teoria de la electrÓnica

8/2/2019 TEORIA DE LA ELECTRNICA

1/73

ELECTRNICA

INTRODUCCIN A LA ELECTRNICA

Lo que hoy conocemos con el denominador comn de

Tecnologa de la Electrnica puede parecer a primeravista un apartado ciertamente complejo destinado a sermanejado por cultivados especialistas en la materia,ayudados por avanzados sistemas de clculo y vetado alos no iniciados en esta noble ciencia. Pues bien, no

podemos negar que algo de eso hay. Pero no es menoscierto que aparte de ser la tecnologa punta que dominanuestro diario ir y venir, la Electrnica puede sertambin un arte, una forma ms de expresin. Si bien escierto que los tecnlogos ms versados en esta materia

pudieran parecernos un poco fros y calculadores, no lo es menos que la misma conlleva

una imperiosa necesidad de ingenio y creacin con que alimentarse. De ah nuestro afnen demostrar, a partir de aqu, dos cosas. La primera de ellas es la cara oculta y atractivade la Electrnica, su modo de ser creacin imaginacin y, en definitiva, una forma, acasoatpica, de arte. La segunda, y a nuestro modo de ver an ms importante, es la

posibilidad de domesticar la Electrnica, esto es, hacer ver a los posibles aficionados quese trata de una ciencia totalmente asequible, que debe ocupar ya! una parte de nuestrosconocimientos y, por qu no, gozar de nuestro aprecio.

Diferencias entre electricidad y electrnica

Queda claro que la electricidad est involucrada en todo proceso electrnico. Sinembargo, por caprichos del destino, esta aseveracin esta destinada a no ser reversible, esdecir, que existen procesos elctricos que claramente excluyen la ciencia de laelectrnica. El motor del ms moderno de los ventiladores responde a un funcionamiento

puramente elctrico, mientras que el ms antiguo aparato radio que podamos recordar sersin duda un dispositivo o menos sofisticado-electrnico pero, claro est, precisar delconcurso de la electricidad para poder funcionar.

La electricidad ha estado enfocada siempre a una utilizacin masiva de los electrones,esto es, incluso antes de poder razonar experimentalmente la existencia del electrn ya seutilizaba masivamente la electricidad. La bombilla, los motores elctricos, timbres,

electroimanes, transformadores, etc., se basan en el uso del electrn, del cualhablaremos de una manera, permtasenos la expresin, bastante tosca Como todossabemos, el electrn es uno de los componentes bsicos de la materia.

Un tomo es la parte ms pequea que podemos tomar de una materia dada. As, porejemplo, la disposicin a dar y recibir electrones no es la misma en un tomo de cobre queen uno de carbono. Esta propiedad bien utilizada poda ser algo revolucionario y, dehecho, lo es.

El pitazo de salida en la carrera de la electrnica lo dio la aparicin de las vlvulastermoinicas o de vaco, que no son sino los tubos iluminados que podamos encontrar

(an hoy da pueden verse) dentro de las radios y de los televisores ms antiguos


2/73

La razn de considerar a las vlvulas como el inicio de la electrnica es su posibilidad de"manejar" uno a uno los electrones, es decir, controlar el flujo de los mismos. A estecontrol o "modulacin" de dicho flujo se le asoci el calificativo de polarizacin. Lavlvula estaba constituida por un emisor de electrones (al que se llam ctodo), unreceptor electrones (denominado nodo) y una "rejilla" colocada de forma que fuera

atravesada por el flujo de electrones emitido por la patilla denominada ctodo. Es obvioque si la rejilla est ah no es por casualidad. Tena un papel fundamental que representary bien que lo hizo.

Es claro que el movimiento de electrones se origina cuando estos deben equilibrarse ycuando se aproximan materias que por la cantidad y disposicin de los mismos en susuperficie estn predispuestas, unas a soltar electrones y otras a recibirlos. A estacircunstancia se la dio en llamar polarizacin. Es decir, segn sea carga (en cantidad ysituacin de electrones) de una materia dada as ser su predisposicin a soltar o recibirelectrones. Si la vlvula anteriormente descrita solo poseyera un nodo y un ctodo no sehubiera conseguido otra cosa sino mantener la circulacin de electrones, pero, como

quiera que se intercal una rejilla, denominada muy apropiadamente rejilla de control, yesta poda ser polarizada de forma independiente, ramos capaces de controlar el haz deelectrones. De este modo se invent un primer dispositivo capaz de manejar a nuestroantojo la corriente elctrica y puede que fuera entonces cuando a dicha capacidad se leasoci el calificativo de nueva ciencia, haba nacido la electrnica.

Componentes electrnicos

La electrnica ha otorgado el papel primordial a las vlvulas de vaco, pero la cienciaelectrnica necesit de la aparicin de otros dispositivos que forman parte del conjunto yfuncionamiento de los circuitos electrnicos, entre ellos tenemos: los condensadores, lasresistencias, las bobinas, los transformadores, los interruptores, los pulsadores, los diodos,los transistores, los circuitos integrados y, al menos en un principio, hubo trabajo hasta

para las bombillas.

Para los menos versados en el mundo electrnico no habr posibilidades de distinguirentre los diferentes elementos. Para evitar este problema podemos, a modo deintroduccin, realizaremos un pequeo resumen de los componentes electrnicos.

El tubo de vaco

Fue el primer gran elemento de la tecnologaelectrnica. Actualmente ha quedado bastantedesfasado. A pesar de sus innegables cualidadesha sido sustituido con gran xito por sucesorestales como el transistor y el circuito integrado.De todas formas y, segn la crtica, hayfunciones en las cuales estos no llegarn nunca asuperar al antiguo tubo.


3/73

El transistor

Es un semiconductor que surge como solucinante los problemas de espacio, temperatura ycostos de las vlvulas. Puede imitarlas

perfectamente en su versin bsica. Los ltimosavances tcnicos dados por los investigadores ycientficos electrnicos han posibilitado laaparicin de nuevos tipos, como los transistorestipo FET, UJT, SCR, etc., que permiten realizarnuevas funciones y aplicaciones de estos.

El diodo

Es un dispositivo semiconductor, que realiza unpapel muy importante. Desde su primera

aparicin, a principio de siglo en forma, devlvula termoinica, ha sufrido importantescambios. El conjunto de diodos disponibles en elmercado actualmente abarca un amplio campo.Como ejemplo cabe citar los diodosrectificadores puros, diodos zener, diodosvaricap, diodos LED, etc.

Los circuitos integrados

Constituyen la generacin ms joven disponiblepara trabajar en la gran ciencia de la electrnica.Son rpidos, con grandes innovaciones y suempleo en cualquier diseo que se necesite setraducir en un importante ahorro, tanto endinero como en esfuerzo, a la hora de disear uncircuito. La forma de conseguir esto es sencilla:"la integracin de muchos dispositivos en unosolo". Internamente estn conformados por ungran nmero de transistores, incluso por miles deellos, y diodos especialmente caracterizados para trabajar en conjunto.

Resistencias

Son elementos indispensables dentro del mundoelectrnico. Ofrecen oposicin al paso de loselectrones, lo que permite emplearlos para

polarizar otros dispositivos tales como lostransistores, adems de permitir controlar el flujode electrones a travs del circuito. Sus bandas decolores permiten conocer su valor implcito ascomo su rango de error o tolerancia a la variacin

de su valor. Existen del tipo fijo, y variables.Condensadores


4/73

Aparecen con relativa regularidad en cualquiercircuito electrnico. Son algo ms complejos quelas resistencias en su modo de operacin, ya que,

para empezar, no les da igual el tipo de tensin

con la que trabajen; modifican su carcter segnles toque operar con tensiones alternas ocontinuas. Tambin suelen venir en coloresaunque no con tanta frecuencia como lasresistencias. Existe un tipo espacial dentro delgrupo de los condensadores que responde alnombre de "condensadores electrolticos". Para diferenciarse del resto suelen poseer unencapsulado azul o negro y ciertas inscripciones tales como "+" y "-", adems de suvalor.

Bobinas

Son, las ms fciles de identificar por su aspectode hilo de cobre enrollado, todas ellas poseen unainvisible capa de laca aislante y transparente queles preserva tanto del medio ambiente como deincmodos roces entre espiras continuas. Quequ es una espira? Pues baste indicar aqu quecada una de las vueltas que hace el hilo de cobreesmaltado, es su correcta denominacin, paraconformar la bobina es una espira.. Dentro de lagrupo de las bobinas existe tambin una ciertaclasificacin: las ms simples de las bobinas dan vueltas sobre un ncleo central de aire,mientras que las mas complejas cuentan con ncleos especializados, por ejemplo, unomuy comn llamado ferrita, que les permiten modificar sus caractersticas fcilmente yrealizar su trabajo en el circuito con menor esfuerzo.

Transformadores

Son un tipo especializado de bobinas. No cabeduda de que el trabajo desarrollado por estos noes nada despreciable, pero el transformador no es

ms que la unin de dos o ms bobinasindependientes. Su funcin es de suma utilidad:tomar una tensin primaria y entregarnos acambio otra tensin que se adapte a la requerida

para el funcionamiento de un circuito. Suscondiciones de trabajo obligan a este grupo de

bobinas a contar con un ncleo de cierta robustezdenominado "armadura". Su aspecto cuadrado y macizo permite que identifiquemosfcilmente al transformador.

Interruptores, conmutadores y pulsadores


5/73

Cmo no incluir en este grupo de componenteselectrnicos a todo el conjunto de dispositivosque, sin ser propiamente electrnicos nos

permiten interrelacionarnos con ese mundo y,aun disminuyendo de tamao y aumentando sus

prestaciones, son totalmente imprescindibles.Cualquier circuito que se precie deberofrecernos algn que otro pulsador, interruptor osimilar para el control de accionamiento uoperacin, por lo menos hasta que los montajesaccionados por la voz humana estn a la ordendel da.

Circuitos impresos

Los circuitos impresos no pueden ser

considerados estrictamente como componenteselectrnicos, ms bien pertenecen al grupo de lossoportes, es decir, al conjunto de accesoriosnecesarios para que los verdaderos dispositivos,operen. Cmo reconocer al circuito impreso,

pues muy sencillo: no tenemos ms que observarla superficie donde los componentes estnmontados. Dicha superficie aparece surcada pornumerosas lneas de cobre -las pistas del mismo-y contiene multitud de pequeos orificios de bordes plateados que estn predestinados aservir de alojamiento para conexin y soldadura a las patillas de los componentes.

