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ÍNDICE 1 INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE POTENCIA.........................................................4 1.1 INTRODUCCION………………………………………………………………………………………………..............4 1.2 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE POTENCIA.......................................................... 7 1.3 BREVE DESCRIPCION DE LOS CONVERTIDORES ELECTRONICOS DE POTENCIA................9 1.4 CAMPOS DE APLICACIÓN………………………………………………………………………………..............10 1.5 COMPONENTES DE BASE EN LA ELECTRONICA DE POTENCIA......................................13 2 CONCEPTOS BASICOS Y COMPONENTES PASIVOS....................................................14 2.1 CONCEPTOS BASICOS……………………………………………………………………………………..............14 2.2 LEY DE OHM……………………………………………………………………………………………………............15 2.3 LEYES DE KIRCHHOFF......................................................... ......................................15 2.4 LAS FUENTES DE ALIMENTACION...................................................... ........................16 2.5 LAS RESISTENCIAS...................................................... .............................................17 2.6 LOS CAPACITORES....................................................... ............................................35 2.7 LAS BOBINAS........................................................... ................................................52 Electrónica de Potencia Ing. Alejandro Liñan Tovar Página 1

Manual de Electrónica de Potencia

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Manual práctico de procedimientos en electronica

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1INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE POTENCIA.........................................................41.1INTRODUCCION..............41.2CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE POTENCIA..........................................................71.3BREVE DESCRIPCION DE LOS CONVERTIDORES ELECTRONICOS DE POTENCIA................91.4CAMPOS DE APLICACIN..............101.5 COMPONENTES DE BASE EN LA ELECTRONICA DE POTENCIA......................................13

2CONCEPTOS BASICOS Y COMPONENTES PASIVOS....................................................142.1CONCEPTOS BASICOS..............142.2LEY DE OHM............152.3LEYES DE KIRCHHOFF...............................................................................................152.4LAS FUENTES DE ALIMENTACION..............................................................................162.5 LAS RESISTENCIAS...................................................................................................172.6 LOS CAPACITORES...................................................................................................352.7 LAS BOBINAS...........................................................................................................52

3EL TRANSISTOR.......................................................................................................623.1INTRODUCCION.......................................................................................................623.2EL TRANSISTOR BJT..................................................................................................633.3ANALOGIA DEL TRANSISTOR BJT..............................................................................633.4 FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR BJT..................................................................643.5 ZONAS DE FUNCIONAMIENTO..................................................................................653.6 SIMBOLO DEL BJT....................................................................................................663.7 CONFIGURACIONES DEL BJT.............................................................................. ......663.8 CONEXIN DARLINGTON.........................................................................................683.9 EL TRANSISTOR FET.................................................................................................693.10 EL TRANSISTOR JFET................................................................................................693.11 SIMBOLO DEL JFET............................................................................................. .....713.12 EL TRANSISTOR MOSFET.................................................................................... ......713.13 SIMBOLO DEL MOSFET.............................................................................................743.14 ENCAPSULADOS MS COMUNES..............................................................................743.15 FALLAS EN TRANSISTORES........................................................................................763.16 CONSIDERACIONES PARA EL MANEJO DE TRANSISTORES...........................................763.17 COMO IDENTIFICAR TRANSISTORES..........................................................................78PRACTICA 1 IDENTIFICACION DE TERMINALES DEL BJT...............................................79 PRACTICA 2 PRUEBA DEL TRANSISTOR BJT................................................................80 PRACTICA 3 EL TRANSISTOR EN CONMUTACION.......................................................82

4EL TIRISTOR............................................................................................................854.1INTRODUCCION......................................................................................................854.2VENTAJAS DE LOS TIRISTORES..................................................................................854.3TIPOS DE TIRISTORES................................................................................................864.4EL RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO..............................................................864.5ANALOGIA DEL SCR..................................................................................................874.6 FUNCIONAMIENTO DEL SCR.....................................................................................874.7 SIMBOLO DEL SCR...................................................................................................894.8 CURVAS CARACTERISTICAS......................................................................................894.9 ZONAS DE FUNCIONAMIENTO..................................................................................914.10 FUNCIONAMIENTO DEL SCR EN C.A..........................................................................924.11 FUNCIONAMIENTO DEL SCR EN C.D.........................................................................984.12 IDENTIFICACION Y ESPECIFICACIONES ELECTRICAS..................................................1004.13 RESUMEN.............................................................................................................1004.14 APLICACIONES DEL SCR.........................................................................................100 PRACTICA 1.- IDENTIFICACION DE TERMINALES DEL SCR.........................................103 PRACTICA 2.- CIRCUITO BASICO CON SCR EN C.A....................................................104 PRACTICA 3.- CIRCUITO BASICO CON SCR EN C.D....................................................105 PRACTICA 4.- CONTROL DE VELOCIDAD PARA MOTOR DE C.D.................................106

5EL TRIAC................................................................................................................1075.1EL TRIAC.................................................................................................................1075.2ANALOGIA DEL TRIAC.............................................................................................1085.3SIMBOLO DEL TRIAC..............................................................................................1085.4 FUNCIONAMIENTO................................................................................................1095.5 CURVAS CARACTERISTICAS.....................................................................................1095.6 DE QUE ESTA HECHO..............................................................................................1115.7 PRINCIPALES COMPONENTES DE DISPARO..............................................................1125.8 ESPECIFICACIONES ELECTRICAS E IDENTIFICACION..................................................1125.9 METODOS DE MONTAJE PARA EL TRIAC..................................................................1135.10 APLICACIONES DEL TRIAC.......................................................................................1135.11 CALCULO DE UNA CARGA RESISTIVA SEGN EL TRIAC SELECCIONADO......................1135.12 RESUMEN..............................................................................................................115PRACTICA 1.- PRUEBA DE LOS TRIAC.......................................................................116

6EL DIAC...................................................................................................................1176.1EL DIAC...................................................................................................................1176.2APLICACIN...........................................................................................................1176.3CURVA CARACTERISTICA........................................................................................1196.4 FUNCIONAMIENTO...............................................................................................1.206.5 FABRICACION........................................................................................................1206.6 APLICACIN DE LOS TIRISTORES.............................................................................120 PRACTICA 1.- CIRCUITO DE CONTROL DE POTENCIA DE C.A......................................121

7EL OPTOACOPLADOR................................................................................................1227.1INTRODUCCION.........................................................................................................1227.2UTILIZACION DE OPTOACOPLADORES.......................................................................1237.3DIAGRAMA DE BLOQUES PARA INTERCONEXION DE UN SISTEMA DIGITAL Y UN SISTE MA DE POTENCIA..................................................................................................1247.4 MONTAJE ESTANDAR BASICO.................................................................................1257.5 MONTAJE SI LA LOGICA DIGITAL ES NEGATIVA........................................................1257.6 MONTAJE PARA ASEGURAR DISPARO Y PERMITIR MONITOREO ADICIONAL DE LA SALIDA.................................................................................................................1257.7 TIPOS DE OPTOACOPLADORES...............................................................................126 PRACTICA 1.- CIRCUITO PARA LUZ INTERMITENTE DE 120VCA.................................130

8CONVERTIDORES ELECTRONICOS.............................................................................1318.1CONVERTIDORES CA-CD............................................................................................1318.2CONVERTIDORES CA-CA...............................................................................................1338.3CONVERTIDORES CD-CD........................................................................................1358.4 CONVERTIDORES CD-CA........................................................................................1398.5 APLICACIONES DE LA CONVERSION CD-CD, LAS FUENTES CONMUTADAS..................141

TEMA 1INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE POTENCIA

1.1 INTRODUCCION.

Cada vez son ms los dispositivos y sistemas que en una o varias de sus etapas son accionados por energa elctrica. Los accionamientos consisten, en general, en procesos que transforman la energa elctrica en otro tipo de energa, o en el mismo tipo, pero con diferentes caractersticas. Los encargados de realizar dichos procesos son los Sistemas de Potencia.

Las aplicaciones de la electrnica estuvieron limitadas durante mucho tiempo a las tcnicas de alta frecuencia (emisores, receptores, etc.). En la evolucin de la electrnica industrial, las posibilidades estaban limitadas por la falta de fiabilidad de los elementos electrnicos entonces disponibles (tubos amplificadores, tiratrones, resistencias, condensadores). Esta fiabilidad era insuficiente para responder a las altas exigencias que se requeran en las nuevas aplicaciones del campo industrial.

Gracias al descubrimiento de los dispositivos semiconductores (transistores, tiristores, etc.) en la dcada de los 60, que respondan a las exigencias industriales (alta fiabilidad, dimensiones reducidas, insensibilidad a las vibraciones mecnicas, etc.), la electrnica industrial hizo progresos increbles, permitiendo la realizacin de procesos cada vez ms complejos, destinados a la automatizacin de procesos industriales.

En general, cualquier conversin de energa elctrica se puede realizar por procedimientos electromecnicos o por procedimientos electrnicos. Los convertidores electrnicos disponen de las siguientes ventajas frente a los electromecnicos:

1. Mayor flexibilidad y ms posibilidades de control.2. Mayor estabilidad y mayor rapidez de respuesta, gracias a las caractersticas elctricas.3. Menor mantenimiento al no disponer de partes mecnicas.4. Mayor vida media y mayor fiabilidad.5. No produccin del arco elctrico.

Como inconvenientes se pueden destacar:

- Menor robustez elctrica, al disponer de menor capacidad para soportar sobretensiones y sobrecorrientes.- Mayor coste para algunas de sus aplicaciones.

La mayor flexibilidad y controlabilidad de los dispositivos electrnicos, hace que se apliquen para resolver procesos cada vez ms complejos. Un equipo electrnico de potencia consta fundamentalmente de dos partes, tal como se simboliza en la siguiente figura:

Figura 1.1 Diagrama de bloques de un sistema de potencia

1. Un circuito de Potencia, compuesto de semiconductores de potencia y elementos pasivos, que liga la fuente primaria de alimentacin con la carga.2. Un circuito de Control, que elabora la informacin proporcionada por el circuito de potencia y genera unas seales de excitacin que determinan la conduccin de los semiconductores controlados con una fase y secuencia conveniente.En la Electrnica de Seal se vara la cada de tensin que un componente activo crea en un circuito habitualmente alimentado en continua. Esta variacin permite, a partir de una informacin de entrada, obtener otra de salida modificada o amplificada. Lo que interesa es la relacin entre las seales de entrada y salida, examinando posteriormente la potencia suministrada por la fuente auxiliar que requiere para su funcionamiento. La funcin de base es la amplificacin y la principal caracterstica es la ganancia.

