electronica semi

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FUENTES DE ALIMENTACION

AMPLIFICADORES

ELECTRONICA DE POTENCIA

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CODIFICADORES

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MULTIPLEXORES

BIESTABLES

DIGITAL

MICROPROCESADORES

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Prof.: JAÉN CRUZ MOLINA

ELECTRONICACLASIFICACION

IntroducciónLos aparatos de hace algunos años eran distintos de los de ahora. Por ejemplo, existen tres diferencias fundamentales entre:

- una máquina de escribir, - un lavarropas o - una radio de entonces y los actuales: Eran mucho más grandes, operaban lentamente y tenían pocas funciones.

El reemplazo de sistemas mecánicos y eléctricos por mecanismos electrónicos hizo posible esas transformaciones; hoy en día, pequeños dispositivos electrónicos permiten recibir, coordinar y transmitir información a una velocidad sorprendente.

Los primeros dispositivos electrónicos utilizados fueron las válvulas de vacío o de gas. Las más sencillas se denominan diodos (del griego di, dos, y odos, camino), pues constan de dos electrodos:

- el ánodo -capaz de captar electrones.

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- el cátodo -que emite y repele electrones.Los diodos se utilizan, fundamentalmente, para transformar la corriente alterna en continua.

Los diodos dejan pasar la corriente en un sentido pero no en otro. Fueron inventados, en 1904, por el profesor británico de ingeniería eléctrica John A. Fleming.

Las válvulas reciben la denominación de termoiónicas porque la emisión de electrones se produce por calentamiento del cátodo.

Los materiales para fabricar el cátodo pueden ser el tungsteno o los óxidos de torio, de bario o de estroncio. Generalmente, el cátodo se encuentra cerca de un filamento que se calienta con el paso de la electricidad: el calor produce el desprendimiento de los electrones del material catódico. Todo este sistema se ubica en un recipiente herméticamente cerrado, metálico o cristalino.

En 1906, al físico norteamericano Lee de Forest se le ocurrió agregar a una válvula un tercer electrodo. Así obtuvo el primer amplificador, es decir, un dispositivo capaz de convertir una señal débil en otra más potente. Este dispositivo es el triodo, y el tercer elemento es una rejilla interpuesta entre el ánodo y el cátodo y conectada a la tensión que se quiere amplificar.

Cuando, por el paso de la corriente eléctrica, el cátodo emite electrones, éstos se desaceleran al atravesar la rejilla y provocan una variación en la corriente. Al pasar luego por una resistencia, se obtiene una señal ampliada de la tensión de entrada.

El papel de los semiconductoresSe sabe que algunos materiales conducen la electricidad -como el alambre, que es un metal- y otros no -como el plástico-.

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A mitad de camino entre los materiales conductores y los no conductores se encuentra otro grupo de elementos muy utilizados en electrónica:

Los semiconductores, como el selenio, el silicio y el germanio.Aunque la estructura cristalina de estos elementos no presenta electrones libres capaces de establecer una corriente eléctrica, en determinadas condiciones, los electrones exteriores pueden desprenderse del cristal y, por lo tanto, el material puede convertirse en conductor. Para lograrlo, se agregan impurezas al cristal.

En un cristal de silicio ocurriría lo siguiente:

1 Semiconductor intrínseco o puro. Conduce escasamente la corriente porque muy pocos electrones tienen energía suficiente para escapar de sus átomos. Otros caen en los huecos existentes y producen, a su vez, otros huecos. Los electrones y los huecos aportan la mitad de la corriente.

2 Semiconductor de tipo n. Si se añaden átomos de cinco electrones externos (por ejemplo: antimonio o arsénico), se aumenta el número de electrones y disminuye el de huecos (que actúan como cargas positivas). Los abundantes electrones conducen mejor la corriente.

3 Semiconductor de tipo p. Si se añaden átomos de tres electrones externos (por ejemplo: aluminio, boro o galio), se aumenta relativamente la cantidad de huecos, los cuales soportan, en mayor medida, el paso de la corriente.

Los diodos semiconductores reemplazan a las válvulas diodo y presentan dos ventajas fundamentales:

No se recalientan y Son mucho más pequeños que esas válvulas.

Su símbolo es el siguiente

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DIODOS

El diodo es un semiconductor que esta formado por una unión P y otra N de silicioSi unimos un semiconductor tipo "P" con uno tipo "N", obtendremos un "DIODO".Estos diodos tienen su principal aplicación en la conversión de corriente alterna AC, en corriente continua DC.A significa Ánodo (+) y la K significa Cátodo (-). En la imagen de su aspecto físico observamos una franja blanca, esta representa al cátodo.

