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Tutoriales Electrónica:
Componentes
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Componentes básicos, semiconductores,
optoelectrónica, circuitos integrados…
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07/11/2010
Electrónica Unicrom
Tutoriales Electrónica: Componentes
Componentes Básicos
-
Resistencia (resistor)
Tolerancia y valores normalizados de las resistencias
Ruido de fondo, soldabilidad, disipación de potencia de resistencia
Clasificación de las resistencias
Resistencias bobinadas
Código de colores de las resistencias
Resistencia variable - potenciómetro, reóstato
-
Condensador (capacitor)
Valor capacitivo, tensión máxima
Tolerancia y corriente de fuga de un capacitor
Resistencia de aislamiento e inductancia parásita de un condensador
Relación de carga, tensión y capacidad en un condensador
Energía almacenada en un capacitor / condensador
Clasificación de los condensadores
Capacitor electrolítico
Códigos de los condensadores
Código JIS condensadores
- Bobina (inductor)
- Bobina / inductor con núcleo metálico
- Bobinas / inductor con núcleo de aire
-
Transformador ideal
Transformador real (circuitos equivalentes)
Autotransformador
Embobinado y reparación de transformadores
Cálculo de transformadores
Relay, relé o relevador
Transformador de potencia
- Utilización del transformador de potencia
- Constitución del transformador de potencia
- Principio de funcionamiento del transformador de potencia
- Relación de transformación K
- Polaridad de un transformador
- Pérdidas de potencia en un transformador
- Rendimiento de un transformador
- Impedancia y tensión de corto circuito de un transformador
Transformadores con diferentes cargas
- Transformador con carga resistiva
- Transformador con carga capacitiva
- Transformador con carga inductiva
Acople de transformadores
- Conexión de transformadores monofásicos
- Conexión de transformadores trifásicos
Unicrom
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Semiconductores
-
Diodo semiconductor
Diodo zener
Diodo Schottky
Diodo Tunnel
Diodo varactor
Diodo Gunn
Transistor bipolar
Regiones operativas y configuraciones del transistor bipolar
Transistor Darlington
Características de Transistor bipolar
- Introducción, corrientes en el transistor bipolar
Modos de operación del BJT:
- Operación activa lineal
- Operación en corte
- Operación en saturación
- Región de ruptura y zona inversa
- Punto de trabajo Q
- Recta de carga estática
- Potencia de disipación estática máxima
- Circuitos de polarización
-
FET de juntura o JFET
MOSFET
MOSFET. Principio de operación
Manipulación del MOSFET
C-MOSFET
Características del FET
- Ventajas y desventajas del FET
- Características eléctricas del JFET
- JFET en región de lineal y corte
- JFET en región de saturación y ruptura
- Transistores MOSFET
- Regiones de corte y lineal de transistores NMOS (MOSFET)
- Regiones de saturación y ruptura de transistores NMOS (MOSFET)
- Polarización de los FET
Unicrom
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Tutoriales Electrónica: Componentes
OptoElectrónica
-
Optoacoplador
Fotorresistencia o LDR
Fotodiodo
Fototransistor
Diodo LED
Diodo láser
Display de 7 segmentos
Visualizador LCD (Display de Cristal Líquido)
Modos de visualización de los LCD
-
Construcción de la lámpara incandescente
Funcionamiento de lámpara de tungsteno
Lámpara fluorescente
Tubo fluorescente de precalentamiento
Circuitos Integrados
+ El temporizador 555
- Distribución de patillas del temporizador 555
- Multivibrador astable con temporizador 555
- Multivibrador monostable con temporizador 555
- Oscilador astable con 555 con t1 = t2
+ Temporizador (Timer): Circuito fundamental en el control electrónico
- Fundamentos del Temporizador (Timer). Control automático de sistema de agua
de sanitarios
- Ajustes, modos y aplicaciones del Temporizador (Timer). Secuenciador con
tiempos de encendido y apagado configurables
+ El Amplificador operacional
- Inicios, características, ganancia a lazo abierto
- Ganancia a lazo cerrado (realimentación), inversor en CC
- Circuito inversor en CA, frecuencia, saturación, tierra virtual
- Amplificador Operacional con fuente única. Capacitor de bloqueo
- Amplificador Operacional no inversor, ganancia, impedancia de entrada y salida
- Comparadores con amplificador operacional
- Comparador de ventana con dos amplificadores operacionales
- Comparador regenerativo (disparador Schmitt) - generador de onda cuadrada
- Integrador con amplificador operacional
- Generador de onda triangular, entrada senoidal en un integrador
- Derivador con amplificador operacional
- Rectificador de instrumentación de media onda
- Rectificador de instrumentación de onda completa
Unicrom
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Tiristores
- Introducción a los tiristores
- Diodo Shockley. Diodo de 4 capas
- SIDAC
- Generador diente sierra con SIDAC MKP3V120
- SBS o Silicon Bidirectional Switch
- Rectificador Gobernado de Silicio o SCR
- Activación o disparo de un tiristor por puerta
- Activación o disparo de un tiristor por luz, tensión ruptura y aumento dv/dt
- Bloqueo de un tiristor
- Regulación de potencia de un SCR
- Variantes del SCR: LASCR, GTO, PUT
- Variantes del SCR: TRIAC
- Transistor uni-unión o UJT
- Funcionamiento de un UJT
-
SCR - Silicon Controled Rectifier
Curva característica de un SCR
SCR en corriente continua
SCR en corriente alterna
Protección del SCR
TRIAC
DIAC
- Transistor uniunión (UJT)
- Características del Transistor de Uniunión programable (PUT)
- Funcionamiento de PUT. Oscilador
- Encapsulado de los transistores
- Disipadores de calor (heatsinks)
- Fusible
- Funcionamiento básico del Triodo
Códigos normalizados de semiconductores
- JEDEC: Código americano
- JIS: Código japonés
- PROELECTRON: Código europeo
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Concepto, unidades
Una resistencia o resistor es un elemento que causa oposición al paso de la corriente,
causando que en sus terminales aparesca una diferencia de tensión (un voltaje).