Unin de componentes

Es claro que con solo conocer las piezas quecomponen nuestros circuitos electrnicos notendremos suficientes datos como para poderiniciar una puesta en marcha de cualquierdispositivo, por sencillo que este sea. Para poderrealizar esto deberemos conocer no solocomponentes bsicos de un circuito sino tambin

la funcin a realizar por cada uno de ellos, esdecir, las normas y leyes electrnicas que rigensu funcionamiento.

Conocer bsicamente la Ley de Ohm o los diferentes tipos de conjuntos circuitales sernpara nosotros el xito o fracaso de nuestros circuitos. Las diferentes funcionesinvolucradas es nuestro diseo responden a nombres tales como: amplificador, oscilador,comparador, multiplexador, fuente de alimentacin, etc., podremos conocerlos una vezconocidos los componentes, y los bloques que pueden constituir cada uno de ellos,

podremos enlazar dichos bloques para formar circuitos de mayor envergadura.

Para resumir un poco los conceptos explicados hasta ahora nos conformaremos conindicar que todo circuito electrnico, por complejo que pudiera parecernos, puede ser


6/73

descompuesto en bloques bien diferenciados de forma que podamos analizarlo de unamanera bastante sencilla. Si, adems, conocemos los elementos que constituyen cada unode los componentes podremos analizar en detalle cada uno de los bloques que forman elcircuito total. Esto nos permitir analizar, reparar, modificar y, por qu no, mejorar uncircuito dado.

LA LEY DE OHMUna vez acotado el campo deactuacin de la electrnica, ha llegadoel momento de establecer dentro dedicho campo ciertas normas y definirciertas "medidas" que todocomponente deber cumplir.Matemticamente la frmula

expuesta, permite obtener un valordesconocido a partir de dos valoresconocidos de un circuito elctrico,con un simple artificio de despeje defrmulas.

Es hora de organizar a nuestros componentes y, nada mejor para ello, que recurrir alarbitrio de un ente imparcial y cuya solvencia no deje lugar a dudas. El conjunto de

parmetros que podemos estipular dentro del conjunto de componentes ya descritoresponder al claro nombre de "magnitudes elctricas".

Siempre en electrnica deberemoshacer frente a palabras tales como:intensidad, ohmio, impedancia,capacidad, henrios, faradios y dems.

La forma en que la electricidadcircula por los diversos componenteselectrnicos de nuestros montajesmotiva la aparicin de diferentes efectos, tantos como componentes diferentes tengamos.Dichos efectos tienen nombres como: tensin intensidad, resistencia, capacidad,

induccin, conduccin, etc.La forma en que los eficientes medidores electrnicos conocidos como polmetros o

multmetros tasan dichos efectos hace que por cada uno de ellos se cree una magnitud(medida) asociada. Dichas magnitudes reciben nombres tales como ohmio (abreviadocomo ), voltio, faradio, amperio, henrio, etc.

Corriente y tensin

La forma ms sencilla de adentrarnos en el campo de las magnitudes electrnicas es con

el elemento ms sencillo, la resistencia, y su magnitud asociada, el ohmio. Para ello


7/73

veremos primero los conceptos de tensin y corriente, lo suficiente como para poderempezar a estudiar rpidamente un componente electrnico.

Como su propio nombre indica, laresistencia realiza una funcin clara ante

la presencia de una corriente elctrica.Dicha corriente es la producida por unadiferencia de potencial o tensinelctrica. Todos tenemos una ideaintuitiva de la presencia de la electricidaden nuestras vidas, aunque sea esta un entetotalmente invisible. Para explicarla baste

por ahora indicar lo siguiente: todamateria est constituida por un conjunto de partculas denominadas electrones, protones,etc. Imaginemos ahora la existencia de dos materiales cuyas caractersticas elctricasdifieran lo suficiente.

Si nos imaginamos dicha pila como punto de partida podemos intuir ya que, encondiciones normales, esto es, con la pila cargada, los dos extremos (o polos) de la mismaestn cargados con diferente tipo de electricidad. A este tipo de "carga" le podemosasociar sin problemas el nombre de "potencial elctrico". Si los dos polos de la pila quenos sirve de ejemplo estn "cargados" a diferentes cantidades de electricidad (o

potenciales) podemos decir que entre los dos extremos (polos) de la pila (o batera)tenemos diferentes cantidades de electricidad o, como se conoce ms habitualmente,tenemos una diferencia de potencial.

El concepto de "diferencia de potencial" o voltaje es de suma importancia en todo procesoelectrnico. Podramos decir que la diferencia de potencial es la "base de todas lasmagnitudes"; a la diferencia de potencial se le han puesto otros motes tales como tensin,voltaje, etc., pero, en definitiva, siempre se trata de establecer el mismo hecho.

El voltaje es la diferencia de potencial existente entre dos puntos de un circuito oelemento (este puede ser una pila o un acumulador), o la fuerza electromotriz aplicada alcircuito que provocar el movimiento de los electrones.

Debemos aclarar ahora mismo a qu se debe el movimiento de electrones. Hay dos

motivos fundamentales: de un lado est el hecho de que los dos polos de la pila estn adiferente potencial; simplificando, electrones que le sobran a un polo le faltan al otro. El


8/73

otro motivo es que no hemos unido los bornes de la pila con un material cualquiera sinocon uno de tipo conductor, o sea, con electrones dispuestos a "moverse". Pues bien, alfenmeno del movimiento de electrones que acabamos de describir de esta forma tansencilla la electrnica le asocia un nombre: "corriente elctrica, resumiendo, la corrienteelctrica es el flujo de electrones a travs de un conductos o un circuito elctrico.

Antes de seguir con las funciones dentro de la electrnica debemos conocer otra "regla"muy utilizada en el tema: la forma de representar los circuitos electrnicos. Dicha formaes la que los tcnicos denominan "esquemas electrnicos" o "diagramas electrnicos".

Si queremos representar una bateraen forma esquemtica deberemosrecurrir al smbolo asociado a dicha

batera. Los hilos conductores suelenrepresentarse por lneas simples,mientras que el resto de los

componentes electrnicos tienensmbolos diferentes.

En el ilustracin correspondientepodemos ver una pila -por su smbolo ms conocido, la misma pila conectada por unconductor (esto se conoce como cortocircuitada) y una pila entre cuyos extremos se haintercalado una resistencia. Existen varios smbolos para cada componente electrnico.

Nosotros intentaremos utilizar siempre los ms sencillos e intuitivos. La diferencia depotencial en bornes de una pila se denota por el diferente tamao de los dos bornesrepresentados. La corriente elctrica tambin suele representarse, casi siempre, en formade flecha que discurre paralelamente al conductor donde fluye la misma

Ahora vamos a dar paso al primero de loacomponentes electrnicos: la resistenciaelctrica. Como su nombre lo indica parececlaro que la resistencia no est dispuesta comoel hilo "conductor" a permitir la circulacin decorriente elctrica. Existen muchas y variadasresistencias (con variados colores). Esto nos

puede dar una pista ya sobre las diferencias de"caracteres" entre unas resistencias y otras.

Unas dejan pasar bastante bien la corrienteelctrica, mientras que otras se "resisten" unpoco ms. Explicados ciertos "papeles" electrnicos (tensin, corriente, resistencia)vamos ahora a ver en que basan sus medidas y "crticas" los polmetros y el resto demedidores electrnicos, o sea, las MAGNITUDES en que se pueden cuantificar o medirlas acciones realizadas por los diferentes componentes electrnicos.


9/73


10/73

a un cierto campo magntico. Dicho campo magntico es funcin de la corriente que locrea, la cual viene dada directamente por la magnitud a medir por nuestro polmetro.

Los polmetros ms modernos son los denominados digitales y se pueden reconocer asimple vista porque su indicacin viene dada en forma numrica sobre un visualizador. El

tipo ms comn de los visualizadores - tambin llamado DISPLAY- es el conocido comoLCD o "display de cristal lquido".

Como ya hemos observado antes, por medio del polmetro podemos controlar -o msexactamente, medirlas diferentes magnitudes elctricas. Si nos fijamos en el medidor deaguja podemos ver que posee diferentes graduaciones sobre el fondo en que se muevedicha aguja. Tales graduaciones responden comnmente al nombre de "escalas" demedida. Por ejemplo, podemos observar que una de las escalas posee en uno de susextremos la inicial "V". Dicha escala nos permitir tomar medidas de tensindirectamente en voltios. La escala serigrafiada con una "A" (o bien con "mA.") nos sirve

para medir corrientes elctricas en su unidad asociada, es decir, el amperio (o, comoveremos ms adelante, en su unidad derivada: el miliamperio o mA.

La medida de otros parmetros relacionados con la electrnica tambin es posible.Podemos medir, si as lo deseamos, la resistencia elctrica. Para ello haremos uso de laescala etiquetada como "" y cuya unidad, como ya hemos indicado, es el ohmio.

CORRIENTE ALTERNA Y CORRIENTE CONTINUA

El trmino ingls AC/DC son las abreviaturasinglesas que corresponde a las espaolas deCorriente Alterna y Corriente Continua. Eningls corriente alterna es AC (Alternating

Current) y corriente continua es DC (DirectCurrent), pero vamos a adentrarnos ahora en susignificado tcnico.

Pese a la diversidad de aparatos elctricoselectrnicos que pululan por el mundo todosellos poseen un punto de encuentro: precisan deenerga elctrica para ser alimentados. Como yasabemos, la electricidad no es ms que una forma deenerga cuya presencia puede obtenerse por diversos

procedimientos; si los enumerramos, y el tema se diera

por finalizado, sin duda estaramos ante un sencillocaptulo de los que engloba esta obra, pero no, no. El


11/73

destino vuelve a complicar las cosas y estamos ante la coexistencia de dos tipos deenerga elctrica de diferentes caractersticas. Como ya habremos deducido, al leer laintroduccin de estas lneas, los dos tipos de energa en los que podemos subdividir laenerga elctrica responden a las denominaciones Corriente continua y Corriente alterna(para abreviar CC y CA).

La forma y fuentes de obtencin de los dos tipos de corriente difieren apreciablemente. Amodo de introduccin podemos citar como fuentes con presencia de corriente de tipoalterna las siguientes: La torreta de la luz que pasa por el barrio. El enchufe que tenemosen la pared de casa. La toma de salida de un transformador: Los bornes de conexin de unalternador.

Mientras que, como puntos de origen de una corriente continua, podemos citar: Losbornes de una pila. La salida de una dinamo (generador de CC). La alimentacin debatera de un coche. Las conexiones de un acumulador o pila recargable.

Generacin de corriente. Tensin y frecuencia.

