Curso de Electrnica Practica CEKIT

Leccin I

El fluir de los electrones no sera tal si al conductor no se le aplicase una fuerza electromotriz, probablemente una tensin.

Una de las ventajas de la electrnica es que puede convertirse a muchos otros tipos de energa: calrica, luminosa, mecnica, qumica, etc.

La energa elctrica est libre de todo tipo de desechos de combustin o residuos.

Una molcula es la unidad mnima de una sustancia que an conserva sus propiedades. Molcula de agua.

Un In es un tomo desequilibrado. Anin un tomo con carga positiva y un Catin un tomo con carga negativa.

Cargas iguales se rechazan. Cargas no iguales, se atraen.

Entre los distintos elementos, los protones y electrones son siempre iguales. Un tomo siempre debe contener la misma cantidad de protones y de electrones y a ese numero se le llama Nmero Atmico. Segn Niels Bohr, los tomos poseen slo 7 orbitas (donde giran los electrones), K L M N O P Q, desde el centro hacia fuera. Y cada orbita, acepta una cantidad definida de electrones. La primera acepta 2, la segunda 8, la tercera 32 (x4) Los electrones ms cercanos al ncleo son atrados con mayor intensidad que los lejanos. A la vez, la cantidad de energa de los electrones en cada orbita es distinta, aqu surgen los niveles de energa, y la cantidad de energa de cada nivel depende del numero de electrones que posea.

Para la electrnica slo es llamativa la ltima orbita del tomo, ya que son los directamente responsables de los fenmenos elctricos. A los tomos de sta orbita se les llama Electrones de Valencia y pueden ser mximo 8. De acuerdo al nmero de electrones de valencia que posea un tomo, el elemento puede clasificarse como conductor, semi-conductor o aislante. Los Conductores poseen menos de 4 electrones de valencia y se les llama Metales. Mientras menos electrones de valencia posea un tomo, ms conductor ser. Los Aislantes poseen ms de 4 electrones de valencia y son llamados Metaloides.

Los Semiconductores poseen 4 electrones de valencia.

Los tomos de valencia sirven a los electrones para relacionarse entre s con otros tomos. Existen dos tipos de enlaces: Covalentes e Inico. En el Enlace Covalente, el tomo comparte tomos con un tomo vecino. En el Enlace Inico un tomo cede electrones a un tomo vecino.

Cuando un electrn escapa de su rbita se le llama Electrn Libre. En este estado, un electrn es fcilmente absorbido por un tomo que ha perdido un electrn. Segn las cargas elctricas, la electricidad puede clasificarse en: Esttica y Dinmica.

La Electricidad Esttica (electrosttica) es cuando un cuerpo est cargado y no puede descargar (o equilibrarse) su energa. Puede estar cargado positiva o negativamente (exceso de electrones). A la vez, ste cuerpo atrae o repele a otros para equilibrarse. El cuerpo que recibe la descarga sufre una Induccin Electrosttica. Una de las formas de generar electricidad esttica es el frotamiento. Cuando los materiales se encuentran muy cargados entonces el traspaso de electrones se realiza antes de que haya contacto real. Los rayos son un ejemplo. Los pararrayos sirven para atraer a los rayos y evitar desastres. La Electricidad Dinmica es cuando existe un generador de tensin que mantiene la corriente constante (pila). Un Campo Elctrico es el lugar donde puede haber cargas elctricas que se atraigan o repulsen. Se pueden representar con lneas innumerables que salen desde el centro de la carga (lneas de fuerza elctrica) y tienen un sentido (van hacia el centro si la carga es negativa y si es positiva, hacia el exterior). Un Campo Elctrico es una fuerza ejercida sobre una carga capaz de orientarla de un tomo a otro.

El Potencial en un tomo es el estado elctrico del mismo. Es neutro cuando est equilibrado, positivo cuando posee ms protones que electrones y negativo en caso contrario. La diferencia entre dos tomos se llama Diferencia de Potencial. El Potencial en un punto es el trabajo necesario que una fuerza hace para mover una corriente hasta ese punto. Se calcula mediante la ley de Watt (y otras). La Diferencia de Potencial se puede calcular por la ley de Ohm. V es el Potencial y V la diferencia de potencial. Se calcula diferenciando la potencia del terminal positivo y negativo. Una fuente de voltaje es algo que tiene dos terminales con diferencia de potencial, y estos terminales se llaman Bornes. La Tensin se denomina U (en el sistema europeo), E (americano) o V (general). El elemento que produce energa elctrica a partir de energa calrica se llama Termopar. Las Clulas Fotovoltaicas son las que convierten la luz en energa elctrica.

La creacin de corriente por magnetismo es eficiente. Una bobina de cobre aislado se mueve dentro de la fuerza magntica de un imn. Esto hace que el magnetismo del imn impulse a los electrones libres del cobre. Este tipo de corriente es que llega los postes y a nuestras casas con una tensin de 120v y 60 ciclos por segundo (cps). A continuacin se describe el proceso de obtencin de energa elctrica mediante varias fuentes (calrica, eolica, nuclear, etc.)

Leccin II

Un Circuito Elctrico es la combinacin de distintos componentes de forma que la corriente pueda tener distintos caminos para realizar un trabajo til. Este trabajo puede ser: 1) Convertir la energa elctrica en otro tipo de energa. 2) Convertir las seales elctricas de un tipo en seales elctricas de otro tipo. Todo circuito posee 3 cuestiones fundamentales: 1) Posee fuente de tensin. 2) Poseer un camino para ser recorrido por la corriente. 3) Que en el camino haya oposicin a esa corriente.

Todos los elementos de un circuito estn compuestos por tres asuntos bsicos: 1) Fuente de Voltaje. 2) Carga o Receptor de Energa. 3) Conductores Elctricos. La Fuente de Voltaje, suministra la fuerza para iniciar el flujo de electrones. El Receptor de Energa es el artefacto que recibe la energa provocando algn trabajo. El Conductor Elctrico es el material por el cual pasa la corriente y une la fuente de tensin con el receptor de energa. A la vez, existen otros componentes como interruptores u otros que controlan el paso de corriente, as como que protegen de subidas o bajas de voltaje. Existen 3 simbologas para la corriente alterna, continua y para las bateras respectivamente. La Fuerza Electromotriz (FEM) es el voltaje entre los terminales de la fuente de alimentacin. La cada de voltaje es el voltaje entre los terminales de una carga que se pierde por un asunto de resistencia. El Voltaje puede ser de dos formas: 1) Cuando la fuente conserva siempre la misma polaridad y los electrones avanzan hacia una sola direccin (C. Continua). 2) Cuando cambia la polaridad a intervalos cambiando la direccin de la corriente (C. Alterna). La corriente como los componentes de los circuitos reaccionan de forma diferente ante estas dos formas de corriente. La unidad de medida para la Tensin es el Voltio. Existen macrounidades y microunidades para sta medida.

Los tipos de carga que puede tener una corriente son diversos: Resistencias, Parlantes, Lmparas, etc. Cada objeto alimentado por corriente al parecer tiene una simbologa. La habilidad de un material para ser conductor depende de los electrones libres que haya en l. El ohmmetro es para medir la resistencia y mayor Ohms mayor resistencia. Todo material tiene resistencia. Cuando existe un Circuito Cerrado significa que la trayectoria de corriente va de polo a polo, cuando no, es un Circuito Abierto y la corriente no es continua. Los Cortocircuito es cuando ocurre algn suceso que hace que el flujo de corriente sea mayor al normal, generalmente por la quema de alguna resistencia pero la corriente por algn motivo contina su trayectoria. Para evitar estos cortes se usan los Fusibles. Al haber un cortocircuito se produce un recalentamiento en los conductores lo que puede provocar incendios. Un electrn al moverse no genera casi nada de energa, para que sta sea til es necesario que se muevan millones de electrones. Para esto se creo la unidad Culombio (C), que equivale a 6.28x10^18 electrones movindose (o en reposo) a travs de un conductor. La Intensidad (I) de corriente es la cantidad de electrones que pasan por un conductor por una determinada cantidad de tiempo. Se mide en Amperios y este es el paso de 1C en 1 segundo. Se mide con un ampermetro. Antes se crea que los electrones viajaban en sentido + a (sentido convencional). Pero es al revs, en el curso se trabajar con el sentido convencional.

Se realizan unos experimentos bsicos con corriente y se establece un circuito bsico al cual se le irn agregando nuevos componentes a medida que el curso avance.Leccin III (Magnetismo y Electromagnetismo)-

Leccin IV (Leyes fsicas de Ohm y Watt)

Ley de Watt:P = V * I

P = Potencia; V = Voltaje; I = Intensidad

Leccin V (Circuitos en Serie, Paralelo y Mixtos)

Como ya he visto estos circuitos antes, slo me queda aclarar que los circuitos mixtos son una combinacin de los circuitos en serie y paralelo (tambin se les llama serie-paralelo).

En Paralelo, los componentes deben compartir la energa. Las Resistencias se etiquetan con RX, siendo la X el numero de la resistencia.

Circuito en Serie Los interruptores y fusiles se conectan siempre en serie porque de sta forma protegen al mismo circuito.

La corriente (I) que pasa por un punto del conductor en un circuito en serie, es la misma de cualquier otro punto (a diferencia de lo que pasa en un circuito paralelo).Voltajes

El Voltaje de la fuente de distribuye a travs de las cargas. A medida que cada carga tenga menos resistencia, a la vez tendr menos voltaje. El Voltaje sobre cada resistencia se llama Cada de Voltaje de la carga.

Segn la ley de ohm, la Cada de Voltaje de cada carga es igual al producto de su resistencia por la corriente (I). La suma de las cadas de voltaje es igual al voltaje aplicado al circuito. Esto se debe a las leyes de voltaje de Kirchoff. En un circuito en serie la suma de las cadas de voltaje es siempre igual al voltaje aplicado al circuito.

Resistencia Total En un circuito cualquiera (serie, paralelo, mixto) la corriente de la fuente depende de la resistencia total o equivalente (RT o REQ). En un circuito en serie la RT O REQ es igual a la suma de las cadas de voltaje.

Circuitos Paralelos Los alambres de una carga a la fuente se llaman Ramas. Y el punto en comn de estas ramas a la fuente se llaman Nodos. Existe ms de una trayectoria para la corriente, de esa forma, si alguna carga abre su conexin, la corriente puede continuar otro camino.Voltajes El voltaje aplicado a todas las cargas del c.p. es el mismo del de la fuente. A travs de cada carga circula una corriente que depende de la resistencia de la carga y el voltaje total de la fuente.Corrientes La Fuente aparte de entregar una tensin, tambin entrega una corriente (I). En los circuitos en paralelo, la suma de la corriente de las cargas es igual a la corriente total (Se denomina Ley de corrientes de Kirchoff).