En el gráfico más abajo tenemos un bombillo / foco en el paso de la corriente que sale
del terminal positivo de la batería y regresa al terminal negativo.
Símbolo de la resistencia
Este bombillo / foco que todos tenemos en nuestros hogares es una resistencia. Las
resistencias se representan con la letra R y el valor de éstas se mide en Ohmios (Ω).
Las resistencias o resistores son fabricadas en una amplia variedad de valores. Hay
resistencias con valores de Kilohmios (KΩ), Megaohmios (MΩ).
Estás dos últimas unidades se utilizan para representar resistencias muy grandes. En la
siguiente tabla vemos las equivalencias entre ellas:
1 Kilohmio (KΩ) = 1,000 Ohmios (Ω)
1 Megaohmio (MΩ) = 1,000,000 Ohmios (Ω)
1 Megaohmio (MΩ) = 1,000 Kilohmios (KΩ)
Para poder saber el valor de las resistencias sin tener que medirlas, existe un código de
colores de las resistencia que nos ayuda a obtener con facilidad este valor con sólo
verlas.
Para obtener la resistencia de cualquier elemento de un material específico, es necesario
conocer algunos datos propios de éste, como son: su longitud, área transversal,
resistencia específica o resistividad del material con que está fabricada.
Conductancia
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Tutoriales Electrónica: Componentes
La recíproca (inverso) de la resistencia es la conductancia. Se representa generalmente
por la letra G. Un circuito con elevada conductancia tiene baja resistencia, y viceversa.
Una resistencia de 1 Ohmio (ohm) posee una conductancia de 1 mho
Una resistencia de 1000 Ohmios (ohms) posee una conductancia de 0.001 mho.
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Tolerancia
La tolerancia de una resistencia / resistor es un dato que nos dice que tanto (en
porcentaje) puede variar el valor de la resistencia (hacia arriba o hacia a bajo) de su
valor indicado.Valores típicos de tolerancia son 5%, 10% y 20%, pero también hay de
0.1%, 0.25%, 0.5%, 1%, 2%, 3% y 4%.
La representación de la tolerancia en un resistor se puede ver en el código de colores
de las resistencias. Ejemplo: un resistor de 1000 ohmios con una tolerancia del 10%
puede tener un valor entre 900 y 1100 ohmios.
Valores normalizados
Los valores comunes de resistencias son: 1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6,
6.8, 8.2, etc., todas ellas x 10n, donde n = 0,1,2,3,4,5,6.
A continuación se presentan los valores normalizados de éstas para diferentes casos de
tolerancia.
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Ruido de fondo, soldabilidad y disipación de potencia
en un resistor / resistencia
Ruido de fondo
Cuando una resistencia / resistor es atravesado por una corriente genera ruido.
Este se llama ruido de fondo
Este ruido es generado por diferentes factores y afectan el funcionamiento del
resistor.
Es importante tomar en cuenta esta característica en etapas amplificadoras de
baja frecuencia, pues al amplificarse este ruido a través de sucesivas etapas,
aparece al final una gran distorsión en la amplitud de la señal.
Este problema se resuelve utilizando resistencias / resistencias de alta
calidad
Soldabilidad
Un resistor al ser soldado, puede cambiar su valor hasta en un 25%, si esta está
expuesta por mucho tiempo al calor del soldador. Hay que realizar soldaduras
rápidas y si es posible con usar elementos metálicos, como disipadores, unidos a
los terminales a soldar, para radiar el calor.
Disipación de potencia
Cuando circula una corriente por una resistor, se produce calor, que es energía
que no se aprovecha. Este calor (potencia a disipar) es un inconveniente y debe
disiparse al ambiente. La capacidad de disipación de calor de un resistor depende
de su tamaño. A mayor tamaño, mayor capacidad de disipación. Ver la Ley de
Joule
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Clasificación (tipos) de resistencias / resistores
Hay básicamente dos tipos de Resistencias:
Las resistencias de valores fijos y las Resistencias variables, que a su vez se
subdividen dependiendo de características propias.
A continuación se presenta una tabla con una clasificación general:
Resistencia / resistor
Nota: Ver la tabla de clasificación de izquierda a derecha
Resistores
Fijos:
R
E
S
I
S
T
0
R
E
S
Tienen un valor
nominal fijo.
Se dividen en
resistores
de película y
bobinadas
Resistores de
Película
(químicas): se
utilizan en potencias
bajas, que van desde
1/8 watt hasta los 3
watts y consisten en
películas que se
colocan sobre bases
de cerámica especial.
Este tipo de
resistores depende
del material, sea
carbón o compuestos
metálicos.
- Resistores
Resistores de película gruesa
de Película
metálica
- Resistores
de película delgada
Resistores de carbón
Hay resistores de
película metálica y de
carbón.
Resistores bobinados: se fabrican con hilos resistivos que
son esmaltados, cementados, vitrificados o son recubiertos
de un material cerámico.
Estos resistores por lo general pueden disipar potencias
que van desde los 5 watts (vatios) hasta los 100 watts o
más.