Figura 1.2 Caracterstica fundamental de un Sistema electrnico de Seal y de Potencia.En la Electrnica de Potencia, el concepto principal es el rendimiento. El elemento de base no puede trabajar en rgimen de amplificacin pues las prdidas seran elevadas, es necesario trabajar en rgimen de conmutacin, siendo el componente de base el semiconductor quien trabaja como interruptor. Este componente trabajando en conmutacin deber cumplir las siguientes caractersticas:- Tener dos estados claramente definidos, uno de alta impedancia (bloqueo) y otro de baja impedancia (conduccin).- Poder controlar el paso de un estado a otro con facilidad y con pequea potencia de control.- Ser capaz de soportar altas tensiones cuando est bloqueado y grandes intensidades, con pequeas cadas de tensin entre sus extremos, cuando est en conduccin.- Rapidez de funcionamiento para pasar de un estado a otro.As se puede definir la Electrnica de Potencia de la siguiente manera:Electrnica de Potencia es la parte de la Electrnica encargada delestudio de dispositivos, circuitos, sistemas y procedimientos para elprocesamiento, control y conversin de la energa elctrica.Por tanto la Electrnica de Potencia se ha introducido de lleno en la industria en aplicaciones tales como las fuentes de alimentacin, cargadores de bateras, control de temperatura, variadores de velocidad de motores, etc. Es la Electrnica Industrial quien estudia la adaptacin de sistemas electrnicos de potencia a procesos industriales. Siendo un sistema electrnico de potencia aquel circuito electrnico que se encarga de controlar un proceso industrial, donde interviene un transvase y procesamiento de energa elctrica entre la entrada y la carga, estando formado por varios convertidores, transductores y sistemas de control, los cuales siguen hoy en da evolucionando y creciendo constantemente.El campo de la Electrnica de Potencia puede dividirse en grandes disciplinas o bloques temticos:

Figura 1.3 Campo de la electrnica de potenciaEn el presente modulo trataremos el estudio de los componentes electrnicos de potencia y los convertidores de potencia.

1.2 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE POTENCIALos sistemas electrnicos de potencia consisten en uno o ms convertidores de potencia, que gobiernan la transferencia de energa. El convertidor es el mdulo bsico en un sistema de potencia. En general, un convertidor controla y moldea la magnitud elctrica de entrada Vi, frecuencia fi y nmero de fases mi, en una magnitud elctrica de salida Vo, frecuencia fo y nmero de fases mo. La potencia puede fluir de forma reversible, intercambindose los papeles entre la entrada y la salida.Es un hecho que la Electrnica de Potencia es una disciplina emergente dentro de la Electrnica. Su utilizacin se extiende de forma amplia en sectores tales como el residencial, la industria, sector aerospacial o militar. Recientemente el papel de la electrnica de potencia ha venido ganando con un especial significado en relacin a la conservacin de la energa y el control del medio ambiente. La realidad es que la demanda de energa elctrica crece con relacin directa a la mejora de la calidad de vida.De manera general se puede abordar el estudio de los distintos convertidores en funcin de los cuatro tipos de conversin posibles:1. Conversin Alterna-Directa.2. Conversin Alterna-Alterna.3. Conversin Directa-Alterna.4. Conversin Directa-Directa.

Figura 1.4 Clasificacin y ejemplo de los convertidores estticos de energa elctrica.

Existen muchos tipos de clasificaciones, las cuales incluyen como caractersticas determinantes:- El tipo de semiconductor utilizado.- El modo de conmutacin- El tipo de aplicacin.Ahora, atendiendo al tipo de conmutacin se obtiene la siguiente clasificacin de convertidores de potencia:Conmutacin natural: Cuando la fuente de tensin primaria, presente a uno de los lados del convertidor, facilita el paso a corte de los semiconductores. Adems dichos semiconductores pasan a conduccin en fase con la frecuencia de la tensin de entrada. (Rectificadores, Reguladores de corriente alterna y Cicloconvertidores.Conmutacin forzada: Cuando los conmutadores controlables son llevados a corte y a conduccin a frecuencias mayores que la frecuencia de la red. (Troceadores, Inversores y Onduladores autnomos).

1.3 BREVE DESCRIPCION DE LOS CONVERTIDORES ELECTRONICOS DE POTENCIAUn convertidor electrnico de potencia es un circuito que transforma la energa elctrica entrante a otra forma distinta de energa elctrica a su salida, por ejemplo una seal alterna convertirla a una seal directa o viceversa, una seal alterna convertirla a otra seal alterna con diferentes parmetros o una seal directa convertirla a otra seal directa tambin con diferentes parmetros.Debido a las anteriores caractersticas estos convertidores se clasifican de la siguiente manera:CA/CD: convierten un voltaje de entrada alterno en uno directo y a su vez se subclasifican segn la topologa usada:a) Rectificador de onda.b) Rectificador de onda completa.Sus principales aplicaciones son fuentes de alimentacin de la mayora de aparatos electrnicos que funcionan nicamente con corriente directa como lo es una computadora, reproductores de audio, radios, televisores.

CA/CA: convierten el voltaje alterno de entrada a un voltaje alterno con diferentes parmetros como pueden ser valor eficaz y frecuencia donde sus principales usos son el control de iluminacin de lmparas y regular la velocidad de motores de CA principalmente. Por ejemplo:a) Convertidor controlado por ngulo de fase.b) Cicloconvertidor.

CD/CD: convierten la energa elctrica de una batera o una celda solar a otros niveles de voltaje directo listo para ser utilizado como una fuente de alimentacin de diversos aparatos que funcionan nicamente con voltaje directo. Por ejemplo:a) Reductor de voltaje (Buck).b) Elevador de voltaje (Boost).c) Reductor-elevador de voltaje (Buck-Boost).d) Cuk.

CD/CA: tambin llamados inversores ya que hacen la funcin inversa de los rectificadores ya que el voltaje de entrada es una fuente de voltaje directa y a su salida se obtiene una seal alterna. Por ejemplo:a) Medio puente.b) Puente H.Sus principales usos son mantener corriente elctrica alterna de respaldo a partir de una batera como en el caso de los No break o alimentar aparatos que solo admiten voltaje alterno a partir de una batera. Estos inversores se utilizan muy a menudo en las tomas de corriente que se encuentran en coches y autobuses.Todos estos convertidores se describirn con ms detalle mas adelante.

1.4 CAMPOS DE APLICACIONEn general los sistemas de potencia se utilizan para accionar cualquier dispositivo que necesite una entrada de energa elctrica distinta a la que suministra la fuente de alimentacin primaria. Veamos a continuacin algunas de las aplicaciones industriales de cada uno de los convertidores:Rectificadores:- Alimentacin de todo tipo de sistemas electrnicos, donde se necesite energa elctrica en forma de corriente continua.- Control de motores de continua utilizados en procesos industriales: Mquinas herramienta, carretillas elevadoras y transportadoras, trenes de laminacin y papeleras.- Transporte de energa elctrica en c.c. y alta tensin.- Procesos electroqumicos.- Cargadores de bateras.Reguladores de alterna:- Calentamiento por induccin.- Control de iluminacin.- Equipos para procesos de electrodeposicin.Cambiadores de frecuencia:- Enlace entre dos sistemas energticos de corriente alterna no sincronizados.- Alimentacin de aeronaves.Inversores:- Accionadores de motores de corriente alterna en todo tipo de aplicaciones industriales.- Convertidores corriente continua en alterna para fuentes no convencionales, tales como la fotovoltaica o elica- Calentamiento por induccin.Troceadores:- Alimentacin y control de motores de continua.- Alimentacin de equipos electrnicos a partir de bateras o fuentes autnomas de corriente continua.

Figura 1.5 Aplicaciones de los dispositivos de potencia.

Electrnica de potencia transformacin de la energa elctrica

Figura 1.6Antiguamente se empleaban combinaciones motor + generador (figura 1.6) los cuales tenan los siguientes inconvenientes: Gran tamao y peso Reducida vida til Alto mantenimiento Difcil regulacinEstos inconvenientes se eliminan empleando convertidores electrnicos

Sistemas fotovoltaicos

Figuras 1.7 Sistema fotovoltaico

La energa se produce y almacena en continua. Se convierte en alterna para inyectarla a la red de suministro.

1.5 COMPONENTES DE BASE EN LA ELECTRONICA DE POTENCIALos componentes semiconductores de potencia que vamos a estudiar se pueden clasificar en tres grupos de acuerdo a su grado de controlabilidad:- Diodos : Estado de ON y OFF controlables por el circuito de potencia.- Tiristores: Fijados a ON por una seal de control pero deben conmutar a OFF mediante el circuito de potencia.- Conmutadores Controlables: Conmutados a ON y a OFF mediante seales de control.(BJT, MOSFET, GTO, IGBT's)

TEMA 2CONCEPTOS BASICOS Y COMPONENTES PASIVOS

2.1 CONCEPTOS BASICOS

El voltaje: es la diferencia de potencial entre un punto y otro, esta diferencia se mide en volts y es la fuerza con la que se atraen los electrones del punto negativo al positivo, siendo los electrones, como ya sabemos, los que viajan a travs del conductor.

Demos un breve repaso de lo que es el voltaje, para esto supongamos 2 tinacos o recipientes de agua, uno lleno y el otro vaco, como se muestra en la siguiente figura:

Figura 2.1

Que sera lo que pasara si nosotros conectramos en la base de estos una manguera y la abriramos como se muestra en la figura 2.2:

Figura 2.2

Bueno, lo que sucedera es que los dos tinacos quedaran equilibrados con la misma cantidad de agua por la presin o fuerza ejercida por la gravedad. Si nos imaginramos al tinaco vacio como un cuerpo descargado de electrones, sea que en su mayora poseyera protones, y por lo tanto se dira que est cargado positivamente, y si imaginsemos al tinaco lleno, como un cuerpo cargado negativamente, esto es, que posee en su mayora electrones, y si colocsemos entre ellos un conductor, como en el caso de los tinacos lo hicimos con una manguera, el cuerpo cargado positivamente atrae a los electrones que tiene en exceso el cuerpo cargado negativamente, esto hace que le quite electrones a travs de una corriente que pasa a travs del conductor hasta que entre los dos haya un equilibrio, y deje de haber una diferencia, una diferencia de potencial, en ese momento en que no hay una diferencia de potencial de electrones deja de haber un voltaje entre los cuerpos. En conclusin, es la presin elctrica necesaria para desplazar a los electrones.La corriente elctrica: se puede decir que es la cantidad de electrones que fluyen a travs de un punto en un determinado tiempo, y se mide en Amperes (A), as como se dice del agua: 10m3, 100m3, etc. as se dice de la corriente elctrica: 1 A, 10 A, etc.