La obtencin de energa elctrica conllevadiversos mtodos. La transformacin deotros tipos de energa en energa elctricaes el mtodo ms usual. Entre los

procedimientos utilizados podemosdestacar los qumicos, mecnicos, trmicos,nucleares, elicos, solares, etc. Pero, paracomenzar con uno de ellos, hablaremos delms extendido y, a la vez, ms sencillo: lageneracin de corriente de tipo alterna a

partir de una conversin mecnico-elctrica.

Este es el caso de las centrales de generacin situadas en grandes presas. La fuerzaprocedente de la liberacin del agua se utiliza para mover enormes turbinas que, a su vez,accionan potentes generadores de energa elctrica. Para facilitar su entendimiento,debemos imaginar un motor elctrico trabajando en modo reversible, esto es, a un motorelctrico se le suministra energa elctrica y este genera, mediante su giro, energa de tipomecnico. Si partimos de la hiptesis de que dicho motor pudiera funcionar en modo

inverso, esto es, reversible, suministraramos al mismo una cierta cantidad de energamecnica (girando su eje de algn modo) y nos entregara en sus bornes una tensindeterminada (energa elctrica). Aproximadamente, esto es lo que ocurre en losgeneradores de las centrales elctricas. Se toma una cantidad ingente de energaalmacenada (agua en el caso de una presa) y se conduce de forma que accione ciertasturbinas que son solidarias al eje de los generadores elctricos. Nos creemos ya que en lasalida de dichos generadores se obtiene la energa elctrica buscada pero cmo operanestos generadores internamente?

En la ilustracin podemos ver una espirade hilo situada en el centro de un campo

magntico (representado por los imanesetiquetados como "N" y "S") la cual se


12/73

supone que es la representacin simplificada de un buen nmero de espiras (al conjuntode todas las que tiene un motor o un generador se le denomina bobinado). Tenemos queexplicar ahora lo que sucede en la espira de hilo al hacer girar esta dentro de un campomagntico. El campo magntico que atraviesa la espira mvil de hilo conductor originaque en los extremos de la misma se produzca una diferencia de potencial (o tensin

elctrica).

Como quiera que los extremos de dicha espira se conecten a un par de anillos circularesque se sitan sobre el eje del generador, tendremos entre ambos un voltaje determinado.La forma en que conseguimos acceder a dicha tensin es conectando un par de hilosconductores a los anillos de salida. Para ello tendremos que utilizar algn mtodo deconexin a los mismos y que sea tambin conductor. Estamos hablando de las escobillas,que son conductoras y, mediante cierta presin mecnica, aseguran la perfecta unin entrelos anillos de salida circulares y los cables que transportan la electricidad de salida.

En el caso de los generadores reales la espira es un bobinado (ms o menos complejo)

conectado a un par de escobillas (o a un sistema de ellas) y su salida suele ser de unatensin bastante elevada. Hay un punto que no puede pasarnos desapercibido en el

proceso "ideal" descrito y este es el carcter VARIABLE del campo magntico inducido.Como parece lgico, la tensin presente en los extremos de la espira (o del bobinado),situada en el interior del citado campo, no es siempre de igual magnitud, ya que estadepender de la superficie de la espira que sea atravesada por el citado campo magntico.De aqu podemos deducir ya que la tensin en bornes del bobinado del generador no es denaturaleza estable sino que sufre variaciones alternas (vara su polaridad si tenemos encuenta el nivel de seal correspondiente al valor cero) directamente proporcionales lapsode tiempo a la velocidad que se mueva (gire) la espira dentro del campo magntico. Deah que este tipo de corriente se denomine corriente alterna.

Si estuviramos en presencia de una tensin de carcter continuo el valor presente detensin sera estable, mientras que en el caso de la tensin obtenida del generador descritoobtenemos una tensin variable en el tiempo.

En un eje de coordenadas de la tensin de tipo continua no ofrece ninguna dificultad: setrata de una lnea continua paralela al eje de abscisas (lnea de coordenada horizontal).Pero, cuando se trata de la tensin alterna, la cosa cambia. En una de las ilustracionesadjuntas podemos ver formas de onda (tipos) de seales. Dichas seales podranrepresentar sin problema a representaciones grficas de tensiones dadas. La seal

etiquetada como tipo (b) responde a una forma de onda sinusoidal. La representacin deuna tensin alterna responde exactamente a este tipo de grfica. Como podemos ver, latensin vale cero en un instante dado (ninguna lnea de campo magntico atraviesa laespira) hasta tomar un valor mximo (el punto en que la espira es atravesada por el mayornmero posible de lneas magnticas). Entre estos dos valores existe una variacin delvalor real de tensin que se corresponde con las diferentes posiciones intermedias de laespira.

Una vez que la espira ha pasado de estar en posicin vertical a posicin horizontal (valorde tensin mxima) la espira contina con su giro; pero esta vez, y debido a la simetra dela construccin del generador, se pasa a valores decrecientes de tensin, hasta llegar a

valer cero de nuevo.


13/73

Debido al sentido de circulacin, tanto del campo elctrico como del magntico, en laespira estudiada, al seguir esta girando (habamos llegado a los 180 grados de rotacin) seorigina una tensin creciente pero de sentido (o polaridad) inverso a la anterior.

La suma de seales de los continuos giros de la espira originan la seal de tensin alterna

descrita. Ha llegado el momento de explicar una nueva unidad electrnica ya que,adems, a la idoneidad del momento se une la "necesidad" de hacerlo; se trata del Hercio.Para definir esta unidad, slo tenemos que fijarnos en que las variaciones del valor detensin cambian a un ritmo constante. Cada cierto periodo de tiempo se origina unarepeticin de la seal. De aqu podemos deducir que estamos en presencia de una sealcuya variacin se da cada cierto PERIODO de tiempo o, lo que es igual, que la seal detensin vara con una FRECUENCIA dada.

Al nmero de veces que la seal se repite durante unsegundo se le asocia la magnitud "Frecuencia". Latensin de red, esto es, la que hay en nuestros

hogares, vara a una frecuencia de 60 veces porsegundo. A la unidad de medida de la frecuencia sele denomina Hercio o, para abreviar, Hz.

Existe una relacin lineal entre la frecuencia de unaseal elctrica y el periodo de la misma. Siobservamos en la ilustracin podemos ver que el

periodo (representado por la letra T) se mide en elsentido de evolucin de la variacin de la citada seal, de donde se deduce que el periodose mide en unidades de tiempo. La misma figura nos ilustra la relacin existente entrefrecuencia y periodo: una es la inversa de la otra o, dicho de otro modo, F = 1/T.Al tiempo transcurrido entre el comienzo y final de una seal variable se le denomina

periodo y, como es lgico, al transcurrido en la mitad de dicha seal, semiperiodo. Latensin de red de la mayora de los hogares europeos tiene una frecuencia de 50 Hz, estoes, se repite peridicamente en forma sinusoidal 50 veces por segundo y su periodo es,

por lo tanto, de 1/50 segundos.

Generacin de corriente contnua.

Aunque la forma de generar corriente elctrica, descrita arriba, sea una de las ms

extendidas, existen otras tambin de amplia difusin. Por ejemplo, a la hora de generarcorriente continua se suele recurrir a las pilas elctricas o a un tipo especial de generadordenominado "dinamo".


14/73

La manera ms amplia de difusin de energa elctrica de la denominada continua es atravs de las pilas y acumuladores recargables. Las pilas responden a un efecto de tipoqumico. El funcionamiento resumido de una pila elctrica es el siguiente: Tomamos dos

barras de elementos qumicos diferentes como, por ejemplo, el carbn y el zinc, y los

sumergimos en una solucin de agua y cido sulfrico. Dado que el cido ataca al zinc, deuna forma ms rpida a como lo hace con el carbn, se origina entre estos dos materialesuna diferencia de potencial. Dicho montaje constituye la base de una pila elctrica. Paradenominar a las dos barras se utiliza la denominacin de "electrodos", mientras que lasolucin acuosa donde estos se sumergen se denomina electrolito".

Existen generadores qumicos llamados "pilas"que tienen una vida limitada. En el que

presentamos, la conexin en los electrodos(bornes) de la pila de un circuito a alimentar se

produce una corriente de electrones entre el

polo negativo (Zinc) y el positivo (Carbn) atravs del circuito alimentado; a continuacin,los electrodos retornan a la barra de zinc atravs de la solucin cida. Cuando el electrodode zinc queda completamente corrodo por la accin del cido, la pila ha llegado al finalde su vida.

Dentro de las pilas de vida limitada destaca la pila seca o "Leclanch", la cual aporta unaventaja definitiva a las anteriormente comentadas ya que, en vez de utilizar una disolucinlquida como electrolito, usa una pasta que realiza las mismas funciones. Todo ello, unidoal hecho de que la pila est completamente sellada, ha contribuido a su masiva utilizacin.

En las pilas secas se utiliza un cilindro contenedor de zinc, el cual aloja en su interior unabarrita de cobre que desempea el papel de polo positivo de la misma. La tensin quesuelen ofrecer este tipo de pilas es de 1,5 voltios. Existen pilas de tensiones mayores queno son sino un conjunto de pilas de 1,5 V empaquetadas en un mismo encapsulado.ltimamente, el aumento del consumo y una mayor miniaturizacin de los diferentesequipos y dispositivos electrnicos que se alimentan a CC han forzado la aparicin denuevos tipos de pila, de entre los que podemos destacar las pilas Mercury y las de tipoalcalino. Las pilas Mercury se conocen popularmente como pilas "botn" debido a queguarda cierta similitud con este objeto, en cuanto a forma y tamao. Adems de su

pequeo tamao, la caracterstica ms interesante de estas pilas es poder suministrar unatensin mucho ms constante y una intensidad entre 4 y 7 veces superior al tipoLeclanch. Asimismo, sealaremos que funcionan a partir de una mezcla de xido demercurio y carbn contenidos en un encapsulado de hierro.


15/73

Las pilas alcalinas operan con una mezcla de zinc y bixido de manganeso y su eficienciaen circuitos de elevado consumo es sensiblemente superior a los otros tipos. Respecto ala utilizacin de generadores de CC podemos destacar la dinamo, nombre bajo el que seengloba un tipo de generador de tensin del tipo "conversin mecnica elctrica y que, en

la prctica, se asemeja bastante al generador de CA antes descrito.