Ver Resistencias bobinadas
Resistores
Variables:
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Resistores
Ajustables
Potenciómetro de ajuste
Potenciómetro giratorio
Potenciómetro de cursor
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Tienen un valor
que se varía
intencionalmente.
Se dividen en:
ajustables y
dependientes de
magnitudes
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Resistores
Dependientes
de magnitudes
De
De
De
De
De
presión
luz: (Fotorresistencias)
temperatura (termistor)
voltaje (varistor)
campo magnético
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Resistencias bobinadas o de alambre
Una resistencia bobinada es una resistencia fabricada con una alambre
conductor de una resistividad (resistencia específica) alta.
Este alambre es de una aleación especial y está arrollado sobre un soporte de un
tubo de material refractario como la cerámica, porcelana, etc.
Nota: Un material refractario es aquel que no permite la conducción del calor, si
no que al contrario lo refleja.
El valor de la resistencia bobinada queda determinado por la sección
transversal del alambre, su longitud y la resistencia específica de la aleación de
éste.
Las resistencias bobinadas se utilizan cuando la potencia que deben de disipar
es muy alta. Una vez que la resistencia ha sido construida generalmente se
recubre con una capa de esmalte vitrificado.
Este tipo de resistencia se puede comparar con el filamento de una lámpara
incandescente, donde la potencia se transforma en calor (En una lámpara
incandescente, esta potencia se
transforma parte en luz y parte
en calor)
Cuanto mas largo es el alambre
y mayor es la sección de éste,
mayor será la capacidad de
disipación de potencia que
podrá aguantar, pues mayor
será la superficie de radiación
del calor.
Estas resistencias se fabrican hasta valores de 100 Kilohmios aproximadamente,
debido problemas con las dimensiones físicas. La idea es lograr la mayor
disipación de calor en el menor espacio posible.
Las resistencias bobinadas por lo general pueden disipar potencias que van
desde los 5 watts (vatios) hasta los 100 watts o más
En el diagrama se puede observar el tubo refractario en color azul y los hilos a
alambres que lo rodean. Los puntos negros representan los alambres que entran y
salen de la pantalla formando como una bobina o resorte muy ajustado alrededor
del tubo.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Código de colores de las resistencias / resistores
Los resistores son fabricados en una gran variedad de formas y tamaños.
En las más grandes, el valor del resistor se imprime directamente en el cuerpo del
mismo, pero en los más pequeños no es posible. Para poder obtener con facilidad el
valor de la resistencia / resistor se utiliza el código de colores
Sobre estos resistores se pintan unas bandas de colores. Cada color representa un
número que se utiliza para obtener el valor final del resistor.
Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor del resistor, la tercera
banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para obtener el valor
final de la resistor.
La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta banda, ésta nos indica su
confiabilidad
Ejemplo: Si un resistor tiene las siguiente bandas de colores:
- El resistor tiene un valor de 2400,000 Ohmios +/- 5 %
- El valor máximo de este resistor es: 25200,000 Ω
- El valor mínimo de este resistor es: 22800,000 Ω
- El resistor puede tener cualquier valor entre el máximo y mínimo calculados.
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Los colores de las bandas de los resistores no indican la potencia que puede disipar,
pero el tamaño que tiene la resistor da una idea de la disipación máxima que puede
tener.
Los resistores comerciales disipan 1/4 watt, 1/2 watt, 1 watt, 2 watts, etc..
A mayor tamaño del resistor, más disipación de potencia (calor). Ver la Ley de Joule.
Nota: En este artículo los términos resistor y resistencia se han utilizado como
sinónimos.
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Resistencia variable: Potenciómetro, reóstato
La resistencia variable es un dispositivo que tiene un contacto móvil que se mueve a lo
largo de la superficie de una resistencia de valor total constante.
Este contacto móvil se llama cursor o flecha y divide la resistencia en dos resistencias
cuyos valores son menores y cuya suma tendrá siempre el valor de la resistencia total.
Las resistencias variables se dividen en dos categorías:
Potenciómetros
Los potenciómetros y los reóstatos se diferencias entre si, entre otras cosas, por la
forma en que se conectan. En el caso de los potenciómetros, éstos se conectan en
paralelo al circuito y se comporta como un divisor de voltaje. Ver la figura.
Reóstatos
En el caso del reóstato, éste va conectado en serie con el circuito y se debe tener
cuidado de que su valor (en ohmios) y su la potencia (en Watts (vatios)) que puede
aguantar sea el adecuado para soportar la corriente I en amperios (ampere) que va a
circular por él.
Como regla general:
Los potenciómetros se utilizan para
variar niveles de voltaje y los reóstatos
para variar niveles de corriente
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Las resistencias también se pueden dividir tomando en cuenta otras características:
- si son resistencia bobinadas.
- si no son bobinadas.
- de débil disipación.
- de fuerte disipación.
- de precisión.
Normalmente los potenciómetros se utilizan en circuitos con poca corriente, pues no
disipan casi potencia, en cambio los reóstatos son de mayor tamaño, por ellos circula
más corriente y disipan más potencia. Ver los diagramas.
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Condensador / Capacitor
En condensador es un dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por un
aislante llamado dieléctrico.
Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente.
El condensador o capacitor almacena energía en la forma de un campo eléctrico (es
evidente cuando el capacitor funciona con corriente directa) y se llama capacitancia o
capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar
El símbolo del capacitor se muestra al lado derecho:
La capacidad depende de las características físicas del condensador:
- Si el área de las placas que están frente a frente es grande la capacidad
aumenta
- Si la separación entre placas aumenta, disminuye la capacidad
- El tipo de material dieléctrico que se aplica entre las placas también afecta la
capacidad
- Si se aumenta la tensión aplicada, se aumenta la carga almacenada.