A medida que se conectan cargas a la fuente, aumenta tambin la corriente entregada por la fuente. Esto es lo que provoca la rotura de un fusible o el disparo de un disyuntor, que cuando se conectan demasiadas cargas la corriente hace que el Fusible sobrepase su capacidad (y se rompa), desconectando el circuito. A esto se le llama que el circuito ha sido sobrecargado. La Resistencia Total de un C.P. tiene varias formulas, pero existe una para uso general:

RT = 1 / (Suma de los inversos de las resistencias)Circuitos Mixtos Aqu los circuitos en serie se llaman cadenas y los en paralelo bancos. La corriente total (CT) depende de la RT. Los circuitos en paralelo tambin pueden ser en serie (Fig. 5.19 b). Cuando el circuito est hecho con bancos en serie, entonces primero ha de calcularse la resistencia de los bancos para luego calcular la resistencia de la cadena (formada por bancos). Fig. 5.20a Si por el contrario el circuito tiene bancos de cadenas de resistencias, ha de calcularse primero la resistencias de cada cadena y luego calcular la resistencia de los bancos. Fig. 5.20b Si el circuito tiene mezclas de los dos puntos anteriores. Entonces se calcula reduciendo las ramas ms alejadas de la fuente.Voltajes y Corrientes en un Circuito Mixto Para calcular el voltaje y corriente de un circuito, primero se debe determinar la resistencia total y la corriente total. Las suma de cadas de voltajes de las resistencias (cuando ya han sido reducidas), deben ser equivalentes al voltaje total.

Al parecer las cadas de voltaje son iguales en las cargas de los bancos. Puede existir una tensin igual, pero las cargas pueden ser distintas en su corriente. La Corriente Total que circula en un circuito en serie es la misma que pasa por cada una de sus resistencias. En un circuito en paralelo, la corriente se divide en las resistencias y la CT es igual a la suma de corrientes de cada resistencia.

El Voltaje Total en un circuito en serie se divide en las resistencias y es igual a la suma de caidas de voltajes de cada resistencia. Pero en un circuito en paralelo, no.

Existen las Leyes de Kirchoff de voltaje y corriente. Lo anterior es producto de ello.Potencia en Circuitos en Serie, Paralelos y Mixtos En cualquier circuito con resistencias, la potencia se disipa en forma de calor en cada resistencia. La Potencia Total (PT) es la suma de todas las potencias de las resistencias sin importar el tipo de circuito.

La Potencia se calcula con la corriente y tensin de cada resistencia. Es el producto de ellas.Conexin de Pilas en Serie y en Paralelo Las pilas tienen pueden entregar tensin y una capacidad de corriente. Estas modalidades se usan para aprovechar mejor el voltaje o la corriente. Cuando hay varias pilas conectadas en serie (pilas conectadas en serie aditiva) la tensin entregada por estas es la suma de las tensiones de cada pila, pero la capacidad de corriente ser equivalente al de la pila de menor capacidad. La conexin en paralelo de las pilas, aprovecha mejor la corriente, pero el voltaje se mantiene, es decir, el voltaje ser igual al de cada pila, pero la corriente ser la suma de las corrientes entregadas por cada pila. La batera de los autos usan conexin de pilas en serie, pero las bateras de refuerzo que son para darle energa a las bateras muertas de los autos, usan conexin en paralelo.

Conexin de Condensadores en Serie y en Paralelo

Un condensador es un elemento para almacenar temporalmente energa elctrica en forma de voltaje.

Estn formados por un material aislante (dielctrico) rodeado por dos conductores (placas). Poseen Capacitancia que se mide en Faradios (F) o algn submltiplo de stos. Tambin se pueden conectar en serie o en paralelo para obtener capacitancias mayores o menores. Cuando estn conectados en paralelo, la capacitancia total es la suma de la capacitancia de los condensadores.

Cuando estn conectados en serie, entonces la capacitancia total es la inversa de la suma de las inversas de cada capacitancia.

Conexin de Bobinas en Serie y en Paralelo

Son elementos que sirven para almacenar corriente y producir voltaje cuando cambia la corriente. Poseen Inductancia que se mide en Henrios (H) o alguno de sus submultiplos. Un Henrio se define como la inductancia en un circuito en el que se produce una FEM de 1V cuando los amperios varan uniformemente en una razn de 1A por segundo. Se calcula as:

H = V * s / A = * sV = Voltios; A = Amperios; s = segundos

Pueden conectarse en Serie y en Paralelo y dependiendo de esto adquieren distintas propiedades. Cuando estn conectadas en serie, la inductancia total es la suma de la inductancia de cada bobina.

Cuando estn conectadas en paralelo, la inductancia total es la inversa de la suma de las inversas de la inductancia de cada bobina.

Cuando las bobinas estn construidas dentro de un mismo ncleo, se dice que estn acopladas magnticamente.

Cuando estn conectadas distintas bobinas se asume que no construidas en un mismo ncleo y que estn devanadas (enrolladas) en la misma direccin. Esto determina la inductancia real sumado a la inductancia mutua (define el grado de acoplamiento entre ellas).

Dos o ms bobinas construidas en un mismo ncleo constituyen un Transformador.

Leccin VI (Conceptos Bsicos de Corriente Continua y Alterna) La Corriente Continua (CC) y la Corriente Alterna (CA) son dos formas que la corriente adopta en los circuitos elctricos. Cada una afecta de manera distinta la polaridad de los voltajes y la direccin de la corriente en un circuito. La CC va slo hacia una direccin, en cambio la CA va a una direccin y luego vuelve. Los Voltajes Continuos mantienen su polaridad, pero los Voltajes Alternos lo van cambiando.

Corriente Alterna

Las compaas elctricas suministran CA mientras que las bateras CC. En la CA la polaridad del voltaje vara por lo que se expresa en una onda senoidal.

La mayora de los aparatos electrnicos operan con CA. Pero estos aparatos convierten esa CA en CC en un proceso que se llama Rectificacin. La CC tambin se puede convertir en CA en un proceso llamado Inversin.

En la CA los polos estn constantemente cambiando. A la vez, el valor del voltaje vara en la CA. La forma de la onda como vara la polaridad y el voltaje puede ser de varias formas, pero la ms comn es la sinusoidal. La mayora de las ondas alternas son peridicas, es decir poseen un patrn de repeticin. Una forma de onda que se repite se llama ciclo. A veces es conveniente ilustrar la onda senoidal en grados, de modo que el ciclo completo se divide en 360 siendo el grado 180 la mitad del ciclo y 90 un cuarto de ciclo. Estos grados pueden representarse en radianes (360 = 2 rad). Esto se le llama Valores Angulares. Para convertir Grados a Radianes: (angulo en grados*)/180 ; Radianes a Grados: (angulo en radianes*180)/

El numero de ciclos en un segundo se llama Frecuencia (f) de la onda. Se mide en hertz (Hz). Las ondas alternas de ondas entre 20Hz y 20kHz se denominan seales de audio (porque producen sonido audible si se reproducen en un parlante). Las ondas superiores a 20kHz se denominan supersnicas o seales de radio. Matemticamente la Frecuencia es el inverso del Perodo (T; tiempo de un ciclo en realizarse): F = 1/T En una onda senoidal, existen varios valores en la onda que permiten compararse cuantitativamente con otros tipos de ondas. Estos valores son: valor instantneo, valor pico, valor pico a pico, el valor medio y el valor promedio o rms.Valor instantneo

Es el valor del voltaje o corriente que tiene la onda en cualquier instante de tiempo.

Es proporcional al seno del angulo correspondiente en el momento indicado.

Siendo el ngulo, VM o IM la amplitud o valor mximo de la onda. Y se calcula como:

v = VM * sen

i = IM * sen

(Un ejemplo en la pgina 98) El Valor Promedio (VAV o IAV) es el promedio de todos los Valores Instantneos de la onda. En el caso de una onda seno pura, es:

VAV = IAV = 0,637 * VPValor Pico y Valor Pico a Pico

El Valor Pico (VP o IP) es el valor mximo positivo o negativo que alcanza la onda.

La magnitud absoluta del VP se conoce como Amplitud.

En una onda senoidal el VP positivo es igual al VP negativo (onda seno pura).

El Valor Pico a Pico (VPP o IPP), es la amplitud total, es decir la distancia desde el VP positivo y VP negativo.Valor Efectivo o RMS Es el valor necesario de voltaje de la onda senoidal que produce el mismo nivel de disipacin de potencia que la CC. Se calcula mediante la raz cuadrada del promedio de los cuadrados de todos los valores instantneos de un ciclo. A tensiones variables se les aplica esta frmula pues permite conocer el valor promedio a travs del valor pico de voltaje.

En el caso de una onda senoidal pura, se calcula como:

Valor rms = 0,707 * valor pico

Vrms = 0,707 * VP

Vrms = VP / sqrt(2)Irms = 0,707 * IP El valor rms es el valor que tendra la CC para provocar el mismo nivel de potencia en una resistencia que la onda senoidal. Existen resistencias variables que pueden ajustar al parecer su valor resistencia.

En las fuentes de CA, el voltaje o corriente del que se habla de stas corresponde a su valor rms.

La relacin entre el valor rms y el valor promedio se llama Factor de Forma (FF):FF = Vrms / VAV Al parecer, todas las ondas senoidales puras tienen FF de 1,11ngulo de Fase. Relaciones de tiempo en las onda senoidales

El ngulo de Fase es el retraso o adelanto de una onda senoidal teniendo como referencia a otra onda. Se calcula en grados (0 a 180; 0 rad a rad). Este concepto es muy importante para el anlisis y diseo de circuitos electrnicos y elctricos (En la pgina 101 se muestran ejemplos). Cuando una onda alcanza su mximo o mnimo justo en el punto donde la otra alcanza su nivel 0, se dice que esas ondas estn en cuadratura de fase. Cuando ambas ondas estn completamente alineadas (con sus mnimos y puntos mximos y mnimos en los mismos grados), se dice que estn en fase (su ngulo de fase es 0). Cuando una onda alcanza su nivel mximo en el grado donde la otra alcanza su nivel mnimo y viceversa, entonces se dice que estn en contrafase. Para comparar el ngulo de fase es necesario que ambas ondas tengan la misma frecuencia y sean senoidales. Y para una frecuencia el ngulo de fase corresponde a una diferencia especfica de tiempo (es decir, el tiempo de retraso o adelanto de una onda con respecto a otra). El tiempo anterior puede calcularse as:t = * T / 360 = / 360 * T = 1 / f * / 360

Generadores de CA Generan ms del 95% de la energa elctrica mundial. Los generadores transforman energa mecnica en energa elctrica a travs de induccin electromagntica. Se explica como es generada la CA a travs de generadores y como llega a los distintos consumidores.Corriente Continua

Es un flujo de portadores de carga (electrones) hacia una sola direccin y posee slo una polaridad. Para impulsar una CC para ser til en un circuito, el voltaje no debe variar.

Existen varios tipos de fuentes que generan CC y cada uno con su simbologa: Pilas, Bateras, Celdas solares Fotovoltaicas, Generadores Termoelctricos, Generadores electromagnticos, etc.