TIPO N

Son semiconductores extrínsecos.Donde prevalecen las cargas negativas.Tiene alrededor de 1016 cm3 de electrones.1010 cm3 de Nº de huecos.

TIPO P

Son semiconductores extrínsecos.Donde prevalecen las cargas positivas.Tiene alrededor de 1016 cm3 de huecos.1010 cm3 de Nº de electrones.

Estas dos uniones están introducidas en un encapsulado, del cual se la sacan dos pines. Los diodos suelen ser de silicio.Para bajas frecuencias se utilizan los de germanio.Para rectificación de potencia se usan los de selenio.

A un diodo se le puede polarizar de dos formas diferentes: directa o inversa.

POLARIZACION DIRECTA

Se polariza la unión P o nodo positivamente y la zona N, o cátodo, negativamente.Pero tiene una ligera caída de tensión, que depende del material con el que este fabricado.

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A esta tensión se le llama tensión de umbral y equivale a una pila y una resistencia; esta resistencia suele ser del orden de los dos Ω.Y las tensiones de umbral son: Para el silicio 0,6 V.Para el germanio, 0,2 V.

POLARIZACIÓN INVERSAConsiste en polarizar el ánodo negativamente y al cátodo positivamente.Se dice que no deja pasar corriente pero en la práctica deja pasar una pequeña corriente que la llamamos corriente inversa.Varía según el material con que esta echo el diodo.El diodo de germanio es de 10 microamperios.El diodo de silicio es de 10 nano amperios.

COMPROBACION DE UN DIODO

Para esto utilizaremos un multímetro.Si al diodo lo polarizamos directamente, la medida que nos tiene que dar es del orden de los dos ohmios, es decir, una medida baja.Si lo polarizamos inversamente,la medida que nos tiene que dar es del orden de los dos ohmios, es decir, una resistencia alta.Por el contrario, si las medidas que realizamos nos da una resistencia baja, es que el diodo esta perforado esta en malas condiciones de uso.Y si nos dieran las dos medidas altas es que el diodo esta abierto y no esta en condiciones de uso.

PROTECCION O ENCAPSULADO

La unión P-N esta protegida por una capsula donde viene indicado cual es el ánodo y el cátodo, con una raya o por que termina en punta. Las capsulas suelen estar echas de:

1. PLASTICO.- son para diodos rectificadores, que suelen venir en forma de un solo diodo o cuatro diodos formando un puente rectificador. Y de plástico transparente par los diodos LED, que son de distintos colores.

2. CRISTAL.- se aplican en alta frecuencia y son de germanio.3. METAL.- son diodos rectificadores de alta potencia y vienen con una rosca

para apretar al radiador de disipación.

DESIGNACION DE LOS DIODOS

La designación depende de los fabricantes, y en el continente donde esté se le signa de una u otra manera; teniendo también las empresas sus propios códigos, vamos a ver algunos de ellos:

- Código europeo.

- Tiene dos letras y un número.

ÁnodoCátodo

321

1a Raya

Amarillo BANaranja BASVerde BAVAzul BAWNegro BAX

2a 3a Raya

Según el código de colores de las resistencias

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- La primera letra dice la constitución del diodo(A: germanio; B: silicio)- La segunda letra dice la función del diodo (A: diodo de baja señal

B: diodo VaricapY: diodo rectificadorZ: diodo Zener)

- Los números son códigos del fabricante.

Ejemplo:BA 114 = Diodo de silicio de, de baja señal.AA 119 = Diodo de germanio, de baja señal.BB 314 = Diodo de silicio, Varicap.

- Código americano.

Usa el código 1N.Quiere decir una unión. Seguido de cuatro números, código del fabricante.

Ejemplo:

1N 40071N4148

- Código japonés.

Es igual al americano, pero poniendo una S en lugar de N.

Ejemplo:

1S6315.

- Código de empresas.

Hay muchos fabricantes que emplean sus propios códigos.

Ejemplo:

OA es un diodo de germanio de baja señal (OA 90).

TIPOS DE DIODOS

1- Diodos de baja señalLas características más importantes son:

a) Se usan en baja potencia.b) La tensión inversa máxima que aguantan son 100V.c) La potencia máxima que pueden disipar son de 500mw.d) La corriente máxima que aguanta polarizado en directo es de 200mA.e) Su capsula es de cristal.f) Los de germanio son muy buenos para trabajar en alta frecuencia.g) Los de silicio su capsula es de plástico y puede venir su código marcado como

el código de colores de las resistencias.

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Ejemplo:

Amarillo, rojo, naranja. BA 23.

En estos diodos la raya mas cercana a la patilla es el Cátodo.

