Tema 1: Elementos Pasivos
Las Resistencias
Se denomina resistencia eléctrica, R, de una sustancia, a la oposición que encuentra la
corriente eléctrica para circular a través de dicha sustancia. Su valor viene dado en ohmios, se
designa con la letra griega omega mayúscula, Ω, y se mide con el ohmímetro.
Se suele utilizar esa misma unidad, así como dos de sus múltiplos: el Kilo-Ohmio (1KΩ) y el
Mega-Ohmio (1MΩ=106Ω).
SIMBOLO
Características
Resistencia nominal: Es el valor teórico esperado al acabar el proceso de fabricación.
Tolerancia: Diferencia entre las desviaciones superior e inferior. Se da en tanto por ciento. Nos
da una idea de la precisión del componente. Cuando el valor de la tolerancia es grande
podemos decir que la resistencia es poco precisa, sin embargo cuando dicho valor es bajo la
resistencia es más precisa.
Potencia nominal: Potencia que el elemento puede disipar de manera continua sin sufrir
deterioro. Los valores normalizados más utilizados son: 1/8, ¼, ½, 1, 2.....
El valor resistivo puede ser fijo o variable. En el primer caso hablamos de resistencias comunes
o fijas y en el segundo de resistencias variables, ajustables, potenciómetros y reóstatos. No
centraremos en el primer tipo, las fijas.
Las resistencias fijas pueden clasificarse en dos grupos, de acuerdo con el material con el que
están constituidas: "resistencias de hilo", solamente para disipaciones superiores a 2 W, y
"resistencias químicas" para, en general, potencias inferiores a 2 W.
Resistencias de hilo o bobinadas
Generalmente están constituidas por un soporte de material aislante y resistente a la
temperatura (cerámica, esteatita, mica, etc.) alrededor del cual hay la resistencia propiamente
dicha, constituida por un hilo cuya sección y resistividad depende de la potencia y de la
resistencia deseada.
En los extremos del soporte hay fijados dos anillos metálicos sujetos con un tornillo o remache
cuya misión, además de fijar en él el hilo de resistencia, consiste en permitir la conexión de la
resistencia mediante soldadura. Por lo general, una vez construidas, se recubren de un barniz
especial que se somete a un proceso de vitrificación a alta temperatura con el objeto de
proteger el hilo y evitar que las diversas espiras hagan contacto entre sí. Sobre este barniz
suelen marcarse con serigrafía los valores en ohmios y en vatios, tal como se observa en esta
figura. En ella vemos una resistencia de 250 Ω, que puede disipar una potencia máxima de 10
vatios
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Aquí vemos el aspecto exterior y estructura constructiva de las resistencias de alta
disipación (gran potencia). Pueden soportar corrientes relativamente elevadas y están
protegidas con una capa de esmalte.
A.
B.
C.
D.
hilo de conexión
soporte cerámico
arrollamiento
recubrimiento de esmalte.
Aquí vemos otros tipos de resistencias bobinadas, de diferentes tamaños y potencias,
con su valor impreso en el cuerpo.
Resistencias químicas
Las resistencias de hilo de valor óhmico elevado necesitarían una cantidad de hilo tan grande que
en la práctica resultarían muy voluminosas. Las resistencias de este tipo se realizan de forma más
sencilla y económica empleando, en lugar de hilo, carbón pulverizado mezclado con sustancias
aglomerantes.
La relación entre la cantidad de carbón y la sustancia aglomerante determina la resistividad por
centímetro, por lo que es posible fabricar resistencias de diversos valores. Existen tipos de carbón
aglomerado, de película de carbón y de película metálica. Normalmente están constituidas por un
soporte cilíndrico aislante (de porcelana u otro material análogo) sobre el cual se deposita una capa
de material resistivo.
En las resistencias, además del valor óhmico que se expresa mediante un código de colores, hay
una contraseña que determina la precisión de su valor (aproximación), o sea la tolerancia anunciada
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por el fabricante. Esta contraseña está constituida por un anillo pintado situado en uno de los
extremos del cuerpo.
Aquí abajo vemos unos ejemplos de resistencias de película de carbón y de película metálica,
donde se muestra su aspecto constructivo y su aspecto exterior:
Las resistencias llevan grabadas sobre su cuerpo unas bandas de color que nos permiten
identificar el valor óhmico que éstas poseen. Esto es cierto para resistencias de potencia
pequeña (menor de 2 W.), ya que las de potencia mayor generalmente llevan su valor impreso
con números sobre su cuerpo, tal como hemos visto antes.
En la resistencia de la izquierda vemos el método de codificación más difundido. En el cuerpo
de la resistencia hay 4 anillos de color que, considerándolos a partir de un extremo y en
dirección al centro, indican el valor óhmico de este componente
El número que corresponde al primer color indica la primera cifra, el segundo color la segunda
cifra y el tercer color indica el número de ceros que siguen a la cifra obtenida, con lo que se
tiene el valor efectivo de la resistencia. El cuarto anillo, o su ausencia, indican la tolerancia.
Podemos ver que la resistencia de la izquierda tiene los colores amarillo-violeta-naranja-oro
(hemos intentado que los colores queden representados lo mejor posible en el dibujo), de
forma que según la tabla de abajo podríamos decir que tiene un valor de: 4-7-3ceros, con una
tolerancia del 5%, o sea, 47000 Ω ó 47 KΩ. La tolerancia indica que el valor real estará entre
44650 Ω y 49350 Ω (47 KΩ±5%).
La resistencia de la derecha, por su parte, tiene una banda más de color y es que se trata de
una resistencia de precisión. Esto además es corroborado por el color de la banda de
tolerancia, que al ser de color rojo indica que es una resistencia del 2%. Éstas tienen tres cifras
significativas (al contrario que las anteriores, que tenían 2) y los colores son marrón-verdeamarillo-naranja, de forma que según la tabla de abajo podríamos decir que tiene un valor de:
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1-5-4-4ceros, con una tolerancia del 2%, o sea, 1540000 Ω ó 1540 KΩ ó 1.54 MΩ. La
tolerancia indica que el valor real estará entre 1509.2 KΩ y 1570.8 KΩ (1.54 MΩ±2%).
Por último, comentar que una precisión del 2% se considera como muy buena, aunque en la
mayoría de los circuitos usaremos resistencias del 5%, que son las más corrientes.
Código de colores en las resistencas
COLORES
Banda 1 Banda 2 Banda 3 Multiplicador Tolerancia
Plata
x 0.01
10%
Oro
x 0.1
5%
Negro
0
0
0
x1
Marrón
1
1
1
x 10
1%
Rojo
2
2
2
x 100
2%
Naranja
3
3
3
x 1000
Amarillo
4
4
4
x 10000
Verde
5
5
5
x 100000
Azul
6
6
6
x 1000000
Violeta
7
7
7
Gris
8
8
8
Blanco
9
9
9
--Ninguno--
-
-
-
0.5%
20%
Nota: Estos colores se han establecido internacionalmente, aunque algunos de ellos en
ocasiones pueden llevar a una confusión a personas con dificultad de distinguir la zona de
colores rojo-naranja-marrón-verde. En tales casos, quizá tengan que echar mano en algún
momento de un polímetro para saber con certeza el valor de alguna resistencia cuyos colores
no pueden distinguir claramente. También es cierto que en resistencias que han tenido un
"calentón" o que son antiguas, a veces los colores pueden haber quedado alterados, en cuyo
caso el polímetro nos dará la verdad.
Otro caso de confusión puede presentarse cuando por error leemos las bandas de color al
revés. Estas resistencias de aquí abajo son las mismas que antes, pero dadas la vuelta.
En la primera, si leemos de izquierda a derecha, ahora vemos oro-naranja-violeta-amarillo. El
oro no es un color usado para las cifras significativas, así que algo va mal. Además el amarillo
no es un color que represente tolerancias. En un caso extremo, la combinación naranjavioleta-amarillo (errónea por otro lado porque la banda de tolerancia no va a la izquierda de
las otras) nos daría el valor de 370 KΩ, que no es un valor normalizado.
En la segunda, ahora vemos rojo-naranja-amarillo-verde-marrón. La combinación nos daría
el valor 234000000 Ω = 234 MΩ, que es un valor desorbitado (generalmente no suele haber
resistencias de más de 10 MΩ), además de no ser un valor normalizado. Eso sí, la resistencia
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tendría una tolerancia del 1% (marrón), que no tiene sentido para un valor tan alto de
resistencia.
Valores normalizados de resistencias
Vamos a mostrar ahora una tabla con los valores normalizados de resistencias, que ayudará a
encajarlas según valores establecidos internacionalmente.
Tolerancia 10 % Tolerancia 5 %
Tolerancia 2 %
1.0
1.0, 1.1
1.00, 1.05, 1.1, 1.15
1.2
1.2, 1.3
1.21, 1.27, 1.33, 1.40, 1.47
1.5
1.5, 1.6
1.54, 1.62, 1.69, 1.78
1.8
1.8, 2.0
1.87, 196, 2.00, 2.05, 2.15
2.2
2.2, 2.4
2.26, 2.37, 2.49, 2.61
2.7
2.7, 3.0
2.74, 2.87, 3.01, 3.16
3.3
3.3, 3.6
3.32, 3.48, 3.65, 3.83
3.9
3.9, 4.3
4.02, 4.22, 4.42, 4.64
4.7
4.7, 5.1
4.87, 5.11, 5.36
5.6
5.6, 6.2
5.62, 5.90, 6.19, 6.49
6.8
6.8, 7.5
6.81, 7.15, 7.50, 7.87
8.2
8.2, 9.1
8.25, 8.66, 9.09, 9.53
Resistencias variables
Componentes pasivos de tres terminales, que permiten manipular la señal que hay en un
circuito (volumen de un equipo de música).
Símbolos
Potenciómetro de película de carbón
Potenciómetro de hilo
Normalmente el terminal central corresponde al cursor o parte móvil del componente y entre los
extremos se encuentra la resistencia.
Características
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Resistencia nominal: Es el valor teórico que debe presentar en sus extremos. Se marca
directamente sobre el cuerpo del componente.
Ley de variación.
Indica el tipo de variación y son:
antilogaritmitos, en "S", lineal y logarítmico.
Resistencias no Lineales
Foto-Resistores o LDR (Resistencias dependientes de la Luz)
La resistencia de estos tipos de componentes varía en función de la luz que recibe en su
superficie. Así, cuando están en oscuridad su resistencia es alta y cuando reciben luz su
resistencia disminuye considerablemente.
Los materiales que intervienen en su construcción son Sulfuro de Cadmio, utilizado como
elemento sensible a las radiaciones visibles y sulfuro de plomo se emplean en las LDR que
trabajan en el margen de las radiaciones infrarrojas. Estos materiales se colocan en
encapsulados de vidrio o resina.
+ LUZ » - RESISTENCIA
- LUZ » + RESISTENCIA
Aspecto físico real de las fotocélulas o LDR
Símbolo
Su uso más común se encuentra en apertura y cierre de puertas, movimiento y paro de cintas
trasportadoras, ascensores, contadores, alarmas, control de iluminación...
TERMISTORES
Son dispositivos cuya resistencia varía en función de la temperatura.Existen dos tipos de
termistores:
Termistor NTC (Coeficiente de temperatura negativo)
Es un componente, al igual que la PTC, que varia su resistencia en función de la temperatura.
Así, cuando reciben una temperatura mayor que la de ambiente disminuye su valor óhmico y
cuando es baja o de ambiente aumenta.
+ TEMPERATURA » - RESISTENCIA
- TEMPERATURA » + RESISTENCIA
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Símbolo
Identificación por bandas de colores
Aspecto físico real de una NTC
También, en su aspecto físico, pueden presentar franjas de colores. En este caso, para
conocer su valor, se emplea el código de colores de resistencias, observando los colores de
abajo hacia arriba: Las franjas 1ª, 2ª y 3ª expresan el valor en ohmios a 25º C y la franja 4ª
indica su tolerancia en %.
Suelen construirse con óxido de hierro, de cromo, de manganeso, de cobalto o de níquel.
El encapsulado de este tipo de resistencia dependerá de la aplicación que se le vaya a dar. Por
ello nos encontramos NTC de disco, de varilla, moldeado, lenteja, con rosca para chasis...
Los fabricantes identifican los valores de las NTC mediante dos procedimientos: serigrafiado
directo en el cuerpo de la resistencia, y mediante bandas de colores, semejante a las
resistencias y siguiendo su mismo código, teniendo en cuenta que el primer color es el que
está más cercano a las patillas del componente según se observa en la figura. Su curva
característica se realiza entre dos parámetros, la resistencia y la temperatura.
Sus aplicaciones más importantes están: medidas, regulación y alarmas de temperatura,
regulación de la temperatura en procesos de elaboración, termostatos, compensación de
parámetros de funcionamiento en aparatos electrónicos (radio, TV...).
Termistor PTC (Coeficiente de temperatura positivo)
En este componente un aumento de temperatura se corresponde con un aumento de
resistencia. Se fabrican con titanato de bario. Sus aplicaciones más importantes son: en
motores para evitar que se quemen sus bobinas, en alarmas, en TV y en automóviles
(temperatura del agua).
+ TEMPERATURA » + RESISTENCIA
- TEMPERATURA » - RESISTENCIA
El concepto de los encapsulados de las PTC se rige por los mismos criterios que una NTC,
siendo sus aspectos muy parecidos a los mismos.
Símbolo de la PTC
Identificación por banda de colores
Aspecto físico real de una PTC
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VARISTORES ó VDR (Resistencias Dependiente del Voltaje)
La propiedad que caracteriza esta resistencia consiste en que disminuye su valor óhmico
cuando aumenta bruscamente la tensión. De esta forma bajo impulsos de tensión se comporta
casi como un cortocircuito y cuando cesa el impulso posee una alta resistividad.
- VOLTAJE »
+ VOLTAJE »
Símbolo de la VDR
+ RESISTENCIA
- RESISTENCIA
Aspecto físico real de una VDR
Se utilizan en su construcción carburo de silicio, óxido de zinc, y óxido de titanio.
Sus aplicaciones aprovechan esta propiedad y se usan básicamente para proteger contactos
móviles de contactores, relés, interruptores.., ya que la sobre intensidad que se produce en los
accionamientos disipa su energía en el varistor que se encuentra en paralelo con ellos,
evitando así el deterioro de los mismos, además, como protección contra sobre tensiones y
estabilización de tensiones, adaptación a aparatos de medida...
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Los Condensadores
Un condensador o capacitor es un dispositivo que almacena energía eléctrica, es un
componente pasivo. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de
aluminio) separadas por un material dieléctrico.
Va a tener una serie de características tales como capacidad, tensión de trabajo, tolerancia
y polaridad, que deberemos aprender a distinguir
Aquí a la izquierda vemos esquematizado un
condensador, con las dos láminas = placas =
armaduras, y el dieléctrico entre ellas. En la
versión más sencilla del condensador, no se
pone nada entre las armaduras y se las deja
con una cierta separación, en cuyo caso se dice
que el dieléctrico es el aire.
Características Técnicas
Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se
suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios (µF=10-6 F),
nanofaradios (nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F).
Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un condensador, que
depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté fabricado. Si se supera dicha
tensión, el condensador puede perforarse (quedar cortocircuitado) y/o explotar. En este
sentido hay que tener cuidado al elegir un condensador, de forma que nunca trabaje a
una tensión superior a la máxima.
Tolerancia: Igual que en las resistencias, se refiere al error máximo que puede existir
entre la capacidad real del condensador y la capacidad indicada sobre su cuerpo.
Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad superior a 1
µF tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión prestando atención a sus
terminales positivo y negativo. Al contrario que los inferiores a 1µF, a los que se puede
aplicar tensión en cualquier sentido, los que tienen polaridad pueden explotar en caso
de ser ésta la incorrecta.
Símbolos
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Tipos de condensadores
Vamos a mostrar a continuación una serie de condensadores de los más típicos que se pueden
encontrar. Todos ellos están comparados en tamaño a una moneda española de 25 pesetas..
Electrolíticos.
Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en electrólito. Siempre tienen polaridad, y
una capacidad superior a 1 µF. Arriba observamos claramente que el condensador nº 1 es de
2200 µF, con una tensión máxima de trabajo de 25v. (Inscripción: 2200 µ / 25 V).
Símbolo
Abajo a la izquierda vemos un esquema de este tipo de condensadores y a la derecha vemos
unos ejemplos de condensadores electrolíticos de cierto tamaño, de los que se suelen emplear
en aplicaciones eléctricas (fuentes de alimentación, etc...).
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Diversas fallas en los electrolíticos
Una falla en la uniformidad de la capa de óxido formada en algún punto de las placas produce
un cortocircuito o una disminución de la tensión de trabajo del condensador. Esta condición
aumenta una corriente de fuga que provoca el sobrecalentamiento interno y la consiguiente
expansión y evaporación del ácido, que al superar por presión el hermetismo del tapón de
goma puede destruir por explosión al condensador.
Si el sellado hermético del condensador no es bueno, el ácido se seca y deja de actuar como
dieléctrico. En este caso, el valor de capacidad se reduce progresivamente.
Un condensador que en un período de aproximadamente 4 años no recibe tensión (es decir, no
se utiliza), comienza a deformarse internamente. En efecto, la capa de óxido de electrolito se
reduce por sí misma si el condensador no es conectado a una fuente de tensión continua,
acercándose gradualmente a su condición primitiva de protocondensador , cuando en fábrica
estaba siendo formado. Es por eso que debería tenerse especial cuidado en conocer la fecha
de fabricación de estos componentes casi perecederos, o preguntar el tiempo de inactividad de
un aparato electrónico, si se apresta a repararlo. Un caso similar ocurre cuando se utiliza a un
condensador con tensiones mucho menores a su tensión nominal de trabajo; al estar
prácticamente sin polarización de corriente continua, la capa de óxido se irá haciendo cada vez
más angosta, hasta provocar la falla del circuito electrónico en donde trabaja.
Al estar los terminales del condensador unidos por remaches o puntos de soldadura a las
placas, existe en ambos casos una cierta resistencia de contacto. Si el condensador trabaja en
una condición de alto rizado (ripple) como, por ejemplo, el filtrado una fuente conmutada
(switching), estas uniones eléctricas se calientan y se oxidan. Al calentarse y enfriarse, se
dilatan y contraen respectivamente; estas sucesivas contracciones y dilataciones provocarán el
aflojamiento de las uniones de los terminales, llegando incluso a dejar al condensador en un
estado de circuito abierto o con intermitencias, comúnmente llamadas falsos contactos. Por otra
parte, estos falsos contactos producen un sobrecalentamiento, que acelera el proceso, en una
especie de círculo vicioso. Esta condición especial es la que suele confundir a los técnicos más
experimentados, pues un aparato puede funcionar correctamente en el instante inicial de
encendido y fallar al alcanzar apenas unos grados de temperatura y viceversa.
Electrolíticos de tántalo o de gota.
Emplean como dieléctrico una finísima película de óxido de tantalio amorfo , que con un menor
espesor tiene un poder aislante mucho mayor. Tienen polaridad y una capacidad superior a 1
µF. Su forma de gota les da muchas veces ese nombre.
Símbolo
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Poliester metalizado MKT.
Suelen tener capacidades inferiores a 1 µF y tensiones de trabajo a partir de 63v. Más abajo
vemos su estructura: dos láminas de policarbonato recubierto por un depósito metálico que se
bobinan juntas. Aquí al lado vemos un detalle de un condensador plano de este tipo, donde se
observa que es de 0.033 µF y 250v. (Inscripción: 0.033 K/ 250 MKT).
Poliéster.
Son similares a los anteriores, aunque con un proceso de fabricación algo diferente. En
ocasiones este tipo de condensadores se presentan en forma plana y llevan sus datos
impresos en forma de bandas de color, recibiendo comúnmente el nombre de condensadores
"de bandera". Su capacidad suele ser como máximo de 470 nF.
Poliéster tubular.
Similares a los anteriores, pero enrollados de forma normal, sin aplastar.
Cerámico "de lenteja" o "de disco".
Son los cerámicos más corrientes. Sus valores de capacidad están comprendidos entre 0.5 pF
y 47 nF. En ocasiones llevan sus datos impresos en forma de bandas de color.
Aquí abajo vemos unos ejemplos de condensadores de este tipo.
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Cerámico "de tubo".
Sus valores de capacidad son del orden de los picofaradios y generalmente ya no se usan,
debido a la gran deriva térmica que tienen (variación de la capacidad con las variaciones de
temperatura).
Codificación por bandas de color
Hemos visto que algunos tipos de condensadores llevan sus datos impresos codificados con
unas bandas de color. Esta forma de codificación es muy similar a la empleada en las
resistencias, en este caso sabiendo que el valor queda expresado en picofaradios (pF).
Las bandas de color son como se observa en esta figura