Potencia elctrica: Es la cantidad de trabajo que una carga elctrica puede llevar a cabo en cierta cantidad de tiempo, generalmente 1 segundo. Su unidad de medida es el Watt.

2.2 LEY DE OHM

En todo trabajo de electricidad es de suma importancia comprender los sistemas para controlar la corriente en un circuito, la ley de Ohm dice que la corriente puede ser cambiada al variar el voltaje, que la corriente aumentara si se aumentara el voltaje, y que la corriente tambin puede modificarse si se cambia la resistencia.

Ntese que tanto la resistencia como el voltaje afectan la corriente, pero la corriente no afecta de manera alguna el voltaje o la resistencia. En trminos ms precisos, en cualquier circuito elctrico la corriente es directamente proporcional al voltaje aplicado al circuito y es inversamente proporcional a la resistencia del circuito.

Existe una relacin exacta entre las 3 cantidades elctricas, a saber:voltaje, corriente y resistencia. Esta relacin es expresada por la formula:

I=V/R

Donde I= Cantidad en Amperes V= Cantidad en Volts R= Cantidad en Ohms

2.3 LEYES DE KIRCHHOFF1: Ley de las corrientesLa suma de las corrientes que llegan a un nodo debe ser igual a la suma de las corrientes que salen por ese nodo.

Figura 2.32: Ley de los voltajesEl voltaje total aplicado a cualquier circuito cerrado es siempre igual a la suma de las cadas de voltaje en el circuito.

Figura 2.4

2.4 FUENTES DE ALIMENTACIN

Las fuentes de alimentacin pueden conectarse en paralelo para obtener una mayor cantidad de corriente.

Figura 2.5 Fuentes de alimentacin en paralelo

Se conectan en paralelo para aumentar la corriente. El voltaje es el mismo.NOTA: Nunca conecte fuentes en paralelo a menos que tengan el mismo voltaje.Conectndolas en serie obtenemos mayor voltaje.

Figura 2.6 Fuentes de alimentacin en serie- Se conectan en serie para aumentar el voltaje.- La corriente es la misma.

2.5 LAS RESISTENCIASSon los componentes ms comunes en los circuitos electrnicos y los de ms bajo costo. Se fabrican aprovechando la propiedad que tienen todos los materiales de ofrecer cierto grado de oposicin al paso de la corriente elctrica y se emplean para controlar el paso de ella en los circuitos electrnicos.

En electrnica, con frecuencia, se requiere el uso de valores especficos de oposicin al paso de la corriente elctrica, por esta razn se fabrican dispositivos especiales con el fin de que proporcionen entre sus terminales valores conocidos de resistencia. A los dispositivos diseados con este propsito, se les conoce con el nombre de resistencias, y su unidad de medida es el ohm ().Las resistencias pueden clasificarse principalmente en 2 categoras: fijas o variables, dependiendo de si su valor es fijo o puede modificarse por algn medio; cada uno de estos tipos a su vez pueden subdividirse en otras categoras dependiendo de varios factores.

LAS RESISTENCIAS FIJAS

Figura 2.7 Resistencias fijas

Figura 2.7. Son aquellas que presentan un solo valor de resistencia entre sus terminales, su smbolo es el que se muestra en la figura 2.8

Figura 2.8 Smbolo de la resistencia fija y variable

ClasificacinLas resistencias fijas pueden clasificarse en varias categoras dependiendo de:

El material en que estn elaboradas el cual depende del uso especifico que se d a cada una de ellas, as por ejemplo: las resistencias de potencia estn fabricadas con aleaciones metlicas, mientras que las de uso comn en electrnica son hechas de carbn, debido a que este material posee una alta resistencia, lo cual permite que sean pequeas fsicamente, pero que ofrezcan un alto grado de oposicin al paso de la corriente elctrica.La fabricacin de las resistencias de carbn y las de aleaciones metlicas es muy diferente; su estructura interna se observa en la figura 2.9

Figura 2.9 Estructura interna de las resistencias fijas

En las resistencias de carbn, pequeas cantidades de este material se depositan en el interior de un cilindro aislante donde sus terminales se conectan a 2 contactos metlicos, mientras que en las resistencias fabricadas con aleaciones metlicas, el alambre se enrolla alrededor de un cilindro aislante, y luego es recubierto con algn material tambin aislante, generalmente porcelana. Comercialmente se consiguen resistencias hechas con otras tecnologas como son las resistencias de pelcula de carbn y las de pelcula metlica.

Las resistencias se clasifican tambin dependiendo del mtodo de instalacin en los circuitos electrnicos; as pueden ser para montaje por insercin, figura 2.10, cuando se instalan a travs de orificios que se hacen sobre la placa del circuito impreso; o para montaje superficial, las cuales son muy pequeas y se soldan directamente sobre las pistas del circuito impreso, figura 2.11.

Figura 2.10 Resistencias para montaje por insercin

Figura 2.11 Resistencias para montaje superficial

Qu debemos tener en cuenta cuando seleccionamos una resistencia?

- El valor especificado en ohms:Debido al tamao reducido de las resistencias utilizadas en la mayora de los circuitos electrnicos, su valor se indica por medio de una secuencia de colores en forma de 4 o 5 bandas que se leen de izquierda a derecha, comenzando por la que este ms prxima al extremo. A cada color le corresponde un nmero y viceversa; a este mtodo se le ha llamado cdigo de colores.

En el cdigo de las 4 bandas, que es el ms comn, la primera banda representa la primera cifra, la segunda banda es la segunda cifra y la tercera banda es el multiplicador o sea el nmero de ceros que siguen despus de las dos primeras cifras o nmeros. La cuarta banda, generalmente de color dorado o plateado indica la tolerancia, o precisin lo cual explicaremos ms adelante, figura 2.12.

Figura 2.12 Cdigo de colores

Para familiarizarnos con la lectura del cdigo de colores, analicemos los siguientes ejemplos: figura 2.13.

Figura 2.13 Ejemplos de aplicacin del cdigo de coloresValores normalizadosLos valores de las resistencias, de uso comn en electrnica, se han normalizado solo con ciertos valores ya que sera imposible tenerlos todos. As, por ejemplo, la serie E12 se emplea para las resistencias con el 10% de tolerancia y recibe este nombre porque comprende 12 valores; la serie E24 ha sido normalizada para las resistencias del 2% y del 5% de tolerancia y se llama as porque comprende 24 valores. Tabla 2.1. Note que los valores de la serie E12 se repiten en la serie E24, estos son los ms usados.

Tabla 2.1

Para qu sirven dichas series?Las 2 cifras de la serie E12 o de la serie E24, son multiplicadas por mltiplos o submltiplos de 10 y estos son los valores que se encuentran en el comercio especializado. Por ejemplo, si tomamos el valor 12 de la tabla de valores normalizados y aplicamos los multiplicadores, obtendremos:0.12, 1.2, 12, 120, 1.200, 12.000, 120.000 y 1.200.000Podemos evitar la escritura de nmeros tan grandes mediante el empleo de las conversiones comunes utilizando los mltiplos as: la letra K que equivale a multiplicar por 1000 y la letra M que equivale a multiplicar por 1.000.000. Entonces los valores anteriores quedaran expresados como:0.12, 1.2, 12, 120, 1.2K, 12K, 120K y 1.2MCon frecuencia nos encontramos con cierto tipo de notaciones en las que no se emplea el punto o la coma decimal y en su lugar se coloca la letra correspondiente al multiplicador: por ejemplo en lugar de escribir 5,1K se escribe 5K1; esto se debe principalmente a dos factores: uno de ellos es con el fin de ahorrar espacio y el otro es para evitar que, a medida que se reproduzca el circuito mediante fotocopias, se borre dicho punto; si esto llegara a suceder podramos confundir una resistencia de 4,7K con una de 47K, lo que sin lugar a duda afectara el funcionamiento del circuito, impidiendo tal vez su funcionamiento.

- La Potencia:Es el trabajo desarrollado por la corriente elctrica al circular a travs de la resistencia, se manifiesta por la emisin de calor y se especifica en watts (W). En las resistencias de alambre dicho valor viene especificado sobre el cuerpo del componente, mientras que en las resistencias de carbn la potencia est relacionada con su tamao fsico, as: a mayor tamao, mayor potencia pueden disipar y viceversa.En la figura 2.14 se muestran los tamaos relativos para las resistencias de 1/8W, 1/4W, de 1/2W y de 1W.

Figura 2.14 Tamaos relativos de las resistencias de carbn de acuerdo a su potencia

Para calcular la potencia que debe disipar una resistencia dentro de un circuito y poder hacer la eleccin correcta, debemos calcularla en funcin de la corriente que circulara a travs de ella y elegir la resistencia inmediatamente superior; por ejemplo: si por una resistencia de 4,7K circula una corriente de 10mA, la potencia disipada ser:

P = Ix R

P = (10mA)x (4,7K)P = 0,47W

Debemos elegir la resistencia cuya potencia sea inmediatamente superior, es decir, una de 0,5W, por lo tanto, en nuestro caso debemos usar una resistencia de 4,7K a W o superior, de lo contrario ella se sobrecalentara y podr llegar a destruirse.

Cmo se prueban?En la prctica las resistencias se prueban mediante el uso del multmetro analgico o digital as: figura 1.15.

1. Coloque la perilla selectora en la funcin de hmetro () y en el rango apropiado. Este depende del valor tentativo que usted dio a la resistencia que va a medir; si no conoce el valor tentativo de la resistencia, debe colocar el selector de rango en su mxima posicin.

Figura 2.15 Prueba de las resistencias con el multimetro2. Conecte la terminal de prueba roja en el orificio marcado como (+) y la terminal negra en el marcado (-).3. Si se va a usar un multmetro analgico ponga en cortocircuito las 2 terminales de prueba y ajuste en cero la aguja en la escala de ohms.4. Tome la resistencia que desea medir; toque con las 2 puntas de prueba sus terminales (no importa cul) y lea en la escala de ohms ().5. Para conocer el valor de la resistencia se debe multiplicar el valor ledo en la escala por el rango que seale la perilla.

- La tolerancia:Con ella el fabricante nos est garantizando que el valor de la resistencia est comprendido dentro de un rango de valores mayor o menor a un tanto por ciento (%) del valor nominal, es decir; del valor que se encuentra marcado sobre el cuerpo de la resistencia. Por ejemplo: una resistencia con una tolerancia del 5%, cuyo valor nominal es de 1000 podr tener realmente entre sus terminales un valor de resistencia comprendido entre los 950 y los 1,050. Esta se indica por medio de la cuarta banda en el cdigo de colores.