Los portadores de carga de una CC pueden ser positivos o negativos afectando la direccin de la corriente (real o convencional). Pero siempre van hacia una direccin. A la vez, el voltaje tambin puede variar (CC variable) pero nunca cambiar de polaridad.

Tambin se puede generar CC a travs de CA, en un proceso de rectificacin. A la vez, las Fuentes de Alimentacin generan CC a travs de la CA (del enchufe o del alternador en el caso del automvil). A la vez, tambin se puede generar CC por un medio electromagntico, pero la armadura no tiene anillos (como en la CA), sino un conmutador. Los paneles solares generan CC a travs de un fenmeno fsico llamado efecto fotovoltaico. Este efecto se manifiesta que cuando la luz genera una diferencia de potencial cuando se aplica una radiacin (luz) a la zona de unin de dos semiconductores (uno llamado P que tiene dficit de electrones y otro N que tiene supervit).

Las celdas de combustible por reaccin qumica generan CC. Lo hacen ilimitadamente.

Los generadores termoelctricos tambin producen CC por el efecto Seebeck (donde si se calienta la unin de dos metales homogneos, se produce una fuerza electromotriz en sus terminales). En este efecto se basan las termocuplas usadas en la industria para la medicin de T. Dependiendo del tipo de metales usados, los voltajes varan.Leccin VII (Las fuentes de alimentacin)

Las Fuentes de Alimentacin proveen una eficaz conversin de la CA a CC, esta ultima siendo la principal a la hora de trabajar con circuitos. La mayor parte de las fuentes de alimentacin usadas en los circuitos, son fuentes de voltaje. Tambin existen las fuentes de corriente, pero son poco usadas.

Lo ideal es que las fuentes de alimentacin entreguen una CC constante, pero en la prctica, ste siempre es variable, aunque sea un poco.Estructura

Usualmente una fuente de alimentacin tiene los siguientes componentes (en orden desde donde entra la CA hasta donde se transforma en CC): Fuente de Poder de CA, Transformador de Potencia, Circuito Rectificador con Diodos, Circuito de Filtros, Regulador, Carga. El Transformador reduce el voltaje acorde a la carga. A veces se puede prescindir de un transformador, pero es poco seguro. El transformador luego alimenta a un Rectificador, el cual se encarga de convertir la CA en CC pero pulsante (el voltaje an es variable). Luego, para convertir el voltaje variable se utiliza un Filtro que estabiliza el voltaje mediante condensadores. Este voltaje regulado puede aplicarse a la carga o bien regularse ms mediante un regulador. El Regulador es un circuito electrnico que se encarga de mantener el voltaje constante aplicado a las cargas. Las fuentes que poseen regulador se llaman fuentes reguladas. Finalmente la CC llega a la Carga, que es cualquier elemento ya sea un componente o un complejo circuito elctrico. La forma grfica como opera cada uno de estos componentes se ve en las figuras 7.5 a 7.8. Cada componente a la vez tiene su simbologa propia.Fuentes de alimentacin no reguladas

Son las que no poseen un regulador (este permite tener una CC constante en cuanto a voltaje).

Este tipo de fuentes est sometida a subidas y a bajas de voltaje de la fuente de CA pero tambin a la exigencia de la carga si esta requiere ms o menos voltaje. Se usan cuando la susceptibilidad del varo de voltaje no es crtico. Y en realidad se usan bastante en aparatos domsticos.

Pueden ser de varias clases dependiendo de la configuracin del Regulador: Fuente con rectificacin de media onda; de onda completa; de puente; Fuente con multiplicador de Voltaje.

En la figura 7.10 se tiene un esquema detallado de una fuente de alimentacin no regulada. Ahora describir sus partes.Circuito de Entrada Est constituido por el cable de potencia (PLI), el fusible general (FI), el supresor de picos (MOVI), el filtro de lnea (LFI) y el interruptor general (SI).

La funcin es llevar la CA desde la lnea pblica hasta el primario del transformador. Tambin sirve para proteccin, control y sealizacin. Del suministro a la fuente se necesita un Cable de Potencia (o cordn de potencia). Hay cables que conectan la fuente nicamente con la fase y el neutro (nombre dado a los polos) de la instalacin elctrica. Hay otros que poseen adicionalmente una conexin a tierra, y sta debe conectarse en la fuente al chasis metlico de la fuente. Los cables de potencia llevan rotulad su capacidad en voltios y amperios. Lgicamente el suministro debe poseer una corriente inferior y la fuente de alimentacin al igual debe recibir valores inferiores. Luego del cable, es necesario que el circuito posea un Fusible General en caso de alguna subida voltaje para proteccin. Estos se alojan en portafusibles para facilitar su cambio si es necesario. El Interruptor y el fusible se conectan en serie y del lado de la fase de la entrada del circuito de entrada. Los interruptores tambin vienen hechos acorde a ciertos voltajes y corrientes soportados. Los fusibles pueden ser de accin rpida y accin lenta. Esto se diferencia de acuerdo a la mxima corriente que pueden soportar antes de abrir el circuito. Los ms adecuados para fuentes de entrada son los de accin lenta (slow-blow, los de accin rpida son los fast-blow). Para elegir un fusible correcto es necesario elegir uno que soporte una corriente 50% mayor al de la corriente de entrada. Para proteger la fuente de subidas repentinas de voltaje y evitar daar componentes del circuito existen adems los Varistores (MOV). Estos absorben el exceso de voltaje y slo da paso a un lmite voltaico. Se conectan en paralelo con el cable de potencia despus del fusible. Pero tambin pueden soportar hasta un mximo de energa a disipar y tambin a un lmite antes de empezar a disipar la energa. La energa mxima que pueden soportar se mide en Julios (J). Esta energa est relacionada con la capacidad mxima de conduccin y el mximo tiempo de duracin del pico. Bsicamente los Julios miden la capacidad de absorcin de energa del Varistor. Opcionalmente al esquema del circuito de entrada se puede agregar un Filtro de Lnea que sirve para eliminar el ruido de alta frecuencia que llega a la entrada producido por otros componentes o por los propios elementos del circuito. Este ruido se le llama EMI o RFI (Interferencia Electromagntica o de Radio-Frecuencia) y si no se elimina puede causar interferencia en otros equipos en la misma lnea. Este filtro se conecta despus del fusible y antes del interruptor. Se especifican segn voltaje y corriente que pueden soportar y a la vez, el tipo de seales que filtran es variable, hay que saber de ellas tambin. Es til tambin al circuito de entrada agregar un Circuito de Amortiguamiento (snubber). Est formado generalmente por una resistencia en serie con un condensador. Se usa para amortiguar los pulsos de alto voltaje que se producen en la entrada al momento de desconectar el transformador de la red de potencia, de sta forma no se produce ruido en aparatos contiguos. Se instala en paralelo con el primario del transformador (Fig. 7.22a). Es necesario tener un elemento monitor para verificar si existe corriente alterna para el transformador, para esto se pone una luz piloto de len o un LED. Viene generalmente con una resistencia limitadora de corriente y se conecta en paralelo con el primario del transformador. En el caso de los leds aparece una curiosa informacin sobre los leds, en especial el color verde que se ve en algunos aparatos. Cabe recordar que cada elemento mencionado viene con su propia simbologa.

Transformadores

Sirve para reducir el nivel de tensin a un nivel apto para el circuito. Como un transformador est compuesto de dos bobinas ensambladas en un mismo ncleo. La bobina que recibe la alta tensin se llama Primario y la otra Secundario.

El voltaje o corriente a producir puede calcularse mediante lo siguiente:Voltaje Salida (V2) = N2 / N1 * Voltaje Entrada (V1)Relacin de Transformacin = N2 / N1N1 = Nmero de espiras del Primario

N2 = Nmero de espiras del Secundario

Cuando V2>V1 se el transformador es un Elevador, cuando V2>100K

Se realiza un ejercicio (en el cual en otro documento tengo ms notas) que proporciona ms informacin sobre este tipo de polarizacin. La RG a usar puede ser de un mximo de 10Mohms pero su eleccin debe cuidarse ya que puede afectar seriamente a la polarizacin provocando cadas de tensin en RG muy altas lo que producira que a la vez, VGS sea muy alta lo que distorsionara el punto Q.

Polarizacin de compuerta con referencia (offset)

Si bien el esquema de autopolarizacin es efectivo, cuesta mucho fijar ID en un valor especfico. Esta polarizacin ofrece mejores resultados pero es ms compleja.

En esta polarizacin se establece un divisor de tensin, el cual permite generar un voltaje positivo en R2 (VB), el cual se puede restar de VRS para establecer la tensin VGS:VGS = VRS - VB Segn lo anterior ID depender de RS y R2 y no de pruebas aleatorias.

Polarizacin mediante fuente de corriente constante

Otro mtodo muy eficaz es polarizar el JFET mediante una corriente constante suministrada por un BJT polarizado correctamente de forma que entregue una corriente de colector constante.

En este caso se reemplaza RS por todo el BJT polarizado con un divisor de tensin el cual suministra a travs de su colector la ID suficiente para mantener al JFET estable en su ID. Se puede evaluar as:ID = IC = (VB VBE) / REVB = VDD * (R2 / (R1 + R2))

Si bien se necesitan ms componentes, este tipo de polarizacin hace que el punto Q del JFET no dependa de VGS(off) y IDSS por lo que lo hace muy estable.Circuito equivalente de baja seal de amplificador con JFET Se muestra un circuito equivalente a un JFET, y existe en su interior la RGS que es muy alta, de varios de cientos de megaohms. A la vez, el JFET posee el ndice de transductancia (gm, que se mide en mhos o siemens) el cual es una constante proporcional a la ID conforme a cierta VGS.

A medida que VGS vara, gm va variando alcanzando su punto mximo en VGS=0. Este valor mximo de gm se designa en las hojas de datos como gm0, gfs0 o yms0.

La gm de cualquier JFET puede evaluarse mediante esta frmula:

gm = gm0 * (1 VGS / VGS(off)

Configuraciones bsicas de amplificadores con JFET Al igual que los BJT, existen 3 configuraciones bsicas para los JFET: compuerta comn (GS), fuente comn (CS) y drenador comn (CD).

Existen altas analogas entre las configuraciones de los BJT y JFET. En un amplificador de fuente comn, la seal se aplica a la compuerta y sale amplificada en el drenador. Produce inversin de fase y una moderada ganancia de voltaje, menor a la de un BJT en emisor comn. Posee una alta impedancia de entrada y produce poca distorsin en seales dbiles pero alta en seales altas (distorsin de ley cuadrtica). Esta distorsin si bien es indeseable se aprovecha en algunos circuitos de comunicaciones.

En el amplificador de compuerta comn, la seal se aplica a la fuente y se obtiene amplificada en el drenador. No produce inversin de fase y proporciona una ganancia de voltaje similar a la de un amplificador de fuente comn. Su impedancia es muy baja aunque mayor que a la de un amplificador de base comn. No se utilizan mucho. En el amplificador de drenador comn, la seal se aplica a la compuerta y la seal de salida se obtiene en la fuente. No genera inversin de fase ni ganancia de voltaje, pero proporciona una muy alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida. Ya que Vi es casi igual a Vo pero con ms corriente, este circuito se le denomina seguidor de fuente.

