendría en zona activa. V CE = 0,2 V El transistor se comporta como un interruptor cerrado.

32 Transistores Regiones de funcionamiento. Tabla resumen del funcionamiento del transistor

33 Transistores Curvas características.

34 Resolución de circuitos con transistores Diferenciamos dos circuitos: Circuito de entrada: formado por la base y el emisor. RBRB RCRC V BB V CC RBRB RCRC V BB V CE V BE IbIb IbIb V BB RBRB IbIb Circuito equivalente

35 Resolución de circuitos con transistores RBRB RCRC V BB V CC RBRB RCRC V BB V CE V BE IbIb IbIb IcIc IbIb Circuito de salida: formado por el colector y el emisor. RCRC V CC V CE IcIc Malla:

36 Resolución de circuitos con transistores (NPN) Pasos a seguir suponiendo transistor en activa. Suponiendo transistor en activa : V BE 0,7 v Calcular la intensidad de la base (I b ) : mediante malla de entrada Si I b > 0 Está en activa Calcular la tensión V CE : mediante la expresión Se comprueba que V CE > V CEsat > 0,2 v Si no se cumplen estas condicines expuestas el transistor esta polarizado en saturación RBRB RCRC V BB V CC IbIb y la malla de salida


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