Dieléctrico o aislante
Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente, y su función
es aumentar la capacitancia del capacitor.
Los diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos tiene diferentes grados de
permitividad(diferente capacidad para el establecimiento de un campo eléctrico
Mientras mayor sea la permitividad, mayor es la capacidad del condensador. La
capacitancia de un condensador está dada por la fórmula: C = Er x A / d
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Tutoriales Electrónica: Componentes
donde:
- C = capacidad
- Er = permitividad
- A = área entre placas
- d = separación entre las placas
La unidad de medida es el faradio. Hay submúltiplos como el miliFaradio (mF),
microFaradio (uF), el nanoFaradio (nF) y el picoFaradio (pF)
Las principales características eléctricas de un condensador son su capacidad o
capacitancia y su máxima tensión entre placas (máxima tensión que es capaz de
aguantar sin dañarse).
Nunca conectar un capacitor a un voltaje superior
al que puede aguantar, pues puede explotar
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Capacitancia y voltaje de ruptura de un Capacitor
La capacitancia es un parámetro del capacitor que indica la capacidad de
almacenamiento de carga que éste tiene y su unidad es el Faradio.Esta unidad
es muy grande y para representar valores comerciales de este elemento se
utilizan los submúltiplos del Faradio, como por ejemplo:
- El uF (microfaradio)
- El pF (picofaradio)
- El nF (nanofaradio), etc.
La siguiente tabla muestra los diferentes rangos de valores de capacidad para
algunos tipos de condensadores, así como su tipo de dieléctrico y tensión de
ruptura.
Voltaje de ruptura de un condensador
El voltaje de ruptura es aquel voltaje máximo que se puede aplicar a los
terminales del capacitor. Si se sobrepasa, el dieléctrico se puede perforar
provocando un corto circuito. Ver también la clasificación de los capacitores
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Tolerancia y corriente de fuga de un Capacitor
Tolerancia del capacitor
Tolerancia: Son los límites dentro de los cuales puede variar el valor teórico o
nominal del capacitor. Ver la siguiente tabla.
Corriente de Fuga del capacitor
En un capacitor además de la corriente de carga ya conocida existe otra corriente
llamada corriente de fuga, debido a imperfecciones en el dieléctrico que no es
un aislante perfecto.
Cuando se realicen mediciones de la capacitancia de un capacitor es un
parámetro a tomar en cuenta
- En el capacitor electrolítico de aluminio la corriente de fuga es:
< 0.05 uA x voltio x uF y siempre superior a 4 uA
- En el capacitor electrolítico de tantalio la corriente de fuga es:
< 0.02 uA x voltio x uF y siempre superior a 1 uA
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Resistencia de aislamiento. Inductancia parásita de un
Capacitor
Resistencia de aislamiento
La resistencia de aislamiento es el factor causante de las pérdidas que se
presentan cuando se aplica corriente continua a un capacitor. Ver la siguiente
tabla.
Inductancia parásita
La inductancia parásita se debe a la forma en que está construido el capacitor
y se representa como una bobina en serie con el mismo.
A bajas frecuencias es despreciable, pero a frecuencias más altas, influye en la
reactancia del capacitor y no debe despreciarse.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Relación de carga, voltaje y capacidad en un capacitor
La corriente por un conductor es un flujo orientado de cargas eléctricas.
Si un capacitor es conectado a una fuente de corriente continua, este recibe
carga eléctrica.
El valor de la carga almacenada se obtiene multiplicando la corriente entregada
por la fuente por el tiempo durante el cual la fuente estuvo conectada al
capacitor.
Entonces: Q = I x t (carga = corriente x tiempo)
Donde:
Q: está en coulombios
I: está en amperios
t: está es segundos
Experimentalmente se puede comprobar que la carga almacenada en un
capacitor es directamente proporcional al voltaje aplicado entre sus terminales.
Entonces: Q = C x V (carga = capacidad x voltaje)
Donde:
Q: está en coulombios
C: está en faradios
V: está en voltios
Igualando la última ecuación con la primera se tiene que: Q = I x t = C x V
Despejando: V = I x t / C.
Si se mantiene el valor de la corriente "I" constante y como el valor de "C"
también es constante, el voltaje "V" es proporcional al tiempo.
Entonces se puede decir que:
Cuando un capacitor se carga a corriente
constante, el voltaje entre sus terminales es
proporcional al tiempo de carga.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Energía almacenada en un capacitor / condensador
Si se tiene un capacitor totalmente descargado y a éste se le aplica una fuente de
alimentación, habrá una transferencia de energía de la fuente hacia el capacitor.
Un conocimiento ya adquirido es que:
La potencia es la capacidad
que se tiene de realizar un
trabajo en una cantidad
de tiempo
La fórmula:
P=W/t ó W=Pxt
Donde:
P = potencia
W = trabajo
t = tiempo
Otra fórmula de potencia es:
P=IxV
En la última fórmula, si se considera que la corriente es constante (corriente
continua), entonces la potencia es proporcional al voltaje. Si el voltaje aumenta
en forma lineal, la potencia aumentará igual. Ver el diagrama
Como la potencia varía en función del tiempo, no se puede aplicar la fórmula W =
P x t, para calcular la energía transferida.
Pero observando el gráfico, se ve que esta energía se puede determinar midiendo
el área bajo la curva de la figura.