En la prctica, tal y como suceda tambin con los generadores de CA, no se trabaja conuna espira sino con un buen nmero de ellas. Al conjunto de espiras se le denomina

bobinado, y si este se sita en la parte rotatoria del generador se dice que la dinamo es deltipo de rotor bobinado. El campo magntico inductor estator puede ser de imanes fijos o

bien tambin del tipo bobinado. La salida del bobinado se hace llegar a un conjunto deconexiones, situadas en el eje del generador, denominadas "delgas". Al conjunto deconexiones giratorias, sobre el que rozarn las escobillas, se le conoce como colector dedelgas. La seal obtenida en la salida del generador de CC se asemeja a la de clase (d), dela representacin de seales tipo adjunta. Como vemos, se trata de una tensin continua,

en el sentido de que no vara de polaridad, pero pulsatoria.

COMPONENTES ELECTRNICOS EN CORRIENTE ALTERNA

La corriente alterna es algo mscompleja a la hora de trabajar con loscomponentes electrnicos.Estudiaremos la reaccin de loscomponentes denominados "pasivos"cuando actan en circuitosalimentados con corriente alterna. Lacorriente alterna, como se ha vistoanteriormente, es aquella que varasu polaridad de forma regular. No debemos confundir la corriente alterna con la corriente

pulsatoria. Esta ltima puede responder a una forma no muy constante pero no vara supolaridad de forma alterna.

El componente ms pasivo que hemos visto hasta ahora es, sin duda, la resistencia, ya quelas variaciones de polaridad no influyen demasiado en el comportamiento electrnico dela misma.

No podemos hablar de efectos deresistencia, inductancia y capacidadpuros, sino ms bien de efectossimultneos. A la hora deenfrentarnos a la corriente alternatenemos que empezar a considerar seriamente que una bobina no es solo una inductanciasino que tambin posee cierta cantidad de resistencia hmica. Por esta razn, y a partir deahora, cuando veamos una "L" en un circuito debemos pensar que estamos ante uncomponentes que en realidad debe representarse como "L+R".


16/73

El mismo criterio rige para loscondensadores. Cada vez quetengamos un condensador debemosacostumbrarnos a ver un "C+R

Para circuitos de corriente alterna, a la resistencia que ofrece un condensador al paso de lacorriente elctrica se le denomina "reactancia capacitiva", mientras que a la resistenciaque ofrece una bobina a la CA se le denomina "reactancia inductiva". Su representacines, respectivamente, Xc y Xl.

Grfica de corriente alterna

A pesar de que ya hemos comentadola semejanza que hay entre la formaque adquiere la tensin alterna y unacurva de forma sinusoidal, es hora de

explicar el porqu de esta forma derepresentarla. La tensin -la llamamostensin- alterna invierte su posicingrfica, es decir, su polaridad real,cambiando de signo de forma

peridica (alterna). La senoide querepresenta est tensin puededibujarse tomando como referencia las posiciones de un vector que gira recorriendo unacircunferencia. El valor "T" ser el del valor instantneo de la tensin. Al efectuar elrecorrido completo, esto es, los 360 grados se produce la disminucin, paso por cero,disminucin, valor mximo negativo, aumento y, pasando de nuevo por cero, la llegada al

punto de partida (90 grados), donde el valor vuelve a ser mximo y de valor positivo.

Si trasladamos, grficamente, estos valores al eje de tiempo (o de grados rotados)podemos observar la forma sinusoidal que se suele identificar como corriente alterna.

Concepto de fase

En la ilustracin podemos ver(A) una resistencia (pura)alimentada a partir de una

corriente alterna. En el sistemavectorial (C) se muestran losvectores que asociamos a unatensin dada (V) y a unaintensidad existente en el circuito (I). El hecho de que ambos vectores se dibujen unosobre otro sirve para indicarnos que "en un circuito resistivo puro alimentado por unacorriente alterna la tensin y la corriente estn en fase".

El esquema de seales (B) nos puede dar una idea ms clara del concepto. Como vemos,ambas seales, tensin e intensidad, son de magnitud diferente e igual frecuencia y,adems, evolucionan en el sentido del tiempo de forma sincronizada, esto es, en fase.

Todo ello se puede entender mejor con solo observar que parten de cero y pasan por cero


17/73

(se entiende valor cero) en el mismo instante y, adems, alcanzan sus respectivosmximos y mnimos tambin en idntico momento.

En la figura vemos ver dos seales -S1 y S2- quetambin pasan por cero de forma simultnea y son de

idntica frecuencia pero, a diferencia de lo que ocurracon las anteriores, cuando una alcanza su valor mximola otra llega a su respectivo mnimo, y viceversa. De estetipo de seales se puede decir que son de diferentemagnitud (sus respectivos mximos difieren), idnticafrecuencia y no estn en fase, es decir, las seales estndesfasadas entre s.

El desfase entre dos seales sepuede medir. La unidad que se

utiliza para ello suele ser elgrado. En la figura podemos vertres seales cuya fase esdiferente. En (A) las dos sealesestn desfasadas 90 grados: la

posicin relativa de una de ellas con respecto a la misma posicin en la otra se datranscurridos 90 grados. En (B) las dos seales estn desfasadas 180 grados, una esmxima cuando la otra alcanza su valor mnimo. Por ltimo, en la figura (C) vemos dosseales en fase donde tanto sus mximos y mnimos como el paso por el valor cerosuceden en el mismo instante.

Inductancia y resistencia en corriente alterna

Si a un generador de corrientealterna le conectamos una bobina enserie no podremos estudiarla deforma coherente si consideramos aesta como inductancia pura. Lailustracin nos permite ver cmo

podra ser el esquema dedistribucin de las seales V e I en

el caso de que la bobina dibujada secomportara como una inductancia pura. Esto no es tan estricto en la prctica pero nossirve para afirmar que en todo circuito de carcter inductivo la corriente est retrasada conrespecto a la tensin.

En el caso comentado, inductancia pura, se origina un desfase de 90 grados entre latensin (V) y la intensidad (I). Esta ltima puede calcularse con la Frmula de Ohm perosustituyendo la "R" por la "Xl", es decir, la resistencia por la reactancia inductivaanteriormente comentada. El valor de la reactancia inductiva depende tanto de lafrecuencia que ataca a la bobina como de la inductancia de la misma. La frmula ser:

I = V/(2fL) = V/(L)donde:


18/73

I = intensidadV = tensinf = frecuencia (hercios)L = inductancia (henrios)

se suele simplificar el producto "2** f" por " ". A la expresin " " se le denominapulsacin. La reactancia inductiva aumenta con la frecuencia. Si consideramos un circuitode alterna en el que tengamos colocados en serie una resistencia y una bobina, yaplicamos la base de la Ley de Ohm, podemos deducir que la intensidad que atraviesaambos componentes ser de igual magnitud, tal y como ocurra con los circuitos serie decontinua, pero al trabajar con alterna el clculo de las cadas de tensin en cadacomponente deber hacerse atendiendo al tipo resistivo, capacitivo, inductivo, etc.

En el circuito de la figura se puedever la resistencia y la bobina que son

alimentadas por la fuente decorriente alterna. Tambin podemosapreciar el desfase existente encadas de tensin entre uno y otrocomponente. Debido a que lastensiones en bornes de cadacomponente se pueden calcular, porla Ley de Ohm, aplicando que V = I* R, y a que las intensidades que circulan por bobina y resistencia estn desfasadas entres 90 grados, la nica forma de calcular la tensin total que alimenta el circuito serie esaplicando la representacin vectorial que vemos en la figura y calculando con la frmula

pitagrica tambin indicada el valor de Vca. Debido a que toda bobina "real" no puedeconsiderarse pura, se hace necesario definir un nuevo parmetro que englobe laresistencia debida al componente resistivo, valga la redundancia, de la bobina y elcomponente de resistencia debido a la caracterstica inductiva de la misma. Este nuevo

parmetro es la impedancia.

La forma de representar en los circuitos electrnicos la magnituddescrita es con la letra "Z". Su unidad de medida es tambin elohmio y, al igual que ocurre con otras magnitudes sometidas a lacorriente alterna, su clculo requiere que apliquemos de nuevo la

representacin vectorial.En el esquema correspondiente vemos la representacin

vectorial de la impedancia (Z) que, como podemos comprobar, seobtiene de la suma vectorial de R y Xl. Tambin podemoscomprobar la frmula a aplicar para su clculo, la cual es meraaplicacin de la trigonometra ms clsica.

Otra posibilidad que nos encontramos en las diferentes combinaciones de resistencia ybobina es la de que ambas estn conectadas en paralelo a una fuente de tensin alterna.


19/73

En la figura correspondientepodemos observar que la intensidadque llega al "nudo" de donde partenambas ramas se bifurca en dosintensidades distintas -al igual que

nos ocurra con circuitos paralelo enCC-, pero esta vez la intensidad totalque circula por ambas ramas no estan sencilla de calcular. Para ellotendremos que recurrir, de nuevo, ala representacin vectorial y a la suma trigonomtrica. Como podemos ver, la intensidadque circula por la rama resistiva pura (IR) est en fase con la tensin, pero la intensidadque recorre la bobina (IL) est, como hemos indicado, atrasada con respecto a la tensin(en el supuesto partimos de la idea de que la bobina es una inductancia pura, esto es, sinresistencia, por lo que el comentado desfase o retraso ser de 90 grados).

Capacidad en corriente alterna.

Como ocurre con las bobinas, loscondensadores tambin presentanespeciales caractersticas al trabajaren corriente alterna. En lailustracin podemos observar cmoevolucionan la intensidad y latensin alterna al ponerse encontacto con la CA.Como ocurre con las bobinas se origina un desfase de 90 grados entre tensin e intensidad

pero, a diferencia de lo que ocurra con aqullas, en este caso es la corriente (I) la que estadelantada con respecto a la tensin (V). En el esquema vectorial podemos ver larepresentacin grfica de este desfase que, si la capacidad es pura, si no ofrece resistenciaalguna, ser de 90 grados.

La resistencia que ofrece el condensador se puede calcular tal y como hemos explicado enel caso de las bobinas, es decir, calcularemos la impedancia que ofrece el citadocondensador. La frmula a emplear es igual a la usada para calcular la "Z" de un circuitoinductivo pero utilizando la reactancia capacitiva en lugar de la inductiva, esto es,sustituiremos Xl por Xc.

