V - IES Antonio Machado

Tema 2. Conceptos básicos.
COMPONENTES (2)
COMPONENTES
ELECTRÓNICOS
Los resistores.
Los condensadores.
La bobina
El diodo.
El transistor.
El amplificador Operacional.
Los circuitos híbridos y SMD.
LA BOBINA
LA BOBINA (I)
z
Las bobinas o inductancias se miden en
Henrios (H).
– Un henrio es la inductancia que crea una
diferencia de potencial de un voltio entre sus
extremos, cuando es atravesada por una
corriente alterna de un amperio por segundo.
z
Normalmente se emplean submúltiplos de
esta unidad.
– mH (milihenrio) = 10-3 Henrios
– µH (microhenrio) = 10-6 Henrios
LA BOBINA (II)
z Esta
formada por dos elementos
básicos:
– Núcleo.
– Arrollamiento de hilo.
Símbolo
LA BOBINA (III)
z
Clasificación de las bobinas:
– En función de la frecuencia:
z
z
Bobinas para alta frecuencia.
Bobinas para baja frecuencia.
– En función del núcleo:
z
z
z
z
Núcleo de aire.
Núcleo de hierro.
Núcleo de ferrita.
Núcleo de pulvimetal.
– En función del valor:
z
z
Fijas
Ajustables.
BOBINAS FIJAS
BOBINA AJUSTABLE
CARACTERISTICAS
TECNICAS (I)
z Tolerancia.
Se define como la variación
existente entre el valor nominal y el
valor real de la bobina.
z Margen de frecuencias. Determina los
valores de frecuencia entre los que
puede trabajar.
z Resistencia de aislamiento.
CARACTERISTICAS
TECNICAS (II)
z
z
Coeficiente de temperatura. Es la variación
que experimenta la inductancia con la
variación de la temperatura.
Factor de calidad. Es la relación existente
entre la reactancia inductiva y la resistencia
óhmica.
– La bobina realiza mejor su cometido cuanto mayor
sea su factor de calidad (Q).
COMPORTAMIENTO DE
UNA BOBINA
z En
corriente continua (C.C) se
comporta como un cortocircuito.
z En corriente alterna (C.A) presenta
oposición al paso de la corriente.
– A esta oposición se la denomina
reactancia inductiva ( XL ).
X L = 2π f L = ω L
EL DIODO
DIODO (I)
z Está
constituido por una unión P-N.
– Cristal P (ánodo). Tiene un exceso de
cargas positivas (carencia de electrones).
– Cristal N (cátodo). Posee un exceso de
cargas negativas (electrones).
++++++++
----------
P
N
++++++++
----------
DIODO (II)
z Al
juntar ambos cristales, se crea una
barrera de potencial en la unión.
Barrera de potencial
P
-- ++
+
-- ++
+
-- ++
N
Símbolo
A
K
DIODO (III)
z Polarización
P
directa del diodo
-
+
+
+
+
+
+
Batería
N
ID ≠ 0
DIODO (IV)
z Polarización
P
inversa del diodo
- - - - - - - - - - - - - - - - - - -
+ + + +
+ + +
+ + + +
+ + +
+ + + +
+
Batería
N
ID = 0
DIODO (V)
z Curva
característica
Vu
Vu
Tensión umbral
Vr
Tensión de ruptura
OA
Zona de baja polarización directa,
pequeña corriente
AB
Zona de conducción
OC
Corriente inversa de saturación
A partir de C, zona de avalancha
DIODO (VI)
z Tipos
de diodos (I)
– Diodos rectificadores. Se presenta como
componente discreto o encapsulado (4
diodos en puente de Greitz)
DIODO (VII)
z Tipos
de diodos (II)
– Diodo Zener. Mantienen tensión constante
con polarización inversa. Se utilizan como
reguladores de voltaje.
DIODO (VIII)
z Tipos
de diodos (III)
– Diodo LED ( Light Emitting Diode ). Se
fabrican con materiales semiconductores
(arsénico de galio de fosfato de galio) que
emiten luz cuando conducen.
DIODOS (IX)
z Características
de los diodos led
Intensidad diodo
Luminosidad mínima
10 mA
Luminosidad media
20 mA
Luminosidad máxima
30 mA
Tensión umbral
Led Rojo
1,6 V
Led ámbar
1,7 V
Led Verde
2,4 V
Led Amarillo
2,4 V
Led Azul
2,5 V
DIODO (X)
z Tipos de diodos (IV)
– Diodo túnel. Posee una zona de
resistencia negativa en su curva
característica. Se emplea en osciladores.