El área bajo la curva es igual a la mitad de la potencia en el momento “t”,
multiplicada por “t”. Entonces: W = (P x t) / 2.
Pero se sabe que P = V x I. Si se reemplaza esta última fórmula en la anterior se
obtiene: W = (V x I x t) / 2, y como I x t = CV, entonces:
W = (CV2 / 2) julios
Donde:
W = trabajo en julios
C = Capacidad en faradios
V = voltaje en voltios en los extremos del capacitor
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Clasificación de los Condensadores: Fijos y variables
Capacitores fijos:
Estos se diferencian entre si por el tipo de dieléctrico que utilizan. Materiales comunes
son: la mica, plástico y cerámica y para los capacitores electrolíticos, óxido de
aluminio y de tantalio.
Hay de diseño tubular, y de varias placas y dieléctrico intercalados. El diseño de
múltiples placas es un diseño para aumentar el área efectiva de la placa.
Entre placa y placa se coloca el aislante y se hace una conexión de placa de de por
medio, como si fueran capacitores en paralelo. (ver diagrama).
1 - Condensadores de cerámica
Son capacitores en donde las inductancias parásitas y las pérdidas son casi nulas. La
constante dieléctrica de estos elementos es muy alta (de 1000 a 10,000 veces la del aire)
- Algunos tipos de cerámica permiten una alta permitividad y se alcanza altos valores de
capacitancia en tamaños pequeños, pero tienen el inconveniente que son muy sensibles
a la temperatura y a las variaciones de voltaje.
- Hay otros tipos de cerámica que tienen un valor de permitividad menor, pero que su
sensibilidad a la temperatura, voltaje y el tiempo es despreciable. Estos capacitores
tienen un tamaño mayores que los otros de cerámica. Se fabrican en valores de
fracciones de picoFaradios hasta nanoFaradios.
2 - Condensadores de lámina de plástico
- Láminas de plástico y láminas metálicas intercaladas: Estos tipos de capacitores
son generalmente más grandes que los de lámina metalizada, pero tienen una
capacitancia más estable y mejor aislamiento.
- Lámina metalizada: Tiene la lámina metálica depositada directamente en la lámina
de plástico. Estos capacitores tienen la cualidad de protegerse a si mismos contra sobre
voltajes. Cuando esto ocurre aparece un arco de corriente que evapora el metal
eliminando el defecto.
Capacitor tubular
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Tutoriales Electrónica: Componentes
3 - Condensadores de mica:
Capacitores que consisten de hojas de mica y aluminio colocados de manera alternada y
protegidos por un plástico moldeado.
Son de costo elevado. Tiene baja corriente de fuga (corriente que pierden los
condensadores y que hacen que este pierda su carga con el tiempo) y alta estabilidad. Su
rango de valores de va de los pF a 0.1 uF.
4 -Capacitores de poliester:
Sustituyen a los capacitores de papel, solo que el dieléctrico es el poliéster. Se crearon
capacitores de poliéster metalizado con el fin de reducir las dimensiones físicas.
Ventajas: muy poca pérdida y excelente factor de potencia
5 - Condensadores electrolíticos:
Estos capacitores pueden tener capacitancias muy altas a un precio razonablemente
bajo. Tienen el inconveniente de que tienen alta corriente de fuga y un voltaje de ruptura
bajo.
Son polarizados y hay que tener cuidado a hora de conectarlos pues pueden estallar si se
conectan con la polaridad invertida. Se utilizan principalmente en fuentes de
alimentación.
Físicamente estos elementos constan de un tubo de aluminio cerrado, en donde está el
capacitor. Tienen una válvula de seguridad que se abre en el caso de que el electrolito
entre en ebullición, evitando así el riesgo de explosión. Ver capacitor electrolítico
6 - Condensadores de tantalio:
Son polarizados por lo que hay que tener cuidado a la hora de conectarlo.
Capacitores variables
1 - Capacitores variables giratorios:
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Muy utilizado para la sintonía de aparatos de radio. La idea de estos es variar con la
ayuda de un eje (que mueve las placas del capacitor) el área efectiva de las placas que
están frente a frente y de esta manera se varía la capacitancia. Estos capacitores se
fabrican con dieléctrico de aire, pero para reducir la separación entre las placas y
aumentar la constante dieléctrica se utiliza plástico. Esto hace que el tamaño del
capacitor sea menor.
2 - Capacitores ajustables "trimmer":
Se utiliza para ajustes finos, en rangos de capacitancias muy pequeños. Normalmente
éstos, después de haberse hecho el ajuste, no se vuelven a tocar. Su capacidad puede
variar entre 3 y 100 picoFaradios. Hay trimmers de presión, disco, tubular, de placas.
Nota: Capacitor = Condensador
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Capacitor / Condensador electrolítico
A diferencia de los capacitores comunes, los capacitores electrolíticos se han
desarrollado para lograr grandes capacidades en dimensiones físicas reducidas.
Este capacitor se logra con un dieléctrico especial. La capacidad de un capacitor
tiene fórmula:
C = EA / d
donde:
- A = superficie
- d = separación de placas
- E = constante dieléctrica
Si el valor de la constante dieléctrica (E) aumenta, también aumenta la
capacitancia del capacitor.
Este dieléctrico es un electrolito constituido por óxido de aluminio impregnado en
un papel absorbente.
Cuando se fabrica el capacitor electrolítico, se arrollan dos láminas de aluminio,
separadas por un papel absorbente impregnado con el electrolito.