El comportamiento de la tensin y laintensidad en un circuito capacitivo lo

podemos iniciar estudiando el caso deuna resistencia y un condensadorconectados en serie. Las cadas detensin (c.d.t.) que tendremos en elcondensador y de la resistencia estandesfasadas los conocidos 90 grados.Para calcular la tensin totaldeberemos hacer uso del clculo vectorial. Como vemos, la tensin que cae en la

resistencia se encuentra en fase con la intensidad y, por el contrario, la tensin que cae en


20/73

el condensador est desfasada 90 grados con respecto a la anterior. Podemos comprobarque se cumple el retraso de V respecto a I

Otra forma de conectar y estudiar unconjunto de resistencia y condensador

en montaje paralelo. En la figurapodemos ver la representacin grficadel desfase que se origina entreintensidades en este circuito. Laintensidad total It se calcularmediante la suma vectorial de laintensidad que circula por laresistencia y la que circula por el condensador. Como sabemos la circulacin a travs delcondensador no es tal ya que si recordamos el comportamiento de los condensadores enCC estos no hacen sino cargarse a un determinado potencial. El cambio constante desentido de la corriente inherente a la CA hace que el condensador desarrolle ciclos de

carga y descarga continuos, lo cual en efecto es una circulacin de electrones.

De lo visto hasta el momento podemos sacar unas conclusiones bastante claras que nosayudarn posteriormente a "simplificar", por as decirlo, todos los circuitos que combinenelementos R, L y C. He aqu las conclusiones mencionadas:

En una resistencia conectada a una fuente de voltaje de tipo alterno la cada de tensin ensus extremos estar en fase con la corriente.

En una inductancia conectada a fuente de voltaje de tipo alterno la cada de tensin en susextremos estar 90 grados en desfase (adelanto) con respecto a la corriente.En un condensador conectado a una fuente de voltaje de tipo alterno la cada de tensinen sus extremos estar 90 grados en desfase (retraso) con respecto a la corriente.

Teora sobre circuitos L-R-C

Los circuitos que combinan elementos resistivos, capacitivos y resistivos -casi todos loscircuitos electrnicos prcticos se basan en estos componentes principales- se resuelvenaplicando combinaciones de las frmulas anteriormente descritas. En la prctica, la Leyde Ohm no puede utilizarse con precisin en circuitos de corriente alterna. Es por ello por

lo que debemos hacer uso de representaciones y clculos de tipo vectorial como losanteriormente descritos.

Para calcular, la intensidad en un circuito serie LRC partimos primeramente del supuestodel circuito LC anteriormente explicado. Si colocamos en serie una resistencia de, porejemplo, 3 ohmios con una bobina cuya Xl sea de 4 ohmios, y alimentamos el circuito auna tensin de 100 V, slo hay que aplicar las frmulas descritas y llegaremos a laconclusin:

Vt = Vr + Vl ===> (100) = (I*3) + (I*4) = I*(25) ===> I = 10000/25 ===>

I = 20 A


21/73

Con una resistencia de 3 ohmios, una bobina de 4 ohmios y un condensador de 5 ohmiosaplicamos el clculo trigonomtrico y comprobamos que el adelanto de la bobina secompensa con el retraso del condensador y, para realizar el clculo de la intensidad quecircula, deberemos sumar los vectores debidos a induccin y capacidad, los cuales son deidntica direccin pero de sentido inverso, es decir, estn en oposicin. La tensin

reactiva ser la debida a los componentes desfasadores incluidos. En este caso esta es Xc-X1 = 5-4 = 1 ohmio. Como vemos, el circuito resultante ser de tipo capacitivo alprevalecer dicho efecto al inductivo.

La intensidad circulante ser entonces funcin de la R y la X (reactancia resultante.Aplicamos frmulas y tenemos

V = (I*R) + (I*X) ===> (100) = (I*3) + (I*1) ===> (100) = I*(9) ===>

I = 10000/9 ===> I = 33,3 A

LOS COMPONENTES EN CC

Una vez conocido los elementos que"actan" en la electrnica su primera"representacin" ser en la CorrienteContinua.

El enunciado de la Ley de Ohm, nosperseguir durante toda nuestra vida deaficin al mundo electrnico. Para no

pasar de hoy mismo sin conocer a fondoeste asunto, vamos a hacer un alto lodems, imprescindible en el camino a fin de describir este tema detalladamente.

En el siglo XIX, el fsico alemn George S. Ohm se ocup de investigar la relacin deproporcionalidad existente entre la corriente elctrica (I) y la tensin (V). Dicha relacinse demostr como lineal en aplicaciones donde se utilizar la corriente continua. En elao 1826 public los resultados de sus experimentaciones.

La Ley de Ohm se aplica de forma sencilla a los

circuitos bsicos de CC y a todos los dispositivos queempleen esta corriente.

La unidad de resistencia elctrica se denomina ohmio,en honor del mencionado investigador. Larepresentacin de la misma se realiza con la letragriega "omega" (). La definicin formal de la Ley deOhm viene a expresarse as:

"La intensidad de la corriente presente en un circuito elctrico es igual a la tensin enextremos del mismo dividida por su resistencia".


22/73

Las unidades manejadas para que la citada frmula se cumpla son: la tensin (V)expresada en voltios, la corriente elctrica (I) en amperios y la resistencia elctrica (R) enohmios.

La forma en que la Ley de Ohm se

comporta linealmente se puede explicarde una manera sencilla y rpida.Imaginemos una tensin constanteejemplo, de 220 V alimentando a unaresistencia susceptible de ser variadaarbitrariamente, posteriormente veremosque dicha resistencia existe y se ledenomina potencimetro. Si la resistenciatoma un valor de 22 ohmios la intensidadser de 220/22=10 A. Pero si ahoravariamos el valor de la resistencia

conectada en el circuito anterior tensin sigue siendo igual a 220 V y, supongamos, laresistencia toma un valor doble al que tena anteriormente, esto 44 ohmios, la intensidadser esta vez igual a 220/44=5 A.

Como vemos, la frmula de Ohm se comporta linealmente, es decir, si duplicamos laresistencia (manteniendo V constante) el valor de la intensidad que circula por el circuitose divide por dos.

La potencia elctrica.

La potencia elctrica es la capacidad para desarrollar un trabajo por parte, por ejemplo, dela tensin. El trabajo producido por dicha tensin al ser aplicada en una resistencia dada

puede traducirse en calor (como es el caso de un calefactor), en energa luminosa, comosucede en las lmparas y otros elementos similares.

La potencia elctrica (P) se mide en vatios y se puede expresar en trminos elctricos quenos son mucho ms conocidos. Por ejemplo, la frmula que nos expresa la potenciaconsumida (en vatios) al fluir una intensidad (en amperios) a travs de un circuitoalimentado por una tensin dada (en voltios) es la siguiente: P = V * I (donde P es elsmbolo de la potencia).

La ley de Ohm liga de alguna manera los conceptos detensin, intensidad y resistencia. La potencia es unamagnitud elctrica ms y puede, por tanto, serexpresada en funcin de cualquiera de las otrasmagnitudes mencionadas.

La tabla correspondiente nos permite ver lainterrelacin entre todas las magnitudes elctricasdescritas hasta el momento. Cabe mencionar,asimismo, que la aplicacin de dichas frmulas estotalmente acertada siempre y cuando estemos

trabajando con corriente continua. A la hora demanejar las mismas magnitudes, sobre corriente alterna, la cosa cambia notablemente.


23/73

Los componentes ante la C.C.

Hasta este momento hemos aplicado la Ley de Ohm sobre una resistencia y hemos vistocomo se comportan la intensidad y la tensin en bornes de esta. Ahora vamos a dejar de

lado por un momento las resistencias ms debemos comentar sobre ellas y comenzaremosa estudiar el comportamiento de condensadores y bobinas ante el paso a travs de ellos deuna corriente de tipo continua.

Las bobinas frente a la CC.

Cuando se hace circular una corrientecontinua a travs de una bobina esta secomporta, a efectos resistivos, como unhilo conductor y ofrece al paso de lamisma una resistencia que depender

del material conductor (cobre, plata,aluminio, etc.). Pero, adems, una

bobina sometida a la variacin quesupone pasar de estar con sus extremos al aire a ser conectada a una diferencia de

potencial genera a su alrededor un campo magntico, de algn modo igual al generadopor un imn permanente.

La circulacin de una corriente a travs de un hiloconductor genera tambin alrededor del mismo uncampo magntico, el cual es muy pequeo. Cuandoarrollamos dicho cable en espiras decir, conformandouna bobina obtenemos una "suma" que origina que lainductancia magntica generada sea de mayormagnitud.

La inductancia se suele representar por la letra "L" y, como ya hemos mencionado, esprcticamente nula en un conductor recto, el cual slo posee cualidades resistivas. Pero, sinos fijamos en un conductor arrollado, vemos que la aplicacin de una tensin en susextremos origina una inductancia (L) mayor. Dicha inductancia presenta la "originalidad"de ofrecer, ante la presencia de una fuerza electromotriz generadora, una fuerzacontraelectromotriz que tiende a oponerse a la primera.

El tiempo que tarda la corriente enllegar a su valor mximo dependetanto del valor resistivo u hmico dela bobina para entendernos como dela inductancia de misma(representada por la letra "L"). Si lainductancia es grande y la resistenciaes muy pequea la corriente queatraviesa la bobina aumentarlentamente y viceversa.


24/73

Para fijar este tiempo (al que denominaremos "t") debemos aplicar la frmula siguiente:"t" = L/R; donde "t" ser el tiempo (en segundos) en que la intensidad alcanza el valormximo (realmente el 63% del mismo); R ser la resistencia hmica de la bobina (enohmios) y L la inductancia de la misma, la cual se mide en Henrios. A esta frmula se ladenomina en electrnica "constante de tiempo RL".

Para entendernos, basta con ver el siguiente ejemplo: Supongamos que una bobina deinductancia igual a 35 Henrios tiene una resistencia hmica de 700 ohmios. La constantede tiempo "t" ser, por tanto,: "t" = L/R = 35/700 = 0,05 segundos.

Si dicho circuito se conecta a una pila (por tanto CC) cuya fuerza electromotriz paraentendernos es de 9V la intensidad que circular a travs de la misma ser de:

I = V/R = 9/700 = 0,012 A = 12 mA (miliamperios).

De todo ello se deduce que al conectar una bobina, cuya resistencia es de 700 y cuya

inductancia alcanza 35 H, a una fuente de CC de 9V, y despus de un tiempo de 50milisegundos (los 0,05 segundos calculados), obtendremos una intensidad a travs dedicha bobina de 7,5 mA (63% de los 12 mA calculados).