En el de fuente comn al poner Vi en la compuerta genera un voltaje VD el cual es la seal amplificada. Pero la seal tiene una fase inversa, entonces la ganancia sin carga se da por:

Av = -gm * RD El signo indica la inversin de fase. En el de drenador comn (seguidor de fuente) se aplica Vi a la compuerta y se producen variaciones en VGS por lo que la seal de salida Vo si bien tiene el mismo voltaje que Vi, genera una gran corriente ID. La ganancia sin carga est dada por:Av = RS / (RS + 1 / gm)

Por lo anterior, la ganancia es menor a 1. Adems la impedancia de salida est dada por:

Zo = RS || (1 / gm) Por lo anterior, la impedancia de salida es baja, pero la de entrada es muy alta.Anlisis de amplificadores de baja seal con JFET

El anlisis de seal en los JFET se hace de la misma forma que los BJT. Si bien existen frmulas para determinar la ganancia, en el JFET la ganancia est determinada y es proporcional a ID. Se da por:AV(FET) = Vo / Vi = Vo / Vgs

Vo = id * RDid = Vgs * gm

AV(FET) = id * RD / Vgs = gm * RD Un JFET proporciona una ganancia mucho ms baja que un BJT. Por eso, los BJT son ms utilizados a la hora de amplificar generalmente, excepto cuando se necesita de una alta impedancia de seal de entrada, donde el JFET es mucho mejor. En cuanto a Zo, esta es igual a RD (en un JFET) o a RC (en un BJT). Pero un JFET en seguidor y con una fuente de alta impedancia, proporciona una Zo muy inferior comparada con la de un BJT. Los BJT son mejores para bajas impedancias de seal de entrada.

Circuitos prcticos de baja seal con JFET

Se muestran varios circuitos en fuente comn con distintos tipos de polarizacin. Comprend el funcionamiento de todos los circuitos, por lo que ahora pasar al siguiente tema.Amplificadores Multietapa

En muchos casos la ganancia esperada a la salida no es suficiente con un amplificador, por ende la unin de un amplificador a otro se le llama amplificadores en multietapa. Donde la combinacin de ambos proporciona la amplificacin deseada. Existe el modo en cascada para representar la unin de dos o ms transistores conectados directamente a alguno de sus terminales.

Se muestran varios circuitos de amplificadores multietapa, los cuales debo analizar.

En el 8.74, el primer BJT est en emisor comn. A la vez Q1 es NPN y Q2 es PNP, por eso Q2 se polariza al a inversa. En Q1, R1 y R2 establecen el punto de trabajo y R3 establece la ganancia. En Q2 est en seguidor de emisor donde Q1VC ser Q2VB. Al aumentar Q2VB har que C2 proporcione una corriente a Q2, por ende, al aumentar Q2VB aumentar Q2VE y Q2VC. Al disminuir Q2VB, entonces C2 necesita estabilizarse con una corriente la cual es generada por Q1, provocando que Q1VC eleve un poco ms su tensin. Siempre Q2VB tendr corriente proveniente de C2 y Q1 ser quien recargar a C2 ya sea cuando aumente Q1VC o disminuya. En la 8.75 todos los BJT estn en emisor comn y todos excepto Q1 con su base conectada al colector del anterior. C2 acta como desacople. Q1 y Q2 tendrn un VB de 0,7 siempre, por lo que Q1VC no proporciona ganancia de voltaje. Cuando aumenta Q1VB entonces Q1VC decae al aumentar la corriente. Por ende ni Q1 ni Q2 proporcionan mucha amplificacin de voltaje ni tampoco amplificacin de corriente, aunque Q1 y Q2 proporcionan una alta impedancia de entrada. R8 establece el punto de trabajo de Q1 y C2 proporciona desacople, lo mismo C3 y C4. Explicar un poco el desacople en este circuito en C2. Cada vez que VR2 aumenta, quiere decir que Q1VC disminuye, eso quiere decir que hay ms corriente. Segn el test de distribucin de voltajes que hice, al aumentar Q1VC todos los voltajes entre resistencias aumentan, unos ms que otros. Segn esto, entonces al aumentar Q1VC entonces C2 disminuye Q1IC y al ocurrir esos aumentos de voltaje, C2 entrega carga la cual compensa la falta de corriente provocada por la disminucin de Q1VB. Y al contrario, al disminuir Q1VC entonces disminuyen todos los voltajes intermedios lo que hace que C2 absorba el exceso de corriente y de paso se recargue para el siguiente ciclo. Por ende, en R1 siempre circular una corriente idealmente igual. En 8.75, R6 establece el punto de trabajo de Q3 y R5 establece la ganancia. Creo que R9 y R10 sirven como fuente de corriente. En la 8.76 hay dos BJT en seguidor de emisor los cuales proporcionan una amplia ganancia de corriente. R4 y R2 fijan el punto de trabajo de Q1, R3 fija el punto de trabajo de Q2 y R1 fija la impedancia de entrada. En el 8.77 simplemente se unen sin cambios dos amplificadores. El primero es uno de emisor comn polarizado con un divisor de tensin y el segundo tambin. Por lo que debe generar una amplificacin de voltaje considerable. La ganancia de corriente en el amplificador de 8,76 es muy alta, y est dado por: = 1 * 2 En los circuitos de audio es tpico encontrar acoples directos, los cuales sirven para bajas frecuencias. Este tipo de acople ofrece varias ventajas, como que disminuye el consumo de potencia, se pierde menos seal y no se atenan las bajas frecuencias.

El acoplamiento entre etapas puede hacerse mediante RC (resistencia-condensador) o tambin mediante transformadores. Son mtodos usados en altas frecuencias. Con RC los niveles de polarizacion de un BJT quedan aislados del otro y el condensador bloquea el nivel de polarizacion de Q1 en Q2, pero deja pasar la CA. El acoplamiento mediante transformadores permite que la relacin de sus hilos pueda permitir controlar la ganancia. A la vez, permite tener una respuesta de frecuencia selectiva y amplificar solo ciertas seales dentro de una determinada banda. Esto se usa mucho en radiofrecuencias.Anlisis de un amplificador de dos etapas

Se muestra un amplificador de dos etapas las cuales estn en emisor comn y polarizados con divisores de tensiones. La salida de Q1 pasa directamente a Q2 y como sta seal de salida pasa en paralelo a RC1, R3, R4, entonces se podra crear un circuito equivalente. Bajo este circuito equivalente, entonces la Zi es:Zi = R3 || R4 || rb

De lo anterior, no olvidar que la rb vista desde la base es igual a re aumentada veces. A la vez RL de Q1 es igual a la Zi de Q2, calculada previamente. La Av se da por la relacin entre la resistencia equivalente de colector y la re. Para calcular la resistencia equivalente de colector de Q1 (rc1) y esta es la RC en paralelo con RL:

rc1 = RC || RL La ganancia total del amplificador (AvT) es el producto de la ganancia de ambos amplificadores. Lo principal es determinar la Zi para cada amplificador la cual sera la RL del amplificador precedente. De esa forma se puede calcular fcilmente la ganancia para cualquier amplificador.

Amplificadores de Potencia con Transistores

Por el momento se han estudiado slo amplificadores de voltaje que convierten una seal pequea en una grande. Pero son ineficientes al convertir potencia. Estos amplificadores proporcionan una amplia potencia y trabajan con seales grandes. Tambin se caracterizan por presentar ciertos tipos de distorsin en la onda de salida. Adems como trabajan en clase B no requieren de ninguna corriente de reposo a diferencia de los de clase A, por lo que no consumen corriente sin una seal presente.Caractersticas y especificaciones de los Amplificadores de Potencia

Los parmetros ms importantes son, ganancia de potencia, rendimiento, impedancia de entrada y de salida. La ganancia de potencia (Ap) es solamente la relacin de la potencia de salida (Po) con la potencia de entrada (Pi):Ap = Po / Pi

El rendimiento se designa con la letra (eta). Es una medida sobre como el amplificador usa la potencia de la fuente de alimentacin para producir potencia til a la carga. Se expresa como porcentaje as: (%) = (PL / PS) * 100PL = Potencia aprovechada por la carga.

PS = Potencia entregada por la fuente. Idealmente el rendimiento de un amplificador debera ser 100%. Pero en la practica esto nunca sucede pues los mismos componentes del circuito provocan prdida de potencia. Existen los amplificadores de potencia de clase A que tienen un muy bajo rendimiento (5%-25%) y los de clase B que tienen ms rendimiento (>75%) La Zi y Zo son importantes para conseguir la mxima transferencia de potencia de la fuente a la carga. Para lograr esto, un amplificador de potencia debe tener idealmente la Zi igual a la RS de la fuente de seal y a la vez una Zo igual a la RL. Operacin de amplificadores de potencia en clase A

Un amplificador opera en clase A cuando ofrece un 100% de amplificacin. Esto quiere decir que circula una IC en los 360 de cada ciclo de seal. Se muestra un amplificador en emisor comn con un divisor de tensin. Para entender el funcionamiento con seales grandes deben establecerse dos rectas de carga en el grfico. Una ser una recta con seal y la otra con CC. La diferencia entre estas dos rectas es la RC donde RC=RC en la recta de CC y RC=rc en la de seal.

Ambas rectas incluyen el punto Q establecido (se intersecan en l). Donde la interseccin tanto en VCE e IC de ambas rectas forman el espacio donde puede variar el punto de trabajo. Siendo una seal senoidal simtrica entonces no se producira distorsin siempre que la seal se mantenga dentro del espacio de trabajo (excursin de seal), pero si aumenta esta seal entonces se produce distorsin de recorte. Se puede aumentar la excursin de seal de salida aumentando ICQ. Con esto se desplaza el punto Q y lo ideal es que llegue hasta el punto medio de la recta de carga de seal. Con esto la seal puede oscilar libremente con una valor pico mximo de VCEQ.

En la prctica se consigue obtener el punto Q optimo variando RE. Y el valor de RE apto para conseguir esto se da por:

RE = (RC + rc) / ((VCC / VE) 1)

Al usar la anterior frmula se obtienen nuevos datos de polarizacin. An as la RE debe aproximarse a algn valor existente en el comercio. De este modo la potencia disipada sin seal de entrada (PD) se da por:PD = VCEQ * ICQ La anterior potencia es el valor mximo ya que disminuye cuando existe una seal. A la vez, la potencia entregada por la fuente PS est dada por:PS = VCC * ISIS = Corriente total consumida por el circuito

La corriente consumida IS est dada por la suma de IC con la corriente que pasa por las resistencias de polarizacin de la base. A la vez para conocer el rendimiento hace falta conocer el valor PL que es la potencia consumida por la carga y est dada por:PL = Vo(rms)2 / RL Ante la evaluacin del amplificador especificado de clase A se comprueba que su ganancia de potencia es muy baja lo que hace que la mayor parte de la potencia entregada por la fuente de potencia, se pierda. Por eso los amplificadores de clase A no son efectivos para amplificar potencia pero s seales de voltaje.

