MODULO FISICA ELECTRONICA (1)

8/3/2019 MODULO FISICA ELECTRONICA (1)

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MDULO DE FSICA ELECTRNICA

Elaborado para la UNAD por:Freddy Reynaldo Tllez Acua1

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNADFACULTAD DE CIENCIAS BSICAS E INGENIERA

2006

1 Docente de la Unad. Ingeniero Electricista UIS. Magster en Potencia Elctrica UIS.


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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAFACULTAD DE CIENCIAS BSICAS E INGENIERA

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UNIDADES DIDCTICAS DEL CURSO

El contenido del curso se presenta en la siguiente matriz:

UNIDAD CAPTULO TEMAS

1. FUNDAMENTOS DEELECTRICIDAD

1.1 NATURALEZA DE LAELECTRICIDAD

1.2 CIRCUITOS ELCTRICOS

1.3 ELECTROSTTICA YELECTROMAGNETISMO

1.1.1 El electrn1.1.2 La corriente elctrica1.1.3 Fuentes de electricidad

1.2.1 Componentes de uncircuito elctrico

1.2.2 Fuerza electromotriz1.2.3 Ley de Ohm1.2.4 Resistencia elctrica1.2.5 Potencia elctrica1.2.6 Circuitos serie y paralelo1.2.7 Leyes de Kirchhoff1.2.8 Corriente continua yalterna

1.3.1 Capacitancia1.3.2 Condensadores1.3.3 Condensadores en serie

y paralelo1.3.4 Campos magnticos1.3.5 Inductancia1.3.6 Inductancias en serie yparalelo1.3.7 El transformador

2. FUNDAMENTOS DESEMICONDUCTORES

2.1 INTRODUCCIN A LOSSEMICONDUCTORES

2.2 DISPOSITIVOSSEMICONDUCTORES

2.1.1 Estructura atmica2.1.2 Aisladores, conductoresy semiconductores2.1.3 Tipo de materiales: N y P

2.1.4 Unin P-N2.2.1 El diodo2.2.2 Otros tipos de diodos2.2.3 El transistor2.2.4 Circuitos Integrados2.2.5 Otros dispositivos


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3. FUNDAMENTOS DEELECTRNICADIGITAL

3.1 INTRODUCCIN A LAELECTRNICA DIGITAL

3.2 CIRCUITOSCOMBINACIONALES

3.3 CIRCUITOSSECUENCIALES

3.1.1 Conceptos Introductorios3.1.2 Compuertas lgicas3.1.3 Implementacin defunciones lgicas.

3.1.4 Teoremas Booleanos

3.2.1 Circuitos aritmticos3.2.2 Comparadores3.2.3 Codificadores y Decodif.3.2.4 Multiplexores y Demux

3.3.1 Biestables y flip-flops3.3.2 Registros3.3.3 Contadores


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PRESENTACIN

Nuestro pas progresivamente ha venido entrando en la modernizacintecnolgica, que hasta hace algunos aos era aplicada slo en pases altamenteindustrializados. Este avance continuo y vertiginoso en la transformacin denuestras industrias, hace imprescindible para muchas personas obtener unainformacin rpida y clara sobre las bases en las que se soporta todo estedesarrollo.

El presente Mdulo, elaborado para el curso de Fsica Electrnica de la UNAD,tiene entonces como finalidad principal ubicar al estudiante dentro del contexto de

la electricidad y la electrnica bsica, por medio de una formacin de carcteranaltico y conceptual, mediante el desarrollo de habilidades y destrezas prcticas,necesarias para que los estudiantes se enfrenten con cierta propiedad ante lassituaciones que puedan surgir en esta sociedad tecnificada.

Esta formacin ha de servir al estudiante para que se familiarice con los pilaresfsicos en los que, por un lado, se sustenta la actual era de la electrnica y lastelecomunicaciones y, por otro, se construye el conocimiento acerca de laingeniera aplicada y las nuevas tecnologas.

El Mdulo contiene, entre otras, las siguientes temticas: Conceptos de electricidad y electrnica.

Elementos y tipos de circuitos elctricos.

Leyes bsicas de los circuitos elctricos.

Descripcin general de los principales elementos electrnicos.

Teora de los elementos semiconductores.

Fundamentos de la electrnica digital.

Deseo finalmente que este texto sirva para enriquecer sus conocimientos y lepermita desempearse mejor en nuestra sociedad. Cualquier comentario osugerencia que nos pueda brindar para el mejoramiento de este material, sergratamente recibido.


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INTRODUCCIN

Los dispositivos electrnicos y digitales, basados principalmente en componentessemiconductores y circuitos integrados, son los pilares de la tecnologa moderna.

Telfonos mviles, computadoras, televisores, equipo de audio, aparatosdomsticos y equipo para el control y la automatizacin industrial, hacen parte denuestro entorno y nuestro diario vivir. La electrnica se ha convertido tanto en unestmulo como en una parte integral del crecimiento y desarrollo tecnolgico actualen los diferentes pases.

Por tal motivo, el estudio de tpicos relacionados con la electrnica ( fundamentosfsicos, caractersticas de operacin y aplicaciones ), se constituye en uncomponente esencial para todo profesional de cualquier ingeniera, en especial,para aquellos relacionados con la computacin, las redes y lastelecomunicaciones.

Las dcadas que siguieron a la introduccin del transistor, en los aos cuarenta,experimentaron un cambio sumamente drstico en la industria electrnica; el cualno ha dado tregua hasta nuestros das, evidencindose en la miniaturizacin ycomplejidad de funciones de todos los dispositivos que nos rodean. En la

actualidad se encuentran sistemas completos en una oblea miles de veces menorque el ms sencillo elemento de las primeras redes electrnicas.

En algunos campos, la electrnica juega un papel tan importante, que sin sta,nunca se hubiera llegado a su desarrollo presente. Como ejemplo podemos citaralgunos de los ms importantes,

Las telecomunicaciones: sin los transmisores y receptores electrnicos seraimposible la comunicacin rpida y mvil, tal como se conoce actualmente.

La automatizacin industrial: en este campo la mayor parte de los dispositivosde control y monitoreo son electrnicos.

Tambin la computacin y el procesamiento de datos son reas que requierende la electrnica.


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El mundo actual exige entonces al futuro profesional, familiarizarse con laelectrnica analgica y digital, como componente imprescindible de la tecnologa yel desarrollo de nuevos campos productivos.

Como se ha apreciado hasta el momento, los conceptos a tratar en este cursoestn ntimamente ligados a su profesin y son de gran importancia dentro delproceso de formacin integral de todo ingeniero.

El manejo de los diferentes temas y la comprensin de los principales conceptosdel curso, le darn una visin ms amplia de su carrera y proyectarn susposibilidades de desempeo profesional.


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UNIDAD 1

FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD

CONTENIDOS

Captulo 1. Naturaleza de la Electricidad

1. El Electrn2. La Corriente Elctrica3. Fuentes de Electricidad

Captulo 2. Circuitos Elctricos

1. Componentes de un Circuito Elctrico2. Fuerza Electromotriz3. Ley de Ohm

4. Resistencia Elctrica5. Potencia Elctrica6. Circuitos Serie y Paralelo7. Leyes de Kirchhoff8. Corriente Continua y Alterna

Captulo 3. Electrosttica y Electromagnetismo

1. Capacitancia2. Condensadores3. Condensadores en Serie y Paralelo

4. Campos Magnticos5. Inductancia6. Inductancias en Serie y Paralelo7. El Transformador


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CAPTULO 1. NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD

La electricidad es una de las principales formas de energa usada en el mundoactual. Se emplea en todas partes: en las comunicaciones, en el transporte, en laindustria, en el hogar, en nuestro trabajo, etc.

Fue descubierta por los griegos cuando observaron que el mbar al ser frotado secargaba con una fuerza misteriosa, de tal manera que poda atraer cuerposlivianos como hojas secas y viruta de madera. Los griegos denominaron al mbarcomo elektron, de donde se deriv el nombre de electricidad.

Posteriormente el seor William Gilbert clasific los materiales segn como secomportaban con el mbar en elctricos y no elctricos.

Ms tarde Charles Dufay concluy que existan dos tipos de electricidad, debido aque observ que al cargar un trozo de vidrio, este atraa algunos objetos cargadospero rechazaba a otros. Benjamn Franklin dio los nombres de electricidad positivay negativa a los dos tipos de electricidad mencionados por Dufay.

EVALUACIN DE CONCEPTOS PREVIOS

Qu partculas atmicas componen un tomo ?

Qu es electricidad ?

Qu es electrnica ?

Qu hace un ingeniero electricista ?

Y un ingeniero electrnico ?

Qu equipos, elementos y/o dispositivos asocia con cada ciencia ?

Qu es la corriente elctrica ?

Cmo se puede generar la energa elctrica ?


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1. EL ELECTRN

Antes de ocuparnos directamente del electrn, demos un breve repaso al

concepto de materia.Materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio, puedeencontrarse en forma slida, lquida o gaseosa.

Los materiales bsicos de toda materia son los elementos de la tabla peridica.Todo lo que nos rodea est formado de elementos y su combinacin produce loque se llama compuestos, los cules tienen caractersticas muy diferentes a las delos elementos que los constituyen.

Hidrgeno ( gas )Ejemplo : el agua ( H2O ) es un compuesto deOxgeno ( gas )

Los tomos son la parte ms pequea en que se puede reducir un elementosimple sin que se pierdan sus caractersticas fsicas y qumicas, por lo tanto, todala materia tiene tomos.

Ahora bien, si el tomo de un elemento se divide ms deja de existir y lo quetendremos sern partculas sub-atmicas. La cantidad de estas partculas son lasque hacen que el tomo de un elemento sea diferente al tomo de otro elemento.