LAS RESISTENCIAS VARIABLESA este grupo pertenecen aquellas resistencias cuyo valor puede variar dependiendo de la accin de agentes externos, como por ejemplo: los medios mecnicos, la temperatura, la luz, etc. Las resistencias variables accionadas por medios mecnicos, figura 2.16, adems de las dos terminales fijas, poseen una tercera terminal o brazo mvil, el cual est sujeto a un eje central.

Figura 2.16 PotencimetrosEste puede desplazarse a lo largo del material resistivo y nos permite tomar solamente los valores de resistencia que necesitamos figura 2.17.

Figura 2.17 Estructura interna de un potencimetro

Dichas resistencias reciben el nombre de potencimetros y se representan como se muestra en la figura 2.18.

Figura 2.18 Smbolo del potencimetro

ClasificacinLos potencimetros pueden clasificarse en varias formas as: De acuerdo a la forma de instalacin, pueden ser: para chasis o para circuito impreso. Figura 2.19.

Figura 2.19 Potencimetros para instalacin en el chasis y en los circuitos impresos

En los potencimetros para chasis, sus ejes sobresalen hacia el exterior y poseen un mecanismo para facilitar su manipulacin; por lo general la carcasa es roscada lo que permite sujetarlos al equipo con la ayuda de una tuerca. Son ms robustos que los de circuito impreso ya que deben ser manipulados un gran nmero de veces, por lo que adems deben ser muy resistentes al desgaste mecnico.

Dependiendo de si son diseados para variar constantemente su valor o para ser ajustados en un valor determinado, pueden ser variables o ajustables. Los potencimetros de ajuste, figura 2.20, son generalmente pequeos y se instalan en el interior de los equipos y sistemas electrnicos mediante la insercin de sus terminales en las placas de los circuitos impresos, donde son prcticamente inaccesibles para los usuarios.

Figura 2.20 Potencimetros de ajusteNormalmente son usados para calibrar equipos electrnicos, y una vez hecho esto, se acostumbra asegurar el cursor mediante una gota de cera o de pintura para as evitar que se mueva y as se descalibre de nuevo; adems, se usan para compensar los efectos producidos por el envejecimiento de otros componentes electrnicos. Son conocidos tambin con el nombre de trimmers.

Dependiendo del material en que estn fabricados pueden ser de carbn, de alambre, etc. formado por una mezcla de vidrio o polvo cermico.

Dependiendo del nmero de vueltas que pueda dar el eje central, pueden ser de una vuelta, la cual es de aproximadamente de 270 o de varias vueltas, llamados tambin multivueltas, figura 2.21; estos en general son potencimetros de ajuste, empleados en aquellos circuitos donde se requiere un alto grado de precisin. El recorrido total de una resistencia se efecta con aproximadamente 10 a 20 vueltas de su eje central, el cual es un tornillo sin fin.

Figura 2.21 Potencimetros multivueltas

Segn la forma como varia su resistencia pueden ser:1. Potencimetros lineales: cuando el valor de la resistencia aumenta o disminuye en forma directamente proporcional al ngulo de rotacin, o al nmero de vueltas que ha dado el eje central. figura 2.22a.

2. Potencimetros logartmicos: son usados principalmente en circuitos de audio, por lo que estn diseados para ser instalados en el chasis de los equipos electrnicos. Estos, a su vez, pueden ser de tres tipos:

a. De variacin logartmica positiva: en este tipo de potencimetros, el valor de la resistencia aumenta de manera muy rpida al principio del giro, mientras que al final del giro lo hace de manera muy lenta. Figura 2.22b.b. De variacin logartmica negativa: en estos la variacin de la resistencia es totalmente opuesta a los anteriores; es muy lenta al principio y se hace muy rpida al final del giro. Figura 2.22c.c. De variacin bilogaritmica: no son muy comerciales, combinan el efecto producido por los otros dos, su resistencia aumenta muy lentamente al principio del giro, rpidamente en los valores medios, y nuevamente se hace lenta al final del giro. Figura 2.22d.

Figura 2.22 Curvas de la variacin de la resistencia de los potencimetros de acuerdo al desplazamiento del cursor.

Existen adems los denominados potencimetros mltiples, los cuales estn formados por dos o ms potencimetros acoplados mecnicamente entre s. Dentro de esta categora los ms comunes son los potencimetros dobles, formados simplemente por dos potencimetros independientes los cuales son accionados por un eje comn. Son empleados principalmente en circuitos amplificadores y circuitos de control de tonos o ecualizadores, donde es necesario controlar ambos canales al mismo tiempo. Figura 2.23.

Figura 2.23 Potencimetros dobles

En todos los potencimetros estudiados hasta ahora la variacin de la resistencia se produce mediante el giro del cursor. Existe tambin un tipo especial de potencimetros denominados deslizables o longitudinales, en los cuales la variacin de la resistencia se obtiene desplazando de un lado a otro el cursor o mando situado en la parte superior. Son muy usados en los ecualizadores de sonido. Figura 2.24.

Figura 2.24 Potencimetros deslizables

Qu debemos tener en cuenta cuando seleccionamos un potencimetro?El valor: dependiendo del tipo y del tamao del potencimetro, el valor de su resistencia puede especificarse de varias formas. Generalmente el dato que lleva impreso en el cuerpo de los potencimetros es su valor nominal, es decir el valor de la resistencia medida entre sus extremos. Comnmente se manejan series: una comprende los mltiplos de 1, de 2,2 y de 4,7 y la otra los mltiplos de 1, de 2,5 y de 5. En algunos tipos de potencimetros, especialmente en los de ajuste y los multivuelta, su valor est marcado con un tipo de notacin especial formada por tres cifras que se leen tal como indica en la figura 2.25.

Figura 2.25 Cdigo numrico para la identificacin de los potencimetrosAplicacionesLos potencimetros son usados principalmente como restatos conectando el cursor a una de las terminales fijas, con el fin de controlar la corriente que circula a travs de un circuito; o como divisores de voltaje, los cuales permiten obtener cualquier valor de voltaje comprendido entre cero y el mximo voltaje aplicado a sus extremos.

Prueba de los potencimetrosPara probar un potencimetro se deben seguir los mismos pasos que para probar una resistencia fija. Primero, se debe medir la resistencia que hay entre sus dos extremos para verificar que corresponda con la especificada sobre su cuerpo. Luego, se debe verificar si la resistencia vara correctamente a medida que se desplaza el cursor. Para hacerlo conecte una de las terminales del multmetro en uno de los extremos, y el otro, conctelo a la terminal central y mueva la perilla del potencimetro; a medida que usted hace esto, la aguja del multmetro debe moverse en el intervalo de valores comprendido entre 0 ohms y el valor medido entre sus extremos. Figura 2.26.

Figura 2.26 Prueba de los potencimetros con el multimetroRESISTENCIAS ESPECIALESEn este tipo de resistencias su valor resistivo depende de una magnitud fsica tal como el voltaje, la temperatura, la luz, etc.- EL VARISTORComo se puede intuir, los varistores o resistencias dependientes del voltaje, tambin VDR (Voltage Dependent Resistor) son resistores cuya resistencia vara en funcin de la tensin elctrica a la que se encuentre sometido, de forma que la resistencia elctrica que presenta disminuye cuando la tensin aplicada aumenta. Suele utilizarse en sistemas de estabilizacin de tensin, en sistemas de proteccin (actuando, en este caso, rpidamente ante una sobretensin). Figura 2.27.

Figura 2.27 Varistores

FuncionamientoEl varistor protege el circuito de variaciones y picos bruscos de voltaje. Se coloca en paralelo al circuito a proteger y absorbe todos los picos mayores a su tensin nominal. El varistor slo suprime picos transitorios; si lo sometemos a una tensin elevada constante, se quema. Esto sucede, por ejemplo, cuando sometemos un varistor de 110V AC a 220V AC, o al colocar el selector de voltaje de alimentacin de cualquier equipo electrnico en posicin incorrecta. Es aconsejable colocar el varistor despus de un fusible.El varistor est construido a base de materiales semiconductores. Por lo tanto, al aplicar un potencial en sus extremos de pequeas magnitudes ofrece resistencia muy elevada, en tanto que si su potencial aplicado es muy elevado, su resistencia disminuye permitiendo el paso de la corriente.

Figura 2.28 Smbolo del Varistor- El TERMISTOREn este caso, el valor resistivo de la resistencia vara en funcin de la temperatura a la que se encuentre sometido. Se puede hacer una clasificacin en funcin del sentido de variacin del valor resistivo:

Termistor NTC: Es una resistencia con coeficiente de temperatura negativo (Negative Temperature Coefficient), el valor hmico de esta resistencia disminuye cuando aumenta la temperatura a la que se encuentre sometido.

Si la temperatura aumenta, la resistencia disminuye. T R

Figura 2.29 Termistor NTC

Termistor PTC: es una resistencia con coeficiente de temperatura positivo (Positive Temperature Coefficient), al contrario que con el NTC, el valor hmico de este resistor aumenta cuando aumenta la temperatura a la que se encuentra sometido.

Si la temperatura aumenta, la resistencia aumenta. T R

Figura 2.30 Termistor PTC

Este tipo de resistencias, entre otros usos, se puede emplear por ejemplo para el control de la temperatura, utilizando una resistencia NTC o PTC en funcin del tipo de control que se haga.

Figura 2.31 Termistor de Disco- LA FOTORESISTENCIA (fotocelda)

En este tipo de resistencia su valor hmico depende fundamentalmente de la cantidad de luz que incide directamente sobre ella. El uso que se le puede dar a este tipo de resistencia es en sistemas de control y automatizacin donde sea necesario tener presente el nivel de luz existente.

Figura 2.32 Smbolo y forma fsica de una fotoresistencia

2.6 LOS CAPACITORESSon despus de las resistencias, los componentes ms usados en los circuitos electrnicos. Su principal caracterstica es que tienen la capacidad de almacenar energa elctrica en forma temporal.

Los capacitores estn formados bsicamente por dos placas metlicas conductoras separadas por un material aislante llamado dielctrico, el cual puede ser de papel, cermica, aire, mica, cuarzo y fibras sintticas, entre otros.Sin importar el dielctrico o la apariencia fsica de un capacitor simple, este siempre tiene dos terminales los cuales se encuentran conectados internamente a las placas metlicas. Figura 2.33.