Operacin de amplificadores de potencia en clase B

La mayor parte de los amplificadores de potencia que usan BJT operan en esta clase. Se dijo antes que los amplificadores en clase B slo amplifican el 50% de la seal de entrada. Por ende la amplificacin est presente slo en los semiciclos positivos o negativos de la seal de entrada. Adems no debe existir ninguna corriente en el circuito si no hay una seal de entrada presente. Para lo anterior, para que no exista corriente, el punto de trabajo del transistor debe coincidir con su punto de corte. As, se evita que en transistor disipe corriente en forma permanente cuando no hay seal.

Idealmente un amplificador en clase B debera entregar un rendimiento del 100% y ninguna distorsin, pero en la prctica este rendimiento no supera el 78,5%. A la vez como el amplificador slo amplifica en segn el semiciclo que lo polarice, se produce una distorsin fuerte. Pero existen formas de generar una baja distorsin y alta eficiencia. Una de las formas ms comunes es usar circuitos en contrafase (push-pull) o tambin llamados de simetra complementaria o cuasi-complementaria (ya que usan transistores NPN y PNP)

Circuitos en contrafase o push-pull Este tipo de circuitos permite obtener lo mejor de los amplificadores tipo A y B. Se usan dos transistores o dos grupos de transistores complementarios operando en clase B donde cada uno maneja un semiciclo.

Se muestra un circuito de dos transistores, uno NPN y otro PNP. Un transistor maneja los semiciclos positivos y el otro los negativos. Pero este tipo de circuito provoca una distorsin (distorsin de cruce o cross-over), ya que en los niveles en que la seal es inferior al voltaje VBE de los transistores no se genera amplificacin por ende he ah la distorsin. La anterior distorsin puede ser reducida e incluso eliminada si se provee de una ligera polarizacin directa. Esto quiere decir que los amplificadores realmente tiles operan en clase AB. Este modelo sacrifica un poco de rendimiento con tal de obtener menos distorsin. En el circuito se muestra una unin simple de dos transistores complementarios como antes mencion. De partida, el transistor Q1 no conduce cuando su VB es menor a 0,6V y Q2 no conduce cuando su VB es mayor a -0,6V por ende slo un transistor est conduciendo cuando hay seal. Por ultimo, la corriente proviene de la cargaAmplificadores de simetra complementaria con polarizacin por diodos Es la forma ms sencilla de polarizar el circuito complementario. Utiliza diodos y resistencias para polarizar los transistores. Las resistencias agregan (para el NPN) o quitan (para el PNP) una tensin de 0,7V a la seal de entrada lo que provoca que siempre amplifique, ya que las resistencias polarizan los diodos. Para que la polarizacin sea eficiente, debe proporcionar corriente de base suficiente para los transistores de modo que la excursin mxima de la seal de salida no se vea alterada. Adems los diodos deben elegirse de modo que sus curvas caractersticas se acoplen perfectamente a la unin BE de los transistores para muchas temperaturas. Pero lo anterior es muy poco probable. Por eso este circuito es inestable trmicamente. Incluso puede generarse un fenmeno llamado avalancha trmica (thermal runaway) donde la T de los transistores aumenta hasta su destruccin. Analizando el circuito de este tema compruebo que los diodos generan la diferencia necesaria para sumar un voltaje y restar un voltaje a la seal de entrada para de esa forma evitar la distorsin. Creo que no se trata de un asunto de corrientes inversas sino de polarizacin.

La corriente de emisor de Q2 y Q3 proviene de la masa de la carga.

Amplificadores de simetra complementaria con estabilizacin trmica

Si bien se dice que por el momento se han estudiado circuitos complementarios con un condensador de acople, y en el circuito no aparece as, lo tomar como que existe. Para conseguir una mayor estabilidad trmica se puede instalar un driver, que no es ms que un transistor en emisor comn conectado a la entrada del push-pull.

En el circuito mostrado (8.86) es Q1 quien administra la seal generando con su IC la corriente que polarizar a los diodos y a las resistencias y por ende a las bases de Q2 y Q3. Los dos diodos puestos aaden a la seal de IC una tensin de 2VBE. A la vez, R1 y R2 forman VB de Q2. El motivo por el cual R2 es variable lo ignoro, pero supongo que debe ser para estabilizar mejor el circuito.

La corriente proviene de la carga y segn el semiciclo se dirige a Q2 o Q3. Cuando Q1VC es menor a 0,6V entonces no se conduce ninguna corriente de la carga a Q3, pero s por Q2. No s si Q1VC exceder a Q2VB, pero si lo hiciese entonces Q2 no conducira, pero Q3 tampoco. Pero los diodos como son slo para generar voltajes VBE no se infiere que exista una corriente inversa. Al no existir una seal, el circuito an as est polarizado y siempre una corriente de polarizacin est circulando. Pero si Q1VB no tiene voltaje por l no circular ninguna corriente por ende Q3 no conducir, pero s Q2. La nica forma de que Q3 conduzca es que tenga un voltaje inferior a -0,6V en su base. Al existir una seal creo que Q1VC siempre ser inferior a Q2VB por ende siempre circular una corriente hacia VCC. An as no s si esa corriente es capaz de excitar a Q2 lo suficiente como para que conduzca, pero lo dudo porque de lo contrario habra distorsin en la salida. No entiendo an como funciona del todo este circuito pero lo voy descifrando pero para no perder el tiempo seguir con otros y si no puedo resolver los otros continuar con este a modo de ensayo.

La cuestin es que para determinar la factibilidad trmica es bueno conoces que: 1) Si la T aumenta 1C entonces VBE disminuye aprox. 2,1mV. 2) Si VBE se incrementa en 60mV entonces IC tendr un aumento de 10 veces ms. DEJAR PARA ANLISIS POSTERIOR ESTE TIPO AMPLIFICADORESAmplificadores de simetra complementaria con transistores Darlington

En los circuitos push-pull se usan transistores complementarios para efectuar amplificacin en cada semiciclo. Pero a veces es necesario dar amplificacin pero usando dos transistores de salida de igual tipo y para esto son los transistores darlington. Se muestra una figura 8.88 que es un amplificador push-pull seudo-complementario en la cual los dos transistores de salida estn dentro de una estructura darlington. Q2 est dentro de una estructura darlington al ser sus dos transistores NPN y Q5 en una estructura darlington complementaria (o configuracin Sziklai) al ser NPN y Q4 PNP. El resto de la figura es similar a la de un push-pull examinado anteriormente. En la figura 8.89 se muestra una conexin darlington. La ganancia de corriente de la conexin es igual al producto de la ganancia de corriente de ambos transistores. A la vez posee una impedancia de entrada muy alta pero tambin su VBE es el doble por lo que tiende a ser un transistor lento. Una forma de mejorarlo es incluyendo una resistencia base y emisor de Q2 como se ve en 8.89b. La eleccin de la resistencia se hace de forma que la corriente de fuga de Q1 no produzca en ella una cada superior al VBE de conduccin de Q2 ni que tampoco esta resistencia absorba una corriente apreciable de la base de Q2.

Los transistores darlington pueden venir encapsulados como los BJT normales. Estos pueden ser el 2N6286 y el MPSA14.

Existen los transistores superbeta que no son darlington sino que ofrecen una alta ganancia de corriente debido a como estn manufacturados pero no como estn esquematizados.Amplificadores de simetra complementaria con bootstraping

Clculo de disipadores de calor para amplificadores de potencia

Todos los transistores vienen equipados para ser acoplados a una superficie metlica y luego a un disipador de calor de forma que la temperatura del BJT se mantenga siempre bajo un valor mximo expresado por Tj(max) en las hojas de datos.

La cantidad de potencia que puede disipar un transistor est directamente relacionada con la T de su cpsula. Esta relacin se describe mediante una curva llamada curva caracterstica de desvataje.

Otra forma de conocer la temperatura para una mxima disipacin de potencia es conociendo el factor de desvataje (D) que viene tambin en las hojas de datos. Se menciona en vatios por grado Celsius e indica cuanto se reduce la potencia por cada grado de temperatura a partir de los 25 C. La frmula para evaluar la mxima disipacin de potencia posible acorde a una temperatura est dada por:

P = Pdmax D * (T 25)

Concepto de resistencia trmica

Independiente del mtodo para evacuar el calor del transistor hacia el ambiente. El calor encuentra a su paso una serie de oposiciones las cuales su conjunto pasan a denominar al concepto de resistencia trmica. Se denomina con Rth o como (theta) y se expresa en C / W. Es cuantitativa y sirve para expresar el grado de dificultad para eliminar el calor de un dispositivo. Sirve mucho este concepto para calcular disipadores de calor. La cantidad de calor que puede evacuar un transistor depende exclusivamente de la Rth existente entre la unin semiconductora y el medio ambiente, as como tambin de la diferencia de T entre ellos (T).

Para una T dada, mientras menor sea la Rth, mayor ser la capacidad de disipacin de potencia. Esto se puede determinar mediante:T = Tj Ta = Pd * Rth

Rthj-a = Rthj-c + Rthc-s + Rths-aRthj-a = Resistencia totalTj = Temperatura del semiconductor

Ta = Temperatura ambientePd = Potencia que disipa el dispositivo

Rthj-c = Resistencia trmica entre cristal o dado y la capsula

Rthc-s = R.T. entre la capsula y el disipador

Rths-a = R.T. entre disipador y medio ambiente

Los valores de Tj, Rthj-c y Pd son generalmente proporcionados por los fabricantes. Para evaluar mejor, se puede representar la Rth en un circuito equivalente y desde este punto de vista, Pd es la corriente, T es el voltaje aplicado, y las resistencias trmicas las cargas del circuito. Las cadas de voltaje de las resistencias anteriores son el voltaje de cada carga con respecto al voltaje de referencia (medio ambiente). Este tipo de simplificacin es muy til ya que para ciertas condiciones de operacin (Ta, Tj, Pd) se calcula la resistencia trmica total (Rthj-a) y a partir de esto, la r.t. del disipador (Rths-a). Y con eso ya se puede buscar un disipador adecuado. Se pueden construir disipadores propios. Por ejemplo en la figura 8.95 se muestra la grafica de un disipador de 1/8. La disipacin de calor puede variar con respecto al rea del disipador y a la resistencia trmica.Circuitos prcticos con TransistoresAmplificadores de Potencia