La inductancia de una bobina depende de los detalles constructivos de la misma. Influyenen el valor de la inductancia el nmero de espiras de dicha bobina, su longitud y, algomuy importante, el ncleo de la misma. La distancia entre espiras consecutivas es tambindeterminante en el valor inductivo final. Baste slo recordar lo ya explicadoanteriormente, donde se estableca que los campos magnticos originados en cada una deellas pueden sumarse a las contiguas, si estas se encuentran lo suficientemente prximas.Por el contrario, si separamos las espiras contribuiremos a disminuir el campo magnticosusceptible de ser sumado y, por tanto, la inductancia resultante se ver disminuida.La unidad de medida de la inductancia debe su nombre a Joseph Henry, descubridor dedicho fenmeno.

La definicin "formal" de la inductancia puede resumirse de la siguiente forma: Uncircuito posee una inductancia igual a un Henrio cuando una variacin de corriente de unamperio ocasiona en el mismo una induccin de fuerza electromotriz (o fuerzacontraelectromotriz) opuesta igual a un voltio.

En el "mundo" electrnico se considera a la unidad Henrio ciertamente excesiva, por loque nos ser ms fcil toparnos con subunidades tales como el miliHenrio (0,001 H) o elmicroHenrio (0,001 mH). Para resumir, podemos afirmar que las bobinas poseeninductancia de forma semejante a como los resistores poseen resistencia elctrica.

Los condensadores frente a la CC.

Segn podemos ver en la ilustracin correspondiente elcondensador bsico es, por definicin, tan solo un par de

piezas de material conductor separadas por otro material detipo aislante, el cual puede ser nicamente aire. Se ha

convenido en denominar "armaduras" a las dos placas que


25/73

constituyen el condensador, mientras que a la sustancia aislante que las separa se le da elnombre de "dielctrico".

El evento que ocurre cuando un condensador se conecta a una fuente de corriente

continua es la carga del mismo. El condensador permanece en estado neutro ambasarmaduras tienen una carga neutra la una respecto a la otra si partimos de la posicin B(suponemos el condensador totalmente descargado). Pasamos luego el interruptor a la

posicin A y los electrones presentes en la placa o armadura conectada al polo positivo dela alimentacin son atrados por este, con lo que dicha placa queda con un "dficit" deelectrones o, dicho de otro modo, adquiere una carga positiva.

En el polo opuesto del condensador ocurre una situacin similar pero de sentido inverso,es decir, el polo negativo de la batera "enva" electrones hacia la placa del condensador ala que est conectada. Esto, por supuesto, se traduce en que dicha placa adquiere unacarga de signo negativo o, lo que es igual, un exceso de electrones.

Las placas del condensador estn siempre separadas por un material aislante (dielctrico)por lo que, al conectar un condensador a la alimentacin (continua), lo que siempreocurre es que este se carga de forma inmediata.

Una vez que el potencial se iguala lo cual tiene lugar en breves instantes la circulacin(por as decirlo) en el circuito se detiene. Podemos en este instante decir que elcondensador se ha cargado. La razn de que el condensador permanezca "cargado" sedebe a que sus dos placas han adquirido un potencial idntico entre s pero de signocontrario. Dicha situacin se traduce en una atraccin entre cargas que no pueden llegar a

juntarse por la separacin a la que el dielctrico aislante las somete. Esta atraccin es laexplicacin de la citada "carga" del condensador.

Si en este instante desconectramos el condensador del circuito comprobaramos que elmismo permanece cargado (no hay un "camino" elctrico para que puede descargarse).

Pero lo que vamos a hacer ahora es pasar el interruptor, de nuevo, a la posicin B. Ahoraya no partimos de un condensador en estado neutro sino de un condensador ya cargado.Al dar a las placas del condensador una posibilidad de equilibrar sus cargas estamos

procediendo al evento contrario al anterior, es decir, a la descarga del condensador.

La diferencia de potencial entre placas hace que, por un instante, el circuito se asemeje a

una pila alimentando a una resistencia (R) conectada en serie con ella, pero con unasalvedad, aqu no hay reaccin qumica entre polos (placas del condensador) ya que estos


26/73

no son ms que un par de materiales conductores separados por una sustancia ms omenos aislante. De aqu podemos deducir ya que, al haber una desequilibrio de cargasentre placas (una es positiva y la otra negativa) y conectarlas a travs de R, se produceuna circulacin de electrones para "solucionar" dicho desequilibrio y conseguir igualar el

potencial elctrico entre placas. Este suceso se conoce como "descarga" del condensador.

La "carga" del condensador responde a una circulacin de corriente alta en principio ynula al final, cuando el mismo ya est cargado. La "descarga" del condensador tambingenera una circulacin de electrones alta en el primer instante pero nula al final del

proceso. La diferencia entre una corriente y otra es que son de sentido contrario.

En la ilustracin que representa elcircuito de carga/descarga delcondensador podemos observartambin unas curvas querepresentan la evolucin de la

tensin (potencial) en bornes delcondensador al poner el mismo en

posicin B partiendo de uncondensador neutro (descargado)yal ponerlo en la posicin A. Ambas curvas estn convenientemente identificadas como"carga" y "descarga".

En la primera curva, la tensin en bornes del condensador es nula en el instante deconectarlo a la pila y aumenta hasta que este se carga. En la segunda curva vemos que

partimos de un condensador cargado y, en el momento de unir sus placas a travs de R, seorigina una descarga progresiva. Tanto en el caso de la carga como de la descarga delcondensador la circulacin de corriente tendr una duracin mayor o menor dependiendode la resistencia a travs de la que se conecte el condensador.

A esta duracin se le asigna en electrnica el nombre de "constante de tiempo RC".

Se define por constante de tiempo, RC, al transcurrido desde que se inicia la carga de uncondensador conectado en serie con una resistencia hasta que las placas del mismoadquieren un potencial del 63% del valor final (el de la alimentacin).

En el caso de la descarga, se trata del tiempo que transcurre hasta que el condensador

disminuye su potencial entre placas y alcanza el 37% del valor inicial del mismo.Las resistencias frente a la CC.

El hecho de que denominemos a un componente como resistencia "pura" no hace sinodestacar que el resto de componentes comentados antes, esto es, bobinas y condensadoresno se puedan estudiar como entes meramente capacitivos o inductivos.

La resistencia frente a la CC no hace ms que oponerse en forma directa al paso de loselectrones que estn circulando por el circuito.

Como ya iremos viendo posteriormente aunque, en teora, hablemos de inductancia ycapacidad, al tratar con circuitos de corriente alterna habr que tener en cuenta el hecho


27/73


28/73

Funcionamiento de los semiconductores

Los semiconductores son materiales moderadamente estables,

es decir, si nada les perturba no conducen la corriente. Ahorabien, basta que les "excitemos" un poco para que esoselectrones de valencia, que tiene cada tomo, salten y se vayana la aventura formando una corriente elctrica.

Hay dos formas de excitar a los electrones de los tomos: Laprimera es calentndolos. Un aumento de temperatura haceque los electrones tengan ms energa y se muevan. Se los

podra comparar con granos de maz en una sartn y segn sevan calentando, saltan salindose del recipiente. Los electrones saltan y se van del tomoal que estaban unidos para empezar a circular junto con otros electrones creando la

corriente.

La segunda es "aadiendo un extrao", lo cual se conoce con el nombre de dopaje. Latcnica del dopaje consiste simplemente en alterar la estructura interna de unsemiconductor, aadiendo dentro de l una pequesima cantidad de tomos de otroelemento bastante similar al original. Al dopar un semiconductor se produce un granaumento de su permisividad al paso de la corriente.

Qu ocurre al calentar un elemento?

Los electrones de valencia se van de su sitio y dejan un"hueco". Los electrones son la parte del tomo que tienecarga negativa y al marcharse uno de ellos se produce unafalta de esta carga; esto es decir que se produce un excesode carga positiva en un tomo que era neutro (igualnmero de cargas positivas que negativas). Este exceso decarga positiva lleva a nuestro pobre tomo a buscardesesperadamente un electrn para equilibrarse y quedarsede nuevo neutro y tranquilo. Pero qu ocurre una vez quelo ha encontrado?, pues que ese electrn no se lo ha encontrado por ah perdido sino que asu vez lo ha robado de otro tomo y ha dejado otro hueco y, todo vuelve a empezar. De

nuevo tenemos a un hueco buscando un electrn. Este vaivn de electrones y huecos es loque llamamos corriente elctrica.

Tipo N y tipo P.

Al dopar introducimos tomos con tres electrones devalencia en un elemento de tomos con cuatro estamosformando un semiconductor tipo P, su nombre viene delexceso de carga positiva que tienen estos elementos.Estos tomos "extraos" que hemos aadido serecombinan con el resto pero nos queda un "hueco" libre

que produce atraccin sobre los electrones que circulan


29/73


30/73


31/73

modificarla, es decir, compensar el efecto de esa barrera de potencial con otro potencialaportado por nosotros, por ejemplo, conectndolo a una batera.

Polarizacin directa e inversa

Existen dos formas de conectar una batera a una unin P-N. Primero conectar el bornepositivo de la batera con el material tipo P y el borne negativo con el material tipo N y laotra conectar el borne positivo con el material tipo N y el borne negativo con el tipo P. Ala primera de ellas se la denomina polarizacin directa y a la segunda polarizacininversa. Veamos qu ocurre en cada una de ellas.

Al polarizar directamente una unin P-N el polonegativo de la batera est inyectando electronesal material N, mientras que el polo positivorecibe electrones del lado P crendose as unacorriente elctrica. Con esta batera hemos

conseguido vencer el obstculo que se habacreado debido a la barrera de potencial existenteentre ambos materiales. De nuevo los electronesy los huecos pueden pasar libremente a travs dela frontera.

Sin embargo, al polarizar inversamente unaunin P-N no se crea una corriente en sentidoopuesto sino que, curiosamente, no hay corrientealguna. Esto es por que los huecos libres del tipo P se recombinan con los electrones que

proceden del polo negativo de la batera, y los electrones libres del tipo N son absorbidospor sta, alejndose tanto huecos como electrones de la unin, en vez de vencer nuestrabarrera de potencial sta se ha hecho ms grande y no existe corriente; aunque, para serexactos, s existe una corriente y esta es la producida por los portadores minoritarios, peroes demasiado pequea e inapreciable.

El diodo

Todo dispositivo semiconductor estformado bsicamente por uniones P-N.Los transistores, FET, MOSFET, etc.,

son combinaciones de estas uniones.Incluso una unin P-N es por s sola undispositivo electrnico ampliamenteconocido: el diodo.