Figura 2.33 Estructura bsica de un capacitor fijo

El valor de un capacitor expresa la habilidad que este tiene para almacenar cargas elctricas, la cual es denominada capacidad o capacitancia y se representa mediante la letra C. dicha capacitancia depende principalmente del tamao de las placas y de la separacin entre ellas.

Su unidad de medida es el Faradio (F); sin embargo, un faradio es una unidad muy grande y no se utiliza en la prctica. Debido a esto, los capacitores reales se fabrican con capacidades iguales a submltiplos de la unidad fundamental; como son el microfaradio F (1x10), el nanofaradio nF (1x10) y el picofaradio pF (1x10).

CLASIFICACIONLos capacitores al igual que las resistencias, pueden clasificarse principalmente en dos categoras: fijos y variables, dependiendo de si su capacidad es fija o puede modificarse por algn medio. Adems, pueden clasificarse como polarizados y no polarizados, dependiendo de si deben o no conectarse en una posicin especifica dentro de un circuito. En este caso, la terminal identificada con el signo (+) debe estar conectado a un nivel de voltaje mayor que la terminal identificada con el signo (-). Hay que ser cuidadosos en el momento de hacer la conexin, pues en caso de quede mal conectado se corre el riesgo de que se dae o se produzca una explosin.

LOS CAPACITORES FIJOSSon aquellos que pueden presentar nicamente un valor de capacitancia entre sus terminales. En la figura 2.34 se muestra el aspecto fsico de algunos de ellos y su smbolo es el que se muestra en la figura 2.35. Pueden clasificarse en varias categoras de acuerdo al material usado como dielctrico; es muy importante conocer las caractersticas de cada uno de ellos para as poder usarlos de la manera ms adecuada.

Figura 2.34 Capacitores fijos

Figura 2.35 Smbolos de los capacitores fijos

CAPACITORES CERMICOSEstn formados por un disco de material cermico el cual, adems de desempearse como dielctrico, acta como un soporte cuyas superficies interior y exterior estn metalizadas con plata y sobre ellas se soldan las terminales, figura 2.36.

Figura 2.36 Capacitores cermicos

Todo este conjunto se recubre con un material aislante. Son los ms apropiados para ser usados en aquellos equipos o sistemas electrnicos que manejan altas frecuencias de operacin. Se fabrican con capacidades comprendidas entre los 0.5pF y los 100nF. En la figura 2.37 se muestra la estructura interna tpica de este tipo de capacitores.

Figura 2.37 Estructura interna de los capacitores cermicos

CAPACITORES DE PELICULA PLASTICAEsta puede ser de poliestireno, propileno, policarbonato, estiroflex, milar, polister, etc. Figura 2.38. Se fabrican con dos cintas muy finas de este material las cuales se encuentran metalizadas por una cara, dejando en el borde de cada una de ellas una banda sin cubrir; en lados opuestos. Dichas cintas, se enrollan en s mismas y cada una de las terminales est unida a una de las cintas metalizadas. Todo lo anterior est recubierto con una capa de material aislante. Son usados principalmente en circuitos que manejan frecuencias bajas o medias y como capacitores de paso. En algunas ocasiones, se utilizan para altas frecuencias; sin embargo presentan perdidas con frecuencias superiores a 1Mhz. Se fabrican con capacidades relativamente altas y voltajes de operacin hasta de 1,000V. En la figura 2.39 se observa la estructura interna de un capacitor de pelcula plstica.

Figura 2.38 Capacitores de pelcula plstica

Figura 2.39 Estructura interna de los capacitores de pelcula plstica

CAPACITORES DE PAPELSu dielctrico es de papel parafinado y su capacidad est comprendida entre los 100pF y 1mF.

CAPACITORES DE MICAReciben este nombre debido a que su dielctrico es de mica. Son usados principalmente en aquellos circuitos donde se necesita una gran estabilidad y altos voltajes de operacin, debido a que la mica es un material muy estable y un gran aislante. Se fabrican con capacidades comprendidas entre 1pF y 100nF.Todos los capacitores mencionados hasta ahora no son polarizados. Dentro de la gran variedad de capacitores fijos, existe un tipo especial el cual es polarizado; estos son los llamados capacitores electrolticos.

CAPACITORES ELECTROLITICOSSe fabrican con capacidades mucho mayores que los anteriores y pueden ser a su vez de dos tipos:

a. Capacitores electrolticos de aluminio: estn formados por una fina banda de aluminio conectada a la terminal positiva, recubierta por una capa de xido de aluminio que se comporta como dielctrico, sobre esta se coloca una capa de papel humedecido en un lquido conductor llamado electrolito y finalmente otra capa de aluminio, la cual est conectada a la terminal negativa del capacitor. Estas capas son enrolladas e introducidas en un tubo de aluminio el cual es cerrado hermticamente. Figura 2.40.

Figura 2.40 Capacitores electrolticos de aluminio

Son usados principalmente en circuitos de filtro, para desacople en bajas frecuencias y como capacitores de paso. Su comportamiento no es bueno para altas frecuencias. Se fabrican generalmente con capacidades superiores a 1mF. Sobre su cuerpo se encuentran claramente especificados su capacidad, su tolerancia, su temperatura, el voltaje mximo de operacin y una indicacin de su polaridad, es decir, su signo (+) o lo que es ms frecuente un signo (-) justo al lado de la terminal negativa. En la figura 2.41 se muestra la estructura interna de un capacitor electroltico de aluminio.

Figura 2.41 Estructura interna tpica de los capacitores electrolticos de aluminio

Los capacitores electrolticos son por lo general polarizados, sin embargo, en ocasiones necesitara usar o escuchara hablar de los capacitores electrolticos no polarizados. Estos se construyen conectando 2 capacitores electrolticos normales, tal como se indica en la figura 2.42. Los diodos tienen la funcin de evitar el flujo de corrientes inversas.

Figura 2.42 Capacitores electrolticos no polarizadosb. Capacitores electrolticos de tantalio: su estructura interna es muy similar a la de los capacitores electrolticos de aluminio, con la diferencia que en lugar de aluminio se usa una lmina de tantalio recubierto de una fina capa de xido de tantalio amorfo, el cual tiene un mayor poder aislante que el xido de aluminio; su electrolito suele ser seco. Son usados principalmente como capacitores de paso en circuitos de baja frecuencia y se fabrican generalmente en forma de gota, aunque los hay tambin tubulares y su principal ventaja es su tamao reducido. Tambin son capacitores polarizados, por lo que tienen la indicacin de la polaridad en sus terminales. Figura 2.43.

Figura 2.43 Capacitores electrolticos de tantalioLOS CAPACITORES VARIABLESNos permiten obtener valores de capacidad comprendidos entre un valor mximo y un valor mnimo preestablecidos por el fabricante. Son accionados por medios mecnicos y dependiendo de si son diseados para variar constantemente su valor o para ser ajustados a un valor determinado, pueden clasificarse como capacitores variables y como capacitores ajustables. En la figura 2.44 se observan los smbolos usados para representarlos.

Figura 2.44 Smbolos de los capacitores variables

En los capacitores variables, figura 2.45, sus lminas metlicas son mviles.

Figura 2.45 Capacitores variablesLa mitad de ellas estn fijas y la otra mitad pueden accionarse mediante un eje, y hacer que entren en las ranuras que separan a las primeras variando as la superficie enfrentada entre las placas. Dependiendo de su valor pueden tener dos o ms placas; son relativamente robustos debido a que deben soportar un gran nmero de manipulaciones y su dielctrico es por lo general el aire. Son empleados principalmente en los circuitos de sintona de los receptores de radio. Su capacidad puede variar entre los 5pF y los 500pF tpicamente. En la figura 2.46 se muestra la estructura interna de este tipo de capacitores.

Figura 2.46 Estructura interna de los capacitores variables

Los dielctricos empleados en los capacitores ajustables pueden ser: mica, vidrio, aire o cermica, o una combinacin de ellos, por ejemplo: mica-aire, cermica-aire, etc. Se basan tambin en la variacin de la superficie enfrentada entre las placas o la distancia que exista entre ellas. Son ms frgiles que los que normalmente se ajustan al valor deseado y se fijan para que no se muevan de nuevo. Son usados por lo general para compensar o ajustar pequeas diferencias en la calibracin de los equipos y sistemas electrnicos. Son conocidos tambin como trimmers y su capacidad es de muy pocos picofaradios.Actualmente se dispone comercialmente de capacitores en estado slido denominados varactores o varicaps. Son capacitores variables, pero a diferencia de los ya mencionados, su capacidad no vara por medios mecnicos, sino en funcin de un voltaje externo aplicado a sus terminales. Pueden proporcionar capacidades inferiores a los 0.4pF (usadas en microondas), hasta superiores a los 2,000pF (para tareas de alta frecuencia). Se usan principalmente en circuitos de sintona de radio y tv, en circuitos multiplicadores de frecuencia, etc.

Qu debemos tener en cuenta cuando seleccionamos un capacitor?

- La capacidad:Es la posibilidad de acumulacin de carga elctrica de un capacitor cuando se aplica un voltaje determinado; esta depende del tamao y la distancia entre las placas as como del material usado como dielctrico. Como lo habamos mencionado anteriormente, la unidad de medida de la capacidad es el faradio.

- El voltaje de operacin:Es el voltaje mximo que puede soportar un capacitor sin destruirse.

- El coeficiente de temperatura:

Nos indica la variacin de la capacidad de un condensador con el aumento de la temperatura. Se expresa por lo general en ppm/C (parte por milln por grado centgrado) y dependiendo de si la capacidad aumenta, disminuye, o permanece constante con las variaciones de la temperatura, puede ser positivo (P), negativo (N), o cero. Siempre que se reemplace un capacitor, el sustituto debe tener el mismo coeficiente de temperatura.

- El uso que se le va a dar:Recuerde que todos los capacitores no responden de la misma forma a diferentes seales de entrada; esto depende del dielctrico empleado en su fabricacin. Tenga siempre presente este aspecto antes de decidirse por un tipo en particular.

FORMAS DE IDENTIFICACINAnteriormente, el valor de la capacidad de los capacitores se indicaba usando el mismo mtodo que para las resistencias: mediante un cdigo de colores con las mismas equivalencias.En la actualidad se consiguen comercialmente unos pocos ejemplares de este tipo, ya que este cdigo ha dejado de usarse con el correr del tiempo y, cuando no se especifica claramente el valor de la capacidad en microfaradios, nos encontramos con una serie de letras y nmeros que a simple vista puede parecer que no tienen relacin con lo estudiado hasta ahora. Los capacitores identificados con este tipo de codificacin han sido fabricados en el Japn y la identificacin de su capacidad esta codificada de acuerdo a las normas industriales estndar del Japn, conocidas como cdigo JIS (Japan Industrial Standard). En el esquema de la figura 2.47 se indica la forma de utilizar este cdigo.