2- Diodo rectificadorEstán hechos para la rectificación de una onda senoidal. Sus características son:

a) Su cápsula puede ser de plástico que aguanta hasta 1W de potenciaMetal, que son para mas potencia (vienen con tuerca para acoplar al radiador).

b) Puede venir de uno en uno, o de cuatro en cuatro, formando u puente de Graetz.

3- Diodo LED

Diodos que emiten luz.- Su composición interior es de arseniuro de galio.- Dependiendo de la proporción de arseniuro de galio que tengan.- Pude tener cinco frecuencias de radiación, que corresponde a los colores:- Rojo, naranja, amarillo, verde, azul.- La intensidad que emite la luz depende de la intensidad de corriente que le

atraviese- La mínima que tiene que tener para que encienda es de 10 mA.- La media y la mas corriente es de 20mA.- La máxima que le puede atravesar es de 30mA.

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- Están encapsulados en un material transparente.Existen Varios modelos:

- El circular, el rectangular, triangular circular.- Dependiendo del color de cada LED tiene una caída de tensión, o tensión de

umbral:Color Tensión en directo

Infrarrojo 1,3vRojo 1,7v

Naranja 2,0vAmarillo 2,5vVerde 2,5vAzul 4,0v

- Calculo de la resistencia limitadora

Rlim = Vcc-V umbral = 10 – 1.6 = 420 ΩI led 20mA

Compuestos empleados en la construcción de LED.

Compuesto Color Long. de onda

Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo 940nm

Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs)

Rojo e infrarrojo 890nm

Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)

Rojo, naranja y amarillo

630nm

Fosfuro de galio (GaP) Verde 555nm

Nitruro de galio (GaN) Verde 525nm

Seleniuro de zinc (ZnSe) Azul

Nitruro de galio e indio (InGaN)

Azul 450nm

Carburo de silicio (SiC) Azul 480nm

Diamante (C) Ultravioleta 360nm

Silicio (Si) En desarrollo

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Se utilizan como señal visual y en el caso de los infrarrojos en los mandos a distancia. Se fabrican algunos LEDs especiales:

Led bicolor.- Están formados por dos diodos conectados en paralelo e inverso. Se suele utilizar en la detección de polaridad.

Led tricolor.- Formado por dos diodos Led (verde y rojo) montado con el cátodo común. El terminal más corto es el ánodo rojo, el del centro, es el cátodo común y el tercero es el ánodo verde.

Display.- Es una combinación de diodos Led que permiten visualizar letras y números. Se denominan comúnmente displays de 7 segmentos. Se fabrican en dos configuraciones: ánodo común y cátodo común.

ESTRUCTURA DE UN LED BICOLOR

ESTRUCTURA DE UN LED TRICOLOR

DISPLAY

DISPLAY DE CATODO COMUN

DISPLAY DE ANODO COMUN

DISPOSICION DE LOS PINES EN UN

DISPLAY

Diodo Laser Los Diodos láser, también se conoce como láser semiconductor o también conocidos como láseres de inyección, Estos diodos pueden producir luz visible (roja, verde o azul) y luz invisible (infrarroja).

Ventajas del diodo láser con un diodo LED La emisión de luz es dirigida en una sola dirección: Un diodo LED emite

fotones en muchas direcciones. Un diodo láser, en cambio, consigue realizar un guiado de la luz preferencial una sola dirección.

EMISION FOTONICA EN UN DIODO LED EMISION FOTONICA EN UN DIODO LASER

La emisión de luz láser es monocromática: Los fotones emitidos por un láser poseen longitudes de onda muy cercanas entre sí. En cambio, en la

CTRSLS

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luz emitida por diodos LED, existen fotones con mayores dispersiones en cuanto a las longitudes de onda.

DIFERENCIA DEL DIDODO LASER CON DIODO LEDLASER LED

Mas rápido Mayor estabilidad térmica

Potencia de mayor salidaMenor potencia de salida, mayor tiempo de vida

Emisión coherente de luz Emisión incoherenteSu construcción es mas compleja Mas económicoActúa como fuente adecuadas en sistemas de telecomunicaciones

Se acoplan a fibras ópticas en distancias cortas de transmisión

Modulación de latas velocidades, hasta GHz

Velocidad de modulación hasta 200MHz

4- Diodo ZenerEste diodo esta preparado para trabajar en inverso.Si lo polarizamos en inverso mantiene una tensión fija entre sus extremos.El fabricante nos indica la tensión. Puede usarse en fuentes de alimentación.En la que se requiere una tensión fija en la salida.

5- Diodo túnelLa forma de funcionar es muy diferente a los otros. Tienen una zona de resistencia negativa; esto quiere decir que, sopesando la tensión de umbral, la corriente decrece en vez de crecer en un diodo normal.

6- Diodo VaricapEs semejante a un condensador variable, el cual puede variar su capacidad.Se utilizan en circuitos de sintonía de TV y radio.