En
el
condensador
de
la
izquierda
vemos
los
siguientes
datos:
verde-azul-naranja = 56000 pF = 56 nF (recordemos que el "56000" está expresado en
pF). El color negro indica una tolerancia del 20%, tal como veremos en la tabla de abajo
y el color rojo indica una tensión máxima de trabajo de 250v.
En el de la derecha vemos:
amarillo-violeta-rojo = 4700 pF = 4.7 nF. En los de este tipo no suele aparecer
información acerca de la tensión ni la tolerancia.
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Código de colores en los condesadores
COLORES
Banda 1
Banda 2
Multiplicador
Negro
--
0
x1
Marrón
1
1
x 10
100 V.
Rojo
2
2
x 100
250 V.
Naranja
3
3
x 1000
Amarillo
4
4
x 104
5
Verde
5
5
x 10
Azul
6
6
x 106
Violeta
7
7
Gris
8
8
Blanco
9
9
COLORES
Tensión
400 V.
630 V.
Tolerancia (C > 10 pF)
Tolerancia (C < 10 pF)
Negro
+/- 20%
+/- 1 pF
Blanco
+/- 10%
+/- 1 pF
Verde
+/- 5%
+/- 0.5 pF
Rojo
+/- 2%
+/- 0.25 pF
Marrón
+/- 1%
+/- 0.1 pF
Codificación mediante letras
Este es otro sistema de inscripción del valor de los condensadores sobre su cuerpo. En lugar
de pintar unas bandas de color se recurre también a la escritura de diferentes códigos
mediante letras impresas.
A veces aparece impresa en los condensadores la letra "K" a continuación de las letras; en este
caso no se traduce por "kilo", o sea, 1000 sino que significa cerámico si se halla en un
condensador de tubo o disco.
Si el componente es un condensador de dieléctrico plástico (en forma de paralelepípedo), "K"
significa tolerancia del 10% sobre el valor de la capacidad, en tanto que "M" corresponde a
tolerancia del 20% y "J", tolerancia del 5%.
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LETRA
Tolerancia
"M"
+/- 20%
"K"
+/- 10%
"J"
+/- 5%
Detrás de estas letras figura la tensión de trabajo y delante de las mismas el valor de la
capacidad indicado con cifras. Para expresar este valor se puede recurrir a la colocación de un
punto entre las cifras (con valor cero), refiriéndose en este caso a la unidad microfaradio (µF) o
bien al empleo del prefijo "n" (nanofaradio = 1000 pF).
Ejemplo: Un condensador marcado con 0,047 J 630 tiene un valor de 47000 pF = 47
nF, tolerancia del 5% sobre dicho valor y tensión máxima de trabajo de 630 v. También
se podría haber marcado de las siguientes maneras: 4,7n J 630, o 4n7 J 630.
Código "101" de los condensadores
Por último, vamos a mencionar el código 101 utilizado en los condensadores cerámicos como
alternativa al código de colores. De acuerdo con este sistema se imprimen 3 cifras, dos de ellas
son las significativas y la última de ellas indica el número de ceros que se deben añadir a las
precedentes. El resultado debe expresarse siempre en picofaradios pF.
Así, 561 significa 560 pF, 564 significa 560000 pF = 560 nF, y en el ejemplo de la figura de la
derecha, 403 significa 40000 pF = 40 nF.
0,047 J 630
C=47 nF 5%
V=630 V.
403
C=40 nF
15 / 99
0,068 J 250
C=68 nF 5%
V=250 V.
47p
C=47 pF
22J
C=22 pF 5%
2200
C=2.2 nF
10K +/-10% 400 V
C=10 nF 10%
V=400 V
amarillo-violetanaranja-negro
C=47 nF 20%
n47 J
C=470 pF 5%
verde-azul-naranjanegro-rojo
C=56 nF 20%
V=250 V.
22K 250 V
C=22 nF
V=250 V.
3300/10 400 V
C=3.3 nF 10%
V=400 V.
330K 250V
C=0.33 µF
V=250 V.
0,1 J 250
C=0.1 µF 5%
V=250 V.
µ1 250
C=0.1 µF
V=250 V.
n15 K
C=150 pF 10%
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azul-gris-rojo y
marron-negronaranja
C1=8.2 nF
C2=10 nF
.02µF 50V
C=20 nF
V=50 V.
amarillo-violeta-rojo
C=4.7 nF
amarillo-violeta-rojo, rojonegro-marrón y amarillovioleta-marrón
C1=4.7 nF
C2=200 pF
C3=470 pF
Condensadores variables
Constan de un grupo de armaduras móviles, de tal forma que al girar sobre un eje se aumenta
o reduce la superficie de las armaduras metálicas enfrentadas, variándose con ello la
capacidad.
El dieléctrico empleado suele ser el aire, aunque también se incluye mica o plástico.
Condensadores ajustables
Denominados también trimmers, los tipos más utilizados son los de mica, aire y cerámica.
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La s Bobinas
Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al
fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.
Un inductor está constituido usualmente por una cabeza hueca de una bobina de material
conductor, típicamente alambre o hilo de cobre esmaltado. Existen inductores con núcleo de
aire o con núcleo de un material ferroso, para incrementar su capacidad de magnetismo entre
la Intensidad (inductancia).
Los inductores pueden también estar construidos en circuitos integrados, usando el mismo
proceso utilizado para realizar microprocesadores. En estos casos se usa, comúnmente, el
aluminio como material conductor. Sin embargo, es raro que se construyan inductores dentro
de los circuitos integrados; es mucho más práctico usar un circuito llamado "girador" que,
mediante un amplificador operacional, hace que un condensador se comporte como si fuese un
inductor. El inductor consta de las siguientes partes:
Pieza polar: Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entrehierro,
incluyendo el núcleo y la expansión polar.
Núcleo: Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor.
Devanado inductor: Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magnético, al ser
recorrido por la corriente eléctrica.
Expansión polar: Es la parte de la pieza polar próxima al inducido y que bordea al entrehierro.
Polo auxiliar o de conmutación: Es un polo magnético suplementario, provisto o no, de
devanados y destinado a mejorar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de
mediana y gran potencia.
Culata: Es una pieza de sustancia ferromagnética, no rodeada por devanados, y destinada a
unir los polos de la máquina.
Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional pero se suelen emplear los
submúltiplos mH y µH.
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Sus símbolos normalizados son los siguientes:
1. Bobina
2. Inductancia
4. Bobina con núcleo ferromagnético
5. Bobina con núcleo de ferroxcube
6. Bobina blindada
3. Bobina con tomas fijas
7. Bobina electroimán 8. Bobina ajustable
9. Bobina variable
Existen bobinas de diversos tipos según su núcleo y según tipo de arrollamiento.
Su aplicación principal es como filtro en un circuito electrónico, denominándose comúnmente,
choques.
Características Técnicas
1. FIJAS
Con núcleo de aire
El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con
un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas.
Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las
espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza
cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este
caso se pueden considerar como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y
conectadas en serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.
Con núcleo sólido
Poseen valores de inductancia más altos que los anteriores debido a su nivel elevado de
permeabilidad magnética. El núcleo suele ser de un material ferromagnético. Los más usados
son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias
que se desean eliminar son bajas se utilizan núcleos parecidos a los de los transformadores
(en fuentes de alimentación sobre todo). Así nos encontraremos con las configuraciones
propias de estos últimos. Las secciones de los núcleos pueden tener forma de EI, M, UI y L.
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Bobina de ferrita
Bobinas con núcleo toroidal
Bobinas de ferrita para SMD
Bobina de ferrita de nido de abeja
SMD (Surface Mount Device). Dispositivos de Montaje Superficial
Las bobinas de nido de abeja se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos de radio en
las gamas de onda media y larga. Gracias a la forma del bobinado se consiguen altos valores
inductivos en un volumen mínimo.
Las bobinas de núcleo toroidal se caracterizan por que el flujo generado no se dispersa hacia el
exterior ya que por su forma se crea un flujo magnético cerrado, dotándolas de un gran
rendimiento y precisión.
Las bobinas de ferrita arrolladas sobre núcleo de ferrita, normalmente cilíndricos, con
aplicaciones en radio es muy interesante desde el punto de vista práctico ya que, permite
emplear el conjunto como antena colocándola directamente en el receptor.
Las bobinas grabadas sobre el cobre, en un circuito impreso tienen la ventaja de su mínimo
coste pero son difícilmente ajustables mediante núcleo.
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El Relé
Es un dispositivo que consta de dos circuitos diferentes: un circuito electromagnético
(electroimán) y un circuito de contactos, al cual aplicaremos el circuito que queremos controlar.
En la siguiente figura se puede ver su simbología así como su constitución (rele de armadura).
Símbolo del relé de un circuito
Símbolo del relé de dos circuitos
Partes de un relé de armaduras
Su funcionamiento se basa en el fenómeno electromagnético. Cuando la corriente atraviesa la
bobina, produce un campo magnético que magnetiza un núcleo de hierro dulce (ferrita). Este
atrae al inducido que fuerza a los contactos a tocarse. Cuando la corriente se desconecta
vuelven a separarse.
Los símbolos que aparecen en las figuras poseen solo 1 y dos circuitos, pero existen relés con
un mayor número de ellos.
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Características Técnicas
Parte electromagnética
Corriente de excitación.- Intensidad, que circula por la bobina, necesaria para activar el
relé.
Tensión nominal.- Tensión de trabajo para la cual el relé se activa.
Tensión de trabajo.- Margen entre la tensión mínima y máxima, garantizando el
funcionamiento correcto del dispositivo.
Consumo nominal de la bobina.- Potencia que consume la bobina cuando el relé está
excitado con la tensión nominal a 20ºC.
Contactos o Parte mecánica
Tensión de conexión.- Tensión entre contactos antes de cerrar o después de abrir.
Intensidad de conexión.- Intensidad máxima que un relé puede conectar o
desconectarlo.
Intensidad máxima de trabajo.- Intensidad máxima que puede circular por los contactos
cuando se han cerrado.
Los materiales con los que se fabrican los contactos son: plata y aleaciones de plata que
pueden ser con cobre, níquel u óxido de cadmio. El uso del material que se elija en su
fabricación dependerá de su aplicación y vida útil necesaria de los mismos.
RELES MAS UTILIZADOS
DE ARMADURA
El electroimán hace vascular la armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo
de si es normalmente abierto o normalmente cerrado.
DE NÚCLEO MÓVIL
Tienen un émbolo en lugar de la armadura. Se utiliza un solenoide para cerrar los contactos.
Se suele aplicar cuando hay que manejar grandes intensidades.
Relé de armaduras
Relé de armaduras
Relé Reed
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Relé en encapsulado tipo DIP
Relé en encapsulado tipo DIP
Aplicación de los reles como
módulos de interface
Las aplicaciones de este tipo de componentes son múltiples: en electricidad, en automatismos
eléctricos, control de motores industriales; en electrónica: sirven básicamente para manejar
tensiones y corrientes superiores a los del circuito propiamente dicho, se utilizan como
interfaces para PC, en interruptores crepusculares, en alarmas, en amplificadores...
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Tema 2: Fuentes de Tensión y de Corriente
Para el correcto conocimiento de la electrónica es necesario saber algunas leyes y teoremas
fundamentales como la Ley de Ohm, las Leyes de Kirchhoff, y otros teoremas de circuitos.
Ley de Ohm
La intensidad de corriente que circula por un circuito eléctrico, es directamente proporcional al
voltaje o tensión aplicado al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia que ofrece
dicho circuito al paso de la corriente eléctrica.
La expresión matemática que cumple con esta definición es la siguiente:



Donde V es la tensión que se mide en voltios (V).
Donde I es la intensidad de la corriente que atraviesa la resistencia, y que se mide en
Amperios (A).
Donde R es la resistencia que se mide en Ohmios (Ω).
POTENCIA
La potencia se define como el producto entre la tensión aplicada a un circuito eléctrico y la
intensidad que es absorbida por este. Su unidad de medida es el vatio, y se representa por la
letra W.
Si tenemos en cuenta además la ley de OHM, y sustituimos en la expresión anterior, podemos
obtener las siguientes fórmulas:
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Leyes de Kirchhoff
Ley de Kirchhoff de tensiones
La suma de las caídas de tensiones de todos los componentes de una malla cerrada debe ser
igual a cero.
V2 + V3 + V4 - V1 = 0
Ley de Kirchhoff de corrientes
La suma de corrientes entrantes en un nodo es igual a la suma de corrientes salientes del
nodo.
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I1 = I2 + I3 + I4
Resistencias
Las resistencias se pueden conectar entre si, de manera que podemos obtener las siguientes
asociaciones posibles:
Asociación de resistencias en serie, asociación en paralelo y asociación mixta. A continuación
pasamos a detallar cada una de ellas.
CIRCUITO SERIE
RESISTENCIA TOTAL:
RT = R1+R2+R3
- La intensidad en un circuito serie, es la misma en cada resistencia:
I1 = I2 = I3 = IT
Además según la ley de Ohm
IT = VT/RT
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- La tensión total ( VT ) se reparte proporcionalmente al valor de cada resistencia.
- Esto quiere decir que cuanto mayor sea el valor óhmico de la resistencia, mayor será la
caída de tensión en ella.
V1 = R1 . I1
V2 = R2 . I2
V3 = R3 . I3
- Por lo tanto el voltaje total ( VT ) será:
VT = V1 + V2 + V3
O también
VT = RT . IT
CIRCUITO PARALELO
RESISTENCIA TOTAL:
- La tensión en un circuito paralelo, es la misma en cada resistencia:
V1 = V2 = V3 = VT
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VT = RT . IT
- La intensidad se reparte inversamente al valor de cada resistencia:
Esto quiere decir que cuanto mayor sea el valor de la resistencia, menor será la intensidad
que circule por ella.
I1 = VT/R1
I2 = VT/R2
I3 = VT/R3
Por lo tanto la intensidad total será:
IT = I1 + I2 + I3
O también:
IT = VT/RT
CIRCUITO MIXTO
Es un circuito compuesto por resistencias conectadas entre si en serie, y en paralelo.
Ejemplos:
1. Partimos de un circuito mixto, y lo convertimos en un circuito paralelo:
2. Partimos de un circuito mixto, y lo convertimos en un circuito serie:
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Generadores
Generadores de Continua
Pueden ser tanto fuentes de corriente como de tensión, y su utilidad es suministrar corriente o
tensión, respectivamente de forma continua.
Generador de corriente continua
Generador de tensión continua
Generadores de Alterna
Pueden ser tanto fuentes de corriente como de tensión, y su utilidad es suministrar corrientes o
tensiones, respectivamente de forma alterna (por ejemplo: de forma senoidal, de forma
triangular, de forma cuadrada., etc....).
Generador de corriente alterna
Generador de tensión alterna
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Aparatos de medición.
Voltímetro.
Aparato que mide tensiones eficaces tanto en continua como en alterna, y su colocación es
de forma obligatoria en "paralelo" al componente sobre el cual se quiere medir su tensión.
Voltímetro de continua
dc = direct current (corriente directa, corriente de contínua)
Voltímetro de alterna
ac = altern current (corriente alterna)
Amperímetro.
Aparato que mide el valor medio de la corriente, y su colocación es de forma obligatoria en
"serie" con el componente del cual se quiere saber la corriente que le atraviesa.
Amperímetro de continua
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Amperímetro de alterna
Óhmetro
Aparato que mide el valor de las resistencias, y que de forma obligatoria hay que colocar en
paralelo al componente estando éste separado del circuito (sin que le atraviese ninguna
intensidad). Mide resistencias en Ohmios (Ω).
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Corriente Alterna (CA / AC)
Además de la existencia de fuentes de FEM de corriente directa o continua (C.D.) (como la que
suministran las pilas o las baterías, cuya tensión o voltaje mantiene siempre su polaridad fija),
se genera también otro tipo de corriente denominada alterna (C.A.), que se diferencia de la
directa por el cambio constante de polaridad que efectúa por cada ciclo de tiempo.
Una pila o batería constituye una fuente de suministro de corriente directa, porque su polaridad
se mantiene siempre fija
Propiedades corriente Alterna (CA)
La diferencia de la corriente alterna con la corriente continua, es que la corriente
continua circula sólo en un sentido.
La corriente alterna (como su nombre lo indica) circula por durante un tiempo en un sentido
y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante.
De acuerdo con su forma gráfica, la corriente alterna puede ser:




Rectangular o pulsante
Triangular
Diente de sierra
Sinusoidal o senoidal
(A)Onda rectangular o pulsante. (B) Onda triangular. (C) Onda diente de sierra. (D) Onda
sinusoidal o senoidal.
De todas estas formas, la onda más común es la sinusoidal o senoidal.
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Cualquier corriente alterna puede fluir a través de diferentes dispositivos eléctricos,
como pueden ser resistencias, bobinas, condensadores, etc., sin sufrir deformación.
La onda con la que se representa gráficamente la corriente sinusoidal recibe ese
nombre porque su forma se obtiene a partir de la función matemática de seno.
En la siguiente figura se puede ver la representación gráfica de una onda sinusoidal y
las diferentes partes que la componen:
De donde:
A = Amplitud de onda
P = Pico o cresta
N = Nodo o valor cero
V = Valle o vientre
T = Período
Amplitud de onda: máximo valor que toma una corriente eléctrica. Se llama también
valor de pico o valor de cresta.
Pico o cresta: punto donde la sinusoide alcanza su máximo valor.
Nodo o cero: punto donde la sinusoide toma valor “0”.
Valle o vientre: punto donde la sinusoide alcanza su mínimo valor.
Período: tiempo en segundos durante el cual se repite el valor de la corriente. Es el
intervalo que separa dos puntos sucesivos de un mismo valor en la sinusoide. El
período es lo inverso de la frecuencia y, matemáticamente, se representa por medio de
la siguiente fórmula:
T=1/F
Como ya se vio anteriormente, la frecuencia no es más que la cantidad de ciclos por
segundo o hertz (Hz), que alcanza la corriente alterna. Es el inverso del período y,
matemáticamente, se representa de la manera siguiente:
F=1/T
Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y la usamos para alimentar la TV,
el equipo de sonido, la lavadora, la refrigeradora, etc.
En el siguiente gráfico se muestra el voltaje (que es también alterno) y tenemos que la
magnitud de éste varía primero hacia arriba y luego hacia abajo (de la misma forma en que se
comporta la corriente) y nos da una forma de onda llamada: onda senoidal.
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El voltaje varía continuamente, y para saber que voltaje tenemos en un momento específico,
utilizamos la fórmula; V = Vp x Seno (Θ) donde Vp = V pico (ver gráfico) es el valor máximo
que obtiene la onda y Θ es una distancia angular y se mide en grados.
Aclarando un poco esta última parte y analizando el gráfico, se ve que la onda senoidal es
periódica (se repite la misma forma de onda continuamente)
Si se toma un período de ésta (un ciclo completo), se dice que tiene una distancia angular de
360 grados.
Y con ayuda de la fórmula que ya dimos, e incluyendo Θ (distancia angular para la cual
queremos saber el voltaje) obtenemos el voltaje instantáneo de nuestro interés.
Para cada distancia angular diferente el valor del voltaje es diferente, siendo en algunos
casos positivo y en otros negativo (cuando se invierte su polaridad).
Frecuencia:(f)
Si se pudiera contar cuantos ciclos de esta señal de voltaje suceden en un segundo
tendríamos: la frecuencia de esta señal, con unidad de ciclos / segundo, que es lo mismo
que Hertz o Hertzios.
Periodo:(T)
El tiempo necesario para que un ciclo de la señal anterior se produzca, se llama período (T) y
tiene la fórmula: T = 1 / f, o sea el período (T) es el inverso de la frecuencia. (f)
Voltaje Pico-Pico:(Vpp)
Analizando el gráfico se ve que hay un voltaje máximo y un voltaje mínimo. La diferencia
entre estos dos voltajes es el llamado voltaje pico-pico (Vpp) y es igual al doble del Voltaje
Pico (Vp)(ver gráfico).
Valor RMS
La corriente alterna y los voltajes (cuando son alternos) se expresan de forma común por su
valor efectivo o RMS (Root Mean Square – Raíz Media Cuadrática).
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Cuando se dice que en nuestras casas tenemos 120 o 220 voltios, éstos son valores RMS o
eficaces
¿Qué es RMS y porqué se usa?
Un valor en RMS de una corriente es el valor, que produce la misma disipación de calor que
una corriente continua de la misma magnitud.
En otras palabras: El valor RMS es el valor del voltaje o corriente en C.A. que produce el
mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o corriente directa
Ejemplo: 1 amperio (ampere) de corriente alterna (c.a.) produce el mismo efecto térmico que
un amperio (ampere) de corriente directa (c.d.) Por esta razón se utiliza el termino “efectivo”
El valor efectivo de una onda alterna se determina multiplicando su valor máximo por 0.707.
Entonces VRMS = VPICO x 0.707
Ejemplo: Encontrar el voltaje RMS de una señal con VPICO = 130 voltios
130 Voltios x 0.707 = 91.9 Voltios RMS
Valor Pico
Si se tiene un voltaje RMS y se desea encontrar el voltaje pico:
VPICO = VRMS / 0.707
Ejemplo: encontrar el voltaje Pico de un voltaje RMS VRMS = 120Voltios
VPICO= 120 V / 0.707 = 169.7 Voltios Pico
Valor promedio
El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0).
Si se toma en cuenta solo un semiciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es:
VPR = VPICO x 0.636
La relación que existe entre los valores RMS y promedio es:
VRMS = VPR x 1.11
VPR = VRMS x 0.9
Ejemplo
Valor promedio de sinusoide = 50 Voltios, entonces:
VRMS = 50 x 1.11 = 55.5 Voltios
VPICO = 50 x 1.57 Voltios= 78.5 Voltios
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Tema 3: Semiconductores
Antes de ver el funcionamiento de Diodos, Transistores y circuitos integrados, estudiaremos los
materiales Semiconductores. Estos, que no son ni conductores ni aislantes, tienen electrones
libres, pero lo que les caracteriza especialmente son los huecos.
Conductores
Un conductor es un material que, en mayor o menor medida, conduce el calor y la electricidad.
Son buenos conductores los metales y malos, el vidrio, la madera, la lana y el aire.
NOTA: Definimos la unidad de carga +1 como +1,6·10-19 culombios. Así un electrón tiene una
carga -1 equivalente a -1,6·10-19 culombios.
El conductor más utilizado y el que ahora analizaremos es el Cobre (valencia 1), que es un
buen conductor. Su estructura atómica la vemos en la siguiente figura.
Su número atómico es 29. Esto significa que en el núcleo hay 29 protones (cargas positivas) y
girando alrededor de él hay 29 electrones girando en diferentes órbitas.
En cada órbita caben 2n2 siendo n un número entero n = 1, 2, 3, ... Así en la primera órbita (n =
1) caben 212 = 2 electrones. En la segunda órbita 2·22 = 8 electrones. En la tercera órbita 2·32
= 18 electrones. Y la cuarta órbita solo tiene 1 electrón aunque en ella caben 2·42 = 32
electrones.
Lo que interesa en electrónica es la órbita exterior, que es la que determina las propiedades
del átomo. Como hay + 29 y - 28, queda con + 1.
Por ello vamos a agrupar el núcleo y las órbitas internas, y le llamaremos parte interna. En el
átomo de cobre la parte interna es el núcleo (+ 29) y las tres primeras órbitas (- 28), con lo que
nos queda la parte interna con una carga neta de +1.
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Como el electrón de valencia es atraído muy débilmente por la parte interna, una fuerza
externa puede liberarlo fácilmente, por eso es un buen Conductor. Nos referiremos a ese
electrón de valencia, como electrón libre.
Lo que define a un buen conductor es el hecho de tener un solo electrón en la órbita de
valencia (valencia 1).
Semiconductores
Son elementos, como el germanio y el silicio, que a bajas temperaturas son aislantes. Pero a
medida que se eleva la temperatura o bien por la adicción de determinadas impurezas resulta
posible su conducción. Su importancia en electrónica es inmensa en la fabricación de
transistores, circuitos integrados, etc...
Los semiconductores tienen valencia 4, esto es 4 electrones en órbita exterior ó de valencia.
Los conductores tienen 1 electrón de valencia, los semiconductores 4 y los aislantes 8
electrones de valencia.
Los 2 semiconductores que veremos serán el Silicio y el Germanio:
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Como vemos los semiconductores se caracterizan por tener una parte interna con carga + 4 y 4
electrones de valencia.
Cristales de silicio
Al combinarse los átomos de Silicio para formar un sólido, lo hacen formando una estructura
ordenada llamada cristal. Esto se debe a los "Enlaces Covalentes", que son las uniones entre
átomos que se hacen compartiendo electrones adyacentes de tal forma que se crea un
equilibrio de fuerzas que mantiene unidos los átomos de Silicio.
Vamos a representar un cristal de silicio de la siguiente forma:
Cada átomo de silicio comparte sus 4 electrones de valencia con los átomos vecinos, de tal
manera que tiene 8 electrones en la órbita de valencia, como se ve en la figura.
La fuerza del enlace covalente es tan grande porque son 8 los electrones que quedan ( aunque
sean compartidos ) con cada átomo, gracias a esta característica los enlaces covalentes son de
una gran solidez.
Los 8 electrones de valencia se llaman electrones ligados por estar fuertemente unidos en los
átomos.
El aumento de la temperatura hace que los átomos en un cristal de silicio vibren dentro de él, a
mayor temperatura mayor será la vibración. Con lo que un electrón se puede liberar de su
órbita, lo que deja un hueco, que a su vez atraerá otro electrón, etc...
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A 0 ºK, todos los electrones son ligados. A 300 ºK o más, aparecen electrones libres.
Semiconductores intrínsecos
Es un semiconductor puro. A temperatura ambiente se comporta como un aislante porque solo
tiene unos pocos electrones libres y huecos debidos a la energía térmica.
Dopado de un semiconductor
Para aumentar la conductividad (que sea más conductor) de un SC (Semiconductor), se le
suele dopar o añadir átomos de impurezas a un SC intrínseco, un SC dopado es un SC
extrínseco.
Caso 1
Impurezas de valencia 5 (Arsénico, Antimonio, Fósforo). Tenemos un cristal de Silicio dopado
con átomos de valencia 5.
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Los átomo de valencia 5 tienen un electrón de más, así con una temperatura no muy elevada
(a temperatura ambiente por ejemplo), el 5º electrón se hace electrón libre. Esto es, como solo
se pueden tener 8 electrones en la órbita de valencia, el átomo pentavalente suelta un electrón
que será libre.
Siguen dándose las reacciones anteriores. Si metemos 1000 átomos de impurezas tendremos
1000 electrones más los que se hagan libres por generación térmica (muy pocos).
A estas impurezas se les llama "Impurezas Donadoras". El número de electrones libres se
llama n (electrones libres/m3).
Caso 2
Impurezas de valencia 3 (Aluminio, Boro, Galio). Tenemos un cristal de Silicio dopado con
átomos de valencia 3.
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Los átomo de valencia 3 tienen un electrón de menos, entonces como nos falta un electrón
tenemos un hueco. Esto es, ese átomo trivalente tiene 7 electrones en la orbita de valencia. Al
átomo de valencia 3 se le llama "átomo trivalente" o "Aceptor".
A estas impurezas se les llama "Impurezas Aceptoras". Hay tantos huecos como impurezas de
valencia 3 y sigue habiendo huecos de generación térmica (muy pocos). El número de huecos
se llama p (huecos/m3).
Semiconductores extrínsecos
Son los semiconductores que están dopados, esto es que tienen impurezas. Hay 2 tipos
dependiendo de que tipo de impurezas tengan:
Semiconductor tipo n
Es el que está impurificado con impurezas "Donadoras", que son impurezas pentavalentes.
Como los electrones superan a los huecos en un semiconductor tipo n, reciben el nombre de
"portadores mayoritarios", mientras que a los huecos se les denomina "portadores minoritarios".
Al aplicar una tensión al semiconductor de la figura, los electrones libres dentro del
semiconductor se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. Cuando
un hueco llega al extremo derecho del cristal, uno de los electrones del circuito externo entra al
semiconductor y se recombina con el hueco.
Los electrones libres de la figura circulan hacia el extremo izquierdo del cristal, donde entran al
conductor y fluyen hacia el positivo de la batería.
Semiconductor tipo p
Es el que está impurificado con impurezas "Aceptoras", que son impurezas trivalentes. Como el
número de huecos supera el número de electrones libres, los huecos son los portadores
mayoritarios y los electrones libres son los minoritarios.
Al aplicarse una tensión, los electrones libres se mueven hacia la izquierda y los huecos lo
hacen hacia la derecha. En la figura, los huecos que llegan al extremo derecho del cristal se
recombinan con los electrones libres del circuito externo.
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En el circuito hay también un flujo de portadores minoritarios. Los electrones libres dentro del
semiconductor circulan de derecha a izquierda. Como hay muy pocos portadores minoritarios,
su efecto es casi despreciable en este circuito.
El diodo no polarizado
Los semiconductores tipo p y tipo n separados no tienen mucha utilidad, pero si un cristal se
dopa de tal forma que una mitad sea tipo n y la otra mitad de tipo p, esa unión pn tiene unas
propiedades muy útiles y entre otras cosas forman los "Diodos".
El átomo pentavalente en un cristal de silicio (Si) produce un electrón libre y se puede
representar como un signo "+" encerrado en un circulo y con un punto relleno (que sería el
electrón) al lado.
El átomo trivalente sería un signo "-" encerrado en un circulo y con un punto sin rellenar al lado
(que simbolizaría un hueco).
Entonces la representación de un SC tipo n sería:
Y la de un SC tipo p:
La unión de las regiones p y n será:
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Al juntar las regiones tipo p y tipo n se crea un "Diodo de unión" o "Unión pn".
Zona de deplexión
Al haber una repulsión mutua, los electrones libres en el lado n se dispersan en cualquier
dirección. Algunos electrones libres se difunden y atraviesan la unión, cuando un electrón libre
entra en la región p se convierte en un portador minoritario y el electrón cae en un hueco, el
hueco desaparece y el electrón libre se convierte en electrón de valencia. Cuando un electrón
se difunde a través de la unión crea un par de iones, en el lado n con carga positiva y en el p
con carga negativa.
Las parejas de iones positivo y negativo se llaman dipolos, al aumentar los dipolos la región
cerca de la unión se vacía de portadores y se crea la llamada "Zona de deplexión".
Barrera de potencial
Los dipolos tienen un campo eléctrico entre los iones positivo y negativo, y al entrar los
electrones libres en la zona de deplexión, el campo eléctrico trata de devolverlos a la zona n.
La intensidad del campo eléctrico aumenta con cada electrón que cruza hasta llegar al
equilibrio.
El campo eléctrico entre los iones es equivalente a una diferencia de potencial llamada "Barrera
de Potencial" que a 25 ºC vale:


0.3 V para diodos de Ge.
0.7 V para diodos de Si.
Polarizar: Poner una pila.
No polarizado: No tiene pila, circuito abierto o en vacío.
z.c.e.: Zona de Carga Espacial o zona de deplexión (W).
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Polarización directa
Si el terminal positivo de la fuente está conectado al material tipo p y el terminal negativo de la
fuente está conectado al material tipo n, diremos que estamos en "Polarización Directa".
La conexión en polarización directa tendría esta forma:
En este caso tenemos una corriente que circula con facilidad, debido a que la fuente obliga a
que los electrones libres y huecos fluyan hacia la unión. Al moverse los electrones libres hacia
la unión, se crean iones positivos en el extremo derecho de la unión que atraerán a los
electrones hacia el cristal desde el circuito externo.
Así los electrones libres pueden abandonar el terminal negativo de la fuente y fluir hacia el
extremo derecho del cristal. El sentido de la corriente lo tomaremos siempre contrario al del
electrón.
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Lo que le sucede al electrón: Tras abandonar el terminal negativo de la fuente entra por el
extremo derecho del cristal. Se desplaza a través de la zona n como electrón libre.
En la unión se recombina con un hueco y se convierte en electrón de valencia. Se desplaza a
través de la zona p como electrón de valencia. Tras abandonar el extremo izquierdo del cristal
fluye al terminal positivo de la fuente.
Polarización inversa
Se invierte la polaridad de la fuente de continua, el diodo se polariza en inversa, el terminal
negativo de la batería conectado al lado p y el positivo al n, esta conexión se denomina
"Polarización Inversa".
En la siguiente figura se muestra una conexión en inversa:
El terminal negativo de la batería atrae a los huecos y el terminal positivo atrae a los electrones
libres, así los huecos y los electrones libres se alejan de la unión y la z.c.e. se ensancha.
A mayor anchura de la z.c.e. mayor diferencia de potencial, la zona de deplexión deja de
aumentar cuando su diferencia de potencial es igual a la tensión inversa aplicada (V), entonces
los electrones y huecos dejan de alejarse de la unión.
A mayor la tensión inversa aplicada mayor será la z.c.e.
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Tema 4: El Diodo de Unión
Las propiedades de los materiales semiconductores se conocían en 1874, cuando se observó
la conducción en un sentido en cristales de sulfuro, 25 años más tarde se empleó el rectificador
de cristales de galena para la detección de ondas. Durante la Segunda Guerra Mundial se
desarrolló el primer dispositivo con las propiedades que hoy conocemos, el diodo de germanio.
Analizamos de la misma forma el diodo:
Se le van dando distintos valores a la pila y se miden las tensiones y corrientes por el diodo,
tanto en directa como en inversa (variando la polarización de la pila). Y así obtenemos una
tabla que al ponerla de forma gráfica sale algo así:
Polarización directa: Es como sustituir un diodo por un interruptor cerrado.
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Polarización inversa: Es como sustituir el diodo por un interruptor abierto.
Como se ha visto, el diodo actúa como un interruptor abriéndose o cerrándose dependiendo si
esta en inversa o en directa. Para ver los diferentes errores que cometeremos con las distintas
aproximaciones vamos a ir analizando cada aproximación.
POLARIZACIÓN
DIRECTA
el ánodo se conecta al positivo de la
batería
y el cátodo al negativo.
INVERSA
el ánodo se conecta al negativo y el
cátodo
al positivo de la batería
CIRCUITO
CARACTERÍSTICAS
El diodo conduce con una caída de
tensión
de 0.6 a 0.7V.
El valor de la resistencia interna seria
muy bajo.
Se comporta como un interruptor
cerrado
El diodo no conduce y toda la tensión
de la pila cae sobre el.
Puede existir una corriente de fuga del
orden de uA.
El valor de la resistencia interna sería
muy alto
Se comporta como un interruptor
abierto.
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SIMBOLOGÍA
Diodo rectificador
Diodo Schottky
Diodo varicap
Diodo Pin
Fotodiodo
Diodo zener
Diodo túnel
Diodo LED
Puente rectificador
CARACTERISTICAS TECNICAS
Como todos los componentes electrónicos, los diodos poseen propiedades que les diferencia
de los demás semiconductores. Es necesario conocer estas, pues los libros de características y
las necesidades de diseño así lo requieren. En estos apuntes aparecerán las más importantes
desde el punto de vista practico.
Valores nominales de tensión:
VF = Tensión directa en los extremos del diodo en
conducción.
VR = Tensión inversa en los extremos del diodo en
polarización inversa.
VRSM = Tensión inversa de pico no repetitiva.
VRRM = Tensión inversa de pico repetitiva.
VRWM = Tensión inversa de cresta de
funcionamiento.
Valores nominales de corriente:
IF = Corriente directa.
IR = Corriente inversa.
IFAV = Valor medio de la forma de onda de la
corriente durante un periodo.
IFRMS = Corriente eficaz en estado de conducción.
Es la máxima corriente eficaz que el diodo es
capaz de soportar.
IFSM = Corriente directa de pico (inicial) no
repetitiva.
AV= Average(promedio)
RMS= Root Mean Square (raíz de la media cuadrática)
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Valores nominales de temperatura
Tstg = Indica los valores máximos y mínimos de la temperatura de almacenamiento.
Tj = Valor máximo de la temperatura que soporta la unión de los semiconductores.
TIPOS DE DIODOS
DIODOS METAL-SEMICONDUCTOR.- Los más antiguos son los de germanio con punta de
tungsteno o de oro. Su aplicación más importante se encuentra en HF, VHF y UHF. También se
utilizan como detectores en los receptores de modulación de frecuencia. Por el tipo de unión
que tiene posee una capacidad muy baja, así como una resistencia interna en conducción que
produce una tensión máxima de 0,2 a 0,3v.
El diodo Schottky son un tipo de diodo cuya construcción se basa en la unión metal conductor
con algunas diferencias respecto del anterior. Fue desarrollado por la Hewlett-Packard en USA,
a principios de la década de los 70.
La conexión se establece entre un metal y un material semiconductor con gran concentración
de impurezas, de forma que solo existirá un movimiento de electrones, ya que son los únicos
portadores mayoritarios en ambos materiales. Al igual que el de germanio, y por la misma
razón, la tensión de umbral cuando alcanza la conducción es de 0,2 a 0,3v. Igualmente tienen
una respuesta notable a altas frecuencias, encontrando en este campo sus aplicaciones más
frecuentes. Un inconveniente de esto tipo de diodos se refiere a la poca intensidad que es
capaz de soportar entre sus extremos.
El encapsulado de estos diodos es en forma de cilindro , de plástico o de vidrio. De
configuración axial. Sobre el cuerpo se marca el cátodo, mediante un anillo serigrafiado.
Diodo de punta de germanio
Diodo Schottky
DIODOS RECTIFICADORES
Su construcción está basada en la unión PN siendo su principal aplicación como rectificadores.
Este tipo de diodos (normalmente de silicio) soportan elevadas temperaturas (hasta 200ºC en
la unión), siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensión inversa muy pequeña.
Gracias a esto se pueden construir diodos de pequeñas dimensiones para potencias
relativamente grandes, desbancando así a los diodos termoiónicos desde hace tiempo.
Sus aplicaciones van desde elemento indispensable en fuentes de alimentación como en
televisión, aparatos de rayos X y microscopios electrónicos, donde deben rectificar tensiones
altísimas.
En fuentes de alimentación se utilizan los diodos formando configuración en puente (con cuatro
diodos en sistemas monofásicos), o utilizando los puentes integrados que a tal efecto se
fabrican y que simplifican en gran medida el proceso de diseño de una placa de circuito
impreso.
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Los distintos encapsulados de estos diodos dependen del nivel de potencia que tengan que
disipar. Hasta 1w se emplean encapsulados de plástico. Por encima de este valor el
encapsulado es metálico y en potencias más elevadas es necesario que el encapsulado tenga
previsto una rosca para fijar este a un radiador y así ayudar al diodo a disipar el calor producido
por esas altas corrientes. Igual le pasa a los puentes de diodos integrados.
DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCION.- La desactivación de un relé provoca
una corriente de descarga de la bobina en sentido inverso que pone en peligro el elemento electrónico
utilizado para su activación. Un diodo polarizado inversamente cortocircuita dicha corriente y elimina el
problema.
El inconveniente que presenta es que la descarga de la bobina es más lenta, así que la frecuencia a la
que puede ser activado el relé es más baja. Se le llama comúnmente diodo volante.
DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCION DE UN DIODO LED EN ALTERNA.El diodo LED cuando se polariza en c.a. directamente conduce y la tensión cae sobre la resistencia
limitadora, sin embargo, cuando se polariza inversamente, toda la tensión se encuentra en los extremos
del diodo, lo que puede destruirlo.
DIODOS ZENER.- Se emplean para producir entre sus extremos una tensión constante e independiente
de la corriente que las atraviesa según sus especificaciones. Para conseguir esto se aprovecha la
propiedad que tiene la unión PN cuando se polariza inversamente al llegar a la tensión de ruptura
(tensión de zener), pues, la intensidad inversa del diodo sufre un aumento brusco. Para evitar la
destrucción del diodo por la avalancha producida por el aumento de la intensidad se le pone en serie una
resistencia que limita dicha corriente. Se producen desde 3,3v y con una potencia mínima de 250mW.
Los encapsulados pueden ser de plástico o metálico según la potencia que tenga que disipar.
DIODOS LED ( Light Emitting Diode).-Es un diodo que presenta un comportamiento parecido al de un
diodo rectificador sin embargo, su tensión de umbral, se encuentra entre 1,3 y 4v dependiendo del color
del diodo.
Color
Tensión en directo
Infrarrojo
1.3v
Rojo
1.7v
Naranja
2.0v
Amarillo
2.5v
Verde
2.5v
Azul
4.0v
El conocimiento de esta tensión es fundamental para el diseño del circuito en el que sea
necesaria su presencia, pues, normalmente se le coloca en serie una resistencia que limita la
intensidad que circulará por el. Cuando se polariza directamente se comporta como una
lamparita que emite una luz cuyo color depende de los materiales con los que se fabrica.
Cuando se polariza inversamente no se enciende y además no deja circular la corriente.
La intensidad mínima para que un diodo LED emita luz visible es de 4mA y, por precaución
como máximo debe aplicarse 50mA.
Para identificar los terminales del diodo LED observaremos como el cátodo será el terminal
más corto, siendo el más largo el ánodo. Además en el encapsulado, normalmente de plástico,
se observa un chaflán en el lado en el que se encuentra el cátodo.
Se utilizan como señal visual y en el caso de los infrarrojos en los mandos a distancia.
Se fabrican algunos LEDs especiales:
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LED bicolor.- Están formados por dos diodos conectados en paralelo e inverso. Se suele utilizar
en la detección de polaridad.
LED tricolor.- Formado por dos diodos LED (verde y rojo) montado con el cátodo común. El
terminal más corto es el ánodo rojo, el del centro, es el cátodo común y el tercero es el ánodo
verde.
Display.- Es una combinación de diodos LED que permiten visualizar letras y números. Se
denominan comúnmente displays de 7 segmentos. Se fabrican en dos configuraciones: ánodo
común y cátodo común.
Estructura de un LED bicolor
Estructura de un LED tricolor