Figura 2.47 Cdigo para la identificacin de capacitores

Qu significan las letras y nmeros impresos sobre el capacitor?El primer nmero y la primera letra se refieren al voltaje mximo de operacin; los tres nmeros siguientes indican el valor de la capacidad en picofaradios, as: los dos primeros nmeros corresponden a las dos primeras cifras significativas de la capacidad y el tercero indica la cantidad de ceros que se deben agregar a la derecha. Para conocer la capacidad en microfaradios basta con dividir ese resultado entre un milln. Para obtener una mayor claridad acerca del manejo del cdigo JIS, analicemos los ejemplos mostrados en la figura 2.48.

Figura 2.48 Ejemplos de aplicacin del cdigo JIS

Al igual como sucede con las resistencias, comercialmente no se consiguen condensadores de todas las capacidades sino que se han normalizado unos valores estndar. Existen varias series de valores normalizados, entre ellas la ms comn es la serie E-12 que contiene doce valores. La figura 2.49 muestra los valores contenidos en las series E-3, E-6 y E-12.

Figura 2.49 Valores normalizados para los capacitoresCmo saber si un capacitor est en buen o mal estado?Para probar los capacitores existe un instrumento especializado denominado capacmetro; al conectar el capacitor que se quiere probar entre sus terminales de prueba, este nos indica el valor de su capacidad. Sin embargo, en nuestro de banco de trabajo y con la ayuda de un multmetro analgico podemos probarlos fcil y rpidamente. Es necesario aclarar que este mtodo solo es aplicable a capacitores relativamente grandes (gran capacidad) y polarizados. Para hacer la prueba ejecute el siguiente procedimiento:

1. Descargue totalmente el capacitor, para ello ponga en cortocircuito sus terminales. Si el capacitor est cargado vera una pequea chispa.2. Seleccione en el multmetro la funcin para medir resistencias en un rango relativamente pequeo.3. Conecte el capacitor al multmetro, tal como se indica en la figura 2.50.

Figura 2.50 Prueba de capacitores con el multimetroPodemos obtener cuatro posibles resultados, as:1. Si el capacitor est en buen estado, la aguja del multmetro deber desplazarse rpidamente al extremo derecho de la escala e inmediatamente comenzar a descender lentamente hasta llegar nuevamente a cero.2. Si el capacitor tiene fugas, la aguja de desplazara al extremo derecho de la escala y cuando est retornando a cero se detendr.3. Si el capacitor est abierto la aguja permanecer inmvil.4. Si el capacitor esta en cortocircuito, la aguja se desplazara al lado derecho (0 ohms) y no retornara ms (se quedara en ese punto).

FUNCIONAMIENTO DEL CAPACITOR EN CORRIENTE CONTINUAPara comprender el funcionamiento de un capacitor en CC, estudiemos que sucede cuando lo conectamos a una fuente de CC, como por ejemplo, una batera.Mientras el capacitor no est conectado a ninguna fuente es neutro, es decir, no tiene ninguna carga, figura 2.51.

Figura 2.51 Capacitor sin cargaAl aplicar un voltaje de CC entre las placas del capacitor, no existir ningn paso de corriente a travs del mismo, debido a la presencia del dielctrico (aislante); sin embargo, se produce una acumulacin de cargas elctricas entre las placas debido a que la terminal negativa de la batera repele los electrones libres del conductor hacia la placa A, mientras que la terminal positiva de la batera atrae los electrones libres de la placa B; de modo tal que en la placa conectada a la terminal negativa de la fuente de CC habr una acumulacin de electrones y en la capa conectada al positivo se producir una disminucin de ellos. Lo mismo ocurrir en las caras del dielctrico que se encuentran en contacto con las placas. Figura 2.52.

Figura 2.52 Proceso de carga de un capacitor

El proceso de carga continua hasta que el voltaje en el capacitor iguala el voltaje de la batera, pues, el voltaje aplicado ya no es capaz de hacer que los electrones libres circulen por los conductores. Durante este proceso la corriente est circulando por todo el circuito, pero no por mucho tiempo, debido a que el proceso de carga es muy rpido.Si se suspende el suministro de CC, la carga acumulada se mantiene debido a la fuerza de atraccin elctrica entre las placas cargadas. Para neutralizar la carga que existe en un capacitor, es decir, para descargarlo, solo es necesario que exista una trayectoria de conduccin entre las placas, por ejemplo; si se ponen en cortocircuito las terminales del capacitor se produce una corriente alta pero muy corta entre ellos, que genera una chispa y descarga el capacitor. Figura 2.53.

Figura 2.53 Descarga de un capacitor poniendo en cortocircuito sus terminalesDe la misma forma, podemos conectar entre las placas una resistencia de carga que puede ser un foco, entonces observaremos como este enciende y permanece en ese estado durante un corto tiempo, figura 2.54. El proceso de descarga es tan rpido como el proceso de carga.

Figura 2.54 Descarga de un capacitor a travs de una resistencia

FUNCIONAMIENTO DEL CAPACITOR EN CORRIENTE ALTERNACuando a un capacitor se le aplica una corriente alterna, se est sometiendo al mismo a una corriente continua durante medio ciclo y a la misma corriente, pero de sentido contrario, durante el medio ciclo siguiente. Por lo tanto, durante medio ciclo la corriente fluir a travs del circuito para cargar el capacitor y durante el medio ciclo siguiente una corriente fluir en sentido contrario a travs del circuito para descargar el capacitor, y cargarlo nuevamente con la polaridad contraria. Figura 2.55.

Figura 2.55 Funcionamiento de un capacitor en corriente alternaEn conclusin: cuando se aplica a un capacitor un voltaje de CA, este se carga y se descarga peridicamente. Primero, el capacitor se carga con una polaridad y entonces se descarga; luego el capacitor se carga con la polaridad opuesta y entonces vuelve a descargarse. Por lo tanto, podemos ver que, si conectamos un voltaje de CA a travs de un capacitor, una corriente alterna fluir siempre a travs del circuito.

En general, podemos decir que un capacitor bloquea el paso de la corriente continua y permite el paso de la corriente alterna.

Los ciclos de CA de carga y descarga son los que proporciona la CA que circula por el circuito, la cual tiene la misma frecuencia que el voltaje aplicado. El dielctrico debe soportar los cambios de polaridad que se producen rpidamente y debera tener la habilidad de cambiar su polarizacin a este ritmo. Si la frecuencia aumenta, el dielctrico no podr seguir los cambios a la misma velocidad y la polarizacin disminuir, por lo tanto disminuir su capacidad. En conclusin, la capacidad de un capacitor disminuye cuando se aumenta la frecuencia, razn por la cual en altas frecuencias solo pueden emplearse capacitores con determinados tipos de dielctrico.

2.7 LAS BOBINASLas bobinas, con las resistencias y los capacitores, forman el principal grupo de componentes pasivos en la electrnica. Por su forma y construccin pueden almacenar temporalmente energa elctrica en forma de corriente y oponerse a los cambios de la misma, fenmeno que recibe el nombre de inductancia.Estn formadas por varias vueltas de alambre aislado o esmaltado enrolladas alrededor de un ncleo. Algunos tipos de bobinas las podemos construir de acuerdo a nuestras necesidades, debido a que se fabrican con materiales fciles de conseguir.

Las bobinas o inductores, son componentes pasivos formados por varias vueltas de alambre enrolladas sobre un ncleo, el cual puede ser de materiales y formas distintas. El uso de las bobinas es menos frecuente que el de los capacitores y se utilizan principalmente en circuitos de alta frecuencia o RF. Cuando un conductor toma la forma de bobina, el campo magntico se concentra y se hace ms fuerte ya que se unen los campos magnticos de cada vuelta o espira.Segn su construccin y tipo de aplicacin, algunas bobinas reciben el nombre de solenoides. Otras tambin se llaman choques debido a su utilizacin para eliminar el residuo de corriente alterna (rizado) en el proceso de rectificacin de las fuentes de poder, o para eliminar el componente de radiofrecuencia (RF) de las lneas de alimentacin de CC en algunos aparatos, especialmente de comunicaciones.Las bobinas tienen la habilidad de oponerse a los cambios de la corriente, lo cual, se denomina inductancia, esto lo explicaremos ms adelante. Como esta propiedad solo se presenta con corrientes alternas, no tiene efecto alguno cuando circula por ellas una corriente continua. Tambin podemos decir que la inductancia es la propiedad que tiene un circuito para almacenar energa elctrica en forma de un campo magntico, o que la inductancia de una bobina tiende a suavizar o atenuar los cambios bruscos en la amplitud o valor de la corriente.Como ya sabemos las bobinas se pueden conectar en serie o en paralelo dando como resultado un nuevo valor de inductancia, mayor o menor, segn cada caso. Las bobinas se utilizan generalmente asociadas con capacitores y resistencias formando circuitos llamados RL o RLC, ya sean en serie o en paralelo.TEORIA DE FUNCIONAMIENTO (inductancia) Aunque no es estn fcil, como en el caso de las resistencias y los capacitores, es muy importante conocer el principio bsico de funcionamiento de las bobinas. Cuando se les aplica corriente alterna, se genera alrededor de ellas un campo magntico que varia proporcionalmente a medida que aumenta y disminuye la magnitud de esta corriente, tal como se observa en la figura 2.56.

Figura 2.56 Campo magntico generado por una corriente alternaEl flujo magntico creado por una bobina depende de las caractersticas de construccin de la misma, de la intensidad de la corriente que circula por ella, y del material en que est elaborado el ncleo, entre otros.Este campo magntico tiene la habilidad de inducir un voltaje en los extremos de la bobina, el cual a su vez, producir una corriente que se sumara o se restara con la primera, oponindose a los cambios de direccin de la misma. Para explicar este fenmeno, utilizaremos la figura 2.57. Observe cuidadosamente las direcciones de la corriente.

Figura 2.57 Variacin del campo magntico

En la figura 2.57a, el flujo de la corriente aumenta generando un voltaje inducido que se opone al aumento de la corriente; como este voltaje tiene polaridad contraria al de la fuente, genera una corriente en la direccin opuesta, restndose con la primera, lo cual evita que la corriente aumente.

