Departamento de Física y Química

Presentación del tema: "Departamento de Física y Química"— Transcripción de la presentación:

1 Departamento de Física y Química
Área de Tecnología

2 Electrónica Analógica Básica
Primera parte Componentes electrónicos: Resistencias. Condensadores. Bobinas Asociación de componentes pasivos Diodos Transistores Circuitos integrados

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4 COMPONENTES ELECTRÓNICOS
Componentes pasivos Componentes semiconductores Se fabrican con carbón, acero, cobre. Resistencias. Condensadores Bobinas Se fabrican con materiales específicos como: selenio, germanio y silicio. Diodos. Transistores. Circuitos integrados

5 RESISTENCIAS Función Oponerse al paso de la corriente longitud (l)
sección (S) ρ = Resistividad Valor Depende de: Ohmio (Ω) Múltiplos: kΩ kiloohmio (1.103 Ω) MΩ megaohmio (1.106 Ω) Unidades Utilidad de las resistencias: Para ajustar la tensión. Para limitar la intensidad. Montaje en serie. Montaje en paralelo.

6 TIPOS DE RESISTENCIAS (I)

7 TIPOS DE RESISTENCIAS (II)

8 TIPOS DE RESISTENCIAS (y III)

9 PROBLEMAS I Para aplicar la fórmula del cálculo de la resistencia de un conductor: Donde: La resistividad ρ se expresa en Ω. m La longitud l se expresa en m. La sección en m2. Ley de Ohm: V = diferencia de potencial en voltios (v) I = Intensidad en amperios (A) R = resistencia en ohmios (Ω).

10 CONDENSADORES (I) Función Almacenar carga eléctrica para suministrarla en un momento determinado. La capacidad C de un condensador depende de la superficie de las armaduras, de la distancia que las separa y de la naturaleza del diélectrico. C = є . S / d donde: є = constante dieléctrica d = distancia antre armaduras S = superfifice armaduras C = Q / V donde: Q = carga eléctrica que puede almacenar V = diferencia de potencial Valor faradio (F) Submúltiplos: μF = microfaradio ( F). n = nanofaradio( F). p = picofaradio ( F). Unidades

11 CONDENSADORES (II) En serie con una resistencia y una fuente de tensión contínua Conexionado Funcionamiento Tipos de condensadores (banco de imágenes CNICE) Condensador eléctrico (Wikipedia)

12 CONDENSADORES (III)

13 BOBINAS Función Valor Unidades Funcionamiento
Almacenar energía eléctrica de forma magnética para cederla en un momento determinado. Función La autoinducción L de una bobina depende del número de espiras que forman el arrollamiento (N), del flujo magnético que la atraviesa (Φ) y de la intensidad de corriente que la recorre (I). L = N.Φ / I Valor henrio (H) Submúltiplos: mH = milihenrio ( H) μH = microhenrio ( H). Unidades Funcionamiento

14 ASOCIACIÓN DE COMPONENTES PASIVOS
serie paralelo serie paralelo Las bobinas interaccionan entre ellas generando inducciones parásitas. Sólo se asocian cuando interesa aprovechar este fenómeno.

15 COMPORTAMIENTO DE LOS COMPONENTES PASIVOS DESCRITOS
Periodo transitorio Periodo estacionario Resistencia No se distinguen diferencias entre ambos periodos. Condensador Permite un crecimiento progresivo de su tensión entre bornes Alcanza la tensión de la fuente a la que estaba conectado Bobina Permite un crecimiento progresivo de la intensidad a través de ella. Alcanza la intensidad máxima permitida por la resistencia y la fuente.

16 DIODOS Función Actúa como un componente unidireccional, es decir, deja pasar la corriente sólo en un sentido Está formado por la unión de dos cristales semiconductores uno de tipo N, llamado cátodo, y otro de tipo P, llamado ánodo. Composición Polarización

17 TRANSISTORES Función Clasificación Bipolares
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que puede funcionar, bien como interruptor, bien como amplificador de una señal eléctrica de entrada. Se clasifican en dos grandes grupos: Bipolares: NPN y PNP Unipolares: o de efecto campo Clasificación Formados por la unión de tres cristales semiconductores. Bipolares

18 Modelo sencillo del funcionamiento de un transistor

19 + - Principio de funcionamiento del transistor bipolar P N N P - - + +
+ - P N N P Concentración de huecos

20 Principio de funcionamiento del transistor bipolar
Si la zona central es muy ancha el comportamiento es el dos diodos en serie: el funcionamiento de la primera unión no afecta al de la segunda

21 Principio de funcionamiento del transistor bipolar

22 Principio de funcionamiento del transistor bipolar

23 Principio de funcionamiento del transistor bipolar
El terminal central (base) maneja una fracción de la corriente que circula entre los otros dos terminales (emisor y colector): EFECTO TRANSISTOR

24 Principio de funcionamiento del transistor bipolar
Base Emisor Colector Transistor PNP El terminal de base actúa como terminal de control manejando una fracción de la corriente mucho menor a la de emisor y el colector. El emisor tiene una concentración de impurezas muy superior a la del colector: emisor y colector no son intercambiables

25 Principio de funcionamiento del transistor bipolar
Transistor NPN N P N Se comporta de forma equivalente al transistor PNP, salvo que la corriente se debe mayoritariamente al movimiento de electrones. En un transistor NPN en conducción, la corriente por emisor, colector y base circula en sentido opuesto a la de un PNP.

26 Principio de funcionamiento del transistor bipolar
Transistor NPN P N Base Emisor Colector Transistor NPN La mayor movilidad que presentan los electrones hace que las características del transistor NPN sean mejores que las de un PNP de forma y tamaño equivalente. Los NPN se emplean en mayor número de aplicaciones.