Todo tomo est formado por las siguientes partculas sub-atmicas: electrones,protones y neutrones.

Fuente: http://www.kirlian.com.br/info_por_0004.asp


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Los electrones tienen carga negativa y giran en diferentes rbitas alrededor delncleo. Los electrones de la rbita ms externa del tomo se llaman electrones devalencia y son los de mayor inters dentro de este curso.

Los protones tienen carga positiva y se encuentran en el ncleo del tomo.Los neutrones, no tienen carga y se encuentran en el ncleo del tomo.

En condiciones normales el nmero de electrones es igual al nmero de protones,lo cual hace que el tomo sea elctricamente neutro. El nmero de protonesdetermina la diferencia entre los tomos y viene dado por el nmero atmico. Parailustrar lo anterior, se presenta en la siguiente figura, el tomo del Oxgeno.

Fuente: http://www.ccr.aldeae.net

Cuando un electrn se encuentra en la capa externa de su tomo, la atraccinproducida por el ncleo ser mnima. Si se aplica entonces suficiente energa altomo, algunos de los electrones situados en la capa externa lo abandonarn.Esos electrones reciben el nombre de electrones libres y su movimiento ser elcausante de la corriente elctrica en un conductor.

La energa mencionada anteriormente, puede ser producida por friccin, calor,luz, magnetismo, presin, reacciones qumicas, fenmenos fsicos y hastanucleares.

As como algunos tomos pueden perder electrones, otros pueden ganarlos. Esposible provocar la transferencia de electrones de un objeto a otro. Cuando estosucede se altera la distribucin de cargas, dando origen a objetos con exceso deelectrones, a los que llamaremos con carga negativa ( - ) y a objetos con

8 electrones

8 protones

tomo deOxgeno


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deficiencia de electrones, o lo que es lo mismo, exceso de protones, que sernllamados con carga positiva ( + )

Vale la pena recordar en este momento, la famosa Ley de las Cargas Elctricas, la

cual puede expresarse as : cargas iguales se repelen, cargas opuestas se atraen

La magnitud de la carga elctrica que posee un cuerpo, se determina por larelacin existente entre el nmero de electrones y protones que hay en dichocuerpo. El smbolo para la carga elctrica es Q , y la unidad para expresarla esel coulomb ( C ). Una carga negativa de 1 coulomb nos indica que el cuerpocontiene 6,25 x 1018 ms electrones que protones.

2. LA CORRIENTE ELCTRICA

Podemos definir la corriente elctrica, como el paso o movimiento de electrones atravs de un circuito o trayectoria cerrada. Esto sucede cuando se desprenden loselectrones de la rbita de valencia de un tomo y pasan al otro sucesivamente,creando de esta forma un flujo de electrones.

La teora electrnica nos dice que los electrones siempre se desplazan de unpotencial negativo hacia un potencial positivo. Entonces, para que exista unacorriente elctrica se necesita, adems de la trayectoria cerrada para loselectrones, una diferencia de potencial elctrico que los impulse. ( ms adelantedefiniremos formalmente esta diferencia de potencial y la llamaremos voltaje )

Supongamos que tenemos un material conductor y que en sus extremosaplicamos una diferencia de potencial con una batera.

Fuente: Adaptado de http://www.asifunciona.com


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Los electrones se mantienen en movimiento porque los que son repelidos por ellado negativo de la batera son atrados por el lado positivo de la misma. Por cadaelectrn que entre a la fuente, saldr uno por el otro extremo y esto ocurrirmientras exista la diferencia de potencial en la fuente. Si la fuente se interrumpe

no habr quin empuje ni atraiga electrones y la corriente desaparecer.

La intensidad ( I ), el amperaje o la corriente en un circuito elctrico es lo mismo yse define como la cantidad de electrones ( carga negativa ) que circula en unconductor por unidad de tiempo.

I=Q /t

La unidad de medida de la corriente elctrica, es el amperio ( A ) y equivale alpaso de una carga de un coulomb en un segundo.

3. FUENTES DE ELECTRICIDAD [1]

La electricidad puede ser generada por mltiples procesos y formas: por accinqumica, magnetismo, friccin, calor, luz, presin, entre otras.

A continuacin se describen algunos de los procesos ms interesantes para laproduccin de la energa elctrica.

3.1 Accin Qumica

En 1883, Michael Faraday observ que el agua pura era un aislador casi perfecto,mientras que las soluciones acuosas de ciertas sustancias eran conductoras de laelectricidad.

Una solucin que conduce la corriente elctrica es un electrolito. Este fenmenova acompaado de efectos qumicos secundarios como la electrlisis y laelectrosntesis. La primera es la accin de separar los componentes de unasustancia, como por ejemplo el agua, en oxgeno e hidrgeno y la segundaconsiste en depositar en un electrodo, un metal disuelto en forma de sales, porejemplo el anodizado.

Si se introducen dos electrodos de platino en una solucin diluida de cidosulfrico y se les suministra un voltaje moderado, del electrodo negativoempezaran a salir burbujas de hidrgeno y del electrodo positivo saldrn burbujasde oxigeno y se pueden recoger estos gases en tubos de ensayo invertidos.


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Despus de que la electrlisis ha tenido lugar durante algn tiempo, los electrodospueden ser desconectados del generador y conectados a un galvanmetro oequipo de medicin. Se observar entonces una corriente instantnea en sentido

opuesto, indicando que durante un instante ha existido un voltaje opuesto,producido por el hecho que un electrodo esta cubierto con hidrgeno y el otro conoxgeno.

La combinacin de dos sustancias distintas en un electrolito constituye el principiode una pila galvnica.

Fuente: http://www.mupe.org/elect/inv/pila.html

Consideremos otro caso en el cual los electrodos reaccionan con las sustanciasdepositadas sobre ellos. Supongamos dos electrodos de plomo sumergidos encido sulfrico diluido. Se libera hidrgeno en el polo negativo como si el electrodofuera de platino, pero el oxgeno liberado en el electrodo positivo se combinaahora con el plomo para formar bixido de plomo PbO2. Al cabo de un ciertotiempo se suprime el generador y se sustituye por un galvanmetro. Se observaruna corriente en sentido inverso que indica la existencia de un voltaje inverso. Lasmedidas indican que este voltaje es de 2 voltios aproximadamente.

En condiciones adecuadas, dos sustancias diferentes y un electrolito puedendisponerse de modo que el voltaje no sea transitorio, sino que puedan permanecerms o menos constante mientras se suministra corriente a un circuito exterior. Taldispositivo se denomina pila voltaica o pila galvnica en honor de Volta yGalvani, que fueron quienes primero lo estudiaron.

Estos principios son los que han venido siendo desarrollados hasta tener losdiferentes tipos de pilas y bateras que vemos hoy en da.


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3.2 Magnetismo

La generacin actual de energa elctrica a gran escala, no sera factibleeconmicamente si los nicos generadores de voltaje disponibles fueran de

naturaleza qumica tales como pilas secas y bateras.Una opcin bastante conveniente para la produccin de energa elctrica, es hacerinteractuar un campo magntico con un conjunto de alambres conductores que seencuentren en su interior.

La siguiente figura representa un conductor ( espira conductora ), situado dentrode un campo magntico uniforme, el cual es producido por un par de imanespermanentes. Si se pone el conductor en movimiento se producir un voltajeinducido en los terminales de la espira. Este es el principio del funcionamiento deun generador elctrico.

Fuente: http://www.fisicaweb.info

El generador elctrico, es entonces, una mquina que hace uso de la induccinelectromagntica, para producir voltaje por medio de bobinas de alambre quegiran en un campo magntico estacionario o por medio de un campo magnticogiratorio que pasa por un devanado estacionario.

En la actualidad ms del 95% de la energa elctrica del mundo es producida porgeneradores.

3.3 Clulas solares

Una clula solar es un dispositivo semiconductor que absorbe la energa radiantedel sol y la convierte directa y eficientemente en energa elctrica.


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Las clulas solares se pueden usar individualmente como detectores de luz, porejemplo en cmaras, o conectadas una tras otra para obtener los valoresrequeridos de corriente y voltaje en la generacin de energa elctrica.

Fuente: http://www.marviva.org

La mayora de las clulas solares estn hechas de cristal de silicio y han sidoantieconmicas para generar electricidad, excepto para satlites espaciales yreas remotas donde las fuentes de potencia convencionales no se encuentrandisponibles. Investigaciones recientes han mejorado el desempeo de estasclulas y al mismo tiempo han disminuido el costo de manufactura y materiales.Una forma es utilizando concentradores pticos como espejos y lentes, paraenfocar la luz solar en clulas solares de menor rea.

La conversin de luz solar en energa elctrica en una clula solar, involucra tresprocesos: la absorcin de la luz solar en el material semiconductor; la generaciny separacin de cargas libres positivas y negativas, las cuales se mueven adiferentes regiones de la clula solar, y la transferencia de esas cargas separadasa travs de terminales elctricos a la aplicacin externa en forma de corrienteelctrica.

Fuente: http://www.solar-windeurope.com


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CAPTULO 2. CIRCUITOS ELCTRICOS

La electricidad, junto con los circuitos elctricos, hacen parte de nuestro diario viviry se han constituido en un elemento imprescindible en los hogares e industrias delmundo entero. Sin embargo desconocemos aspectos tan importantes como laforma de transmisin y distribucin de la energa elctrica hasta nuestros hogares,las leyes fsicas y matemticas que rigen su comportamiento y confundimos enalgunas ocasiones las magnitudes y unidades relacionadas con ella.

Es por esto que en el presente captulo, estudiaremos, con cierta profundidad, losaspectos ms relevantes relacionados con los circuitos elctricos, sus

componentes, magnitudes y leyes de comportamiento, y las aplicaremos en lasolucin de diversos ejercicios y situaciones en las que se involucran dichosconceptos.


