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  • 07/11/2014

    1

    Tema Tema 44Dispositivos Dispositivos y Sensoresy Sensores

    Parte 4 Sensores y actuadores

    Parte 1. Diodos de semiconductor

    Parte 2. El transistor bipolar

    Parte 3. Transistores MOS

    ce

    i@u

    pm

    .es

    ce

    i@u

    pm

    .es

    Parte 4. Sensores y actuadores

    Componentes Componentes discretosdiscretos

    DIODO

    TRANSISTORES

    2FundamentosdeElectrnica

    AMPLIFICADOROPERACIONAL

    usAd

    u-

    u+

    +Ucc

    -Ucc+

    _

  • 07/11/2014

    2

    Circuitos integradosCircuitos integrados

    Existeunagranvariedaddechipsenelmercado,yaqueelcostefinal sereducealfabricarlosenserie.

    L t j d i t i l d d l Lasventajasdeintegrar incluyen,ademsdelcoste: Reduccin de peso Aumento de prestaciones Reduccin de consumo Confidencialidad

    Cabedestacarlosmicroprocesadores,que

    3FundamentosdeElectrnica

    p , qsonprogramablesmediantesoftware

    Losmicroprocesadoresseutilizantantoenlosordenadorescomoensistemasembebidos(telfonosmviles,lavadoras...)

    PARTE PARTE 1 1 Diodos de semiconductorDiodos de semiconductor

    4FundamentosdeElectrnica

    Smbolo,funcionamiento,curvacaracterstica Circuitoscondiodos:rectificadores Diodoszener Circuitosconzener:estabilizadordetensin DiodosLED

  • 07/11/2014

    3

    Eg

    Bandadeconduccin

    Diagramas de bandas de EnergaDiagramas de bandas de Energa

    Eg

    Bandadeconduccin

    Bandadeconduccin

    A 0K, tanto los aislantes como los semiconductores no conducen, ya quei l i fi i d l b d d l i

    A 0K, tanto los aislantes como los semiconductores no conducen, ya quei l i fi i d l b d d l i

    g

    Bandadevalencia

    Aislante(SiO2)Eg=9eV

    Semiconductor(Si)Eg=1.1eV

    Bandadevalencia Bandadevalencia

    Conductor(Grafito)NohayEg

    5FundamentosdeElectrnica

    ningn electrn tiene energa suficiente para pasar de la banda de valencia ala de conduccin. A 300K, algunos electrones de los semiconductoresalcanzan este nivel. Al aumentar la temperatura aumenta la conduccin en lossemiconductores (al contrario que en los metales).

    ningn electrn tiene energa suficiente para pasar de la banda de valencia ala de conduccin. A 300K, algunos electrones de los semiconductoresalcanzan este nivel. Al aumentar la temperatura aumenta la conduccin en lossemiconductores (al contrario que en los metales).

    Smbolo, funcionamiento, curva caractersticaSmbolo, funcionamiento, curva caracterstica

    iDA K

    A KP N

    Si 1)//( qkTVSD DeIiVD

    A KP N

    a

    iDPolarizacindirecta

    Pasacorrientedenodoactodo

    CuandoVD>V (0,6V)

    C d V 0 i I

    6FundamentosdeElectrnica

    IS

    U VDCuandoVD

  • 07/11/2014

    4

    Caractersticaideal

    iD

    Caractersticalinealizada

    a

    iD

    Smbolo, funcionamiento, curva Smbolo, funcionamiento, curva caractersticacaracterstica

    VD

    VD>0 iD >0 Cortocircuito

    ISV

    VD

    VD>V VD=V +rD iD

    Resistenciadirecta

    7FundamentosdeElectrnica

    D D

    VD0 iD=0 Circuitoabierto0

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    5

    Circuitos con diodos: rectificador de media ondaCircuitos con diodos: rectificador de media onda