Después se hace circular una corriente entre las placas, con el propósito de
provocar una reacción química que creará una capa de óxido de aluminio que será
el dieléctrico (aislante). Ver diagrama.
Físicamente consta de un tubo de aluminio cerrado, dentro del cual se haya el
capacitor. Está provisto de una válvula de seguridad que se abre en caso de que
que el electrolito (de allí viene el nombre) entre en ebullición y evitando el riesgo
de explosión.
El capacitor electrolítico es un elemento polarizado, por lo que sus terminales no
pueden ser invertidas. Generalmente el signo de polaridad viene indicado en el
cuerpo del capacitor.
El inconveniente que tienen estos capacitores es que el voltaje permitido entre
sus terminales no es muy alto. Si fuera necesario cambiar este capacitor, se debe
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Tutoriales Electrónica: Componentes
buscar uno de la misma capacidad y con un voltaje igual o mayor al del capacitor
dañado, pero...
No se recomienda utilizar un capacitor de voltaje (dato de fabrica) muy superior al
dañado pues, un capacitor que recibe un voltaje mucho menor que para la que fue
diseñado, siente que no estuvo polarizado en corriente continua y la capa de óxido
de aluminio disminuye hasta que el elemento falla.
Nota: Este tipo de capacitores deben de utilizarse lo antes posible después de su
fabricación.
Si el período de almacenamiento antes de usarlo es muy largo, al no recibir voltaje,
se empieza a dañar (se reduce la capa de óxido de aluminio). Es conveniente tomar
en cuenta siempre la fecha de fabricación.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Código de colores de los capacitores. Código 101
Porcentaje de tolerancia
Código de colores de los capacitores
Determinar el valor de un capacitor por medio del código de colores no es difícil y se
rea se realiza sin problemas.
Al igual que en los resistores este código permite de manera fácil establecer su valor
El código 101 de los capacitores:
El código 101 es muy utilizado en capacitores cerámicos. Muchos de ellos que tienen
su valor impreso, como los de valores de 1 uF o más. Donde: uF = microfaradio
Ejemplo: 47 uF, 100 uF, 22 uF, etc.
Para capacitores de menos de 1 uF, la unidad de medida es el pF (picoFaradio) y se
expresa con una cifra de 3 números.
Los dos primeros números expresan su significado por si mismos, pero el tercero
expresa el valor multiplicador de los dos primeros. Ver la siguiente tabla.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Ejemplo:
Un capacitor que tenga impreso el número 103 significa que su valor es 10 + 1000 pF =
10,000 pF.
Ver que 1000 tiene 3 ceros (el tercer número impreso).
En otras palabras 10 más 3 ceros = 10,000 pF
El significado del tercer número se muestra en la tabla siguiente.
Después del tercer número aparece muchas veces una letra que indica la tolerancia del
capacitor expresada en porcentaje (algo parecido a la tolerancia en las resistores). Ver
el párrafo siguiente
Tabla de tolerancia del código 101
de los capacitores
La siguiente tabla nos muestra las distintas letras y su
significado (porcentaje)
Ejemplo: Un capacitor tiene impreso lo siguiente:
104H
104 significa 10 + 4 ceros = 10,000 pF
H = +/- 3% de tolerancia.
474J
474 significa 47 + 4 ceros = 470,000 pF,
J = +/- 5% de tolerancia.
470.000pF = 470nF = 0.47µF
Algunos capacitores tiene impreso directamente sobre ellos el valor de 0.1 o 0.01, lo
que sindica 0.1 uF o 0.01 uF
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Código JIS (Japan Industrial Standard) de un
condensador / Capacitor.
Código japonés para identificación de condensadores (JIS)
El código JIS (Japan Industrial Standard) es el código utilizado por la
industria japonesa para la identificación de condensadores.
El código es alfanumérico (letras y números) y se lee de la siguiente manera:
- El primer número y la primera letra se refiere a la tensión máxima de operación
del capacitor. Ver listado abajo.
- Los tres números que siguen indican el valor de la capacidad del capacitor en
picofaradios (pF).
Los dos primeros números son las cifras significativas y el tercero es el
multiplicador decimal.
- La última letra denota la tolerancia:
- J = 5%
- K = 10%
- M = 20%
Para determinar la máxima tensión de operación se utiliza la siguiente
nomenclatura:
1H = 50 V.
2A = 100 V.
2T = 150 V.
2D = 200 V.
2E = 250 V.
2G = 400 V.
2J = 630 V.
Ejemplos:
1) 2E 185 K
2E: 250 V
183: 18 x 103 pF = 18 000 pF
K: tolerancia 10%
El capacitor es de: 18,000 pF +/- 10% con una tensión máxima de 250V
2) 1H 323 M
1H: 50V.
324: 3 x 104 pF = 30, 000 pF
M: tolerancia = 20%
El capacitor es de: 30,000 pF +/- 20% con una tensión máxima de 50V.
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Bobina o inductor
Definición de bobina o inductor
La bobina o inductor por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en
forma de campo magnético
El símbolo de una bobina / inductor es:
El inductor es diferente del condensador / capacitor, que almacena energía en forma de
campo eléctrico
Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético,
siendo el sentido de flujo del campo magnético, el que establece la ley de la mano
derecha (ver electromagnetismo).
Al estar el inductor hecho de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro
del inductor y cierra su camino por su parte exterior.
Una característica interesante de los inductores es que se oponen a los cambios bruscos
de la corriente que circula por ellas.
Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellos (ejemplo: ser
conectada y desconectada a una fuente de alimentación de corriente continua), esta
intentará mantener su condición anterior.