Qu elementos componen un circuito elctrico ?

Qu es la resistencia elctrica ?

Qu es el voltaje o fuerza electromotriz ?

De qu depende que un electrodomstico o equipo electrnico requieramayor potencia elctrica que otro ?

Qu equipos o elementos me permiten medir las anteriores magnitudeselctricas ?

Qu caractersticas tiene un circuito paralelo ?

En qu consisten las leyes de Ohm y Kirchhoff ?

Qu diferencias existen entre la corriente continua y la corriente alterna ?


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1. COMPONENTES DE UN CIRCUITO ELCTRICO

Un circuito elctrico prctico consta por lo menos de cuatro componentes:

a. Una fuente de energa elctrica ( fuente de voltaje )

b. Una carga o elemento de consumo

c. Elementos de conexin o conductores

d. Un medio de control o interruptor

Fuente: http://www.cpucips.sdsu.edu

La corriente elctrica convencional, a diferencia del flujo de electrones, sale por elterminal positivo de la fuente de voltaje, circula a travs de los conductores hastala carga y regresa nuevamente a la fuente por el otro extremo. Vale la penaaclarar que la carga es simplemente el elemento que aprovecha la energaelctrica y la transforma en otro tipo de energa, ya sea lumnica, trmica, etc.

Todo circuito elctrico debe tener un interruptor o medio de control, que le permitaa la corriente que circule por l, slo cuando sea necesario. Como consecuenciade esto, un circuito elctrico puede estar cerrado o abierto.

Decimos que tenemos un circuito elctrico cerrado cuando la corriente elctricacircula sin inconvenientes desde un terminal de la fuente hasta el otro. Si por elcontrario la corriente elctrica no regresa a la fuente, es porque el interruptor seaccion y el circuito se encuentra ahora abierto.

b.

a.c.

d.


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2. FUERZA ELECTROMOTRIZ [1]

No podemos continuar el desarrollo de la temtica del curso, sin incluir una

definicin de la Fuerza Electromotriz ( F.E.M. ), tambin conocida comoVOLTAJE( V) o Diferencia de Potencial.

La fuerza electromotriz se define formalmente como la capacidad de efectuar untrabajo, consistente en mover una carga, por atraccin o repulsin, desde un polohasta el otro polo de la fuente de alimentacin. Podemos decir tambin que es lafuerza necesaria para hacer mover los electrones en un circuito elctrico.

Como la fuerza electromotriz es trabajo por unidad de carga, la unidad bsica demedida de la F.E.M. en el sistema mks es el Julio por Coulomb, que en su formaabreviada se conoce como el voltio ( V ). Por consiguiente, el voltaje puede

expresarse en voltios.F.E.M. =W /Q

Para aclarar un poco ms este concepto, analicemos el siguiente ejemplo. LaF.E.M. de una batera corriente de automvil es de unos 12 voltios, o sea,de 12 Julios/Coulomb. Esto quiere decir que por cada Coulomb que pasa a travsde la batera ( o cruza una seccin del circuito en la cual esta conectada labatera ) 12 Julios de energa interna se convierten en energa elctrica.

Los elementos ms comunes que nos suministran Fuerza Electromotriz o Voltajeson las bateras, las pilas y los tomacorrientes.

3. LEY DE OHM

La ley de OHM establece una relacin entre tres magnitudes elctricasfundamentales y se enuncia de la siguiente manera:

el voltaje entre los extremos de muchos tipos de materiales conductores esdirectamente proporcional a la corriente que fluye a travs de el, siendo la

constante de proporcionalidad la resistencia elctrica de dicho material

La ley de OHM se expresa matemticamente con la siguiente ecuacin:

Voltaje = Resistencia x Corriente

V = R xI


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Esta ecuacin trae como consecuencia la definicin matemtica de la corriente. Lacorriente elctrica es igual al voltaje dividido entre la resistencia elctrica. Tambinque la resistencia elctrica es igual al voltaje dividido entre la corriente.

A continuacin se ilustran estas ecuaciones por medio del tringulo de la ley deOhm. Si se quiere conocer la ecuacin para V, I, o R; slo debe cubrirse con eldedo la magnitud elctrica que se desea encontrar.

V = R x I I = V / R R = V / I

Fuente: http://www.unicrom.com

Ejemplo. Encuntrese la corriente elctrica ( I ) que circula por el circuito, cuandouna pila de 1,5 voltios alimenta una carga cuya resistencia elctrica es de20 ohmios.

Para encontrar la corriente elctrica ( I ) del circuito,conociendo el voltaje y la resistencia, empleamos la

siguiente ecuacin:I = V / R

Sustituyendo los valores,

I= 1,5 V / 20 = 0,075 A

Tenemos entonces, que por el circuito circula una corrientede 0,075 amperios, es decir, de 75 miliamperios ( mA )

Fuente: http://www.asifunciona.com

4. RESISTENCIA ELCTRICA

En las expresiones anteriores aparece el trmino resistencia elctrica. Vamosahora a definir su significado fsico, unidades y comportamiento.


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La resistencia elctrica es la oposicin o dificultad que ofrece un material al pasode los electrones. Entre ms resistencia est presente en un circuito elctrico, msdifcil es la circulacin de corriente por el.

La unidad de medida de la resistencia elctrica es el ohmio, el cual se representapor la letra griega omega ( )

Fsicamente la resistencia elctrica se asocia con los resistores, es decir,aquellos elementos cuya resistencia elctrica al paso de la corriente tiene un valorconocido. Estos resistores representan generalmente al elemento de carga o deconsumo en muchos circuitos prcticos.

4.1 Resistores. Los resistores o resistencias elctricas son los elementos demayor empleo en el ramo de la electrnica. Su funcin es controlar o limitar la

corriente que fluye a travs de un circuito elctrico, presentando oposicin al pasode la corriente elctrica.

Smbolos de Resistores Fijos

Smbolos de Resistores Variables

Fuente: http://www.mathdaily.com Fuente: http://www.geocities.com

Segn su funcionamiento se pueden clasificar en:

Resistores Fijos

Resistores Variables

4.1.1 Resistores Fijos. Los resistores fijos son aquellos cuyo valor hmico no sepuede alterar o variar despus de su fabricacin. Segn su construccin sepueden dividir en: resistores con composicin de carbono y resistores de alambrearrollado.


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a.Resistores con composicin de carbono. Estos resistores se elaboran conbase en una mezcla de grafito ( carbn ) y un aglutinante, generalmente aislante.

El valor de la resistencia depende de la relacin entre el grafito y el aglutinante. Dehecho si el contenido de carbn es alto, el valor hmico del resistor es bajo yviceversa.

La mezcla de los dos materiales se deposita a presin en una pequea cpsula devidrio, en cuyos extremos se colocan un par de terminales. Posteriormente serecubre el conjunto por una capa de baquelita sobre la que se imprime, en formade franjas circulares, un cdigo de colores que ms adelante estudiaremos.

Fuente: Adaptado de http://www.feiradeciencias.com.br

Los resistores con composicin de carbono suelen tener empleo en casi todos loscircuitos electrnico, incluyendo circuitos de audio y radiofrecuencia de bajo costoy donde la calidad no sea un factor muy determinante. Cabe anotar que su tamaoes pequeo y depende de su potencia de trabajo.

b. Resistores de alambre arrollado. Los resistores de alambre arrollado obobinado, estn elaborados por un alambre resistivo de nquel-cromo o de

ferro-nquel, enrollado sobre una barra tubular de porcelana o cermica. Encimase le deposita una capa de esmalte aislante a base de material cermicovitrificado.

Estos resistores son menos comunes en equipos electrnicos debido a su tamaoy a su alta tolerancia.


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Fuente: http://www.tyseley.40118-web.co.uk

4.1.2 Resistores Variables. Estos resistores son aquellos cuyo valor hmico sepuede variar dentro de un rango considerable, segn necesite el usuario. Recibentambin el nombre de potencimetroso restatos.

En los potencimetros el cuerpo resistivo est elaborado con base en carbndepositado sobre una herradura de baquelita, mientras que en los restatos elelemento resistivo es alambre.

Fuente: http://www.mercadobr.com.br Fuente: http://www.ucm.es

En el potencimetro se encuentra un contacto mvil o cursor sobre el elementoresistivo. La posicin de dicho cursor determina la resistencia elctrica en losterminales del potencimetro. Este valor se establece con un pequeodestornillador o por medio de un eje que se puede girar manualmente.

Fuente: http://www.e-aeromodelismo.com.ar

cursorcapa de carbn

terminales


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Los potencimetros se emplean como controles de volumen y tonos en diferentesequipos: Tambin en algunas fuentes reguladas para variar la tensin de salida yen algunos controles de velocidad.

Por lo general las resistencias variables se emplean como potencimetros y nocomo restatos, y segn su variacin pueden ser lineales o logartmicos

4.1.3 Cdigo de colores. El cdigo de colores ms empleado para resistores, secompone de cuatro franjas de color, que se leen de izquierda a derecha, estandocolocado el resistor en la forma que lo muestra la figura, siendo generalmente lacuarta franja dorada o plateada. Mediante la correcta interpretacin de estecdigo, podemos conocer el valor en ohmios del resistor.

Fuente: Adaptado de Internet

Las dos primeras franjas de color en la resistencia, determinan las dos primerascifras significativas de su valor. La tercera franja de color indica el multiplicador, esdecir, la cantidad de ceros que se deben agregar a las dos primeras cifras odgitos, para obtener el valor nominal del resistor en ohmios. La cuarta franjaindica la tolerancia, es decir, el rango de valores, alrededor del valor nominal,dentro del cual el fabricante nos asegura que se encuentra valor real de dichoresistor.


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En la tabla se hacen coincidir los colores en las franjas del resistor con cada unade sus columnas.