    ConduceConduce

    D conduce mientras ug > uc

    Noconduce

    Conduce

    ~ uD us =uCRLug

    +

    C

    9FundamentosdeElectrnica

    Circuitos con diodos: rectificador de Circuitos con diodos: rectificador de dobledoble ondaonda

    10FundamentosdeElectrnica

  • 07/11/2014

    6

    Circuitos con diodos: rectificador de Circuitos con diodos: rectificador de dobledoble ondaonda

    11FundamentosdeElectrnica

    Circuitos con diodos: rectificador de Circuitos con diodos: rectificador de dobledoble ondaonda

    12FundamentosdeElectrnica

  • 07/11/2014

    7

    Diodos zenerDiodos zener

    iD

    rDa

    iD

    A K

    uD U

    uD

    b

    Uz

    13FundamentosdeElectrnica

    secomportacomoundiodonormal

    CuandoUD>U CuandoUD UzA K

    idealrZ Uz

    Z

    ZDDDZ

    DDZ

    DDD

    rUu

    i:uU

    0i:UuUr

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    8

    Circuitos con zener. Estabilizador de tensinCircuitos con zener. Estabilizador de tensin

    DATOS

    UBAT =1012V RoUBATRo =100RL =1kDZideal:UZ =7V

    Sinohubierazener:

    uSRLUz

    15FundamentosdeElectrnica

    V9,101,9RR

    RUuoL

    LBATs

    Circuitos con zener. Estabilizador de tensinCircuitos con zener. Estabilizador de tensin

    i i

    Suponemos que el zener conduce en Zona Zener.

    Para que esto ocurra: iz > 0 segn el criterio de la figura

    V7Uu

    uSRLUz

    RoUBAT

    iz

    io is

    mA50R

    UUi

    mA30R

    UUi

    mA7iV7Uu

    o

    ZmaxBATmaxo

    o

    ZminBATmino

    s

    Zs

    16FundamentosdeElectrnica

    soz iii mA23730i minz

    mA43750i maxz

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    9

    Circuitos con zener. Estabilizador de tensinCircuitos con zener. Estabilizador de tensin

    Hasta qu valor de RL estabiliza la tensin este circuito?

    Para el valor que haga iz = 0q g z

    Us

    7V

    233 RL

    soBAT imA30iV10U 233307R 1itelimL

    soBAT imA50iV12U 140507R 2itelimL

    17FundamentosdeElectrnica

    233 L 50

    LED: Light Emitting Diode 1LED: Light Emitting Diode 1

    18FundamentosdeElectrnica

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    10

    LED: Light Emitting Diode 2LED: Light Emitting Diode 2

    19FundamentosdeElectrnica

    LED: Light Emitting Diode 3LED: Light Emitting Diode 3

    20FundamentosdeElectrnica

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    11

    Problemas. EnunciadosProblemas. Enunciados

    1 Sobre el circuito de la figura, calcular las variaciones de la tensin de salidapara las variaciones de la tensin de entrada dadas.DATOS8202040V

    2DZ : UZ = 10V

    RZ = 7

    uSDz

    Se define como curva de regulacin de un estabilizador a la que relaciona latensin de salida us con la corriente de salida is. Se pide dibujar dicha curvapara el circuito de la figura, sabiendo que la carga RL vara entre 300 y 100 yque el diodo zener puede considerarse ideal con Uz=20V. Entre qu valoresd RL l f i i t d l t bili d t ?