32/73

Vamos a hablar del diodo "ideal", es decir, un diodo cuyo comportamiento sera eldeseado pero que no es posible alcanzarlo en la realidad. Este tipo de diodos solamente

permiten el paso de corriente en un sentido, oponindose en el sentido contrario. Estacaracterstica tiene un gran inters en la conmutacin ya que de ella se deriva una

propiedad ON-OFF (abierto-cerrado), como veremos ms adelante.

La diferencia entre un diodo real y un diodo ideal est en que el primero va a permitir lacorriente en un sentido pero no libremente sino que ofrece una pequea resistencia yadems, al polarizarse inversamente, no corta la corriente de una manera tajante sino que,como hemos visto en la unin P-N, hay una pequea corriente en sentido contrario. Si ladiferencia de potencial existente entre los extremos del diodo fuese lo suficientementegrande, esta corriente inversa ahora s empezara a aumentar de manera considerable.

Nos encontramos en la regin defuncionamiento llamada "zener", la cuales tremendamente destructiva para eldiodo. Sin embargo, ciertos diodos estnfabricados especialmente para funcionaren esta regin y son conocidos comodiodos "zener".

TRANSISTORES

En la actualidad, existe una gran variedad de aparatoselectrnicos, tales como televisores, vdeos, equiposmusicales, relojes digitales y, cmo no, computadoras.Aunque, aparentemente sean muy distintos, todos ellostienen algo en comn: los dispositivos electrnicos de losque estn constituidos.

Los transistores son unos de los dispositivos ms

importantes. Estn construidos con materialessemiconductores pero con estructuras ms complejas que los


33/73

diodos. Son la base de la electrnica y uno de los objetivos actuales es ir reduciendo sutamao continuamente.

Como ya sabemos, si tenemos unmaterial semiconductor tipo P y uno

de tipo N, y los juntamos, esta uninda lugar al diodo; pieza bsica decualquier circuito electrnico. Estetipo de unin P-N no es la nica quese puede hacer con materiales semiconductores. La ampliacin ms sencilla que se puedehacer a una unin P-N es simplemente aadirle de nuevo otra capa de semiconductor tipoP o tipo N. Es as como se obtiene lo que se conoce con el nombre de transistor de unin

bipolar. Un transistor bipolar es la unin de un material semiconductor tipo P, uno deltipo N y de nuevo otro del tipo P; este sera el caso de un transistor P-N-P. Por elcontrario, si unisemos dos materiales tipo N ms uno del tipo P, en medio de ellosobtendramos un transistor tipo N-P-N.

Vemos pues que existen dos tipos de transistores segn su estructura interna. Aunque,aparentemente, ambos son muy similares, sus caractersticas de funcionamiento van a seropuestas.

Transistores N-P-N y P-N-P.

Vamos a centrarnos en los transistores tipoN-P-N y luego explicaremos los P-N-P.Cada una de las tres secciones que formanel transistor recibe un nombre: la de laderecha es el "colector", la del centro la"base" y la de la izquierda el "emisor". Elcolector es la parte que recibe "algo", elemisor la que lo "emite" y la base es lazona intermedia por donde va a pasar. Este"algo" van a ser electrones o huecos atravs de las uniones P-N, segn el tipo detransistor del que hablemos.

La zona de semiconductor que est en medio, es decir, la base, siempre es ms pequea

que las dos de los extremos, emisor y colector, bien sea en transistores P- N-P o N-P-N.Como podemos ver, aunque su estructura no sea excesivamente complicada, sera untanto "pesado" tener que dibujarla en un circuito cada vez que nos refirisemos a ellos, as

pues, este tipo de transistores se representan esquemticamente con el smbolo queaparece en la ilustracin correspondiente.

Como vimos en las uniones P-N paraque este tipo de dispositivosfuncione, es necesario aplicarles unadiferencia de potencial externa.Segn se conecte este potencial,

vamos a obtener una polarizacininversa o directa. Pues bien, ahora,


34/73


35/73

y consiguen atravesar la unin base-colector gracias a la "atraccin" que les produce elborne positivo de la batera a la que est conectado el colector.

Por qu no se recombinan los electrones y los huecos de la base? La base es mucho msestrecha que el emisor y el colector; tambin est mucho menos "dopada", por lo que los

huecos libres (portadores mayoritarios) son muy escasos. As que es muy difcil que unelectrn encuentre un hueco para recombinarse, por lo que seguir su camino atrado porel potencial. La corriente de base va ser pequea al haber pocos electrones y huecos quese recombinen, la del emisor y el colector sern ms grandes al producirse electrones en el

borne negativo de la batera unida con el emisor, que van a atravesar a ste, para pasardespus por la base y acabarn atravesando al colector para ir a parar al borne positivo dela otra batera.

Segn incrementamos la polarizacin directa va a aumentar el nmero de electrones delemisor que se desplazan, creciendo a la vez la corriente de colector, emisor y base. Sidisminuimos esta polarizacin bajarn todas las corrientes hasta llegar a un punto en que

el transistor puede quedar cortado y no conducir la corriente.

Al potencial conectado al emisor se le llama Vee y al conectado al colector Vcc,aumentando su valor o disminuyndolo es la forma que tenemos para aumentar odisminuir las polarizaciones.

Los otros transistores que hemos nombrado son los P-N-P, cuyo funcionamiento es muyparecido al de los que acabamos de explicar (N-P-N). En los P-N-P el emisor es unsemiconductor de tipo P, por lo que sus portadores mayoritarios van a ser los huecos envez de los electrones, la base es del tipo N (portadores mayoritarios los electrones) y elcolector es de tipo P (portadores mayoritarios los huecos). Las bateras tambin van aestar colocadas de distinta forma, el borne positivo de una batera va a estar unido alemisor, y el borne negativo de esta misma batera va a estar unido a la base, por lo queesta unin va a estar polarizada directamente; por otro lado el colector y la base van aestar unidos por otra batera con su borne negativo conectado al colector y el positivo a la

base, aqu la polarizacin va a ser inversa.

El funcionamiento en estos transistores es prcticamente igual al de los anteriores, ladiferencia ms notable es que en el P-N-P lo que se est moviendo son los huecos, enlugar de los electrones, desde el emisor, atravesando la base hasta llegar al colector, portanto el sentido de la corriente exterior va a ser inverso al ser inversos los sentidos del

movimiento de huecos y de electrones.En los P-N-P tambin nos encontramos con que la base es muy estrecha y est muy pocodopada, por lo que la recombinacin de huecos y electrones vuelve a ser pequea y, enconsecuencia, la corriente de base tambin lo ser. Sin embargo, las corrientes de emisory colector son grandes, como en el caso anterior.

Transistores de efecto campo, FET

Es evidente que las formas en que podemos juntar los dos tipos de semiconductores sonnumerosas y variadas, y cada una de ellas, seguramente, tendra unas caractersticas

particulares. Sin embargo no se trata de formar uniones P-N y N-P a nuestro antojo, loque realmente nos interesa de esta gran cantidad de combinaciones de semiconductores


36/73

son aquellas cuyas propiedades sean "tiles" de cara a nuestros propsitos en los circuitoselectrnico y que as podamos usarlas.

As pues, vamos ahora a ver dos nuevos tipos de transistores. Se trata del JFET cuyonombre proviene del ingles (Junction field effect transistor, o bien, transistor de efecto

campo de unin) y del MOSFET (Metal oxide field semiconductor effect transistor, esdecir, transistor de efecto campo con semiconductor de xido de metal). Al MOSFETtambin se le conoce con el nombre de IGFET (Isolated gate FET, FET de puerta aislada).En general cuando queramos referirnos a ambos en conjunto se les agrupar con elnombre de FET.

El primero de ellos, el JFET, ya no se trata de una combinacin tan sencilla entre lossemiconductores como en el caso de los transistores N-P-N, P-N-P. Ahora la forma deobtenerlos es algo ms "rebuscada". Sin embargo, sus propiedades hacen que merezca la

pena su fabricacin, ya que son utilizados en gran medida por los fabricantes de circuitoselectrnicos

A su vez existen dos tipos de transistores JFET.La razn es sencilla: si tomamos uno de ellos ycambiamos los tipos de semiconductores, esdecir, donde hay semiconductores de tipo P

ponemos semiconductores de tipo N yviceversa, obtenemos otro transistor JFET perode caractersticas distintas.

As pues, para distinguirlos, llamamos FET decanal p al primero y FET de canal n al segundo. Veremos cmo las propiedades de ambosno slo son distintas sino que son ms bien opuestas. Para explicar su funcionamiento hayque tener en cuenta que tenemos dos tipos distintos de voltajes. Esto es debido a que elFET consta de tres semiconductores unidos y por tanto existen dos zonas de unin entreellos. As pues, vamos a considerar la diferencia de potencial entre drenaje y fuente a laque llamaremos Vds, y la diferencia de potencial entre puerta y fuente la cual estarrepresentada por Vgs.

Estudiar las caractersticas de un transistorconsiste en "jugar" con las dos tensiones de quedisponemos, aumentndolas, disminuyndolas y

observando qu pasa con la corriente que loatraviesa. Para estudiar su comportamiento,vamos a dejar fija la tensin entre la puerta y lafuente, Vgs, y vamos a suponer que variamos latensin entre el drenador y la fuente, Vds. Larespuesta del transistor a este tipo de variacioneslas podemos ver en la grfica.

Se pueden distinguir tres zonas segn vamosaumentando el potencial Vds, estas son: zonahmica, zona de saturacin y zona de ruptura.

En la zona hmica, el transistor se comportacomo una resistencia (hmica), es decir, si


37/73

aumentamos el potencial, Vds, crece la corriente (I) en la misma proporcin; estasituacin se mantiene as hasta que el potencial alcanza un valor aproximadamente deunos cinco voltios. A partir de este valor, si seguimos aumentando esa diferencia de

potencial entre drenador y fuente, es decir, si seguimos aumentando Vds, el transistorentra en la zona de saturacin. Aqu su comportamiento es totalmente distinto al anterior,

ya que, aunque se siga aumentando Vds, la corriente permanece constante.

Si seguimos aumentando el potencial Vds de nuevo, llegamos a un valor de ste a partirdel cual el comportamiento del transistor vuelve a cambiar. Este valor viene a ser delorden de 40 voltios. Decimos entonces que hemos entrado en la zona de ruptura. A partirde este punto la corriente I puede circular libremente, independientemente de que sigamosaumentando el valor de Vgs. Es esta la razn por la cual los JFET se pueden utilizar comointerruptores de encendido y apagado (ON/OFF); propiedad esta fundamental en lacomputacin. Un JFET se encuentra en estado OFF (interruptor cerrado) cuando Vds escero, ya que no pasa corriente alguna, y en estado (interruptor abierto) cuando Vds pasade los 40 voltios. Evidentemente, estos valores reales dependern del tipo de transistor del

que hablemos, ya que existen FET para circuitos integrados y FET de potencia; estosltimos con valores algo mayores que los primeros.