En la primera columna vemos el nmero que representa cada color para el primer

dgito significativo. En la segunda columna vemos el valor de cada franja de colorpara el segundo dgito significativo.

En la tercera columna vemos el valor del multiplicador o del nmero de ceros quese deben agregar a los anteriores 2 dgitos significativos para formar el valornominal de la resistencia.

En la cuarta columna, aparece el valor que representa el porcentaje de latolerancia de cada resistor. Generalmente para este valor se emplean los coloresdorado ( 5% ) y el plateado ( 10% ). Cuando el resistor viene sin cuarta franja osin color, la tolerancia es del 20%.

Ejemplo :

COLORES: amarillo, violeta, naranja, plateado

Fuente: Adaptado de http://www.teicontrols.com

Supongamos que tenemos un resistor con los anteriores colores en sus franjas.

Cul es el valor nominal de este resistor ?

Dentro de qu rango, el fabricante nos asegura que se encuentra su valor real ?

Analicemos sus franjas de colores:

1 franja: amarillo ( 4 ), primer dgito significativo.2 franja: violeta ( 7 ), segundo dgito significativo.3 franja: naranja ( 3 ), multiplicador ( x1000 ) o nmero de ceros ( 000 )4 franja: plateado, porcentaje de tolerancia de 10%

Entonces, valor nominal de este resistor es: 47000 47 K

El porcentaje de tolerancia del 10%, nos indica el rango entre el cual se debeencontrar el valor real de este resistor. El 10% de 47 K es 4,7 K.


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Entonces:

47 K - 4,7 K < Valor Real del Resistor < 47 K + 4,7 K

es decir, que el valor real de este resistor debe estar entre 42,3 K y 51,7 K

Nota del autor: si se presenta alguna dificultad en el manejo de la NotacinCientfica y/o las Unidades y Prefijos utilizados en el ejemplo anterior, serecomienda el repaso o estudio de estos conceptos, ya que son fundamentalespara el desarrollo de las temticas que se seguirn trabajando. El presente textocuenta en los Apndices finales ( By C) con un contenido que le puede ayudaren el inicio de este estudio.

4.1.4 Asociacin de resistores. En el estudio de los circuitos resistivos, es muycomn trabajar con resistores equivalentes. Podemos entonces reemplazar unaagrupacin de resistores en serie, en paralelo o en configuraciones mixtas ( serie -paralelo ) por un resistor equivalente; es decir, aquel resistor que puedereemplazar toda una red de resistores, sin que esto afecte el comportamiento delcircuito elctrico en el que se encuentran.

a. Montaje en Serie. Se dice que varios resistores o elementos se encuentran enserie, cuando estn consecutivos, es decir, uno despus del otro.

Observamos en la figura un circuito serie con cuatro resistores.

Podemos pensar entonces, en reemplazar estos resistores por uno slo, entre a yb, que conserve el comportamiento general del circuito.


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La resistencia total entre a y b se encuentra sumando los resistores que estn enserie. Entonces:

Rab = R1 + R2 + R3 + R4

Con lo anterior podemos concluir que la resistencia equivalente o total de unconjunto de dos o ms resistencias conectadas en serie es igual a la sumaaritmtica de todas ellas.

Ejemplo: Encuentre la resistencia equivalente en el siguiente circuito.

Como se puede apreciar, el circuito est compuesto por tres resistores conectadosen serie, por lo tanto, el valor de la resistencia equivalente se halla sumando losvalores de cada uno de los resistores del circuito.

Rab = R1 + R2 + R3 = 2,5 K + 1 K + 3,2 K = 6,7 K

Tenemos entonces que la resistencia equivalente en el circuito anterior es de6,7 K, es decir, de 6700 . Podemos entonces reemplazar estos tres resistorespor uno de 6700 , sin que el comportamiento elctrico del circuito vare.

b. Montaje en Paralelo. Se dice que varios resistores o elementos se encuentranen paralelo, cuando estn conectados entre el mismo par de puntos ( nodos ).

a

b


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Cuando tenemos varios resistores conectados en paralelo, podemos encontrar laresistencia equivalente empleando la siguiente expresin:

1/Rab = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn

Concluimos entonces que para encontrar la resistencia equivalente o total de uncircuito en paralelo, debemos hallarlo tomando el inverso de la suma de losinversos de cada resistor.

Ejemplo: Encuentre la resistencia equivalente en el siguiente circuito.

Como se puede apreciar, el circuito est compuesto por tres resistores conectadosen paralelo, por lo tanto, el valor de la resistencia equivalente se halla empleandola siguiente expresin:

1/Rab = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 = 1 / 4K + 1 / 2K + 1 / 4K

1/Rab = ( 1 + 2 + 1 ) / 4K = 4 / 4K = 1 / 1K

Hasta el momento slo hemos encontrado el inverso de la resistencia equivalente,es decir, 1/Rab.

Si se invierte el resultado tenemos entonces que la resistencia equivalente en elcircuito anterior es de 1 K, es decir, de 1000 . Podemos entonces reemplazarestos tres resistores por uno de 1000 , sin que el comportamiento elctrico delcircuito vare.

Por ltimo, cabe anotar que en el caso de arreglos mixtos de resistores, cadaseccin serie o paralela, tendr su propio tratamiento.

a

b


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5. POTENCIA ELCTRICA

La Potencia Elctrica se puede definir como la cantidad de energa elctricatransformada por una carga en un tiempo determinado. Tal carga est conectada

a una diferencia de potencial ( voltaje ) y su potencia elctrica depender de laoposicin que ofrezca al paso de la corriente elctrica.

La potencia elctrica se puede producir, consumir o almacenar, dependiendo deltipo de elemento con el que se trabaje. Si el elemento produce potencia elctricase dice que es un elemento activo, si por el contrario la consume o almacenadecimos que es un elemento pasivo.

La unidad de medida de la potencia elctrica es el Vatio ( W ). Un vatio es igual ala potencia consumida cuando un amperio fluye, con una fuente de un voltioconectada a la carga.

Existe una ecuacin muy sencilla para el clculo de potencia elctrica en losdiferentes elementos de un circuito, que adems nos relaciona algunas de lasmagnitudes estudiadas hasta el momento.

P = V I

Si combinamos la ecuacin de potencia elctrica ( P = V I ) con la ecuacin de laLey de Ohm ( V = I R ), encontramos dos nuevas expresiones de potencia, muytiles para encontrar la potencia consumida por una carga resistiva.

Es importante comprender las anteriores ecuaciones debido a que se usan muy amenudo en ejercicios de circuitos elctricos.


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6. CIRCUITOS SERIE Y PARALELO

Dependiendo de la forma como estn interconectados los diferentes elementos enun circuito, van a tener caractersticas propias de voltaje, corriente y resistencia

elctrica. En las siguientes secciones describiremos los principales aspectosrelacionados con los circuitos serie, paralelo y mixtos.

6.1 Circuito Serie. Un circuito serie es aquel en el que todos sus componentesestn conectados de forma tal que slo hay un camino para la circulacin de lacorriente elctrica.

En el circuito serie la corriente elctrica ( I ) es la misma en todas las partes delcircuito, es decir, que la corriente que fluye por R1, recorre R2, R3 y R4 y es iguala la corriente elctrica que suministra la fuente de alimentacin.

Con respecto al voltaje ( V ) en un circuito serie, podemos decir que cadaelemento del circuito tiene su propio voltaje. Adems el voltaje suministrado porlos elementos fuente es igual a la suma de los voltajes en los extremos de cadaelemento carga. En una prxima seccin se dar la ecuacin matemtica para elcomportamiento del voltaje en un circuito serie.

Ejemplo: Por el siguiente circuito circula una corriente elctrica de 2 Amperios.Encuentre el voltaje en cada una de las resistencias y la potencia de cadaelemento del circuito.

I


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El circuito anterior est compuesto por una fuente de voltaje y tres resistoresconectados en serie, por lo tanto, la corriente de 2 Amperios circula por cada unode estos elementos.

Para encontrar el voltaje en cada una de las resistencias, empleamos la Ley deOhm: V = R xI

Entonces,V30 = 30 x 2A = 60 V

V10 = 10 x 2A = 20 V

V20 = 20 x 2A = 40 V

De los anteriores resultados se puede concluir que cada resistor tiene su propio

voltaje y adems que el voltaje suministrado por la fuente es igual a la suma de losvoltajes de los elementos carga, es decir, de los resistores.

Para encontrar la potencia elctrica de cada elemento del circuito, podemosemplear cualquiera de las siguientes expresiones:

P = V I P = V2 / R P = I2 R

Entonces,Pfuente = V I = 120V x 2A = 240 W generados

P30 = V I = 60V x 2A = 120 W consumidos

P10 = V2 / R = ( 20V )2 / 10 = 40 W consumidos

P20 = I2 R = ( 2A )2 x 20 = 80 W consumidos

De los anteriores resultados se puede concluir que cada elemento del circuitotiene su propia potencia elctrica, la cual puede ser generada, consumida oalmacenada. Adems que la potencia generada por la fuente es igual a la suma delas potencias consumidas por los resistores.

6.2 Circuito Paralelo. En un circuito paralelo dos o ms componentes estnconectados a los terminales de la misma fuente de voltaje. Podemos definir cadaterminal como un nodo del circuito y decir entonces que en un circuito paralelotodos sus elementos estn conectados al mismo par de nodos.


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Cada camino paralelo es una rama con su propia corriente, en donde la corrientesuministrada por los elementos fuente es igual a la suma de las corrientes quecirculan por cada elemento carga.

El voltaje entre el par de terminales de un circuito paralelo es uno slo y es igual al

voltaje de la fuente de alimentacin.

Ejemplo: Encuentre la corriente que circula por cada uno de los resistores y lapotencia de cada elemento del circuito.