– Fotodiodo. Varía su conducción al incidir
luz sobre el.
– Varicap. Se comporta como un
condensador variable, al cambiar la
polarización inversa.
EL TRANSISTOR
TRANSISTOR (I)
z Esta
formado por dos uniones de
cristales del tipo P y tipo N.
– Pueden ser:
E
P
B
N
C
P
E
N
Colector
Base
B
P
C
N
Colector
Base
Emisor
Emisor
TRANSISTOR (II)
z Tipos
de encapsulado
TO-3
TO-66
R-8
R-19
TO-220
TO-72
SOT-32
TO-126
TO-5
MT-72
SOT-54
TRANSISTOR (III)
z Funcionamiento
(I)
– Al unir los cristales, se crean barreras de
potencial como se ve en la figura.
E
N
++ -+ ++ -+ ++ --
B
P
-- ++
- +
-- ++
- +
-- ++
C
N
TRANSISTOR (IV)
z Al
polarizar la unión EB directamente.
E
N
IE
VEB
B
+
+
+
+
+
-
P
-- ++
- +
-- ++
- +
-- ++
C
N
TRANSISTOR (V)
z Al
aplicar una tensión inversa en la
unión CB.
E
+
+
+
+
+
N
IE
B
IB
VEB
-
P
----
++
+
++
+
++
C
N
IC
VCB
TRANSISTOR (VI)
z Relación
entre las corrientes:
IC
IC
IE = IC + IB ; α = ; β =
IE
IB
α
β
α=
; β=
1+ β
1− α
TRANSISTOR (VII)
z Curva
característica de salida.
TRANSISTOR (VIII)
IB (µA)
VCE
16
curvas características
12 10 8 6 4 2
IC
(mA)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
VBE
(V)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
VCE
IB (µA)
16
12 10 8 6 4 2
0
z Otras
TRANSISTOR (IX)
z Recta
de carga
+ VCC
IC
VCC = R C · IC + VCE
C
Punto 1.
IC = 0; VCE = VCC
E
Punto 2.
RC
B
VCE
VCC
= 0; IC =
RC
TRANSISTOR (X)
z Ejemplo:
– VCC= 12 V.
– RC= 2 KΩ
Punto 1.
IC = 0;
VCE = VCC = 12v.
Punto 2.
VCE = 0; IC =
VCC 12
=
= 6 mA
RC
2
TRANSISTOR (XI)
z Punto
Q
Punto Q saturación
Punto Q en clase A
(VCE= VCC/2)
Punto Q corte
TRANSISTOR (XII)
z Cálculo
circuito autopolarizado.
+ VCC
– Para efectuar cálculo:
z RC ≥ 10RE
z ID >> IB ; ID = 25 · IB
Q
Q
IC
R1
ID
ID- IB
RC
C
IB
B
E
R2
RE
TRANSISTOR (XIII)
z Ejemplo:
Q (VCEQ= 6V; ICQ= 1mA); β ≥ 125; VCC= 12 V
VCC = ICQR C + VCEQ + ICQRE
R C = 10RE
VCC = ICQ (10RE ) + VCEQ + ICQRE
VCC = 11(ICQRE ) + VCEQ
VCC − VCEQ
12 − 6
RE =
=
= 545,4 Ω
11× ICQ
11× 1 mA
R C = 10 × RE = 545,4 Ω × 10 = 5454 Ω
+ VCC
IC
R1
ID
ID- IB
RC
C
IB
B
E
R2
RE
TRANSISTOR (XIV)
VBQ = VBEQ + ICQRE = 0,6 + 1 mA × 0,55 = 1,15 V.
VBQ = (ID − IBQ )R 2 ; IBQ
ICQ
= ; ID >> IBQ
β
VBQ = IDR 2
IBQ
ICQ 1 mA
=
=
= 8 µA
β
125
IC
R1
ID = IBQ × 25 = 200 µA
VBQ 1,16 V
R2 =
=
= 5800 Ω
ID
200 µA
R1 =
+ VCC
VCC − VBQ 12 V − 1,16 V
=
= 54,2 KΩ
ID
200 µA
ID
ID- IB
RC
C
IB
B
E
R2
RE
TRANSISTOR (XV)
z
z
Transistor en conmutación
Trabaja en las zonas de corte
y saturación.