27 Ejemplo de Transistores

28 TRANSISTORES (II) Efecto campo
Están formados por un sustrato de material semiconductor sobre el que se funden dos islas de material semiconductor de diferente dopado.

29 CIRCUITOS INTEGRADOS En un único soporte físico, generalmente de silicio, se integran diferentes componentes individuales, pasivos y/o semiconductores, que constituyen en conjunto un sistema electrónico. Los hay de dos tipos: De carácter general: se pueden utilizar en multitud de aplicaciones. La denominación de los circuitos se corresponde con un prototipo aceptado por los fabricantes. Específico: se encargan a medida para cada aplicación concreta. Su denominación responde a códigos propios del cliente que los solicita.

30 Direcciones y enlaces de interés:

31 Electrónica Básica Segunda parte Conceptos básicos: Ganancia.
Realimentación.

32 - El estudio de redes eléctricas basadas en circuitos electrónicos permite encontrar
relaciones entre las distintas magnitudes (tensiones, intensidades, potencias, etc.) - Para el análisis de los componentes pasivos, ya sea de forma aislada o dentro de un circuito. Basta aplicar las fórmulas que los relacionan. Para el análisis de los componentes semiconductores, es necesario buscar un modelo que nos permita predecir el comportamiento del circuito. Por este motivo, la mayoría de los circuitos se suelen representar por un cuadripolo. Es decir, un elemento que dispone de dos conexiones de entrada y dos de salida

33 GANANCIA Ganancia: relación entre la señal de entrada y la señal de salida. Ganancia = Señal de salida Señal de entrada Es una magnitud adimensional. Sin embargo, se expresa en decibelios (dB)

34 REALIMENTACIÓN Para evitar que, al disponer varios semiconductores conectados adecuadamente, la respuesta con la frecuencia no sea la más adecuada y el sistema se desestabilice. Para qué En tomar un parte de la señal de salida de un componente e introducirla de nuevo a su entrada. En qué consiste

35 Electrónica Básica Tercera parte Amplificador operacional:
Circuitos básicos. - Circuito inversor. - Circuito no inversor. - Circuito sumador. Temporizadores.

36 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Se trata de un conjunto de componentes (más de 50) conectados entre sí (circuito integrado). El componente más importante que contiene es el transistor. Ajuste offset 1 8 +Vcc Entrada inversora 2 - 7 Entrada no inversora + 3 6 salida 4 5 Ajuste offset -Vcc Circuito inversor Circuito no inversor Circuito sumador

37 Ejemplo de Amplificador Operacional
LM741 Amplificador operacional de propósito general LM741

38 Conceptos básicos de AO
Encapsulado: Inserción SMD

39 El amplificador Operacional
Básicamente el Amp. Op. (Op. Amp.) es un dispositivo amplificador de la diferencia de sus dos entradas, con una alta ganancia, una impedancia de entrada muy alta y una baja impedancia de salida Como se mencionó antes, el amplificador tiene 2 entradas: una de ellas es la entrada inversora (-) y la otra es la entrada no inversora (+) y tiene una sola salida. Este amplificador se alimenta usualmente por una fuente de voltaje de doble polaridad que está en los rangos de +/- 5 voltios a +/- 15 voltios, también se puede alimentar con una sola fuente con ayuda de un arreglo adicional. Ver las siguientes figuras: Fuente de doble polaridad Fuente de doble polaridad desde una sola fuente

40 - El Amplificador Operacional utilizado como inversor
En la segunda figura las resistencias Ra y Rb deben ser exactamente iguales, para que V+ y V- tengan el mismo valor absoluto  - El Amplificador Operacional utilizado como inversor ¿Por qué el nombre de inversor? La razón es muy simple: la señal de salida es igual en forma (no necesariamente en magnitud) a la señal de entrada, pero invertida, ver los dos gráficos siguientes. (cuando la señal de entrada se mueve en un sentido, la de salida se mueve en sentido opuesto). entrada salida invertida El amplificador se conecta como se muestra en la siguiente figura, donde tenemos una resistencia R1, conectada entre la entrada de la señal y la entrada inversora (-) del amplificador y una resistencia R2 conectada entre la salida del amplificador y la entrada no inversora (-). La entrada no inversora (+) se conecta a tierra en el caso de que el circuito amplificador esté alimentado con una fuente de doble polaridad o a la tierra virtual en el caso de que esté alimentado con una fuente de una sola polaridad.

41 La ganancia del amplificador o lo que es lo mismo la relación de magnitudes entre la señal de salida y la de entrada, depende de los valores de las resistencias R1 y R2 y está dada por la fórmula:  Av = - R2 / R1  (El signo negativo indica que la señal de salida es la invertida de la señal de entrada) Por ejemplo si R1 = 1 K y R2 = 10 K, la ganancia del amplificador será:  Av = 10 K / 1 K = 10 y la señal de salida será de – 10 Voltios (el signo negativo se pone porque la salida es invertida), entregando la misma corriente a la salida, a través de la resistencia R2. I

42 El Amplificador Operacional utilizado como No inversor
A este tipo de amplificador la señal le entra directamente a la entrada no inversora (+) y la resistencia de entrada R1 se pone a tierra. En este caso la impedancia de entrada es mucho mayor que en el caso del amplificador inversor. Aquí, si la señal de entrada se mueve en un sentido, la señal de salida se mueve en el mismo sentido o sea la señal de salida sigue a la de entrada (están en fase). Ver los gráficos siguientes. entrada Av = 1 + R2 / R salida

43 Seguidor de voltaje entrada salida Av = 1 ; es decir Vin = Vout

44 TEMPORIZADORES Es un dispositivo que permite retardar o activar una señal al cabo de un tiempo determinado. Los hay de dos tipos: mecánicos y eléctricos.