    21FundamentosdeElectrnica

    de RL el funcionamiento del estabilizador es correcto?

    uSRL

    iS

    30V

    100

    PARTE PARTE 22El transistor bipolarEl transistor bipolar

    22FundamentosdeElectrnica

    Smbolo,funcionamiento,curvacaracterstica

    Polarizacin,rectadecarga

    Ejemplosdeaplicacin

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    12

    UCE

    IC

    B

    C

    IBC

    B Base

    Colector PN

    N

    C

    B

    TransistorNPN

    EE Emisor

    E

    Curvascaractersticas

    IB =400A40mAIC Activa

    Saturacin

    I I

    23FundamentosdeElectrnica

    IB = 300AIB = 200A

    IB = 100A

    30mA

    20mA

    10mAIB = 0A

    UCE(V)Corte

    IC = IB

    24FundamentosdeElectrnica

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    13

    =0ZONADECORTE

    IB UBE UCE IC

    0ZONAACTIVA

    ZONADESATURACIN >0

    0,6V >0,3V

    0V0,3V

    =IB

  • 07/11/2014

    14

    Polarizacin. Recta de cargaPolarizacin. Recta de carga

    BEBBB UIRU Recta de cargaUCC

    RCConfiguracin

    POLARIZAR:Alimentaraltransistor,darleunpuntodetrabajo

    CECCCC UIRU

    A

    IC

    IBIC(A)

    B

    BEBB R

    UUI

    C

    CC

    RUUCE

    IC

    IB

    UBE

    RB

    UB

    CEmisorComn

    27FundamentosdeElectrnica

    VCEVCE(A) UCC

    Punto de trabajo A (VCE(A), IC(A))

    Elpuntodetrabajo vienedadoporelcortedelarectadecargaylacurvacaractersticaparalacorrientedebaseIB

    Ejemplo I: Circuitos con transistoresEjemplo I: Circuitos con transistores

    TransistoridealZonaactiva: =100V = 0v

    A50RUI

    B

    BB

    5mAIII CBC

    DATOS RB = 100k

    UCE

    IC

    IB

    RB = 100k

    +10V=UCCVBE =0vZonasaturacin:VCESAT =0vVBE =0v RC = 1k

    ZonaLineal

    8

    IC(mA)

    7

    109

    28FundamentosdeElectrnica

    B

    UBEUB=5V

    5V 10V

    6

    4

    2

    IB=50A5

    3

    1

    VCE(V)

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    15

    Ejemplo II: Circuitos con transistoresEjemplo II: Circuitos con transistores

    TransistoridealZonaactiva: =100V = 0v

    DATOS RB = 9.09k A544R//RUI

    2B1B

    BB mA4,54II BC

    !!!V4,44UUIRU CECECCCC NopuedeestarenzonaLineal

    VBE =0vZonasaturacin:VCESAT =0vVBE =0v

    IC

    R 100k

    +10V=UCC

    RC = 1kRB1 = 10k

    IC(mA)

    IB=544A

    UUCECE 0V0V

    10mAIUIRU CCECCCC

    Transistorensaturacin

    29FundamentosdeElectrnica

    SaturacinUCEIB

    UBE

    RB2 = 100k

    UB=5VIB=100A

    10V VCE(V)

    10

    Puntodeltrabajo(Saturacin)

    Ejemplo IEjemplo IIII: Estabilizador de tensin. ZONA LINEALI: Estabilizador de tensin. ZONA LINEAL

    30FundamentosdeElectrnica

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    16

    Ejemplo IV: CORTE y SATURACIN (Interruptor)Ejemplo IV: CORTE y SATURACIN (Interruptor)

    31FundamentosdeElectrnica

    EncapsuladoTO220

    EncapsuladoTO126(SOT32)

    Encapsulado de transistoresEncapsulado de transistores

    EncapsuladoTO92

    BD135(NPN)Encapsulado

    BC548(NPN)BC558(PNP)

    32FundamentosdeElectrnica

    MJE13008(NPN)IRF840(MOSFET,N)BDX53C(Darlington)

    35 ( )BD136(PNP)

    EncapsuladoTO3

    2N3055(NPN)BU326(NPN)

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    17

    PARTE PARTE 33TransistoresTransistores MOSMOS

    33FundamentosdeElectrnica

    Smbolo,funcionamiento,curvacaracterstica

    Ejemplosdeaplicacin

    dDrenador(D)ySurtidor(S)Puerta(G)

    El Transistor nMOS El Transistor nMOS

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