Circuito 8.97. T1 acta como driver de la seal amplificando el voltaje de la seal de entrada y consumiendo muy poca corriente. La salida de T1 se conecta a la base de T2. Si la seal aumenta, entonces disminuye la corriente por R1 y R2 pero aumenta en R3 eso provoca que C3 libere corriente hacia la fuente haciendo que aumente levemente la corriente en R1, si disminuye la seal entonces aumenta la corriente de R1 y R2 pero disminuye la de R3, esto hace que C3 absorba corriente del circuito aumentando la corriente en R2. Lo anterior provoca que se acente un poco ms la seal de entrada. Cuando aumenta VBT1 aumenta VET1, el cual provoca una fuga de corriente desde C2. Tambin se genera una corriente de C4 la cual genera una seal inversa amplificada la cual alimenta a T2 el cual es PNP en emisor comn, por ende, necesita de una corriente la cual es aportada por C5 y por su colector que es alimentado por T3. Cuando VBT2 aumenta, entonces C5 entrega corriente que se le pasa a VBT2, por ende, si VBT2 aumenta tambin aumentar VET2 y eso provoca que aumente VBT4 pero levemente. D3 y D4 provocan que T5 no conduzca cuando T4 lo est haciendo. Cuando VET1 aumenta entonces disminuye VCT1 lo que hace que VET4 tambin disminuya lo que provoca un flujo de corriente desde C2 a travs de R6. La cantidad de corriente que fluye est determinada por sta resistencia y por R5. An as no veo como el circuito puede no consumir corriente ya que posee transistores polarizados con corrientes de reposo por ende, siempre habr fluyendo una corriente. Entend parcialmente este circuito por eso creo que me hace falta ms practica a la hora de analizarlos.Leccin IX: Amplificadores Operacionales

Bsicamente un amplificador operacional (op amp) es un amplificador de voltaje de muy alta ganancia que usa tcnicas de retroalimentacin para controlar sus caractersticas de desempeo (ganancia, impedancia de entrada, respuesta de frecuencia, etc.). Un amplificador posee dos lneas de entrada (+, -), un lnea de salida, y dos lneas de alimentacin (+V, -V). Y amplifica la diferencia entre los voltajes de entrada, entonces:Vo = Ao * (V2 V1)Ao = Ganancia de voltaje

V2 = Voltaje aplicado a + (no inversora)

V1 = Voltaje aplicado a (inversora) El voltaje de salida ser positivo si se aplica un voltaje positivo a V2, pero negativo si se aplica uno negativo. Los amplificadores operacionales son ideales para trabajar con seales anlogas ya que es capaz de controlar todo tipo de formas de onda (sinusoidales o no) sobre un gran espectro de frecuencias.

Sirven tambin para operaciones matemticas con cantidades representadas por seales. Pueden sumar, restar, dividir, multiplicar, diferenciar e integrar.

Estructura Interna

Se ve una figura donde est el esquema de un amplificador operacional. Se ve bastante compleja pero se aclara parcialmente algunas de sus partes. Por ejemplo el de la figura 8.92 es bsicamente un amplificador diferencial con un amplificador complementario y una etapa de compensacin por offset. El amplificador diferencial proporciona una gran impedancia de entrada y el amplificador complementario una baja impedancia de salida y la etapa por offset permite polarizar el sistema de forma que Vo sea cero cuando la seal diferenciada sea cero.

Si bien es compleja la estructura no es necesario conocerla para usar este dispositivo. Son impulsados por un voltaje simtrico y por tierra de forma que pueda hacer excursin en voltajes positivos y negativos pasando por cero. Pero hay algunos que operan con una fuente sencilla.

Circuito equivalente. Caractersticas generales Se definen varios conceptos como Vin (voltaje diferencial), Rin (impedancia de entrada), Ao (ganancia de voltaje), Ro (impedancia de salida) y Vo=Ao*Vin (voltaje de salida). Segn se analiza el op amp tiene varias caractersticas importantes: 1) Ganancia de voltaje infinita; 2) Impedancia de entrada infinita; 3) Impedancia de salida es cero; 4) Ancho de banda infinito; 5) Vo=0 si V2-V1=0. Aunque lo anterior es segn la teora, an as en la prctica los valores son muy altos llegando la ganancia de voltaje a ser de aprox. 100dB, la impedancia de entrada 106 a 1012 ohms, la impedancia de entrada de 100 ohms, el ancho de banda desde 1kHz a 1MHz y si el voltaje diferencial es cero Vo no es cero, sino un voltaje muy pequeo llamado voltaje de error o de offset.

Presentaciones usuales En la figura se muestra la disposicin de pines ms comn entre los amplificadores operacionales disponibles entre 8 y 14 pines.

Los amplificadores de 8 pines pueden contener de 1 a 2 amplificadores, mientras que los de 14 pueden tener hasta 4 amplificadores. En los amplificadores simples (con un amplificador) pueden venir con dos pines adicionales que sirven para anular el offset.Relaciones de fase en un amplificador operacional

La salida Vo del amplificador operacional est en fase con la seal de entrada no inversora y en inversin de fase con la entrada inversora.Operacin en lazo abierto. Comparadores

Un amplificador puede funcionar en dos formas: lazo abierto o lazo cerrado. En los de lazo abierto no hay retroalimentacin (conexin externa) entre la salida y la entrada y esto hace que su Ao sea mxima (ganancia de lazo abierto). La conexin en lazo abierto se usa generalmente para comparar voltajes. Por ejemplo, debido a que Ao es sobre 100dB, cualquier diferencia pequea entre las entradas provocar que el voltaje Vo llegue a su punto de saturacin alcanzando casi el valor del voltaje de alimentacin. Si V1 es mayor a V2 entonces Vo ser prcticamente igual a +V, contrariamente si V2 es mayor a V1, entonces Vo ser igual a V.

Vo = +V (V1>V2)

Vo = -V (V2>V1)

Los comparadores se usan mucho en circuitos digitales para convertir seales anlogas continuamente variables en seales digitales. En este caso, se compara la seal anloga con un voltaje de referencia, de forma que al ser la seal superior o inferior provocar un voltaje de salida ad hoc. Incluso se puede poner un voltaje de referencia que sea de 0V, y ah se llamara detector de cruce por cero. El comparador con histersis es una variacin del comparador bsico. En la figura 9.6 se muestra un amplificador de este tipo. Posee retroalimentacin lo que provoca que el amplificador tenga dos umbrales de disparo segn la seal de salida. Creo que el amplificador provocar una salida de 0V si se produce una diferenciacin de 4,6V y 5V si hay una diferenciacin de 5V. La configuracin anterior tambin se llama disparador de Schmitt. Provoca que el valor de salida no slo depende del valor de entrada sino del valor de salida anterior (historial) si es que aument o disminuy. La tensin diferencial entre el umbral disparador superior e inferior se llama voltaje de histeresis (VH).Operacin en lazo cerrado. Concepto de retroalimentacin

Aqu el amplificador trabaja retroalimentndose. Esta puede ser positiva o negativa dependiendo si la muestra retornada est en fase o fuera de fase con la seal de entrada. La retroalimentacin negativa es ms usada debido a que mejora la linealidad, minimiza la distorsin, mantiene estable la ganancia, aumenta la impedancia de entrada, disminuye la impedancia de salida, etc. La retroalimentacin positiva se usa para crear generalmente osciladores. Un op amp puede ser conectado en lazo cerrado como un amplificador inversor o no inversor. Si est en inversor, entonces la salida estar desfasada 180 con respecto a la seal de entrada, mientras que en la no inversora, las dos entradas estn en fase. Todos los montajes prcticos estn basados en estas dos configuraciones. Se analizarn los siguientes amplificadores: amplificadores inversores, amplificadores no inversores, seguidores de voltaje, sumadores o mezcladores, restadores o amplificadores diferenciadores, integradores y diferenciadores.Amplificadores inversores. Concepto de Tierra virtual

Se pueden usar resistencias para hacer variar la ganancia del circuito, pero no as la del amplificador. Se muestra la figura 9.7 que es un circuito amplificador de CC. Ninguna caracterstica interna del amplificador puede modificarse, pero s las entradas o salidas de ste. La ganancia del circuito se puede medir por:Ao = Vo / Vi = R2 / R1

Se muestra en la figura en la cual a la salida hay una resistencia R2 y a la entrada otra resistencia R1, las cuales manejan la ganancia del circuito. Ya que la impedancia del amplificador es muy alta, no absorbe corriente por ende, toda la corriente que circula por R1 lo har por R2. Por ende, la impedancia de entrada del circuito ser prcticamente el valor de R1 y la impedancia de salida a la vez es muy baja, por ende pueden controlarse estos parmetros con estas resistencias. El punto donde se unen R1 y R2 se denomina tierra virtual. Esto ya que la entrada inversora y no inversora tienen el mismo potencial sin estar conectadas. Las entradas + y del amplificador si se unen se comportan como un circuito abierto ya que no absorben corriente, pero tambin como un cortocircuito porque su diferencia de potencial es nula. Este concepto de tierra virtual es basico para analizar y disear circuitos con amplificadores. En 9.7b se muestra un circuito para amplificar CA de baja frecuencia. La seal de entrada se aplica a R1 y C1. La retroalimentacin se hace con R2 y C2. Los condensadores C1 y C2 permiten manejar las frecuencias para que determinen la ganancia. A la vez con estos condensadores se limita el ancho de banda.Amplificadores no inversores

En este tipo de circuitos, la seal de entrada se aplica directamente a la entrada no inversora mientras que una pequea parte de la seal de salida alimenta a la entrada inversora. En la figura que se muestra 9.8a la ganancia est determinada por R1 y R2, de esta forma:Ao = 1 + (R2 / R1)

Esta configuracin no produce inversin de fase. Este circuito puede convertirse para CA aadiendo condensadores como en 9.8b.Seguidores de voltaje

Es una variacin de los circuitos no inversores. En este caso R2 se sustituye por un cortocircuito y el amplificador opera con un 100% de realimentacin negativa. El voltaje de salida es el mismo voltaje de entrada y la ganancia de lazo cerrado es 1. Se usan generalmente para acoplar impedancias. La impedancia de entrada del circuito para CC es muy alta y la impedancia para CA depende de la frecuencia aumentando si hay una frecuencia alta o disminuyendo si ha una frecuencia baja.

Tcnicas de anulacin de offset Como se mencion anteriormente, de forma ideal el amplificador debera entregar un voltaje de salida de 0V ante una diferencia de 0V en sus entradas, pero no siempre es as. Para un funcionamiento satisfactorio es necesario eliminar el offset. Algunos amplificadores para tareas de precisin ofrecen controles extra para controlar el offset. En la figura 9.10a se emplea un potencimetro de modo de buscar el punto cuando la salida sea 0V. Si se saca este anulador de offset, el offset ser de un tamao de 1mV*Ao si ambas entradas se ponen a tierra. Cuando no se posee controles para controlar el offset, es necesario recurrir a medios externos para anularlo.