Transistores MOSFET

Por ltimo, vamos a hablar del transistor ms utilizado en la actualidad, esto el delMOSFET. La estructura de este transistor es la ms complicada de entre todos los vistoshasta ahora. Consta de los ya conocidos semiconductores P-N, colocados ahora de unanueva forma, y de un original material aislante, como es el dixido de silicio; esta

pequea adicin de la capa del xido va a cambiar considerablemente las propiedades deltransistor respecto a las que tena el JFET

Existen dos tipos de MOSFET:cuando tengamos una zona de tipo Py dos de tipo N lo llamaremosMOSFET de canal n NMOS) y, porel contrario, si hay una sola zona detipo N y otras dos de tipo P se llamarMOSFET de canal P ( o PMOS).

Inicialmente, fueron los transistores PMOS ms utilizados que los NMOS debido a sumayor fiabilidad, mejor rendimiento y mayor sencillez en la fabricacin. Sin embargo, las


38/73


39/73

Modos de trabajo del transistor

Puesto que el transistor tiene dosuniones, existen cuatro

combinaciones segn estn enpolarizacin directa o inversa. A cadauna de estas combinaciones lallamamos modo de trabajo. Tenemos,

por tanto, cuatro modos de trabajo; sedenomina a cada modo de trabajo segn estn las polarizaciones de cada unin.

En el modo activo directo, la unin emisor base est directamente polarizada y la colectorbase inversamente polarizada. En este modo, el transistor se comporta como una fuente decorriente controlada. Decimos que se trata de una fuente de corriente controlada porque

podemos "controlar" las corrientes que fluyen por el transistor. La corriente del colector,

Ic, depende del valor de la corriente del emisor, Ie, es decir, si Ie aumenta tambin lo harIc y, por el contrario, una disminucin en Ie provocar una disminucin en Ic. As pues,controlando Ie, automticamente controlaramos Ic. El control de Ie se lleva a cabo con el

potencial base emisor.

Este modo se podra asemejar a un grifo normal y corriente por el que fluye agua. El aguasera la corriente de colector y abrir o cerrar un poco el grifo equivaldra a variar el

potencial Vbe. El resultado sera un aumento o disminucin en el chorro de agua que en eltransistor se traducira en un aumento o disminucin de la corriente del colector, Ic. Deah que se diga que el transistor cuando trabaja en modo activo director se comporta comouna fuente de corriente controlada.

El segundo modo se denomina de corte, quese produce cuando las dos uniones estn

polarizadas de forma inversa. Podemosimaginarnos dos diodos colocados de formaopuesta al paso de la corriente. Como yasabemos, en este caso no circula corrienteapreciable, razn por la que se llama modo decorte. Se puede decir que, en este caso, eltransistor se comporta como un interruptor

abierto.

Si, por el contrario, tenemos las dos polarizaciones de forma directa diremos que eltransistor est en modo de saturacin. Aqu, las corrientes circulan como si


40/73

"prcticamente" no existiese transistor. El transistor se comporta como un circuitocerrado. Los modos de corte y saturacin son "comportamientos interruptor" que, sernutilizados en electrnica digital debido a esta cualidad.

Propiedades del transistor

Hay cuatro conceptos que debemos tenermuy claros antes de entrar en el anlisis delos transistores. Estos son: amplificacin,impedancia, fase y frecuencia. Los dos

primeros hacen referencia tanto a circuitosde corriente alterna como de corrientecontinua, mientras que la fase y lafrecuencia son "fenmenos" producidos en la corriente alterna. La amplificacin, como sunombre indica, consiste en aumentar el valor de una cantidad; en un transistor podemoshablar de amplificacin de corriente, de tensin y de potencia.

La impedancia es la resistencia, es decir, la oposicin al paso de corriente. Cuandohablamos de fase nos referimos a la sincronizacin que hay entre tensin a la entrada y ala salida, es decir, cuando la tensin de entrada est en su punto mximo, tambin loestar la tensin de salida?, o el valor de la salida se retrasar respecto del primero ?. Encaso de que exista "retraso" se dice que hay un "desfase" entre ambas si los tensiones. Lafrecuencia es la "velocidad" con la que cambia la polaridad en la corriente alterna, esto es,la rapidez con la que pasamos de tensin positiva a negativa.

Respecto a la amplificacin, habr quedeterminar si el transistor produceamplificacin o no. En caso de produciramplificacin, hay que saber si sta esde tensin, de corriente o de ambas, ycunto vale. Respecto a la impedancia,hemos de saber qu impedancia ofrecea la entrada y a la salida. Igualmente,con la fase tendremos que ver valoresde la tensin a la entrada y a la salida "coinciden" o existe algn desfase entre ellos. Deexistir desfase, hemos de poder determinar su valor. Y, por ltimo, respecto a lafrecuencia, habr que ver si el circuito es vlido para una sola frecuencia o para un

margen determinado, y cul es su comportamiento a frecuencias altas, medias y bajas.Curvas caractersticas

Los transistores tienen mltiples formas decomportarse, dependiendo de las tensiones entre susterminales. Cuando un usuario adquiere un transistor,debe saber este comportamiento para ponerlo en

prctica en su circuito y utilizarlo como ms leconvenga.

Los fabricantes proporcionan esta informacin paraevitar que el usuario la tenga que deducir a base de


41/73

hacer medidas. A primera vista, lo ms lgico es que el fabricante diese una tabla contodos los valores posibles de las corrientes segn los valores de los potenciales. Estesistema sera un tanto lioso. Sin embargo, existe una forma mucho ms completa de

proporcionar esta informacin que consiste en dar la "curva caracterstica" del transistor.

La curva caracterstica de un transistor es una grfica donde, en el eje horizontal, estrepresentado el valor del potencial entre el colector y el emisor, Vce y en el eje vertical elvalor de la corriente del colector, Ic. Cada lnea, a su vez, corresponde a una corriente de

base, Ib, distinta.

Observando pues la curva caracterstica de un transistor podemos saber cmo funcionaste, segn las condiciones a que est expuesto. Sin embargo, si nicamente disponemosde esta grfica no nos resultar muy til, ya que lo que nos interesa de verdad es saber elcomportamiento del transistor en un circuito concreto, no en general. Al poner untransistor en un circuito, en realidad, lo que estamos haciendo es limitar los valores

posibles que pueden tomar sus terminales. Por ejemplo, si en un circuito tenemos el

colector a ocho voltios y el emisor a tierra ( 0 voltios ) la diferencia de potencial entreambos es, como mucho, de 8 voltios; pero nunca podr ser mayor. A efectos prcticosesto se traduce en que existe una recta (llamada recta de carga) que depende del circuitoen cuestin, la cual representa todos esos valores posibles. Solapando esta recta junto conla curva caracterstica del transistor obtenemos grficamente la respuesta del transistor enese circuito

La corriente del colector que est totalmenterelacionada con la corriente del emisor, si Ie aumenta odisminuye, Ic har lo mismo. Ic tambin se encuentrarelacionada con la corriente de la base, Ic es

proporcional a Ib cuando el transistor est trabajandoen modo activo. La relacin que existe es exactamentela siguiente: Ic=*Ib, siendo lo que se denominaganancia del transistor y es una caracterstica de steque nos da el fabricante.

Emisor comn

La configuracin de emisor comn es la ms usada. En l, el transistor acta como unamplificador de la corriente y de la tensin. Aparte de los efectos de amplificacin,

tambin invierte la tensin de seal, es decir, si la tensin es tendente a positiva en la basepasa a ser tendente a negativa en el colector; pero, como estos efectos se producen con lacorriente alterna.

Para estudiar las propiedades de este tipo de configuracinvamos a basarnos en un transistor tipo P-N-P. Tenemos launin base-emisor, Je, polarizada directamente y la uninemisor-colector, Jc, inversamente polarizada

Aplicamos una tensin a la base y otra al colector y tenemosdos resistencias, Rb conectada a la base y Rc conectada al

colector. El valor de la corriente de base va a depender delvalor de la resistencia Rb, la corriente que circula por el


42/73

colector, Ic, depende de la corriente de base, Ib, como hemos visto con la formula Ic =*Ib; Ic es mucho ms grande que Ib y ese aumento viene dado por , que es un

parmetro caracterstico del transistor.

Al pasar la corriente por Rc se va a producir una cada de potencial; luego, la tensin que

obtengamos a la salida, tambin va a depender del valor de esta resistencia. Podemoscolocar una resistencia en el emisor, que llamaremos Re, que va a perjudicar mucho laamplificacin de tensin, pero va a hacer que el transistor sea mucho ms estable y no leafecten los cambios de la temperatura. Aumentando o disminuyendo los valores de lastres resistencias podemos conseguir corrientes y tensiones diferentes en los tresterminales. Por ejemplo, si aumentamos la resistencia de base el valor de la corriente Ibser menor, lo que implicar que Ic tambin sea menor, y al pasar una corriente decolector menor a travs de Rc, el potencial que se obtendr a la salida ser mayor; pero sidisminuimos Rb aumenta Ib y con ella la corriente de colector, y la tensin de colectordisminuir.

Disminuyendo mucho la resistencia de base podemos llegar a un punto en el que pasemosde la zona de activa a la de saturacin, es decir, que la unin colector-base, que estinversamente polarizada en activa, pase a estar directamente polarizada y, por lo tanto, ensaturacin. Esto se produce porque Ib aumenta y, en consecuencia, Ic tambin aumenta.Si un circuito est trabajando en zona activa, el transistor se comporta de forma lineal. Esdecir, que a iguales variaciones de la corriente de base, Ib, se producen igualesvariaciones de la corriente de colector, Ic. El primer punto en el cual al aumentar Ib ya noaumenta Ic pertenece a la zona de saturacin.

Tambin podemos modificar los valores de la corriente de base, de colector y de latensin de salida "jugando" con la tensin de entrada o con la resistencia de colector. Unacaracterstica muy importante dentro de un circuito es determinar su punto defuncionamiento. La corriente continua, y la tensin en cada terminal del transistordeterminan el punto de funcionamiento de un circuito. Este punto de funcionamiento seencuentra situado en la recta de carga.

Para saber cul es el punto de funcionamiento de un transistor tenemos que determinar elvalor de Vc, potencial de colector, Vb potencial de base, e Ic corriente de colector cuandoel p

teoria de la electrÓnica

Documents