El circuito anterior est compuesto por una fuente de voltaje y dos resistoresconectados en paralelo, por lo tanto, el voltaje de la fuente es igual al de losresistores.

Para encontrar la corriente que circula por cada uno de los resistores, empleamosla Ley de Ohm: I= V / R

Entonces,I1 = 120V / 30 = 4 A

I2 = 120V / 20 = 6 A

De los anteriores resultados se puede concluir que por cada resistor circula unacorriente elctrica independiente.


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Adems, podemos inferir, que la corriente que suministra la fuente ( If ) debe serigual a la suma de las corrientes elctricas que circulan por cada resistor enparalelo.

Para encontrar la potencia elctrica de cada elemento del circuito, podemosemplear cualquiera de las siguientes expresiones:

P = V I P = V2 / R P = I2 R

Entonces,Pfuente = V If= 120V x ( 4A + 6A ) = 1200 W generados

P30 = V I = 120V x 4A = 480 W consumidos

P20 = I2

R = ( 6A )2

x 20 = 720 W consumidosDe los anteriores resultados se puede concluir que cada elemento del circuitotiene su propia potencia elctrica, la cual puede ser generada, consumida oalmacenada. Adems que la potencia generada por la fuente es igual a la suma delas potencias consumidas por los resistores.

6.3 Circuito Mixto. Este circuito es especial, ya que combina caractersticas delos circuitos en serie y de los circuitos en paralelo. Con un poco de prcticapodremos diferenciar que parte del circuito tiene comportamiento serie y cual

comportamiento paralelo.

Ejemplo: En el siguiente circuito mixto identifique cules elementos se encuentranconectados en serie y cules en paralelo.

Los elementos los conectados en serie son: la fuente de alimentacin y el resistorde 1 M. Los elementos conectados en paralelo son: el resistor de 2 M y elresistor de 5,2 M.


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7. LEYES DE KIRCHHOFF

El fsico alemn Gustav Robert Kirchhoff ( 1824-1887 ) fue uno de los pioneros enel anlisis de los circuitos elctricos. A mediados del siglo XIX, propuso dos leyes

que llevan su nombre y que facilitan la comprensin del comportamiento devoltajes y corrientes en circuitos elctricos.

a. Primera Ley de Kirchhoff: Ley de Corrientes.

Esta ley se puede enunciar de la siguiente manera:

La suma de todas las corrientes elctricas que llegan a un nodo, es igual a lasuma de todas las corrientes elctricas que salen de l.

I llegan nodo =

I salen nodo

Por definicin, un nodoes un punto de unin o empalme de un circuito, en dondeconvergen tres o ms conductores.

Esta Ley tambin se puede encontrar como: la suma algebraica de todas lascorrientes elctricas en cualquier nodo de un circuito es igual a cero. De estamanera son de signo positivo las corriente que fluyen hacia un nodo, y negativaslas que salen de l.

En la figura anterior vemos que al nodo A llega una corriente I1 y otra I2 las cualesse unen para formar la corriente I3. Como en el nodo A no se ganan ni se pierdenelectrones, I3 debe ser igual a la suma de I1 ms I2.

En otras palabras, aplicando la 1 Ley de Kirchhoff, podemos decir que lascorrientes que entran a un nodo son iguales a las que salen de el.

De acuerdo con la figura tenemos:

I1 + I2 = I3


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b. Segunda Ley de Kirchhoff: Ley de Voltajes.

Esta ley se puede enunciar de la siguiente manera:

En un circuito cerrado o malla, las cadas de tensin totales son igualesa la tensin total que se aplica en el circuito.

En otras palabras, en un circuito cerrado o malla la suma de los voltajes de loselementos de consumo ( resistores ) es igual a la suma de los voltajes de lasfuentes de alimentacin.

Esta ley confirma el principio de la conservacin de la energa. La energa quetiene una fuente generadora de fuerza electromotriz ( FEM ) se transforma enenerga mecnica o elctrica en cada una de las cargas del circuito elctrico.

En la figura vemos una fuente de voltaje y dos resistores en un circuito elctricoserie. La suma de las cadas de voltaje en los resistores ( v1 y v2 ) debe ser iguala la FEM proporcionada por la batera ( e1 )

Aplicando la 2 Ley de Kirchhoff a la figura, tenemos:

e1 = v1 + v2

Ejemplo: Encuentre la corriente Ix y el voltaje Vx aplicando las leyes de Kirchhoff.


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Para encontrar la corriente Ix, aplicamos la 1 Ley de Kirchhoff:

La suma de todas las corrientes elctricas que llegan a un nodo, es igual a lasuma de todas las corrientes elctricas que salen de l.

I llegan nodo = I salen nodo

Al nodo superior llega la corriente de 6A y sale la corriente Ix y la de 2,5A.

Entonces,6A = Ix + 2,5A

Ix = 6A - 2,5A = 3,5A

Para encontrar el voltaje Vx, aplicamos la 2 Ley de Kirchhoff:

En un circuito cerrado o mallala suma de los voltajes de los elementos deconsumo es igual a la suma de los voltajes de las fuentes de alimentacin

V consumidores = V fuentes

En el circuito cerrado del lado izquierdo tenemos una fuente de alimentacin de18V y dos resistores con sus respectivos voltajes Vxy 12V.

Entonces,

Vx + 12V = 18V

Vx = 18V - 12V = 6V

De este ejercicio podemos concluir que las Leyes de Kirchhoff constituyen unapoderosa herramienta de sencilla aplicacin para el anlisis de circuitos elctricos.

8. SEALES CONTINUAS Y ALTERNAS

Existen dos tipos de seales ntimamente relacionadas con la electricidad y laelectrnica, que debemos aprender a reconocer y diferenciar. Estas son: lasseales continuas y las seales alternas.


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8.1 Seales continuas o directas. Las seales de corriente continua son las queproducen, en un circuito cerrado, una corriente que se mueve en un solo sentido odireccin, es decir, tienen una polaridad definida.

Pueden ser : Seales de corriente continua pura.Seales de corriente continua fluctuante o variable

a. La seal de corriente continua pura es la que no cambia ni de sentido ni demagnitud. Por ejemplo, una corriente elctrica de 3 amperios.

b. La seal de corriente continua fluctuante es la que no cambia de sentido, perosi de magnitud. Algunos ejemplos son:

8.2 Seales alternas. Son las que varan tanto en direccin como en amplitud. Esla seal de los tomacorrientes. Este tipo de seal vara a intervalos peridicos. Laforma de onda que generalmente se usa para la corriente alterna es la sealsenosoidal.


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Como se puede apreciar, una seal de corriente alterna fluye primero en unadireccin y luego en otra, es decir alterna su sentido o direccin.

En nuestro medio se usa ms la corriente alterna que la continua, debido a que

sirve para las mismas aplicaciones pero es ms fcil de producirla, ms barata detransmitirla y tiene aplicaciones para las cuales la corriente continua no sirve.

Algunas de las caractersticas fundamentales de la seal alterna son :

Frecuencia: Es el nmero de ciclos que se producen en un segundo, sedetermina por la letra f y se mide en Hertz ( Hz ). Un Hertz equivale a un ciclo porsegundo.

Entre ms ciclos tenga una seal en un segundo, mayor ser la frecuencia. EnColombia se usa una frecuencia de 60 Hz, como en el resto de Amrica, pero enEuropa se usan desde 25 a 120 ciclos, siendo comn los 50 Hz.

Periodo: Se representa por la letra T y es el tiempo necesario para que un ciclo

se repita. Se mide en segundos y se relaciona con la frecuencia debido a que soninversamente proporcionales.

Fase: Es la relacin angular que existe entre 2 ondas, independiente de lasmagnitudes. Cuando se hace la representacin en el plano cartesiano sedetermina como fase cada uno de los puntos a lo largo de la trayectoriasenosoidal, los cuales se dan en grados.


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Decimos que dos seales estn en fase cuando sus valores mximos y mnimosocurren en el mismo instante, luego las dos ondas comenzarn y terminarn almismo tiempo. Se dice que dos seales estn desfasadas o que tienen unadiferencia de fase cuando sus mximos y mnimos no coinciden, luego las dos

seales no comienzan ni terminan al mismo tiempo.


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CAPTULO 3. ELECTROSTTICA Y ELECTROMAGNETISMO

Dos de los temas ms interesantes, relacionados con la electricidad y laelectrnica, y de los cules han surgido grandes aportes a la ciencia y latecnologa son la electrosttica y el electromagnetismo. Por una parte laelectrosttica se preocupa de la medida de la carga elctrica o la cantidad deelectricidad presente en los cuerpos y en general, de los fenmenos fsicosasociados a las cargas elctricas en reposo; mientras que el electromagnetismose encarga del estudio de los campos magnticos producidos por corrienteselctricas y su efecto en los elementos que se encuentran alrededor.

En el presente captulo, estudiaremos entonces, los aspectos ms importantesrelacionados con la electrosttica y el electromagnetismo, as como loscomponentes elctricos y electrnicos que aplican las diferentes leyes fsicas parael desarrollo de dispositivos de gran utilidad en el campo de la electrnicaaplicada.


Cmo podemos almacenar carga elctrica ?

Qu es un condensador o capacitor ?

Cmo podemos generar un campo magntico ?

Cmo se puede construir un bobina elctrica y para que sirve ?

Qu es un transformador y generalmente donde se pueden emplear ?

1. CONDENSADORES O CAPACITORES

Un condensador es un elemento pasivo que tiene la particularidad de almacenarcarga elctrica.


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Los condensadores estn formados por dos superficies metlicas conductorasllamadas armaduras, las cules se hallan separadas por un medio aislantedenominado dielctrico. Este dielctrico puede ser aire, cermica, papel o mica.