7- Diodos capacitivosSe usan para circuitos de sintonización en alta frecuencia, para el automático de la frecuencia y de la conmutación de la banda, también se usan como moduladores de ancho de banda

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La fig. nos muestra un circuito equivalente.La RS depende de la frecuencia y disminuye al aumentar la tensión inversa.La LS es una bobina en serie para la inductividad.La característica no es lineal si no que aparecen distorsiones a alta frecuencia.

8- Diodos pinEntre la zona P y la tipo N existe una resistencia cuyo valor puede variarse según se le aplique la tensión continua adecuada.Estos diodos se aplican como atenuadores, en alta frecuencia con muy pocas pérdidas.

9- Diodos estabilizadoresEstán compuestos de varios diodos conectados en serie, que una pequeña variación de tensión tiene varias corrientes; son comunes los voltajes con dos diodos V = 1.4v, con tres diodos V = 2.1v, con cuatro diodos V = 2.8v, y así sucesivamente. Para tensiones mayores se emplean los diodos Zener.

10- Diodos Zener de referenciaSirven para estabilizar tensiones de una gran precisión; están compuestos de conexiones serie de diodos estabilizadores y diodos Zener, para compensar los coeficientes de temperatura.

11- Diodos backwardSon diodos de germanio presentan unazona de resistencia negativa; al igual que los diodos túnel, se emplean como demoduladores y mescladores de microondas.

12- Diodos SchottkyEstán compuestos de una parte semiconductora, generalmente de tipo N, que esta en contacto con un metal.Este tipo de diodos don apropiados para conmutadores muy rápidos, ya que solo existen portadores mayoritarios, y los tiempos de almacenamiento son rápidos.

13- FOTO DIODOEs un dispositivo que tiene la propiedad de estado polarizado directamente, conduce cuando recibe luz.Aplicaciones.Se utiliza en televisores, videos, y equipos de música como sensor de los mandos a distancia que utilizan diodos emisores de rayos infrarrojos

14. DIODO DE SEÑAL

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Este tipo de diodo se utiliza para la detección de pequeñas señales, o señales débiles, por lo que trabaja con pequeñas corrientes. La tensión umbral, o tensión a partir de la cual el diodo, polarizado directamente, comienza a conducir, suele ser inferior a la del diodo rectificador. O sea el V umbral es aproximadamente 0,3 V.AplicaciónSe emplean, sobre todo en la detección de señales de radio frecuencia (RF). Se utilizan en etapas moduladoras, demoduladorasmezcla y limitación de señales.

CIRCUITOS CON DIODOS

Los principales circuitos con diodos son los de rectificación de la corriente continua:

- Rectificador de media onda.- Rectificador de onda completa.- Rectificador de doble onda completa con puente Graetz.

Rectificador de media onda

Dependiendo de cómo coloquemos el diodo, rectificará los semiciclos positivos o negativos que provengan del transformador. En el gráfico, el diodo rectifica solo los semiciclos positivos de una señal alterna. En el caso que le demos la vuelta al diodo, dejaría pasar los semiciclos negativos. Este tipo de circuito solo se puede aplicar en alimentaciones de circuitos de baja potencia. Se pierde mucha energía. La relación existente entre las tensiones de entrada y salida es: Vd = 0,4* Vv.Y la relación entre intensidades de entrada y salida: Id = 0,6* Iv.

Rectificador de onda completa y punto medio.

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Cuando hablamos de punto medio, nos referimos a que el transformador tiene tres salidas en el secundario, es decir, un secundario doble con toma central. En el circuito representado, se rectifican los semiciclos positivos de una señal alterna. El semiciclo positivo irá alternándose entre las dos salidas del transformador, sin contar con el punto medio. Cuando el semiciclo positivo se encuentre en la parte superior del transformador actuará el diodo de arriba; cuando el semiciclo positivo se encuentre en la parte de abajo del transformador actuará el diodo de abajo.La relación existente entre tensiones e intensidades de entrada y salida es:

Vd = 0,4* Vvy Id = 1,2* Iv.

Este circuito se utiliza poco porque el transformador sale menos económico, de todos modos, en el caso de que se utilice solo se hace con circuitos baja potencia.

Rectificador de Graetz.

En la actualidad es el más utilizado para pequeñas potencias. Con este circuito se consigue aprovechar mejor el transformador, obteniendo así una onda completa continua. El transformador tiene dos puntos de salida, A y B, cuando existe un semiciclo positivo en el punto A, funcionarían los diodos 1 y 3, es decir, el semiciclo positivo pasa por el diodo 1, después por la carga y luego por el diodo 3. En el punto B lo harían los diodos 2 y 4.

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