Este caso se da en forma continua, cuando una bobina esta conectada a una fuente de
corriente alterna y causa un desfase entre el voltaje que se le aplica y la corriente que
circula por ella.
En otras palabras:
La bobina o inductor es un elemento
que reacciona contra los cambios
en la corriente a través de él,
generando un voltaje que se opone
al voltaje aplicado y es proporcional
al cambio de la corriente.
Inductancia, unidades
La inductancia mide el valor de oposición de la bobina al paso de la corriente y se
miden en Henrios (H), pudiendo encontrarse valores de MiliHenrios (mH). El valor
depende de:
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Tutoriales Electrónica: Componentes
- El número de espiras que tenga la bobina (a más vueltas mayor inductancia, o sea
mayor valor en Henrios).
- El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en
Henrios).
- La longitud del cable de que está hecha la bobina.
- El tipo de material de que esta hecho el núcleo, si es que lo tiene.
Aplicaciones de una bobina / inductor
- En los sistemas de iluminación con lámparas fluorescentes existe un elemento
adicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama balastro
- En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrar componentes de
corriente alterna y solo obtener corriente continua en la salida
- En muchos circuitos osciladores se incluye un inductor. Por ejemplo circuitos RLC
serie o paralelo
Notas: Bobina = Inductor
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Bobina / Inductor con núcleo metálico
En el inductor con núcleo de aire se ve que el valor de la inductancia de esta depende
de el número de vueltas (espiras), la longitud, el diámetro, el grosor de la espira, etc.
El valor de la inductancia que se puede obtener es limitado cuando el núcleo es de aire.
Para poder incrementar el valor de la inductancia de una bobina se coloca dentro de
ella un núcleo metálico de características magnéticas muy especiales, que lo que hacen
es reforzar el campo magnético.
El magnetismo del material del núcleo depende de la polarización de "los dominios
magnéticos moleculares", cuando el campo magnético que afecta el inductor cambia
continuamente.
Estos dominios deben poder cambiar su posición para que el núcleo cumpla su objetivo.
Los dominios magnéticos podrán o no seguir las variaciones del campo magnético
dependiendo del material de que está hecho el núcleo. Si esta variación del campo
magnético no puede ser seguida el núcleo pierde su razón de ser y lo dominios
moleculares se desordenan, quedando el núcleo despolarizado magnéticamente.
El material magnético que se utiliza como núcleo de la bobina depende de la
frecuencia a la que trabajará esta.
- Metal sólido: para frecuencias muy bajas.
- Metal laminado: para frecuencias de 10 hertz (Hz) a algunos kilohertz (Khz)
- Núcleos de polvo metálico: para frecuencias arriba de cientos de Kilohertz y hasta
varios cientos de Megahertz (Mhz)
- Núcleo de aire: frecuencia superiores a los 500 Megahertz. En este caso el núcleo
metálico se vuelve obsoleto.
Notas:
- 1 hertz = 1 ciclo por segundo
- Bobina = Inductor
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Bobina (inductor) con núcleo de aire
Hay ocasiones en que se tiene una bobina o inductor con núcleo de aire y no conoce
su valor (en henrios). Ver definición de unidades comunes
Existe un método para obtener este valor si se tienen las medidas externas de la bobina
/ inductor.
La fórmula a utilizar es la siguiente:
L(uH)=(0.393a2n2)/(9a+10b)
Donde:
- n: es la cantidad de espiras (vueltas de alambre) del inductor
- a: es el radio del inductor en centímetros
- b: es la longitud del arrollado del inductor en centímetros
Esta fórmula es una buena aproximación para inductores de una longitud mayor o igual
a 0.8a. Ver el gráfico anterior.
Ejemplo 1:
Se tiene una bobina o inductor de 32 espiras, 13 vueltas por centímetro y 25 mm de
diámetro. Cuál será su inductancia?
- a = 25 mm / 2 = 1.25 centímetros
- b = 32 / 13 = 2.46
- n = 32
Entonces: L = (0.393 x 1.252 x 322) / (9 x 1.25 + 10 x 2.46) = 17.54 uHenrios
Ejemplo 2:
Se desea construir una bobina o inductor que sea de 10 uHenrios (uHenrys), que tenga
2.54 centímetros de diámetro y una longitud de 3.175 centímetros.
Entonces:
- a = 2.54 centímetros / 2 = 2.27 centímetros
- b = 3.175 centímetros
- L = 10 uHenrios
Se despeja de la ecuación original la variable "n" en función de todas las demás.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
n = [10 x (9a + 10b) / ( 0.393 x a2)]1/2
y reemplazando los valores.....
n = [10 x (11.43 + 31.75) / 0.393 x 1.613]1/2 = 6801/2 = 26.1 espiras
Notas:
- Bobina = Inductor.
- Los paréntesis elevados a la 1/2 es lo mismo que una raíz cuadrada.
- uHenrio = microHenrio.
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Transformador ideal
Relación de voltajes, corrientes, potencias en un
transformador
El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de
corriente alterna que tiene a su entrada en otro diferente amplitud, que entrega a su
salida.
Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras
(vueltas) de alambre conductor.
Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominan:
Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y
Bobina secundaria o "secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado.
La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente
alterna.
Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro. Como el bobinado
secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a
través de las espiras de éste.
Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por
el alambre del secundario un voltaje. En este bobinado secundario habría una corriente
si hay una carga conectada (el secundario conectado por ejemplo a un resistor)
La razón de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario"
depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del
secundario es el triple del primario. En el secundario habrá el triple de voltaje. La
fórmula:
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Entonces: Vs = Ns x Vp / Np
Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras
de cada bobinado. Si se supone que el transformador es ideal. (la potencia que se le
entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las perdidas por calor y otras),
entonces:
Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps
Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su
potencia usando la siguiente fórmula.