En la figura observamos un condensador cuya armadura A se encuentraconectada al polo positivo de una fuente y cuya armadura B se encuentradesconectada.

Mientras el interruptor S permanezca abierto las placas del condensador sernelctricamente neutras, pues el nmero de protones y de electrones en cada unaes el mismo. Decimos entonces que se encuentra en equilibrio de cargas oelctricamente neutro.

Cuando se cierra el interruptor S, la carga negativa de la placa A es atrada por elterminal positivo de la fuente, mientras que la carga positiva de la placa B esatrada por el terminal negativo de la fuente. Este movimientos de cargas continahasta que el voltaje en las placas del condensador sea igual al de la fuente, eneste momento el condensador est cargado.

Como resultado tenemos que en ambas armaduras aparece una carga cuyo valorabsoluto es el mismo, pero su polaridad opuesta. Esta carga se acumula porinfluencia electrosttica recproca de las dos armaduras.La corriente elctrica que se produce es de poca duracin y depender de lascaractersticas del condensador, o sea de su capacitancia. Una vez cargadas lasarmaduras, la corriente por dicho circuito es nula.

Entonces podemos concluir que un condensador no permite el paso de la corrientecontinua. Sin embargo, la diferencia de potencial entre sus terminales es la mismaque la del generador. Por tanto, el condensador a la vez que acumula cargaalmacena tensin entre sus armaduras. La diferencia de potencial de uncondensador cargado no se pierde aunque se desconecte de la fuente que originla carga.


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En los circuitos electrnicos se suele utilizar bsicamente para eliminar lacomponente continua de una seal elctrica o para almacenar tensin en undeterminado momento ( como batera temporal ) y cederla posteriormente.

De acuerdo a su funcionamiento, los condensadores pueden ser: Fijos

Variables

1.1 Condensadores fijos. Los condensadores fijos son aquellos cuyacapacitancia no se puede alterar. El valor de la capacitancia est determinadodesde el momento mismo de la construccin. Sus diferentes formas se puedenapreciar en la figura.

Es de tener en cuenta que los condensadores de capacitancia fija, tambin vienenen dos versiones.

No polarizados Polarizados

Los no polarizados son aquellos que trabajan con corriente alterna y suelen serllamados condensadores de paso . Los polarizados, conocidos tambin comoelectrolticos, son aquellos que trabajan nicamente con corriente directa y seemplean en circuitos de filtrado, temporizadores, etc. Estos ltimos se reconocenfcilmente porque tienen marcado en su exterior el terminal negativo ( - )

de paso

electroltico


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1.2 Condensadores variables. Son aquellos a los que se le puede variar sucapacidad a voluntad y en cualquier momento, trayendo para el efecto un eje alcual se acopla una perilla. Estos estn compuestos por varias placas y son demucho mayor capacidad que los fijos. Se emplean para sintonizar la frecuencia de

los receptores de radio y de los transmisores. Su dielctrico puede ser el aire o elpoliestireno.

2. CONDENSADORES EN SERIE Y PARALELO

Es posible encontrar redes formadas por varios condensadores y al igual que lasresistencias, pueden estar conectados en serie o en paralelo.

Se debe destacar que la expresin de capacitancia equivalente de condensadores

conectados en serie se parece, como se podr observar, a la de resistencias enparalelo, y la de la capacitancia equivalente de condensadores en paralelo, a la deresistencias en serie.

Montaje en serie :

Cuando los condensadores se encuentran conectados en serie se pueden llevar auno equivalente por medio de la siguiente expresin:

1/CT = 1/C1 + 1/C2 + ... + 1/Cn

Montaje en paralelo :


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En la figura se muestra una red de condensadores conectados en paralelo.

La expresin para llevar esta configuracin a un condensador equivalente es lasiguiente.

CT = C1 + C2 + C3 + ... + Cn

Los condensadores poseen una unidad de medida que los diferencia de los demselementos electrnicos, sta es el Faradio ( F ).

Esta unidad como tal no se presenta en los condensadores ya que tocara fabricarcondensadores demasiado grandes, para ser representados por unidades deFaradios.

Para solucionar lo anterior se procede a fabricar condensadores con unidadesms pequeas que nos permiten obtener condensadores de tamao adecuadocon las propiedades requeridas para el campo de la electrnica.

Las unidades de submltiplos ms utilizadas para condensadores son elmicrofaradio ( F ) y el picofaradio ( pF ).

3. INDUCTANCIAS O BOBINAS

Los inductores son elementos pasivos formados por un arrollamiento de hiloconductor, bobinado normalmente sobre un ncleo de una sustanciaferromagntica. La ferrita y la chapa magntica son buenos ejemplos de losmateriales ms empleados. En algunas aplicaciones el ncleo es de aire, aunqueesta sustancia es mucho menos conductora del campo magntico que loselementos ferromagnticos.

Una inductancia es un dispositivo elctrico que genera un flujo magntico cuandose hace circular por ella una corriente elctrica. Las inductancias acumulanenerga en forma de corriente.


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Si se supone que el transformador opera en condiciones ideales, la transferenciade la energa de un voltaje a otro no va acompaada por perdidas.

El voltaje en las bobinas de un transformador es directamente proporcional al

nmero de vueltas ( o espiras ) de cada una de ellas. Esta relacin se expresa porla frmula :

Vp / Vs = Np / Ns

En la que :

Vp = voltaje en la bobina del primarioVs = voltaje en la bobina del secundarioNp = nmero de vueltas en la bobina del primarioNs = nmero de vueltas en la bobina del primario

El cociente Vp / Vs se llama relacin de voltaje ( RV ), el cociente Np / Ns sedenomina relacin de vueltas ( RN ). Al sustituir estas cantidades en la ecuacinobtenemos la frmula equivalente :

RV = RN

Una relacin de voltaje de 1:4 significa que por cada voltio del primario deltransformador, en el secundario hay 4 voltios. Cuando el voltaje del secundario esmayor que el voltaje del primario, al transformador se le llama elevador.

Una relacin de voltaje de 4:1 significa que por cada 4 V del primario, elsecundario hay slo 1 V . Cuando el voltaje del secundario es menor que elprimario, al transformador se le llama reductor.

En electrnica los transformadores se emplean principalmente para disminuir elvalor de voltaje en las fuentes reguladas.


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UNIDAD 2

FUNDAMENTOS DE LOS

SEMICONDUCTORES

CONTENIDOS

Captulo 1. Introduccin a los Semiconductores

1. Aisladores, Conductores y Semiconductores2. Tipo de Materiales: N y P3. Unin P-N

Captulo 2. Dispositivos Semiconductores

1. El Diodo

2. Otros Tipos de Diodos3. El Transistor4. Circuitos Integrados5. Otros Dispositivos


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CAPTULO 1. INTRODUCCIN A LOS SEMICONDUCTORES

1. AISLADORES, CONDUCTORES Y SEMICONDUCTORES

Dependiendo de la facilidad con que permiten la circulacin de corriente en uncircuito, los materiales se pueden dividir en conductores, aislantes osemiconductores.

1.1 Materiales Conductores. Entre menos electrones existan en la rbita devalencia de un tomo, mejor conductor ser, debido a que se requiere menos

energa para liberar un electrn de valencia que para liberar un nmero mayor.

Los materiales conductores tienen uno o dos electrones de valencia, pero entreestos los mejores conductores son los que tienen un electrn de valencia, como eloro, la plata y el cobre. De estos tres, el ms empleado en circuitos elctricos es elcobre.

1.2 Materiales Aislantes. Son aquellos cuyos tomos tienen 8 electrones de

valencia o ms de cuatro. Entre ms electrones se tengan en la capa de valenciamejor aislante ser el material.

Por otro lado los tomos que tienen menos de 4 electrones de valencia se haceninestables y por ello es ms fcil liberar los electrones de estos tomos que de losque tienen ms de 4 electrones de valencia, que es cuando se hacen msestables. Decimos que un tomo es estable cuando su capa de valencia se


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encuentra saturada de electrones, estos tomos no se combinan debido a quetienen su capa de valencia llena.

Un tomo con 7 electrones de valencia puede aceptar un electrn, pero un tomoque tiene uno o dos electrones de valencia puede cederlos fcilmente.

Entre los materiales ms empleados como aislantes se encuentran: el caucho, losplsticos, el papel, la resina, la cermica y el vidrio.

1.3 Materiales Semiconductores. Existe una clasificacin adicional para algunoselementos cuyo comportamiento no es totalmente el de un conductor, perotampoco el de un aislante. Son aquellos materiales cuyos tomos tienen cuatroelectrones de valencia, como el germanio y el silicio.

A continuacin describiremos algunas de sus principales caractersticas, as comoel comportamiento de estos elementos.

Los materiales semiconductores son aquellos que tienen cuatro electrones devalencia y sus tomos pueden enlazarse entre ellos, compartiendo sus electrones,


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para formar cristales estables. Esto se conoce como enlace covalente y es muycomn en el silicio ( Si ) y en el germanio ( Ge )

Los materiales semiconductores puros se denominan intrnsecos y cuando se les

agregan impurezas se les denomina extrnsecos.

2. SEMICONDUCTORES TIPO N Y TIPO P

A los semiconductores se les puede agregar impurezas para que se haganmejores conductores, esto se logra de la siguiente manera :

Los semiconductores tipo N se construyen con Si o Ge, pero se les adicionantomos de impurezas que tienen 5 electrones de valencia, de tal manera que al

formarse los enlaces covalentes queda sobrando un electrn. De esta formaconseguimos materiales semiconductores con exceso de electrones o carganegativa ( tipo N ). Los tomos que se usan como impurezas son los de arsnico,antimonio y fsforo.