En la figura 9.10b se genera un voltaje de compensacin en la entrada inversora del amplificador. Este voltaje se obtiene de +-VCC y se regula con el potencimetro R4 y el divisor R3 y la resistencia equivalente en paralelo de R1 y R2. Este voltaje est dado por:

Vio = +-VCC * (R1 || R2) / R3 En la figura 9.10c se muestra un amplificador con una tcnica externa para eliminar el offset pero este es un circuito no inversor. En este caso el voltaje para eliminar el offset est dado por:

Vio = +-VCC * (R1 || R2) / (R3 + (R1 || R2)) Ahora bien, estas tcnicas necesitan una doble fuente de alimentacin lo que muchas veces no est disponible.Alimentacin mediante fuente sencilla

Se puede crear un circuito amplificador slo con una fuente mediante una polarizacin por divisor de tensin. Si bien en el circuito este es el mtodo principal, se aaden otros componentes para mejorar el mismo circuito.Amplificadores sumadores o mezcladores

Es un circuito que como salida provoca la suma de varias seales. Siempre se muestra un circuito para CC y otro para CA. El circuito para CC se define por la siguiente frmula:Vo = -Rf * ((V1 / R1) + (V2 / R2))

Por la figura, el valor de la ganancia de la amplificacin est determinado por la resistencia de retroalimentacin Rf. Amplificadores diferenciales o restadores

Son circuitos que entregan un voltaje de salida proporcional a la diferencia de los voltajes de entrada inversora y no inversora. Se muestra una figura de un amplificador diferenciador para CC en el cual el voltaje de salida del circuito est dado por:Vo = (V2 V1) * (Rf / R1)

El circuito para CA es igual al para CC salvo que posee dos condensadores de acople, uno para cada entrada. Cuando V1>V2 se dice que el amplificador est trabajando en modo diferencial y en modo comn cuando V2>V1.

Integradores

Es un circuito que efecta la integracin a la seal de entrada entregando una seal de salida proporcional a la integral de la entrada. Se expresa mediante:

Vo = - (1 / (R1 * C)) * (Vi * dt) Se suelen usar los integradores como conversores de formas de onda. Por ejemplo al convertir una seal de onda cuadrada a una triangular. A la vez son los bloques constructivos de los bloques pasabajos.Diferenciadores

Es un circuito que efecta la derivacin entregando una seal de salida proporcional a la derivada de la seal de entrada. La relacin entre Vo y Vi est dada por:

Vo = - Rf * Ci * (dVi / dt)

Tambin son muy usados en conversores de formas de onda, por ejemplo para convertir una seal triangular en una seal cuadrada. Son los bloques constructivos de los bloques pasaaltos.

Parmetros de los amplificadores operacionales reales

El comportamiento de un amplificador operacional debera ser ideal, pero esto no es as.

Los fabricantes aaden otros datos extra para evaluar los amplificadores que pueden ser utiles: Corriente de polarizacin de entrada, Frecuencia de transicin, Relacin de rechazo de modo comn, Voltaje de offset de entrada, Rapidez de respuesta.

La corriente de polarizacin de entrada (IB) es la corriente promedio que ingresa o sale de los terminales de entrada. Idealmente debera ser cero pero prcticamente puede flucuar entre unos pocos pA y A. La frecuencia de transicin (fr) es la frecuencia a la cual la ganancia de lazo abierto es 1. A modo de compensacin la ganancia de los amplificadores empieza a disminuir a medida que aumenta la frecuencia, por ende siempre habr ms ganancia en bajas frecuencias.

La relacin de rechazo de modo comn (CMRR, Common-Mode Rejection Ratio) mide la habilidad del amplificador para rechazar seales de modo comn. Es la relacin de la ganancia en modo diferencial y modo comn operando con bajas frecuencias. Este valor idealmente debera ser infinito pero en la practica es de aprox. 90dB. Si la CMRR es mayor, entonces el amplificador es capaz de eliminar ms ruido de modo comn.

El voltaje de offset de entrada (VIO) es el voltaje que se aplica a los terminales de entrada para obtener un voltaje de salida de 0V. Idealmente debera ser 0V pero en la practica tiene un valor de unos cuantos mV. Es necesario eliminar el offset porque luego ese voltaje de error se amplifica y puede hacer operar al amplificador de modo saturado y no obtener lo que corresponde.

La rapidez de respuesta (SR, Slew Rate) se refiere a la mxima tasa de cambio de Vo con una seal grande. Se especifica en voltios por microsegundo. Flucta tipicamente entre 1V/s y 10V/s.Leccin X: Introduccin a los circuitos digitales

Por el momento slo se han estudiado circuitos anlogos, es decir, circuitos cuyas seales varan en un rango de valores. Pero existen las seales que varan en un rango finito de valores que son las seales lgicas. La electrnica digital es ms fcil conceptualmente que la anloga pues basa su trabajo en valores binarios. Estos valores son 1 (uno) o alto, y 0 (cero) o bajo. La combinacin de estos ordenados bajo el algebra booleana permiten la representacin de casi cualquier tipo de informacin.

Conceptos bsicos de lgica digital y algebra booleana Se explica el funcionamiento de la lgica boleana por medio de las operaciones bsicas. Los circuitos electrnicos especializados en hacer operar esta lgica se llaman compuertas. En otras palabras son los bloques bsicos para construir circuitos digitales.

Dependiendo del numero de compuertas que tenga un circuito, de mayor a menor, quiere decir que posee mayor a menor escala de integracin.

El transistor como interruptor

Los circuitos digitales estn basados en el uso de transistores BJT o FET operando como interruptores, es decir entre el corte y la saturacin.

Se muestra el uso de un MOSFET para crear un interruptor donde si la compuerta recibe un voltaje de 10V se transfiere la carga en saturacin, y si se corta el voltaje a 0V entonces no hay corriente que fluya.

Los MOSFET permiten conmutar seales anlogas de forma que como lo anterior si se aplica un voltaje alto a VG entonces circular una corriente y si hay un voltaje bajo en VG no circular nada.Operaciones lgicas con transistores y diodos

Los transistores y diodos pueden ser usados para efectuar operaciones lgicas bsicas y derivadas. No son difciles de comprender estos circuitos, an as el circuito de AND no funciona como debera.Familias lgicas de circuitos digitales integrados Los circuitos integrados modernos pueden ser bipolares o MOS y eso depende del tipo de transistores que use. Dentro de cada uno de estos dos tipos existen distintas familias lgicas. Una familia lgica es un conjunto de circuitos integrados que comparten una tecnologa comn de fabricacin y son elctricamente compatibles entre s.

Dentro de los bipolares, la familia ms conocida es la de los TTL (Transistor-Transistor Logic) siendo la DTL y RTL prcticamente obsoletas. La familia ECL (Emitter-Coupled Logic) se usa para tareas de alta frecuencia y la I2L (Integrated Injection Logic) se usa para alta integracin (relojes, sintetizadores, combinacin con circuitos anlogos) y altas frecuencias.

En los MOS, la familia ms conocida es la de CMOS o MOS complementario (Complementary MOS), usa PMOS (MOS de canal P) y NMOS (MOS de canal N). Se usa esta familia para alta integracin. En los circuitos lgicos los estados altos y bajos corresponden a voltajes dentro de ciertos rangos. Donde el valor alto corresponde a un rango y el bajo a otro rango, el resto de los voltajes se consideran invlidos. Es peligroso asignar voltajes ms altos pues se puede arruinar el circuito. La mayora de los TTL se identifica con la sintaxis AA74xxyy donde AA es el cdigo que identifica al fabricante, xx es el cdigo que identifica a la subfamilia e yy una numero de dos o tres dgitos que identifica la funcin del dispositivo.

En cambio los MOS se identifican con las formas AA4xxxB, AA74Cxx, AA74HCxx, AA74HCTxx. Los TTL y los CMOS comprenden varias subfamilias que se relacionan por la velocidad de operacin y consumo de potencia. Los TTL se caracterizan por su alta velocidad de operacin y los CMOS por su bajo consumo de potencia. Todas las familias TTL trabajan con +5V e interpretan los altos y bajos de la misma forma. Por otra parte la familia CMOS estndar opera desde +3V hasta +18V.Compuerta lgicas y flip-flops

Aparte de las compuertas existen los flip-flops que juntos son los bloques constructivos de todos los circuitos digitales. Las compuertas realizan operaciones lgicas simples y los flip-flops permiten almacenar bits. Las compuertas se pueden usar en circuitos integrados.

Los principales tipos de flip-flops son los D (data), T (toggle) y el J-K. Se diferencian entre s por la forma en como almacenan un bit de informacin. En los FF tipo D, la salida Q depende del dato D que se ingrese. La transferencia del dato lo controla una seal de pulsos a la entrada CLK. Se dice que es un FF sincrnico.

Los circuitos integrados que no poseen FF en su interior se llaman circuitos de lgica combinatoria o combinatorios ya que la salida depende de la combinacin de sus entradas.

Muchas funciones combinatorias de uso comn estn disponibles en circuitos de mediana escala (MSI), por ejemplo: codificadores, decodificadores, multiplexores, sumadores, unidades aritmtico-lgicas (ALU), etc.Circuitos de pulsos

La mayor parte de los circuitos digitales usan seales que cambian de estado con el tiempo. Estas seales se llaman pulsos. Un flanco es una transicin de un nivel lgico a otro. Un pulso monoestable es un pulso que cambia de estado y luego vuelve al original despus de un tiempo. Los pulsos astables son los pulsos donde el cambio de estado lgico se produce en forma continua y peridica. Los pulsos biestables son seales que no siguen un patrn regular.

Los pulsos monoestables y astables son producidos por circuitos llamados multivibradores o timers, siendo el ms popular el circuito integrado 555.

Los pulsos biestables se producen generlmente con FF. Estos circuitos pasan a llamarse circuitos secuenciales porque el estado de la salida no depende slo de las entradas sino del orden de tiempo en que ocurren estas secuencias.

Existen muchas funciones secuenciales comunes estn implementadas en circuitos integrados de alta y mediana escala, ejemplo: contadores de registro, registros de desplazamiento, codificadores de teclados, memorias, micocontroladores, etc.

FIN Seccin Componentes

Leccin VI (Las Resistencias) Se usan para controlar el paso de corriente en los circuitos. Son elementos con una resistencia definida tiles para los circuitos.

Pueden ser fijas o variables (estas pueden modificarse por algn medio).

Resistencias Fijas

Tienen un solo valor de resistencia. Se clasifican por: Material, Forma de conexin.

El tipo de material por el cual estn hechas depende del uso. Las de Potencia estn hechas con aleaciones metlicas, en cambio las de uso comn estn hechas de carbn. A la vez la forma de conexin, pueden existir las resistencias insertadas en el circuito como las soldadas sobre la pista del circuito, las cuales son muy pequeas para soldarse de otra forma. La potencia es el trabajo realizado por la corriente para circular por la resistencia. Se manifiesta en forma de calor y se expresa en watt. En las resistencias de metal la cantidad mxima viene especificada en el cuerpo, en cambio en las resistencias de carbn depende del tamao (a mayor tamao, mayor calor puede disipar). En el caso de las resistencias de carbn, vienen para disipar 1/8W, 1/4W, 1/2W y 1W.