Display
Display de cátodo común
Display de ánodo común
Disposición de los pines en un
display
FOTODIODO.- Son dispositivos semiconductores construidos con una unión PN, sensible a la
incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polarizarán
inversamente, con lo que producirán una cierta circulación de corriente cuando sean excitados
por la luz. Debido a su construcción se comportan como células fotovoltaicas, es decir, en
ausencia de tensión exterior, generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el
negativo en el cátodo. Tienen una velocidad de respuesta a los cambios bruscos de
luminosidad mayores a las células fotoeléctricas. Actualmente, y en muchos circuitos estás
últimas se están sustituyendo por ellos, debido a la ventaja anteriormente citada.
DIODO DE CAPACIDAD VARIABLE (VARICAP).- Son diodos que basan su funcionamiento
en el principio que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN varia en
función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta
la anchura de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo. De este modo se obtiene
un condensador variable controlado por tensión. Los valores de capacidad obtenidos van
desde 1 a 500pF. La tensión inversa mínima tiene que ser de 1v.
La aplicación de estos diodos se encuentra en la sintonía de TV, modulación de frecuencia en
transmisiones de FM y radio, sobre todo.
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En esta tabla no están todos los encapsulados en los que se fabrican los diodos, pero si están
los más importantes
DO-5
DO-35
DO-41
TO-220AC
TO-3
PWRTAB
PWRTABS
SOT-223
SMA
SMB
SMC
D618sl
D2pak
Dpak
TO-200AB
TO-200AC
Puentes rectificadores
B380C1000G(GS)
KBPC(D46)
KBB(D37)
GBL
GBU (IR)
IN LINE 5S2(FAGOR)
GBPC(D34) (IR)
POWER-L(FAGOR)
MB(D34)
POWER (FAGOR)
MT(D63)
DF8(D71)
DF(D70)
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Tema 5: Circuitos con Diodos
Un diodo rectificador, idealmente hablando, es un interruptor cerrado cuando se polariza en
directa y una interruptor abierto cuando se polariza en inversa. Por ello, es muy útil para
convertir corriente alterna en continua.
Fuentes de alimentación
¿Que ocurre cuando se quiere alimentar un aparato cualquiera?
VL tiene que ser continua en la mayoría de los casos, por eso se alimenta en continua, un
circuito típico sería algo así:
En medio del circuito tenemos transistores para amplificar, etc...Pero al final se tiene que
alimentar en continua.
Lo más fácil sería alimentar con pilas, pero esto es caro por esa razón hay que construir algo
que nos de energía más barata, esto es, una Fuente de Alimentación que coge 220 V del
enchufe y transforma la alterna en continua a la salida.
Tenemos que diseñar la Fuente de Alimentación. Partimos de una senoidal del enchufe.
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El periodo T, si tenemos 220 V y 50 Hz:
1º tenemos que reducir de 311 V a 12 V en continua, esto es, primero necesitamos un
transformador que reduzca la tensión.
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El transformador de entrada
La tensión de la red es demasiado elevada para la mayor parte de los dispositivos empleados
en circuitos electrónicos, por ello generalmente se usan un transformador en casi todos
circuitos electrónicos. Este transformador reduce la tensión a niveles inferiores, más adecuados
para su uso en dispositivos como diodos y transistores.
Un transformador es un conjunto de chapas de hierro muy juntas que
arrollamientos, uno a cada lado del conglomerado de chapas de hierro.
tienen dos
Nosotros para trabajar sobre el papel usaremos esta simbología:
La bobina izquierda se llama "Arrollamiento Primario" y la derecha se llama "arrollamiento
secundario". El número de vueltas en el arrollamiento primario es N1 y el del arrollamiento
secundario N2.Las rayas verticales entre los arrollamientos primario y secundario indican que el
conductor está enrollado alrededor de un núcleo de hierro.
La relación entre el número de vueltas y la tensión es:
Transformador elevador
Cuando el arrollamiento secundario tiene más vueltas que el arrollamiento primario (N2 > N1), la
tensión del secundario es superior a la del primario (V2>V1), es decir, N2 : N1 es mayor que 1
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(N2 : N1 > 1). Por lo tanto si N2 tiene el triple de vueltas que N1, la tensión en el secundario será
el triple que la tensión en el primario.
A la vez que elevador de tensión este transformador es "Reductor de Corriente".
Transformador reductor
Cuando el arrollamiento secundario tiene menos vueltas que el arrollamiento primario (N2 < N1),
se induce una tensión menor en el secundario de la que hay en el primario. En este caso N2 :
N1 sería menor que 1 (N2 : N1 < 1).
EJEMPLO:
Por cada 9 espiras en N1 hay 1 espira en N2.
Esta formula se cumple para V1 y V2 eficaces. Como se ha visto, ha habido una reducción muy
grande.
A este tipo de transformador se le llama "Transformador Reductor" (de tensión se entiende). A
la vez que reductor es elevador de corriente también.
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Efecto sobre la corriente
En la figura siguiente se puede ver una resistencia de carga conectada al arrollamiento
secundario, esto es, el transformador en carga
A causa de la tensión inducida en el arrollamiento secundario, a través de la carga circula una
corriente. Si el transformador es ideal (K = 1 y no hay perdidas de potencia en el arrollamiento y
en el núcleo), la potencia de entrada es igual a la potencia de salida:
Si aplicamos esta ecuación:
Por lo tanto nos quedaría:
Y al final tenemos esta ecuación:
Hay que poner fusibles de protección en fuentes de alimentación. Se pueden poner en la malla
del primario o del secundario ¿Donde es mejor?
Como es más barato el fusible de 1 A, lo mejor será poner el fusible en el primario.
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Rectificador de media onda
Este es el circuito más simple que puede convertir corriente alterna en corriente continua. Este
rectificador lo podemos ver representado en la siguiente figura:
Las gráficas que más nos interesan son:
Durante el semiciclo positivo de la tensión del
primario, el bobinado secundario tiene una
media onda positiva de tensión entre sus
extremos. Este aspecto supone que el diodo
se encuentra en polarización directa. Sin
embargo durante el semiciclo negativo de la
tensión en el primario, el arrollamiento
secundario presenta una onda sinusoidal
negativa. Por tanto, el diodo se encuentra
polarizado en inversa.
La onda que más interesa es VL, que es la que
alimenta a RL. Pero es una tensión que no
tiene partes negativas, es una "Tensión
Continua Pulsante", y nosotros necesitamos
una
"Tensión
Continua
Constante".
Analizaremos las diferencias de lo que
tenemos con lo que queremos conseguir.
Lo que tenemos ahora es una onda periódica, y toda onda periódica se puede descomponer en
"Series de Fourier".
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Lo ideal sería que solo tuviésemos la componente continua, esto es, solo la primera
componente de la onda que tenemos.
El valor medio de esa onda lo calcularíamos colocando un voltímetro en la RL, si lo calculamos
matemáticamente sería:
Y este sería el valor medio que marcaría el voltímetro. Como hemos visto tenemos que eliminar
las componentes alternas de las componentes de Fourier. En estos caso hemos usaremos la
1ª aproximación o la 2ª aproximación.
Por último diremos que este circuito es un rectificador porque "Rectifica" o corta la onda que
teníamos antes, la recorta en este caso dejándonos solo con la parte positiva de la onda de
entrada.
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Rectificador de onda completa con 2 diodos
La siguiente figura muestra un rectificador de onda completa con 2 diodos:
Debido a la conexión en el centro del devanado secundario, el circuito es equivalente a dos
rectificadores de media onda.
El rectificador superior funciona con el
semiciclo positivo de la tensión en el
secundario, mientras que el rectificador inferior
funciona con el semiciclo negativo de tensión
en el secundario.
Es decir, D1 conduce durante el semiciclo
positivo y D2 conduce durante el semiciclo
negativo.
Así pues la corriente en la carga rectificada
circula durante los dos semiciclos.
En este circuito la tensión de carga VL, como
en el caso anterior, se medirá en la resistencia
RL.
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Aplicamos Fourier como antes.
Ahora la frecuencia es el doble que la de antes y el pico la mitad del anterior caso. Así la
frecuencia de la onda de salida es 2 veces la frecuencia de entrada.
Y el valor medio sale:
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Rectificador de onda completa en puente
En la figura siguiente podemos ver un rectificador de onda completa en puente:
Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseño elimina la necesidad de la conexión
intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha conexión es que la
tensión en la carga rectificada es el doble que la que se obtendría con el rectificador de onda
completa con 2 diodos.
Las gráficas tienen esta forma:
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Durante el semiciclo positivo de la tensión de
la red, los diodos D1 y D3 conducen, esto da
lugar a un semiciclo positivo en la resistencia
de carga.
Los diodos D2 y D4 conducen durante el
semiciclo negativo, lo que produce otro
semiciclo positivo en la resistencia de carga.
El resultado es una señal de onda completa en
la resistencia de carga.
Hemos obtenido la misma onda de salida VL
que en el caso anterior.
La diferencia más importante es que la tensión
inversa que tienen que soportar los diodos es
la mitad de la que tienen que soportar los
diodos en un rectificador de onda completa
con 2 diodos, con lo que se reduce el coste del
circuito.
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Filtro por condensador
La misión de los rectificadores es conseguir transformar la tensión alterna en tensión continua,
pero solamente con los rectificadores no obtenemos la tensión continua deseada. En este
instante entra en juego el filtro por condensador.
Conociendo las características de un Condensador, y viendo su capacidad de almacenamiento
de energía, lo podemos utilizar como filtro para alisar la señal que obtenemos en la salida
Condensador
Como se ha dicho el condensador es un
elemento que almacena energía. Este
elemento se opone a las variaciones bruscas
de la tensión que se le aplica. Se representa
con la letra C y su unidad es el Faradio (F).
Una capacidad (o condensador) pura adelanta
la intensidad 90º con respecto a la tensión
aplicada entre sus bornes.
Cuando la tensión aplicada entre los bornes
del condensador aumenta en el condensador
se crea una diferencia de potencial de signo
contrario a la aplicada entre los bornes
oponiéndose así a la variación brusca de la
tensión.
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Rectificador de media onda con filtro por condensador
Pero antes de empezar a hacer cálculos vamos a ver un concepto.
Primeramente vamos a ver ese circuito sin C. En este caso la forma de onda de la intensidad
es igual a la tensión en la resistencia.
Como se ve, el valor de frecuencia más problemático es el de 50 Hz, ya que es el que más
depende de la capacidad, y por lo tanto el que tiene un mayor valor de la impedancia. Si se
consigue que a la frecuencia de 50 Hz tengamos un valor aceptable de la impedancia, para el
resto de las frecuencias funcionará bien.
Las ondas que tendríamos con y sin C serán estas, comparadas con la onda del secundario:
Al añadir el C hay modificaciones en el comportamiento del circuito. Veamos los pasos que se
dan:

Inicialmente el C es un cortocircuito, y al enchufar el circuito a la red es C se carga de 0
a VP2. Se cargará la ritmo del transformador porque el diodo es ideal, con lo que es un
cortocircuito.
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
Cuando el C se ha cargado del todo a VP2, a partir del valor máximo, el D entra en
inversa y deja de conducir (D conduce hasta VP2), con lo que empieza a disminuir el
valor de la tensión de salida.

Ahora se descargará el C a través de RL.
El C se va descargando hasta igualarse al valor de VL, entonces el D pasa a ON con lo que se
vuelve a cargar hasta VP2 y se repite el proceso.
Mientras el C se carga D conduce (D ON) y mientras C
se descarga D no conduce (D OFF).
Ahora el D está en ON en menos tiempo que antes y
las corrientes son muy grandes porque el C se carga
en poco tiempo.
En poco tiempo necesita mucha energía, por lo tanto la
intensidad es grandísima, y el resto del tiempo el D no
conduce.
La tensión en el D se da cuando está en OFF. El valor
máximo de esa tensión es:
A ese valor máximo de tensión en inversa se le llama
"Tensión Inversa de Pico del Diodo".
El cálculo de IPD ("Intensidad de Pico del Diodo") es
muy difícil de calcular, hay que resolverlo por
iteraciones y esto es muy largo por ello lo haremos con
aproximaciones.
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Rectificador de onda completa con 2 diodos con filtro por condensador
El D1 conduce en el semiciclo positivo y sólo cuando se carga el C. El D2 conduce en el
semiciclo negativo y sólo cuando se carga el C. La deducción de esa formula (VCCL) es como
antes, aproximar a una triangular, y sale la misma fórmula.
Las conclusiones de lo que nos conviene son las mismas de antes:
Como en el caso anterior la intensidad media por el condensador es cero: ICCA = ICCL
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Rectificador de onda completa en puente con filtro por condensador
El C siempre se pone en paralelo con la RL. El circuito y las gráficas son las siguientes:
Es parecido al anterior, cambia el valor de iT.
Conducen D1 y D3 en positivo y conducen D2 y
D4 en el semiciclo negativo. En el
transformador el mismo bobinado sufre la
intensidad, entonces tiene que soportar toda la
intensidad, pero a veces hacia arriba y otras
hacia abajo. Hay que diseñar el arrollamiento
del hilo del secundario para que aguanten
esos picos positivos y negativos.
Para el condensador sigue sirviendo lo visto
anteriormente:
La única diferencia está en la iT y la VIP
(tensión inversa de pico).
La tensión inversa de pico (VIP) solo tiene que
aguantar VP2 y no el doble de este valor como
en el caso anterior.
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El Regulador Zener
Anteriormente habíamos visto este circuito:
Primeramente supondremos que están conectados directamente, por lo tanto vC = vL entonces:
Problemas que podemos tener:


RL variable (variaciones de carga).
Variaciones de tensión de red (variaciones de red).
Debido a estos dos problemas la onda de salida de ese circuito puede variar entre dos valores
y como nuestro objetivo es obtener una tensión constante a la salida tendremos que hacer
algo. Para resolver este problema ponemos un regulador de tensión basado en el diodo zener.
Ahora vamos a analizar este regulador de tensión.
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EJEMPLO:1N961 VZ = 10 V RZ = 8,5 V VRentr. = 2 V
Si quiero disminuir más el rizado pondría otro regulador que disminuiría más el rizado pico a
pico:
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La Familia 78XX y 79XX
Los circuitos integrados de la familia 78XX permiten realizar fuentes de alimentación
estabilizadas fiables, ya sean fijas o regulables, de una manera sencilla y sin complicaciones.
Son adaptables a diferentes tensiones de salida, utilizando el regulador adecuado, y
modificando los componentes asociados en función de la tensión de trabajo.
En el comercio se dispone de las siguientes tensiones de salida: 5, 6, 8, 12, 15, 18, 20, 24
voltios.
Todos pueden proporcionar una corriente máxima de 0,5A y si están convenientemente
refrigerados,
hasta
1A.
Por norma general, la tensión del secundario del transformador, debe ser como mínimo 3v
superior a la tensión nominal del regulador integrado.
Esquema de una F.A. con un regulador de la familia 7805
Esquema de una F.A. con un regulador de la familia 7905
Estos dos circuitos están diseñados para obtener a la salida tensiones fijas (en este caso 5v).
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Fuente de alimentación simétrica 15+15v
Otra aplicación importante de este tipo de circuitos es como fuente de alimentación simétrica,
muy utilizado con amplificadores operacionales.
ENCAPSULADOS
El encapsulado que más se utiliza es el TO-220, tanto para los 78XX como para los 79XX. Para
intensidades mayores de 1A se utiliza el encapsulado TO-3, aunque este es raro debido a que
es más caro y los anteriores se pueden adaptar para mayores intensidades mediante
transistores. Existe una versión para SMD, el D-PAK.
TO-220 (pdf)
D-PAK o D2PAK
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Multiplicadores de tensión
A veces hay cargas que necesitan una tensión muy alta y que absorben una corriente pequeña
EJEMPLO: Tubo de rayos catódicos (TV, monitor de ordenador, osciloscopio).
Entonces hay que elevar la tensión de la red. Primero se pone un transformador elevador con
todos los diodos y condensadores que necesite.
Y tenemos un rizado casi nulo.
El mayor problema es que el transformador elevador sería muy voluminoso porque necesitaría
muchas espiras, además el campo eléctrico sería grande, VIP del diodo también (VIP = 2Vpico =
2·933 = 1833 V en inversa), mucha tensión en el C, etc...
Por eso no se usa un transformador elevador sino que se utiliza un multiplicador de tensión.
Hay varios tipos de multiplicadores de tensión, nosotros analizaremos estos cuatro:




El Doblador de tensión
El Doblador de tensión de onda completa
El Triplicador
El Cuadriplicador
Doblador de tensión
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Doblador de tensión de onda completa
Triplicador
Cuadriplicador
Es como los anteriores, y la tensión se toma como se ve en la figura:
Aplicación: Estos circuitos que hemos visto sirven para conseguir unas tensiones grandes y
por ello se pueden usar en los "Tubos de Rayos Catódicos".
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El Limitador
Podemos tener dos tipos de diodos:

De Pequeña Señal: Frecuencias mayores que la red, limitaciones de potencia menores
que 0.5 W (corrientes de miliAmperios).
o Limitadores.
o Cambiadores de nivel.
o Detector de pico a pico.
De Gran Señal: Diodos de potencia, son los diodos que se usan en las fuentes de
alimentación, tienen una limitación de potencia mayor que 0.5 W (corrientes de
Amperios)
Ahora vamos a analizar los diodos de pequeña señal.
Limitador positivo
Esta es la forma de un limitador positivo:
No recorta de forma perfecta por no ser ideal el diodo.
Limitador positivo polarizado
Es como el anterior pero con una pila.
Limitador negativo
La diferencia con el limitador positivo radica en el cambio de dirección del diodo.
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Para explicar el comportamiento del limitador negativo vamos a analizar un limitador doble, que
esta compuesto por un limitador polarizado positivo y otro limitador polarizado negativo.
Esto era para RL >> R. Si no se cumpliera esto no sería una senoidal cuando no conducen los
diodos.
Es un circuito recortador (limitador), es un circuito limitador positivo polarizado y limitador
negativo polarizado.
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Aplicación: Si se mete una onda de pico muy
grande a la entrada, aparece una onda
prácticamente cuadrada a la salida, que
aunque no sea tan parecida se toma como si
fuese una onda cuadrada (es imposible hacer
una onda cuadrada perfecta).
Primera aplicación: "Transformar una Senoidal
a Cuadrada".
Si recorto en + 5 V y en 0 V.
Puedo aprovechar esto para electrónica digital
Aplicación: Si tenemos un circuito que da alterna a su salida que es variable y nosotros
queremos transmitir esa onda a la carga, podemos estropear la carga si conectamos
directamente la carga a ese circuito.
Por eso ponemos un recortador o limitador entre la carga y ese circuito para que no se
estropee la carga. Es para protección de la carga ( se puede limitar la parte positiva, la negativa
o las dos dependiendo del limitador que se utilice).
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El cambiador de nivel de continua
Cambiador de nivel positivo
Hemos subido 10 V el nivel de continua.
OFFSET = Nivel de continua
Este es el cambiador de nivel positivo. Si quisiera cambiar hacia abajo sería el cambiador de
nivel negativo que es igual cambiando el diodo de sentido.
Cambiador de nivel negativo
Como antes, el condensador siempre a 10 V. Se le resta 10 a la entrada. Es un "OFFSET
Negativo".
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Detector de pico a pico
Detector de pico a pico = Medidor de pico a pico = Doblador de tensión
Nos basamos en el cambiador de nivel y le vamos a añadir un rectificador de media onda con
filtro por condensador.
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Tema 6: El Transistor
Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande
mediante una señal muy pequeña. El transistor esta compuesto por tres zonas de dopado,
como se ve en la figura:
La zona superior es el "Colector", la zona central es la "Base" y la zona inferior es el "Emisor".
El Emisor está muy impurificado, la Base tiene una impurificación muy baja, mientras que el
Colector posee una impurificación intermedia.
En este ejemplo concreto el transistor es un dispositivo npn, aunque también podría ser un
pnp.
En principio es similar a dos diodos
Un transistor es similar a dos diodos, el transistor tiene dos uniones: una entre el emisor y la
base y la otra entre la base y el colector. El emisor y la base forman uno de los diodos,
mientras que el colector y la base forman el otro. Estos diodos son denominados: "Diodo de
emisor" (el de la izquierda en este caso) y "Diodo de colector" (el de la derecha en este caso).
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Los símbolos que corresponden a este tipo de transistor son los siguientes:
Estructura de un transistor
NPN
Transistor NPN
Transistor
PNP
Estructura de un transistor
PNP
Veremos mas adelante como un circuito con un transistor NPN se puede adaptar a PNP. El
nombre de estos hace referencia a su construcción como semiconductor.
FUNCIONAMIENTO BASICO
Cuando el interruptor SW1 está abierto no circula intensidad por la Base del transistor por lo que la
lámpara no se encenderá, ya que, toda la tensión se encuentra entre Colector y Emisor. (Figura 1).
Figura 1
Figura 2
Cuando se cierra el interruptor SW1, una intensidad muy pequeña circulará por la Base. Así el transistor
disminuirá su resistencia entre Colector y Emisor por lo que pasará una intensidad muy grande,
haciendo que se encienda la lámpara. (Figura 2).
En general: IE > IC > IB ; IE = IB + IC ; VCE = VCB + VBE
Una polarización correcta permite el funcionamiento de este componente. No es lo mismo
polarizar un transistor NPN que PNP.
Si se conectan fuentes de tensión externas para polarizar al transistor, se obtienen resultados
nuevos e inesperados. Hay 3 configuraciones:
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


Base común (BC).
Emisor común (EC).
Colector común (CC).
Configuración en BC
La zona que más nos interesa es la zona activa, por lo tanto a continuación analizaremos esta
zona. La zona p de base suele ser muy estrecha en la realidad, más tarde veremos porque. En
el siguiente dibujo no dibujamos WE y W C para no emborronar el dibujo.
Configuración en EC
Esta configuración es la más utilizada. Como en la configuración en BC solo analizaremos la
zona activa.
Cada una de estas configuraciones a su vez puede trabajar en 4 zonas diferentes:
Zona ACTIVA:
UE en Directa y UC en Inversa.
AMPLIFICADORES
Zona de SATURACIÓN:
UE en Directa y UC en Directa.
CONMUTACIÓN
Zona de CORTE:
UE en Inversa y UC en Inversa.
CONMUTACIÓN
Zona ACTIVA INVERTIDA:
UE en Inversa y UC en Directa.
SIN UTILIDAD
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CORTE.- No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es
nula. La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería. El transistor, entre Colector y Emisor se
comporta como un interruptor abierto.
IB = IC = IE = 0; VCE = Vbat
SATURACION.- Cuando por la Base circula una intensidad, se aprecia un incremento de la corriente de
colector considerable. En este caso el transistor entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor
cerrado. De esta forma, se puede decir que la tensión de la batería se encuentra en la carga conectada
en el Colector.
IB  IC ; Vbat = RC X IC.