Los materiales tipo P son aquellos que se forman agregando al materialsemiconductor puro impurezas que contienen 3 electrones de valencia, de talmanera que vamos a tener ausencias de electrones o lo que podemos llamarhuecos. Los huecos que quedan en los enlaces covalentes de este tipo dematerial permiten que los electrones vecinos los puedan llenar quedando abiertosnuevos huecos para ser cubiertos por otros electrones y producir de esta forma lacorriente en los semiconductores.

Los elementos que ms frecuentemente se usan para producir el material tipo Pson el indio, boro y galio.


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CAPTULO 2. DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES

1. EL DIODO

El elemento semiconductor ms sencillo y de los ms utilizados en la electrnicaes el diodo. Est constituido por la unin de un material semiconductor tipo N yotro tipo P. Su representacin se muestra en la siguiente figura.

Como se puede ver, el diodo idealmente se comporta como un interruptor, alpolarizarlo directamente acta como un corto ( conductor ) y al polarizarlo deforma inversa acta como un circuito abierto ( aislante ).

Para explicar este comportamiento especial del diodo, debemos recordar que elmaterial tipo N es el que tiene un exceso de electrones libres y el material tipo Pun exceso de huecos, representados por cargas positivas.

Cuando se unen estos dos materiales los electrones libres del material N tratan demezclarse con los huecos del material P, lo cual generan pares electron-hueco enla superficie de contacto de la unin. Debido a esto aparece una franja muyestrecha conocida como barrera de potencialque debe ser superada para que eldiodo entre en conduccin. La barrera de potencial es de 0.6 voltiosaprximadamente para los diodos de silicio y de aprximadamente 0.3 voltios paralos diodos de germanio.


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Cuando el diodo se polariza en forma directa, es decir con el potencial positivohacia el nodo y el potencial negativo hacia el ctodo, con un voltaje mayor al debarrera, dicha barrera se rompe y el diodo empieza a conducir. Pero cuando se lepolariza inversamente, se refuerza la barrera de potencial haciendo que el diodo

no conduzca comportandose como un circuito abierto.Debido a que los diodos conducen la corriente elctrica en un slo sentido, denodo a ctodo, se suelen utilizar como rectificadores de seales.

Existen bsicamente tres tipos de rectificadores a base de diodossemiconductores :

Rectificadores de media onda.

Rectificadores de onda completa

Rectificador de onda completa con puente de Graetz

1.1 Rectificador de media onda. Este sistema de rectificacin permitetransformar una seal alterna ( compuesta por dos semiciclos, uno positivo y otronegativo ) en una seal con un slo semiciclo.

El la siguiente figura se presenta la seal de entrada, el circuito rectificador demedia onda y la seal resultante.

Cuando el semiciclo positivo de la seal de entrada est presente en el diodo, este

se polariza directamente y acta como un circuito cerrado o corto, lo cual permiteque el semiciclo positivo de la entrada pase a la resistencia de carga y Vo ser laparte positiva de la seal.

Cuando la parte negativa de la seal de entrada est presente, el diodo actacomo un circuito abierto debido a que queda polarizado inversamente, esto implica


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que no pasar corriente a la carga y tampoco habr voltaje sobre ella, luego lasalida Vo ser cero en este momento.

1.2 Rectificador de onda completa. El sistema de rectificacin de ondacompleta utiliza dos diodos, un transformador con TAP central y dos salidas devoltaje. De esta manera podemos tener dos alimentaciones independientes yconseguir un efecto mejorado en el proceso.

El circuito que se usa como rectificador de onda completa es el siguiente:

La diferencia con este montaje radica en el aprovechamiento de dos tensiones deentrada Vi1 y Vi2 que son de igual amplitud pero desfasadas 180. Ahoraconsideremos el semiciclo positivo de la seal Vi1, negativo en Vi2, en elsecundario del transformador. Durante este semiciclo el D1 queda polarizadodirectamente y el D2 de forma inversa. Esto se refleja en una corriente de carga yuna seal de voltaje VRL como la de la entrada al diodo D1. Sobre el D2

tendremos un comportamiento de circuito abierto.

A continuacin se muestra el circuito equivalente en dicho semiciclo.

Cuando llega el semiciclo negativo al D1, positivo en el D2, este queda polarizadoen forma inversa pero el D2 se polariza directamente, ocasionando nuevamenteuna corriente de carga y un voltaje VRL como la seal de entrada a D2.


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A continuacin se muestra el circuito equivalente para este semiciclo.

Podemos concluir que el D1 rectifica la parte positiva de la seal y el D2 la partenegativa. La seal definitiva sobre la carga ser la suma de las dos seales.

1.3 Rectificador de onda completa con puente de Greatz. La ventaja de este

montaje es que no requiere de transformador con TAP central pero requiere decuatro diodos que se pueden montar por separado o encapsulados en un solopuente rectificador. El circuito a implementar y la seal de salida son lassiguientes:

Es importante observar con gran cuidado las rutas de conduccin y no-conduccindurante cada semiciclo de la seal de entrada.

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Durante el semiciclo positivo de la seal de entrada tenemos que los diodos D1 yD3 quedan polarizados en forma directa entrando en conduccin y los diodos D2 yD4 quedan polarizados inversamente ocasionando que el Vm quede sobre laresistencia de carga.

Durante el semiciclo negativo los diodos D2 y D4 quedarn polarizadosdirectamente, mientras que los diodos D1 y D3 estarn en forma inversa, pero detodas maneras el voltaje sobre la carga ser Vm.

Este es el tipo de rectificacin ms utilizado en fuentes de alimentacin de voltajecontinuo.

2. OTROS TIPOS DE DIODOS

Los diodos rectificadores y los diodos de seales pequeas son ideales para elproceso de rectificacin, aunque no es la nica funcin que puede hacer un diodo.A continuacin se estudiarn diodos para otras aplicaciones.

2.1 Diodo Emisor de Luz ( LED ). En un diodo polarizado directamente, loselectrones libres cruzan la unin y se combinan con los huecos. Como estoselectrones pasan de un nivel alto de energa a uno bajo, irradian o emiten energa.En los diodos comunes y corrientes esta energa se disipa en forma de calor. Peroen los diodos emisores de luz ( LED ), esta energa se irradia en forma de luz.

Los LEDs reemplazan a las lmparas incandescentes en muchas aplicaciones por

sus bajos voltajes, su vida ms prolongada y su rpida conmutacin de encendidoy apagado.

Los diodos normales estn hechos de silicio o germanio, los cuales impiden elpaso de la luz. Los LEDs utilizan elementos como el galio, arsnico y fsforo, paraque puedan irradiar luz roja, verde, amarilla, azul, naranja, o infrarroja (invisible).


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Los LEDs que pueden producir radiacin visible son muy tiles en instrumentos,calculadoras, etc. Los LED infrarrojos, tienen aplicacin en los sistemas de alarmacontra robo y otras reas que requieren este tipo de radiaciones.

A continuacin se presenta el smbolo esquemtico del diodo LED:

2.2 El Diodo Zner. Todo diodo que se ha polarizado en forma inversa tiene unaregin de voltaje zner que una vez superada hace que el diodo entre enconduccin. En los diodos comunes el voltaje zner ( Vz ) es muy alto y por estarazn no entran en conduccin fcilmente. El diodo zner est construido de talmanera que el voltaje en inverso sea de valores relativamente pequeos parapoderlo utilizar.

Se muestra a continuacin una grfica de voltaje contra corriente en un diodozner:

La caracterstica ms importante que se puede ver en la grfica anterior es queuna vez alcanzado el voltaje zner, este se mantiene muy constante a pesar quela corriente siga aumentando, es decir, que puede funcionar como un sistema deregulacin o fijacin de voltaje


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Es notable que en la grfica anterior la resistencia cambia de valor y se esperaraque la cada de voltaje sobre ella tambin cambiara. El zner logra manteneraproximadamente constante el voltaje en sus extremos. Es importante mencionarque el zner necesita una corriente mnima para entrar en avalancha y producir elvoltaje zner.

2.3 El Fotodiodo. Cuando incide energa luminosa en una unin P-N tambin sedesalojan electrones de valencia, es decir, la cantidad de luz que llega a la uninpuede controlar la corriente inversa de un diodo. Un fotodiodo es aquel que hasido optimizado para mayor sensibilidad a la luz. En este diodo, una ventanillapermite el paso de la luz hasta la unin y dicha luz produce electrones libres yhuecos. Cuanto mayor sea la cantidad de luz, mayor ser el nmero de portadoresminoritarios y mayor ser la corriente inversa.

A continuacin se muestra el smbolo esquemtico del fotodiodo. Las flechashacia adentro representan la luz incidente.

El Fotodiodo es un ejemplo de un fotodetector, es decir, aquel dispositivooptoelectrnico que puede convertir la luz incidente en una magnitud elctrica.

Un optoacoplador combina en un slo dispositivo un LED y un fotodetector. Laprincipal ventaja de este optoacoplador es el aislamiento elctrico entre loscircuitos de entrada y salida. Con un optoacoplador el nico contacto entre laentrada y la salida es un rayo de luz. Debido a esto, es posible obtener una


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resistencia de aislamiento entre los dos circuitos de varios miles de megaohmios,muy til en el manejo de grandes voltajes.

Existen muchos ms tipos de diodos, que se dejan como consulta adicional por

parte del estudiante.

3. EL TRANSISTOR

Antes de 1950 todo equipo electrnico utilizaba vlvulas al vaco para sufuncionamiento. El calefactor de una vlvula normalmente consuma un par devatios, por lo que el equipo requera una fuente de alimentacin voluminosa quegeneraba una cantidad considerable de calor, lo cual preocupaba de sobremaneraa los diseadores. El resultado de todo esto era un equipo anticuado y pesado que

en aquellos tiempos estaba ampliamente en uso.En 1951 Shockley invent el primer transistor de unin, que fue todo unacontecimiento porque signific un gran cambio. Todo el mundo se entusiasm yse predijeron grandes cosas. El tiempo ha demostrado que esas prediccionesquedaron cortas, en comparacin con el desarrollo alcanzado por el transistor.