En la figura 2.57b, aunque la corriente est circulando en la misma direccin, la magnitud de esta disminuye. El voltaje inducido en la bobina produce una corriente en la misma direccin que la producida por la fuente, sumndose a la primera e impidiendo que disminuya.En la figura 2.57c, la fuente cambia de polaridad, por lo que la corriente empieza a aumentar en la direccin opuesta. El voltaje inducido en la bobina genera una corriente que va en la direccin contraria a la de la fuente, oponindose al aumento de la primera corriente.En la figura 2.57d, observamos como la corriente producida por la fuente comienza a disminuir; como consecuencia de esto, el voltaje inducido cambia de polaridad y produce una corriente que circula en la misma direccin que la producida por la fuente de alimentacin, sumndose y contrarrestando as la disminucin de la corriente en el circuito. Debido a esto, el voltaje inducido recibe comnmente el nombre de fuerza contraelectromotriz o fuerza electromotriz contraria. A esto es lo que se llama inductancia.La inductancia se representa con la letra L y su unidad de medida en el Sistema Internacional (SI) es el henrio (H), denominado as en honor al fsico norteamericano Joseph Henry (1797-1878) quien fue el inventor del interruptor electromagntico o rel, entre otros. Un Henrio corresponde a la capacidad de inducir 1V cuando la corriente cambia con una velocidad de 1A por segundo.

Esta es una unidad de medida muy grande por lo que en la prctica se utilizan submltiplos de ella, como el miliHenrio (mH) y el microHenrio (H) que equivalen a la milsima (1x10) y a la millonsima (1x10) parte de un Henrio, respectivamente. Las primeras bobinas o choques utilizados en los aparatos antiguos de radio, sonido, o televisin tenan una inductancia de varios Henrios; actualmente los valores tpicos para las bobinas ms utilizadas en la electrnica se encuentran en miliHenrios (mH) y microHenrios (H). Las bobinas tambin deben especificar cul es su corriente mxima de trabajo en amperios, lo que est determinado por el calibre o dimetro del alambre con el cual estn fabricadas.De acuerdo a las caractersticas de construccin de las bobinas, la inductancia depende de:

El numero de vueltas de la bobina

La inductancia aumenta en forma directamente proporcional con el cuadrado del nmero de espiras (N, siendo N el nmero de espiras). As, por ejemplo, si se duplica el nmero de vueltas, conservando el dimetro de estas y su longitud, la inductancia aumenta 4 veces. Por ejemplo, la bobina de la figura 2.58b tiene una inductancia mayor que la de la figura 2.58a.

Figura 2.58 Factores que determinan la inductancia en una bobina

El rea (dimetro) de cada vueltaCuando se aumenta el rea de cada vuelta, tambin se incrementa la inductancia. Es decir, una bobina donde las vueltas son ms grandes tiene una inductancia mayor. La bobina de la figura 2.58c, tiene ms inductancia que la de la figura 2.58a, aun cuando ambas tienen el mismo nmero de espiras.La permeabilidad del ncleo La inductancia de una bobina depende de la facilidad con que el ncleo puede ser atravesado por un campo magntico. As, por ejemplo, la permeabilidad de una bobina con ncleo de aire es igual a uno. La bobina de la figura 2.58d, tiene mayor inductancia que la bobina de la figura 2.58a.La longitudSi se mantiene el mismo nmero de vueltas y se distribuyen en un ncleo de longitud mayor, la inductancia disminuye debido a que se produce una menor concentracin del campo magntico, lo contrario sucede si el ncleo es de longitud menor. La bobina de la figura 2.58e tiene una inductancia mayor que la de la figura 2.58a, ya que la ultima se encuentra enrollada sobre un ncleo de menor longitud.En resumen, cuando ms grande sea el nmero de espiras de una bobina, cuando ms cerca estn las espiras entre s, cuando su tamao sea mayor, o cuando el ncleo tenga una mayor permeabilidad, mayor es la inductancia de una bobina.

REACTANCIA INDUCTIVAUna bobina se puede considerar como un corto circuito para la corriente continua y una resistencia para la corriente alterna, cuya oposicin depende principalmente de su inductancia en Henrios y de la frecuencia de esa corriente. Esta propiedad recibe el nombre de reactancia inductiva la cual se expresa como XL y tambin se mide en ohms. Su valor se calcula por medio de la siguiente expresin:XL () = 2fLEn donde f = frecuencia en cps y L = inductancia en henrios.Este comportamiento es ideal ya que en la prctica se debe considerar la resistencia en ohms del alambre como una resistencia en serie con la bobina (RL), figura 2.59, lo que en algunos casos se debe tener en cuenta.

Figura 2.59 Circuito equivalente o real de una bobina

CLASIFICACINLas bobinas, al igual que las resistencias y los capacitores, pueden clasificarse principalmente en dos categoras: fijas y variables, dependiendo de si su inductancia es fija o puede modificarse por algn medio, ya sea por desplazamiento del ncleo o por seleccin de espiras mediante puntos de conexin (taps).Tanto las bobinas fijas como las variables pueden subdividirse a su vez en otras categoras, dependiendo de varios factores, como el material del ncleo, su forma y el tipo de montaje as:

Material del ncleoEste depende de la aplicacin especfica que se d a cada una de ellas. Los principales tipos usados en electrnica son los de aire, los de hierro ya sea laminado o pulverizado y los de ferrita.

1. Las bobinas con ncleo de aire: son llamadas as aquellas que no tienen ningn ncleo en su interior. Tienen baja inductancia y se utilizan en circuitos donde se manejan seales de alta frecuencia, como radios, televisores, equipos de comunicacin, etc. Figura 2.60.

Figura 2.60 Bobinas con ncleo de aire

2. Las bobinas con ncleo de hierro: son usadas cuando se requiere de un valor alto de inductancia, ya que con estas se obtiene un mayor efecto magntico que con las de ncleo de aire. Los ncleos de hierro estn formados por lminas delgadas en forma de E y de I, con el fin de evitar perdidas de energa en el proceso de induccin.

3. Las bobinas con ncleo de ferrita: son ampliamente utilizadas actualmente en electrnica, ya que poseen una alta inductancia y tamao reducido, son usadas en circuitos donde se requiere manejar altas frecuencias. En la figura 2.61, se observan algunos ejemplos de bobinas con estos ncleos de ferrita.

Figura 2.61 Bobinas con ncleo de ferritaForma del ncleoDe acuerdo a la forma del ncleo, las bobinas pueden ser rectas (lineales) o toroidales. Estas ltimas son de amplia utilizacin actualmente. Figura 2.62.

Figura 2.62 Bobinas rectas y toroidales

Tipo de montajeDebido a la forma en que se instalan en los circuitos electrnicos, pueden ser: de montaje por insercin o de montaje superficial. Figura 2.63.

Figura 2.63 Bobinas para montaje superficial y montaje por insercinSmbolosLas bobinas se representan de acuerdo a sus caractersticas de construccin y a su clasificacin. Su smbolo no solo especifica si la bobina es fija o variable, sino que tambin especifica el material del ncleo. Figura 2.64.

Figura 2.64 Smbolos de las bobinas

Formas de identificacinGeneralmente las bobinas no tienen ningn tipo de informacin sobre su valor. Si deseamos conocerlo, es necesario ayudarnos de un instrumento especializado para tal fin llamado inductmetro, o por medio de un medidor RLC, figura 2.65.

Figura 2.65 Medidor digital de bobinasSin embargo, comercialmente se consiguen bobinas prefabricadas, figura 2.66, las cuales estn encapsuladas y se identifican con un cdigo de colores similar al de las resistencias, o con un cdigo numrico como el usado para los capacitores. Su diferencia radica en que el valor esta expresado en microHenrios. Por ejemplo: si una bobina tiene grabado sobre su cuerpo el numero 102, tendr una inductancia de 1000H.

Figura 2.66 Bobinas prefabricadas

PRINCIPALES APLICACIONES DE LAS BOBINASLas bobinas son usadas principalmente para producir oscilaciones en compaa de otros componentes como los capacitores, para abrir y cerrar cargas por medios magnticos, como parte de los circuitos de sintona en los radioreceptores, como choques en fuentes de poder, y para transferir seales elctricas entre etapas, entre otras.

TEMA 3EL TRANSISTOR

3.1 INTRODUCCIN

El Transistor vino a reemplazar a las vlvulas Triodo, como los dispositivos fundamentales de la tecnologa electrnica para la amplificacin de seales elctricas. En efecto, el transistor es un dispositivo semiconductor cuya principal funcin consiste en la amplificacin de seales, o sea, es capaz de entregar en su salida la misma seal de entrada pero con mayor amplitud o potencia, fenmeno que puede ser aprovechado en mltiples aplicaciones electrnicas.

La palabra Transistor es un acrnimo de los trminos Transfer y Resistor (resistencia de transferencia) y designa, en forma genrica, a un componente electrnico de 3 terminales cuya resistencia entre 2 de ellos depende del nivel de corriente o voltaje aplicado al otro.

Los transistores fueron reemplazando poco a poco a las vlvulas de vaco en todos sus usos, debido principalmente a las siguientes ventajas:

- No emplean un filamento interno de calentamiento.- Disipan una menor cantidad de energa en forma de calor.- Por ser dispositivos semiconductores, tienen duracin indefinida.- Por ser muy pequeos, ocupan menos espacio.- Consumen menos energa.- Son ms baratos.- Estructura robusta y confiable.

Figura 3.1 Clasificacin del transistor3.2 EL TRANSISTOR BJT

El transistor BJT (Bipolar Junction Transistor) es un dispositivo semiconductor de 3 terminales, el cual tiene la propiedad de controlar la corriente elctrica que circula a travs de l, a partir de una corriente elctrica muy pequea.

Por estas propiedades puede ser empleado como interruptor electrnico o como amplificador y a partir de estas funciones bsicas se pueden construir otras de mayor complejidad. Es un dispositivo de 3 capas.

Existen 2 tipos de transistores BJT, el NPN y el PNP, a continuacin se muestran sus estructuras internas:

Figura 3.2 Estructura interna de los transistores BJT

Donde:

E = EmisorB = BaseC = Colector

3.3 ANALOGIA DEL TRANSISTOR BJT

Un transistor se podra aproximar a la unin de 2 diodos de la siguiente forma:

Figura 3.3 Analoga del BJT

3.4 FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR BJT

En la figura 3.4 se muestra un diagrama simplificado de la construccin de un transistor tpico. Observe que no son ms que tres capas de material semiconductor, dos de material tipo N (una ms gruesa que otra) y una muy delgada de material tipo P. Esta configuracin tan especial resulta indispensable para el funcionamiento del dispositivo, segn explicaremos a continuacin.