+ VCC
– Corte. No conduce. Circuito
IC
abierto.
z
RB
– Saturación. Conduce. Circuito
cerrado.
z
VBE > 0,6V; IB = IBsat; IC = ICsat; VCE= 0
C
IB
VBE < 0,5V. IB=IC= 0; VCE = VCC
RC
B
E
IE
TRANSISTOR (XVI)
z
Ejemplo: Calcular el circuito de un transistor en
conmutación para controlar el encendido de un LED
rojo a luminosidad media con una tensión de entrada
(VEN) 1,5 V.
– Vcc = 9V. β= 200; Ic = 20 mA
RC =
IB =
IC 20 mA
=
= 0 ,1mA
β
200
VCC ⋅ VU 9V ⋅1,6V
=
= 370 Ω
IC
20 mA
RB =
VEN − VBE
IB
=
1,5 − 0,6
= 9 KΩ
0,1mA
AMPLIFICADOR
OPERACIONAL
AMPLIFICADOR
OPERACIONAL (I)
z
Amplificador Operacional (AO). Es un dispositivo
integrado en una sola pastilla o chip, cuya
característica fundamental es su elevada ganancia
en tensión.
z
Representación simbólica y aspecto físico
Entrada
inversora
_
Entrada no
inversora
+
Salida
AMPLIFICADOR
OPERACIONAL (II)
z
Se observa que el A.O tiene una entrada
inversora y una entrada no inversora.
– Si la señal a amplificar la introducimos en el
amplificador por la entrada inversora, la salida
estará invertida 180º con relación a la entrada.
– Si lo hacemos por la entrada no inversora, la
señal de salida estará en fase con la entrada.
AMPLIFICADOR
OPERACIONAL (III)
z
Características ideales.
– Ganancia de tensión en bucle abierto: Infinita.
– Resistencia de entrada: Infinita.
– Resistencia de salida: Cero.
– Ancho de banda: Infinito.
z
Características reales.
– Ganancia de tensión en bucle abierto: 100.000.
– Resistencia de entrada: 1MΩ.
– Resistencia de salida: 100Ω.
– Ancho de banda: 1MHz.
z En los cálculos que realicemos emplearemos las
características ideales.
COMPONENTES SMD Y
CIRCUITOS HIBRIDOS
COMPONENTES SMD (I)
z Componentes
SMD (Surface Mounted
Device) surgen en la década de los 80.
z Ventajas (I):
– Tamaño muy reducido.
– Conexiones ultracortas y amplias.
– Se sueldan directamente al lado de las
"pistas" por un proceso automático.
COMPONENTES SMD (II)
z Ventajas
(II)
– Soporta altas temperaturas durante cortos
períodos de tiempo.
– Mejora el ensamblaje automático de
componentes en el circuito impreso.
– Miniaturización considerable de los
circuitos.
COMPONENTES SMD (III)
z Ventajas
(y III).
– La ausencia de hilos reduce los fallos,
aumenta la fiabilidad y calidad, mejora el
comportamiento en A.F. al reducir las
capacidades parásitas, etc.
– Suelen ser de mejor calidad que los
componentes tradicionales.
COMPONENTES SMD (IV)
z Inconvenientes.
– Pueden disipar poca potencia debido a su
pequeño tamaño.
– Los SMD son más caros para pequeños
lotes.
– Tienen grandes dificultades para su
montaje manual.
COMPONENTES SMD (V)
Montaje SMD de una controladora de disco duro.
CIRCUITOS HÍBRIDOS (I)
z El
origen de esta tecnología se remonta
a los años 50.
z Se emplea en aplicaciones específicas
de cliente (custom design).
z Integran componentes pasivos
(resistencias y condensadores), con
otros componentes discretos (de
tamaño reducido).
CIRCUITOS HIBRIDOS (II)
z Se
fabrican en dos tecnologías:
– De película gruesa. Método serigráficos y
térmicos
– De película delgada. Metalizado al vacío.
z Ninguna
de las tecnologías permiten la
integración de componentes activos
(diodo y transistores).
CIRCUITOS HÍBRIDOS (III)
Resistencia
Condensador
Semiconductor
Condensador
cerámico
Transistor
Condensador
electrolítico