El impacto del transistor en la electrnica ha sido enorme, pues adems de iniciarla industria multimillonaria de los semiconductores, ha sido el precursor de otrosinventos como son los circuitos integrados, los dispositivos optoelectrnicos y losmicroprocesadores. Actualmente, podemos decir que todo equipo electrnicoutiliza dispositivos semiconductores.

Los cambios han sido ms notables en la industria de las computadoras. Eltransistor no se hizo para mejorar esta industria, l la creo. Antes de 1950, unacomputadora ocupaba todo un saln y costaba millones de dlares; hoy, unacomputadora de las ms perfeccionadas puede colocarse sobre un escritorio ycuestan unos cuantos miles de dlares.


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El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas, dos de material P yuna de material N o dos de material N y una de material P. Para cualquiera de loscasos el transistor tiene tres pines denominados emisor, base y colector.

Este dispositivo se puede emplear para muchas aplicaciones, pero se destacanlas siguientes:

Como amplificador.

Como conmutador.

En sistemas digitales.

Como adaptador de impedancias

Existen dos tipos de transistores bipolares, los PNP y los NPN. Su nombre

proviene de acuerdo al tipo de materiales que los componen.

En la figura se muestran las dos posibilidades para un transistor bipolar. Eltransistor PNP es el complemento del transistor NPN. Su comportamiento es muysimilar y lo explicaremos en un transistor NPN.

En principio, el emisor se encarga de emitir electrones, el colector los recolecta yla base es la unin de las otras dos capas y el terminal por donde entra la sealque se quiere amplificar.

Todo transistor requiere de una correcta polarizacin de corriente continua y asestablecer una regin de operacin adecuada para la amplificacin de seales. Loanterior requiere de algunos voltajes con la siguiente polaridad:


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Analicemos este circuito como si se tratara de dos diodos que forman untransistor. Al polarizar directamente al diodo emisor-base y en forma inversa aldiodo base-colector, se obtiene un resultado inesperado. En la figura se esperauna corriente grande de emisor, porque el diodo emisor-base est polarizado

directamente. Pero no se espera una corriente grande del colector porque el diodobase-colector est polarizado inversamente. Sin embargo, la corriente del colectores tan grande como la corriente del emisor ( Ic Ie )

He aqu una breve explicacin del porqu existe una corriente alta circulando porel colector. En el momento en que se aplica la polarizacin directa al diodo emisor-base, los electrones del emisor no han entrado an en la regin de la base. Slohasta que el VEB sea mayor que el potencial de barrera, puede decirse queelectrones han pasado del emisor a la base.

Una vez los electrones se encuentran en la base, delgada y poco contaminada, se

les concede un tiempo suficiente para que alcancen la capa de agotamiento delcolector. El campo de la capa de agotamiento empuja a stos en una corrienteconstante de electrones hacia la regin del colector. Estos abandonan el colector yentran en los contactos externos de ste y fluyen atrados hacia el terminalpositivo de la fuente de voltaje.

En la mayor parte de los transistores, ms del 95% de los electrones inyectadosen por emisor circulan hacia el colector, es decir que menos del 5% caen en loshuecos de la base y fluyen hacia fuera por los contactos externos de la base.

Ahora, no podemos pensar en conectar dos diodos discretos nodo con nodo,

con el fin de obtener un transistor. Cada diodo tiene dos regiones contaminadas,por lo que el circuito completo tendr cuatro regiones contaminadas. Esto nofuncionara ya que la regin de la base no es la misma que en un transistor. Laclave para el funcionamiento de un transistor es la base ligeramente contaminadaentre el emisor contaminado intensamente y la contaminacin intermedia delcolector.


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4. LOS CIRCUITOS INTEGRADOS

Los circuitos integrados contienen muchos componentes ( resistencias,condensadores, diodos, transistores, etc ) colocados dentro de un paquete muypequeo llamado chip.

Cada clase de circuito integrado efecta una funcin distinta de acuerdo a loscomponentes que posee y a la forma como estn interconectados con otroscomponentes.

Dentro de las principales aplicaciones se encuentran C. I. para: amplificacin,audio, video, compuertas lgicas, operaciones aritmticas y boolenas,operacionales, memorias, microprocesadores, etc.


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UNIDAD 3

FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA DIGITAL

CONTENIDOS

Captulo 1. Introduccin a la Electrnica Digital

1. Conceptos Introductorios2. Compuertas Lgicas3. Implementacin de Funciones Lgicas4. Teoremas Booleanos

Captulo 2. Circuitos Combinacionales

1. Circuitos Aritmticos

2. Comparadores de Magnitud3. Codificadores y Decodificadores4. Multiplexores y Demultiplexores

Captulo 3. Circuitos Secuenciales

1. Biestables y Flip Flops2. Contadores3. Registros


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CAPTULO 1. INTRODUCCIN A LA ELECTRNICA DIGITAL [ 7 ]

Cuando la mayora de nosotros escucha el trmino digital inmediatamentepensamos en un reproductor MP3, en un sistema compacto de audio y video o enun computador de ltima tecnologa. Lo anterior probablemente puede atribuirse ala forma tan impresionante en que hoy en da las personas tienen acceso a todosestos dispositivos electrnicos.

Los circuitos digitales se han apoderado del mercado y se emplean actualmenteen productos electrnicos tales como videojuegos, electrodomsticos y sistemasavanzados de control y comunicacin, as como en equipos de laboratorio como

medidores, generadores y osciloscopios. Adems, las tcnicas digitales hanreemplazado casi en su totalidad a muchos de los circuitos analgicos utilizadosen productos de consumo como radios, televisores y equipos para grabacin yreproduccin de alta fidelidad.

Por todo lo anterior consideramos de suma importancia conocer los principalesaspectos relacionados con la electrnica digital y los sistemas que se puedenconstruir con los circuitos digitales.

1. CONCEPTOS INTRODUCTORIOS

1.1 Sistemas digitales y analgicos

Fuente: http://icd.el.utwente.nl


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Antes de trabajar sobre algn tema de electrnica digital, vamos a definir lo que esun sistema digital y a diferenciarlo de un sistema analgico.

Un sistema digital es una combinacin de dispositivos diseado para manipular

cantidades fsicas o informacin que estn representadas en forma digital; esdecir, que solo puedan tomar valores discretos. Estas seales discretas o digitalesse encuentran en todos los sistemas digitales, como en las computadoras ycalculadoras, equipos de audio y video y numerosos dispositivos electrnicos.

Un sistema analgico, por el contrario, contiene dispositivos que manipulancantidades fsicas representadas en forma analgica. En un sistema de este tipo,las cantidades varan sobre un intervalo continuo de valores. Por ejemplo, en unreceptor de radio la amplitud de la seal de salida en un parlante puede tenercualquier valor entre cero y su lmite mximo. Otros sistemas analgicos comunesson amplificadores de audio, equipos de cinta magntica para grabacin y

reproduccin, y el velocmetro de algunos automviles.

Fuente: http://www.geocities.com/txmetsb/intro-com-digital.html

1.2 Ventajas y limitaciones de las tcnicas digitales

Un nmero cada vez mayor de aplicaciones en electrnica, as como en muchasotras tecnologas, emplea tcnicas digitales para realizar operaciones que algunavez fueron hechas por medio de mtodos analgicos. Las principales razones delcambio hacia la tecnologa digital se apoya en el auge de circuitos integrados y lamicroelectrnica que brindaron el soporte necesario para mejorar el diseo ytcnicas de fabricacin, desempeo y manejo de informacin con mayor precisiny exactitud en comparacin con los sistemas analgicos existentes.

Fuente: http//www_bbc_co_uk-schools-gcsebitesize-design.com

Seal Digital Seal Analgica


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En la siguiente figura se aprecia un circuito impreso y el conjunto de componenteselectrnicos necesarios para su montaje; estos dispositivos tienen caractersticasde bajo consumo, dimensin y funcionalidad que los hacen ms verstiles que losdispositivos de tipo analgico.

Fuente: http//www_iee_et_tu-dresden.com

En la siguiente Tabla se describen las principales ventajas de los sistemasdigitales con respecto a los sistemas analgicos.

Caracterstica Ventaja

Diseo

Los sistemas digitales generalmente son ms fciles de disear,debido a que los circuitos empleados son circuitos de conmutacin,que operan con niveles de tensin ( Alto o Bajo ) y no necesitanvalores exactos de corriente y voltaje como en los circuitos analgicos.

Informacin

La facilidad para almacenar la informacin se logra a travs decircuitos de conmutacin especiales que pueden capturar informaciny retenerla el tiempo que sea necesario.

Exactitud y Precisin

Los sistemas digitales pueden manejar el nmero de dgitos deprecisin que se necesiten, simplemente aadiendo ms circuitos deconmutacin teniendo una mayor exactitud y precisin que lossistemas analgicos, cuya precisin generalmente est limitada a treso cuatro dgitos ya que los valores de los voltajes y corrientesdependen en forma directa de los componentes del circuito.

Programacin

Es bastante sencillo disear sistemas digitales cuya operacin estacontrolada por medio de un grupo de instrucciones archivadasdenominado programa. Aunque tambin es posible programarsistemas analgicos, la variedad y complejidad de las operacionesdisponibles est severamente limitada.


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Inmunidad al ruido

Los circuitos digitales se afectan menos por el ruido ya que lasfluctuaciones en el voltaje no deseado (ruido) no son tan crticasporque en ellos no es relevante el valor exacto de voltaje, siempre ycuando el ruido no sea suficientemente fuerte como para impedir lad

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MODULO FISICA ELECTRONICA (1)