CORTE Y SATURACIÓN: Conmutación (Corte abierto y Saturación cerrado).
Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que trabaja en conmutación. En
definitiva, como si fuera un interruptor.
ACTIVA.- Actúa como amplificador. Puede dejar pasar más o menos corriente.
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La ganancia de corriente es un parámetro también importante para los transistores ya que
relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corriente de
base. Los fabricantes suelen especificarlo en sus hojas de características, también aparece con
la denominación hFE. Se expresa de la siguiente manera:
β = I C / IB
ENCAPSULADO DE LOS TRANSISTORES MAS POPULARES
TO-18
TO-39
TO-92
TO-126
TO-3P
TO-220AB
TO-220AC
TO-247AC
TO-3
SOT-223
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Tema 7: Polarización y Estabilización del Transistor Bipolar
Circuito de polarización de base
Vemos que la cc puede variar por varias razones, por lo tanto el punto Q es inestable.
Como Q depende de IC, el circuito anterior es muy malo porque el punto Q es INESTABLE.
Circuito de polarización con realimentación de emisor
Para este propósito ahora se analizará el "Circuito de polarización de Emisor", que es el
siguiente:
El propósito es amplificar, por esa razón el transistor tiene que trabajar en la zona ACTIVA.
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Si se quiere amplificar, se necesitan circuitos cuyos puntos Q sean inmunes a los cambios en la
ganancia de corriente, esto es, interesa que el punto Q sea lo más estable posible.
Circuito de polarización con realimentación de colector
Este circuito no es bueno aunque sea mejor que los anteriores, es todavía bastante inestable.
Circuito de polarización por divisor de tensión
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En todo circuito que quiera que se auto compense tiene que haber una resistencia de
realimentación, en este caso es RE, que hace que sea estable el punto Q.
Circuito de polarización por divisor de emisor con 2 fuentes de
alimentación
Este último circuito es el mejor junto con el divisor de tensión
Circuito de polarización con realimentación de emisor y realimentación de
colector
Con este circuito se intenta obtener polarizaciones más estables para los circuitos con
transistores. Para ello se usa una combinación de una resistencia de emisor y una resistencia
de colector.
Pero el problema es que si RC y RE son muy grandes el valor de VCE tiene que ser pequeño y
puede llegar a saturación, por eso no se puede hacer todo lo grande que se quiera.
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Detección de averías
Primeramente se comprueba que el transistor funciona correctamente separándolo del circuito
y viendo con el Óhmetro los diferentes valores en el transistor.
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Tipos de Transistores
En electrónica es muy habitual el hablar de transistores de baja potencia (pequeña señal) y de
transistores de potencia (gran señal). Es una forma muy sencilla de diferenciar a los
transistores que trabajan con potencias relativamente pequeñas de los transistores que
trabajan con potencias mayores.
Transistores de baja potencia
Se le llama transistor de baja potencia, o pequeña señal, al transistor que tiene una intensidad
pequeña (IC pequeña), lo que corresponde a una potencia menor de 0,5 W. En este tipo de
transistores interesará obtener ßcc grandes (ßcc = 100 ÷ 300).
Transistores de potencia
Se le llama transistor de potencia al transistor que tiene una intensidad grande (IC grande), lo
que corresponde a una potencia mayor de 0,5 W. En este tipo de transistores la ßcc que se
puede obtener en su fabricación suele ser bastante menor que en los de baja potencia (ßcc = 20
÷ 100).

El transistor Darlington es un tipo especial de transistor que tiene una alta
ganancia de corriente. Está compuesto internamente por dos transistores bipolares
que se conectan es cascada.
El transistor T1 entrega la corriente que sale por su emisor a la base del
transistor T2.
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Transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor o FET, en inglés)
Es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la
conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET, como todos los
transistores, pueden plantearse como resistencias controladas por voltaje.
Con los transistores bipolares observábamos como una pequeña corriente en la base de los
mismos se controlaba una corriente de colector mayor. Los Transistores de Efecto de Campo
son dispositivos en los que la corriente se controla mediante tensión. Cuando funcionan como
amplificador suministran una corriente de salida que es proporcional a la tensión aplicada a la
entrada. Características generales:



Por el terminal de control no se absorbe corriente.
Una señal muy débil puede controlar el componente
La tensión de control se emplea para crear un campo eléctrico
Se empezaron a construir en la década de los 60. Existen dos tipos de transistores de efecto
de campo los JFET (transistor de efecto de campo de unión) y los MOSFET. Los transistores
MOS respecto de los bipolares ocupan menos espacio por lo que su aplicación más frecuente
la encontramos en los circuitos integrados.
Es un componente de tres terminales que se denominan: Puerta (G, Gate), Fuente (S, Source),
y Drenaje (D, Drain). Según su construcción pueden ser de canal P o de canal N. Sus símbolos
son los siguientes:
Símbolo de un FET de canal N


Símbolo de un FET de canal P
Los transistores de efecto de campo o FET más conocidos son los JFET (Junction
Field Effect Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET
(Metal-Insulator-Semiconductor FET).
Tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente
(source). La puerta es el terminal equivalente a la base del BJT. El transistor de
efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el
voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y
fuente.
, de Unión (JFE
T)
Transistor de Efecto de
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Tema 8: Semiconductores de Potencia
El Tiristor
Es un dispositivo electrónico que tiene dos estados de funcionamiento: conducción y bloqueo.
Posee tres terminales: Anodo (A), Cátodo(K) y puerta (G).
Símbolo del tiristor
Estructura interna del tiristor
La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Se dice que es un
dispositivo unidireccional, debido a que el sentido de la corriente es único.
CURVA CARACTERÍSTICA
La interpretación directa de la curva característica del tiristor nos dice lo siguiente: cuando la
tensión entre ánodo y cátodo es cero la intensidad de ánodo también lo es.
Hasta que no se alcance la tensión de bloqueo (VBO) el tiristor no se dispara.
Cuando se alcanza dicha tensión, se percibe un aumento de la intensidad en el ánodo (IA),
disminuye la tensión entre ánodo y cátodo, comportándose así como un diodo polarizado
directamente.
Si se quiere disparar el tiristor antes de llegar a la tensión de bloqueo será necesario aumentar
la intensidad de puerta (IG1, IG2, IG3, IG4...), ya que de esta forma se modifica la tensión de
cebado de este.
Este seria el funcionamiento del tiristor cuando se polariza directamente, esto solo ocurre en el
primer cuadrante de la curva.
Cuando se polariza inversamente se observa una débil corriente inversa (de fuga) hasta que
alcanza el punto de tensión inversa máxima que provoca la destrucción del mismo.
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APLICACIONES
En amplificación se utiliza en las etapas de potencia en clase D cuando trabaja en
conmutación. También se utilizan como relés estáticos, rectificadores controlados, inversores y
onduladores, interruptores....
ENCAPSULADOS
Como en cualquier tipo de semiconductor su apariencia externa se debe a la potencia que será
capaz de disipar. En el caso de los tiristores los encapsulados que se utilizan en su fabricación
es diverso, aquí aparecen los más importantes.
T0 200AB
TO 200AC
d2pak
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TO 209AE (TO 118)
TO 208AD (TO 83)
TO 247AC
TO 220AB
TO 208AC (TO 65)
TO 209 AB (TO 93)
El transistor uniunión (UJT)
Es un tipo de transistor compuesto por una barra de silicio tipo N o P en cuyos extremos se
tienen los terminales Base 1 (B1) y Base 2 (B2). En un punto de la barra más próximo a B2 se
incrusta un material de tipo P o N dando lugar al terminal de emisor.
Símbolo de un UJT de
Circuito equivalente de un transistor uniunión
tipo N
Cuando se polariza el transistor la barra actúa como un divisor de tensión apareciendo una VEB1
de 0,4 a 0,8v. Al conducir el valor de RB1 se reduce notablemente. Observa el circuito
equivalente.
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Observando el circuito de polarización de la figura se advierte que al ir aumentando la tensión
Vee la unión E-B1 se comporta como un diodo polarizado directamente. Si la tensión Vee es
cero, con un valor determinado de Vbb, circulará una corriente entre bases que originará un
potencial interno en el cátodo del diodo (Vk). Si en este caso aumentamos la tensión Vee y se
superan los 0,7v en la unión E-B1 se produce un aumento de la corriente de emisor (IE) y una
importante disminución de RB1, por lo tanto un aumento de VBE1. En estas condiciones se dice
que el dispositivo se ha activado, pasando por la zona de resistencia negativa hacia la de
conducción, alcanzando previamente la VEB1 la tensión de pico (Vp).
Para desactivar el transistor hay que reducir IE, hasta que descienda por debajo de la
intensidad de valle (Iv).De lo anterior se deduce que la tensión de activación Vp se alcanza
antes o después dependiendo del menor o mayor valor que tengamos de tensión entre bases
VBB.
APLICACIONES
Se utiliza en circuitos de descarga en generadores de impulso, circuitos de bases de tiempos y
circuitos de control de ángulo de encendido de tiristores.
El encapsulado de este tipo de transistores son los mismos que los de unión.
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EL DIAC
Es un componente electrónico que está preparado para conducir en los dos sentidos de sus
terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensión de cebado
o de disparo(30v aproximadamente, dependiendo del modelo).
Símbolo del diac
Estructura interna de un diac
Hasta que la tensión aplicada entre sus extremos supera la tensión de disparo VBO; la
intensidad que circula por el componente es muy pequeña. Al superar dicha tensión la corriente
aumenta bruscamente y disminuyendo, como consecuencia, la tensión anterior.
La aplicación más conocida de este componente es el control de un triac para regular la
potencia de una carga.
Los encapsulados de estos dispositivos suelen ser iguales a los de los diodos de unión o de
zener.
EL TRIAC
Al igual que el tiristor tiene dos estados de funcionamiento: bloqueo y conducción. Conduce la
corriente entre sus terminales principales en un sentido o en el inverso, por ello, al igual que el
diac, es un dispositivo bidireccional.
Conduce entre los dos ánodos (A1 y A2) cuando se aplica una señal a la puerta (G).
Se puede considerar como dos tiristores en antiparalelo. Al igual que el tiristor, el paso de
bloqueo al de conducción se realiza por la aplicación de un impulso de corriente en la puerta, y
el paso del estado de conducción al de bloqueo por la disminución de la corriente por debajo de
la intensidad de mantenimiento (IH).
Está formado por 6 capas de material semiconductor como indica la figura.
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Símbolo del triac
Tiristores en antiparalelo
Estructura interna de un triac
La aplicación de los triacs, a diferencia de los tiristores, se encuentra básicamente en corriente
alterna. Su curva característica refleja un funcionamiento muy parecido al del tiristor
apareciendo en el primer y tercer cuadrante del sistema de ejes. Esto es debido a su
bidireccionalidad.
La principal utilidad de los triacs es como regulador de potencia entregada a una carga, en
corriente alterna. El encapsulado del triac es idéntico al de los tiristores.
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Tema 9: Optoacopladores
También se denominan optoaisladores o dispositivos de acoplamiento óptico. Basan su
funcionamiento en el empleo de un haz de radiación luminosa para pasar señales de un circuito
a otro sin conexión eléctrica.
Fundamentalmente este dispositivo está formado por una fuente emisora de luz, y un
fotosensor de silicio, que se adapta a la sensibilidad espectral del emisor luminoso.
TIPOS
Existen varios tipos de optoacopladores cuya diferencia entre sí depende de los dispositivos de
salida que se inserten en el componente. Según esto tenemos los siguientes tipos:
Fototransistor: o lineal, conmuta una variación de corriente de entrada en una variación de
tensión de salida. Se utiliza en acoplamientos de líneas telefónicas, periféricos, audio...
Optotiristor: Diseñado para aplicaciones donde sea preciso un aislamiento entre una señal
lógica y la red.
Optotriac: Al igual que el optotiristor, se utiliza para aislar una circuiteria de baja tensión a la
red.
En general pueden sustituir a relés ya que tienen una velocidad de conmutación mayor, así
como, la ausencia de rebotes.
Símbolo del optotransistor
Símbolo de un optotransistor Símbolo de un optotransistor de
en configuración Darlington
encapsulado ranurado
Símbolo del Optotiristor
Símbolo Optotriac
ENCAPSULADOS
El encapsulado varia en función del tipo de optoacoplador y de su aplicación, así como del
número de unidades que se encuentren en su interior. En el caso de optoacopladores sencillos
la cápsula, de tipo DIL, suele tener 6 patillas, siendo estos los más utilizados (observa en la
figura su construcción interna). Los dobles, también de tipo DIL tienen 8 pines; algunos pueden
tener hasta cuatro unidades en cápsulas DIL de 16 patillas.
Normalmente, los pines del elemento emisor están a un lado de la cápsula y los del sensor en
el lado opuesto.
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Existen unos encapsulados diferentes en los que, físicamente se puede interrumpir el haz
luminoso (usados para control de posición, nº de revoluciones, cerraduras...). De esta forma el
encapsulado presenta una ranura entre el emisor y el receptor. Se les denomina de cápsula
ranurada o fotocélulas de herradura.
Optotransistor insertado en cápsula tipo DIL
Dos tipos de optoacopladores de cápsulas
ranuradas
Aspecto de un encapsulado DIL de 6 patillas
Encapsulados DIP-8 y DIP-14
(pdf)
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Circuito de polarización de base

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