Figura 3.4

La operacin del transistor se basa en los siguientes fenmenos: la conduccin de una unin PN cuando es polarizada directamente y el principio de avalancha aprovechado en los diodos zener. Supongamos que a un transistor tpico se le conectan 2 fuentes de voltaje como se muestra en la figura 3.5. Advierta que se ha colocado un voltaje positivo entre la capa P intermedia y la capa N inferior, as como otra fuente de voltaje positivo entre la capa N superior y la N inferior.

Figura 3.5

Si pudiera observarse el interior del dispositivo para analizar el comportamiento de los electrones y de las cargas positivas, veramos que debido al voltaje positivo entre la capa P intermedia y la N inferior, en esta unin se produce un flujo de corriente (podemos ver esta unin PN como un diodo conectado a una fuente en directa), pero como el voltaje aplicado a dicha unin es muy pequeo, la corriente que circula tambin es reducida. Sin embargo, este voltaje es suficiente para excitar a los electrones de la capa N superior, y como entre ambas capas N efectivamente existe un voltaje relativamente alto, se produce el efecto de avalancha, el cual a su vez es controlado por la corriente que circula por la capa P intermedia. En otras palabras, cuando se alimenta a un transistor como se indico en la figura anterior, entre sus terminales N superior e inferior circula una corriente que viene a ser de mayor magnitud que la que circula por la capa P intermedia, en una proporcin que depende de la construccin interna del dispositivo. A esta ganancia de corriente se le ha dado las siglas de hfe o B (beta).

3.5 ZONAS DE FUNCIONAMIENTO

Las condiciones normales de funcionamiento de un transistor NPN se dan cuando el diodo B-E se encuentra polarizado en directa y el diodo B-C se encuentra polarizado en inversa. En esta situacin gran parte de los electrones que fluyen del emisor a la base consiguen atravesar sta, debido a su poco grosor y dbil dopado, y llegar al colector. El transistor posee tres zonas de funcionamiento:

Figura 3.6

1. Zona de saturacin: El diodo colector est polarizado directamente y el transistor se comporta como una pequea resistencia. En esta zona un aumento adicional de la corriente de base no provoca un aumento de la corriente de colector, sta depende exclusivamente de la tensin entre emisor y colector. El transistor se asemeja en su circuito emisor-colector a un interruptor cerrado.

2. Zona activa: En este intervalo el transistor se comporta como una fuente de corriente, determinada por la corriente de base. A pequeos aumentos de la corriente de base corresponden grandes aumentos de la corriente de colector, de forma casi independiente de la tensin entre emisor y colector. Para trabajar en esta zona el diodo B-E ha de estar polarizado en directa, mientras que el diodo B-C, ha de estar polarizado en inversa.

3. Zona de corte: El hecho de hacer nula la corriente de base, es equivalente a mantener el circuito base emisor abierto, en estas circunstancias la corriente de colector es prcticamente nula y por ello se puede considerar el transistor en su circuito C-E como un interruptor abierto.

Los transistores se usan en su zona activa cuando se emplean como amplificadores de seales. Las zonas de corte y saturacin son tiles en circuitos digitales.

3.6 SIMBOLO DEL BJT

Figura 3.73.7 CONFIGURACIONES DEL BJT

- EMISOR COMUN

Figura 3.8 Configuracin Emisor Comn

Caractersticas:

- Resistencia de entrada = 1K- Resistencia de salida = 50 a 60K- VBE = polarizacin en directa- Alta ganancia como amplificador- La seal de salida sale invertida en fase

- BASE COMUN

Figura 3.9 Configuracin Base Comn

Caractersticas:

- Resistencia de entrada = 20 a 30- Resistencia de salida = 1M- No es muy utilizado, ya que tiene un factor de amplificacin muy bajo.- Presenta estabilidad al aumento de temperatura.

- COLECTOR COMUN

Figura 3.10 Configuracin Colector Comn

Caractersticas:

- Resistencia de entrada = 150- Resistencia de salida = 80

Para reconocer en que configuracin de polarizacin est trabajando el transistor, basta localizar la terminal comn al circuito de entrada y salida.

Figura 3.11

3.8 CONEXIN DARLINGTON

Figura 3.12 Conexin Darlington

La conexin de 2 transistores como en la figura se llama Darlington y se usa cuando queremos que la amplificacin de corriente sea mayor que con uno solo Hfe= amplificacin del transistor= Icolector/Ibase nos dice la cantidad de veces que es mayor la corriente de entrada que la de salida. En el caso del Darlington la amplificacin total sera Hfetotal= Hfe1 x Hfe2. Por ejemplo si conectamos dos transistores que tiene cada uno de ellos 10 de amplificacin, en conexin Darlington conseguiramos una amplificacin de 100 veces.

En la siguiente tabla se hace un resumen de las caractersticas de los transistores PNP y NPN.

3.9 EL TRANSISTOR FETAunque los transistores comunes funcionan convenientemente en la mayora de aplicaciones en las que se les utiliza, hay casos especiales en los que no ofrecen una solucin idnea. Por ejemplo supongamos que tenemos un dispositivo sensor cuya seal queremos amplificar, pero existe el inconveniente de que este elemento no puede suministrar ninguna corriente para excitar la base del transistor comn. En estas condiciones, lo ms idneo es emplear un dispositivo que en lugar de necesitar corriente de entrada para amplificarla, se pueda excitar directamente con el voltaje, prcticamente sin consumo de energa. Este dispositivo es, precisamente el transistor de efecto de campo o FET (Field Effect Transistor).

3.10 EL TRANSISTOR JFETComo su nombre lo indica, el FET aprovecha para su funcionamiento la presencia de campos elctricos en su interior. En la figura 3.13 se muestra la construccin interna de un transistor JFET. Observe que se trata de un elemento de tres terminales, donde la superior y la inferior se encuentran conectadas a una barra de material tipo N, aunque en la parte central exista un par de bloques de material tipo P, conectados a una terminal comn.

Figura 3.13Las terminales conectadas a la barra N reciben el nombre de Fuente (source) y Drenador (drain), mientras que la terminal correspondiente a los bloques P se denomina Compuerta (gate). Veamos como funciona este dispositivo: puede observar en la figura 3.14A que se a conectado el JFET a sendas fuentes de voltaje, uno positivo entre D y S y otro negativo entre G y S. en ese caso, las cargas positivas del material N queda libre de interferencias y la corriente puede circular sin problemas entre D y S.Cuando empezamos a incrementar el voltaje en G, se tiene la situacin mostrada en la figura 3.14B, donde VG es igual a 0. Esto hace que las cargas positivas del material P formen un pequeo campo elctrico a su alrededor, el cual funciona como un estorbo al flujo de corriente, disminuyendo el nivel entre D y S. Finalmente, cuando a G se le proporciona un voltaje positivo (figura 3.14C) el campo elctrico producido por los bloques P es tan amplio que bloquea por completo el flujo de corriente, con lo cual el transistor entra en corte.

Figura 3.14 Es fcil apreciar entonces que este dispositivo en vez de funcionar basado en corriente trabaja con voltaje. Por lo tanto, estos transistores poseen una muy alta impedancia de entrada, y precisan de una corriente muy reducida para trabajar (del orden de pocos microamperes). Esto los hace ideales para aplicaciones como amplificadores de termopares, amplificadores de alta impedancia de entrada, switches accionados por voltaje, etc.3.11 SIMBOLO DEL JFET

Figura 3.15 Smbolo del JFET

3.12 EL TRANSISTOR MOSFETA pesar de que un FET consume una mnima cantidad de corriente comparado con un transistor convencional, aun existen aplicaciones en las que incluso ese diminuto consumo no es conveniente, por lo que se requiere de un dispositivo que requiera todava menos energa. Es as como surge una variante del FET, llamada MOSFET por las siglas de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (transistor de efecto de campo por semiconductor de oxido metlico). En la figura 3.16 se muestra la construccin interna de este dispositivo, en sus versiones de agotamiento (A) y de crecimiento (B). Expliquemos su principio de operacin.

Figura 3.16 Construccin interna del MOSFETEl MOSFET de agotamiento incluye un par de bloques de material semiconductor idntico (en nuestro ejemplo, material tipo N), a los cuales estn conectadas las terminales de la fuente (S) y del drenador (D), y entre ambos existe un canal delgado del mismo material N, por su parte, la compuerta se conecta a una capa de dixido de silicio (SiO2), que acta como aislante, por lo que tericamente no debe existir flujo de corriente entre la compuerta y las otras terminales del transistor.Veamos que sucede cuando aplicamos un voltaje entre D y S, y a su vez aplicamos una entrada entre G y S. Si el voltaje de entrada es igual a 0 (figura 3.17A), la compuerta no induce ningn campo elctrico al dispositivo, por lo que sus condiciones operativas no cambian y se puede establecer un flujo de corriente entre D y S, aunque esta corriente no ser muy amplia debido a la resistencia interna del materia N.Si aplicamos un voltaje positivo, el campo elctrico que se forma en la compuerta empuja a las cargas positivas del material P del sustrato, ampliando la capa conductora tipo N y disminuyendo la resistencia, por lo que el dispositivo podr manejar una corriente mayor que en el caso anterior (figura 3.17B).

Figura 3.17Finalmente, si aplicamos un voltaje negativo a la compuerta, el campo elctrico generado atraer a las cargas positivas del sustrato P hacia la propia compuerta, con lo que el material P invadir el espacio del canal N, e impedir el flujo de corriente (figura 3.17C).Es fcil apreciar entonces que este dispositivo tambin es manejado completamente por voltaje, pero debido a la presencia del aislante entre la compuerta y el cuerpo del transistor, la corriente que llega a circular por esta terminal es infinitesimal (de algunos picoamperes), lo que redunda en un muy bajo consumo de energa y en una muy alta impedancia de entrada, cualidades que lo hacen ideal para la construccin de circuitos integrados digitales.El MOSFET de crecimiento funciona de manera similar, pero en este caso no se incluye el canal N conectando a los bloques D y S, sino que directamente encontramos material del sustrato P. Entonces, cuando a la compuerta no se le aplica ningn voltaje, el material P impide el paso de la corriente entre D y S, por lo que el dispositivo esta en corte (figura 3.18A).

Figura 3.18Cuando comenzamos a aplicar un voltaje positivo a G, el campo elctrico generado empuja las cargas positivas del sustrato P y comienza a formar un canal N que une a D y S, con lo que se establece una corriente que se ira incrementando conforme aumente el voltaje aplicado a G, logrando que cuando el voltaje aplicado en G es lo suficientemente grande el transistor se coloque en saturacin (figura 3.18B).Este comportamiento lineal (0 volts = 0 corri