Resistencias Variables (potencimetros)- 311

Leccin VII (Los Condensadores) 315 Despus de las resistencias son los componentes ms usados en los circuitos electrnicos. Tienen la capacidad de almacenar energa elctrica de forma temporal.

Tambin se les conoce como capacitores.

Estn hechos por dos placas de metal conductoras separadas por una placa de material aislante llamado dielctrico (papel, cermica, aire, etc.)

Cada Terminal del condensador est conectado a una de las placas.

Un condensador tiene la habilidad de almacenar energa elctrica y algunos pueden almacenar ms o menos. Esta facultad se le llama capacidad del condensador y se denota con la letra C. Esta capacidad depende principalmente del tamao de las placas y la separacin entre ellas.

La capacidad se mide en Faradios (F) pero esta unidad es demasiado grande por lo que generalmente los condensadores vienen especificados con submltiplos.

Clasificacin

Existen los fijos y los variables. Esto depende si su capacidad es fija o puede modificarse por algn medio.

Adems pueden clasificarse como polarizados y no polarizados. Si estn polarizados deben conectarse en una posicin especfica en el circuito, pero si no estn polarizados esto no se toma en cuenta.

Cuando se conecta incorrectamente un condensador polarizado ste puede daarse o incluso explotar.

Condensadores Fijos

Poseen un solo valor de capacidad y no se puede modificar.

Pueden clasificarse en varias categoras dependiendo del material del que est hecho el dielctrico. Conocer sus propiedades es muy importantes para un correcto uso.

Condensadores No Polarizados

Condensadores Cermicos Estan hechos de un material cermico el cual se comporta como soporte y como dielctrico a la vez.

Son ideales para circuitos que manejen altar frecuencias.

Se fabrican con capacidades entre 0,5pF y 100nF.

Condensadores de pelcula plstica

Pueden ser de muchos materiales plsticos. Son usados en circuitos que manejan frecuencias medias y bajas o como condensadores de paso.

A veces se usan para altas frecuencias pero suelen tener perdidas para frecuencias mayores a 1Mhz.

Se fabrican con capacidades relativamente alta y voltajes de operacin de hasta 1000V.Condensadores de Papel

Su dielctrico de papel parafinado y su capacidad est entre 100pF y 1mF.

Condensadores de Mica

Su dielctrico es de mica.

Son usados en circuitos que necesitan buena estabilidad y altos voltajes de operacin.

Se fabrican con capacidades entre los 1pF y 100nF.

Condensadores Polarizados (Electrolticos) Se fabrican con capacidades mucho mayores que los anteriores.

Pueden ser de dos tipos: de Aluminio, de Tantalio.

Condensadores electrolticos de Aluminio Estn formados por una lamina de aluminio que est conectada al Terminal positivo, esta lmina est oxidada al otro lado lo cual se comporta como dielctrico, adems posee un papel remojado en un liquido (electrolito) y luego viene la otra capa de aluminio conectada al Terminal negativo. Est sellada hermticamente.

Se usan en circuitos de filtro, para desacople en bajas frecuencias y como condensadores de paso. No trabajan bien con altas frecuencias y se hacen con una capacitancia superior a 1mF.

En su cuerpo viene especificada: capacidad, tolerancia, temperatura, voltaje mximo de operacin y el signo de polaridad.

Existen los condensadores electrolticos no polarizados, pero estos son una unin de dos condensadores electrolticos polarizados con dos diodos zener para anular corrientes inversas.Condensadores electrolticos de Tantalio Son similares a los de aluminio, salvo que en vez de aluminio llevan Tantalio.

Son de pequeo tamao y sirven para trabajar con circuitos de baja frecuencia.

Son polarizados.

Condensadores Variables

Permiten cambiar la capacidad del condensador entre un mnimo y un mximo especificado por el fabricante.

Su valor puede depender de algn valor asignado mecnicamente por el diseador del circuito o puede variar su capacitancia conforme al circuito. Aqu hay dos tipos: condensadores variables y ajustables. En los condensadores variables la mitad de sus lminas son fijas y las otras variables. A medida que se gira el eje, se van distanciando las placas provocando un mximo y mnimo de capacitancia. Generalmente esta capacitancia puede variar desde los 5pF y los 500pF.

Los condensadores ajustables pueden ser de varios materiales. Tambin se basa en la distancia de las superficies. Se usan para compensar o ajustar diferencias pequeas en la calibracin de los sistemas. Una vez que se ajustan se fijan y no se pueden volver a cambiar. Se les conoce tambin como trimmers y tienen una capacidad de muy pocos pF. Actualmente existen los varactores (varicaps). Son variables, pero su variabilidad no depende de medios mecnicos sino del modo de polarizacin que se le aplique. Su capacidad est entre los 0,4pF (microondas) y los 2000pF (para alta frecuencia).Cuestiones importantes de los condensadores Existen caractersticas principales ala hora de elegir un condensador: Capacidad, Tolerancia, Voltaje de operacin, Coeficiente de Temperatura, El tipo de uso.

La Capacidad es la facultad de acumular carga elctrica cuando se le aplica cierto voltaje. Esta capacidad depende del tamao, y la distancia entre las placas y del material del dielctrico. Se mide en Faradios.

La Tolerancia indica el mximo y mnimo que puede tener la capacidad.

El Voltaje de operacin es el mximo voltaje al que puede operar el condensador sin destruirse.

El Coeficiente de Temperatura indica la variacin de la capacidad respecto al cambio de temperatura. Se expresa como ppm/C (partes por milln por grado centgrado). Dependiendo si aumenta con la T el condensador ser positivo (P), negativo (N) si disminuye o cero si no cambia. Al reemplazar un condensador siempre se debe elegir uno con el mismo Coeficiente. El Uso tiene importancia porque no todos los condensadores hacen lo mismo ante distintas seales de entrada. Esto depende generalmente del dielctrico.

Formas de identificacin

Nuevamente para identificarlo existen estndares. Uno de los importantes es el de Japn (JIS). Este aparece claro en la figura 7.15

Funcionamiento en Corriente Continua

Un condensador se comporta de manera distinta en CC y en CA. Al haber una conexin de CC al condensador, no se producir ninguna corriente por el aislante, pero se produce un fenmeno de carga de elctrica entre las placas.

Este fenmeno se debe a que el polo negativo de la batera repele a los electrones libres del conductor, y estos se van hacia la placa B (la conectada a este polo). Por el contrario, el polo positivo de la batera atrae a los electrones libres de la placa A (la conectada a este polo). Por ende, en la placa B se produce una acumulacin de electrones y en la A una disminucin. En las caras del dielctrico conectadas a las placas sucede lo mismo. Al parecer, en este lapso ocurre una corriente ya que se desplazan electrones, pero la corriente deja de fluir cuando ya la batera no es capaz de empujar ms electrones (por el polo negativo) ni de atraer ms (por el positivo). En este instante se corta la corriente y el condensador queda cargado de una diferencia de potencial igual al de la batera. Si se suspende la CC, el condensador sigue cargado pues los electrones acumulados en B se atraen con los huecos de A. Para descargar el condensador slo es necesaria una trayectoria para las placas. Por ejemplo, si se colocan en cortocircuito (si se unen ambos terminales directamente), se produce una corriente muy fuerte pero corta, lo que produce una chispa y descarga al condensador.

Se puede aprovechar poniendo una resistencia de carga (RL) al condensador. El proceso de descarga es tan rpido como el de carga.

Funcionamiento en Corriente Alterna

Cuando se pone en corriente alterna, al condensador se le somete a corriente continua por medio ciclo, y en el otro medio ciclo a la misma corriente pero en sentido inverso.

Por ende, durante medio ciclo fluir la corriente para cargar al condensador y durante el otro medio ciclo para descargarlo y cargarlo con la polaridad contraria.

El dielctrico debe ser capaz de soportar estos cambios tan rpidos de polaridad o de lo contrario disminuir la frecuencia de la corriente. Es por esto que se deben usar dielctricos especiales para las altas frecuencias.Leccin XIX (Los Semiconductores)

Fuera de que existen materiales que siempre conducen y otros que nunca. Existe una tercera clase que conduce slo ante algunas condiciones, son los semiconductores. Entre los elementos semiconductores est el silicio y el germanio que ambos poseen 4 electrones de valencia. Ambos forman enlaces covalentes para compartir electrones con sus tomos vecinos formando patrones tridimensionales o cristales. Los cristales semiconductores puros adquieren distinto comportamiento segn la temperatura comportndose como aislante en el cero absoluto y siendo conductor en una temperatura ms elevada (los electrones al agitarse rompen sus enlaces covalentes permitiendo que los electrones de valencia se conviertan en libres).

Cuando un electrn de valencia sale, queda un hueco que es llenado por un electrn de algn tomo vecino.

Existen dos tipos de semiconductores: intrnsecos y extrnsecos. Los intrnsecos generalmente son cristales semiconductores puros, pero se utilizan poco debido a que es difcil hacerlos conducir. Los extrnsecos son los elementos participes de la creacin de diodos.

Los diodos se dice que estn dopados. Esto significa que poseen impurezas en su constitucin (impurezas controladas) que determinan su comportamiento elctrico. Estas impurezas se llaman dopantes.

Los dopantes son elementos que se inyectan al elemento semiconductor de forma que en el semiconductor queden electrones sin enlazar (sobren o falten). Para esto se inyectan tomos con valencias de 3 o 5 (trivalentes o pentavalentes). Los semiconductores con dopantes pentavalentes se denominan de Tipo N. De estos, slo 4 de los electrones quedan enlazados sobrando un electrn al dopante (y el cristal puro us sus 4 electrones) en libertad de moverse en el cristal siendo el portador de corriente.

Los principales materiales dopantes pentavalentes son el antimonio, el fsforo y el arsnico. Los trivalentes son el aluminio, boro, indio y galio. Los semiconductores con dopante trivalente se llaman de Tipo P. En estos dopantes, sus 3 electrones forman enlace con los tomos del cristal puro faltndole al cristal puro un electrn por aparear. Este hueco necesita atraer a un electrn convirtindose en aceptor y se comporta como una carga positiva. Existen las cargas llamadas portadores mayoritarios (donde sobra). Y las portadores minoritarios (donde falta). En los SC tipo N, los portadores mayoritarios son los electrones y los minoritarios son los huecos. En los SC tipo P, los portadores mayoritarios son los huecos y los minoritarios son los electrones. Al parecer ni N ni P tienen carga, pues los protones de los cristales ms los de los dopantes son iguales al numero de electrones de ambos al unirse y formar los tipos. An as N pierde electrones en su dopante pero al formar estos electrones se equilibran con los protones del cristal y el dopante sumados.

Al parecer el dopante en el tipo N al unirse al cristal libera el electrn sobrante quedando libre. Pero no lo libera sino que el ncleo lo atrae dbilmente, pero de todas formas sirve para corrientes elctricas. Cuando se aplica un voltaje a un SC tipo N o P, se produce una corriente fuerte debido a los portadores mayoritarios (electrones en N y huecos en P) y una corriente pe