Potencia = voltaje x corriente
P = V x I (en watts)
Aplicando este concepto al transformador y como
P(bobinado pri) = P(bobinado sec)
entonces...
La única manera de mantener la misma potencia en los dos bobinados es que cuando el
voltaje se eleve, la corriente se disminuya en la misma proporción y viceversa.
Entonces:
Así, para conocer la corriente en el secundario (Is) cuando tengo:
- Ip (la corriente en el primario),
- Np (espiras en el primario) y
- Ns (espiras en el secundario)
se utiliza siguiente fórmula: Is = Np x Ip / Ns
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Transformador real
Circuitos equivalentes de un transformador real
Circuitos equivalentes para transformadores de potencia y
audio para video y RF (radio frecuencia)
Normalmente en los diseños y análisis donde se utilizan transformadores, es muy
común utilizar las características de éste como si fuera transformador ideal
Esto
- No
- No
- No
- No
significa que:
tiene pérdidas por calor
hay caídas de voltaje en los bobinados de los arrollados
hay capacitancias debido a los bobinados
hay pérdidas por histéresis en el núcleo, etc.
Cuando es necesario tomar en cuenta estos parámetros se utilizan circuitos
equivalentes.
Para transformadores de potencia o
de audio
Los valores son:
- Rp: es la resistencia del bobinado primario
medida directamente con un multímetro.
- Rs: es la resistencia del bobinado secundario
medida directamente con un multímetro.
En este caso el efecto piel se puede despreciar (el efecto piel causa que el valor de
la resistencia se incremente dependiendo de las dimensiones del conductor)
Lp y Ls (los bobinados primario y secundario) se comportan como en un
transformador ideal.
Esto significa que:
- Cualquier tensión que haya en el bobinado primario aparecerá en el secundario
modificado en un factor 1/n.
- Cualquier corriente que haya en el bobinado secundario aparecerá en el
secundario modificada en un factor n.
- Una impedancia a través de Ls se refleja en Lp multiplicada por un factor igual a
1/n2. (ver transformador ideal)
Donde n: es la razón de transformación o razón de vueltas entre los bobinados
primario y secundario
La resistencia Rh representa las pérdidas por histéresis en el núcleo.
Usualmente es varias veces mayor en magnitud que la reactancia XLp. (reactancia
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Tutoriales Electrónica: Componentes
del bobinado primario). Dependiendo de su magnitud se podría despreciar.
Para transformadores de vídeo y RF
En este caso el efecto piel no es
despreciable y hace que los valores de
Rs y Rp sea mayores que los valores de
medición directa en los bobinados.
Se supone que son transformadores
que no tienen un acoplamiento magnético perfecto debido a que tienen núcleo
de aire o ferrita.
El subíndices k indica acoplamiento y el subíndice L fugas en las reactancias. Así:
- LP = LPL + LPk
- LS = LSL + LSk
- k = LPk / LP = LSk / LS
Valores de k (índice de acoplamiento) para transformadores con núcleo de
aire:
- k = 0.95 : cuando el arrollamiento de los bobinados están juntos (dos cables
arrollados juntos)
- k = 0.90: cuando el arrollamiento primario está sobre el secundario
- k = 0.35: cuando los arrollamiento están uno después del otro y su longitud es
igual a la mitad del diámetro
- k = 0.10: cuando los arrollamiento están uno después del otro y su longitud es
igual a 2 diámetros
CP y CS representan las capacitancias de los arrollamientos que van de 0.01 a 0.02
pF por vuelta.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Autotransformador
El autotransformador es un transformador donde una parte del devanado es
común tanto al primario como al secundario.
El principio de funcionamiento es el mismo que el de el transformador común,
entonces la relación de transformación entre las tensiones y las corrientes y el
número de vueltas se mantiene.
Las corrientes primaria y secundaria están en oposición y la corriente total que
circula por las espiras en común es igual a la diferencia de la corriente del
devanado de baja tensión y el devanado de alta tensión.
Para que un autotransformador funcione adecuadamente, los dos devanados
deben tener el mismo sentido de bobinado.
Autotransformador reductor
- Si se aplica una tensión alterna entre los puntos A y B, y se mide la tensión de
salida entre los puntos C y D, se dice que el autotransformador es reductor de
tensión.
relación de vueltas Ns / Np < 1
Autotransformador elevador
- Si se aplica una tensión alterna entre los puntos C y D, y se mide la tensión de
salida entre los puntos A y B, se dice que el autotransformador es elevador de
tensión.
relación de vueltas Ns / Np > 1
Los autotransformadores tienen la ventaja sobre los transformadores
comunes, de un peso y costo menor. En lugar de tener un bobinado de alta
tensión de N1 espiras, se debe preveer, para el bobinado de baja tensión, con un
número N2 de espiras, un número de espiras adicional de N1 - N2.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
También hay que tomar en cuenta que el conductor de la sección común del
bobinado, debe de tener una sección de cobre en función de la diferencia de
corrientes entre baja y alta tensión.
Otra ventaja es la de no necesitar aislamiento entre los bobinados primario y
secundario. Sin embargo esto trae la desventaja de que el bobinado primario no
es independiente del secundario.
Esto causa peligro para una persona, pues entre tierra y el hilo común del
secundario y el primario, existe la tensión del primario. Ver diagrama del
autotransformador reductor.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Embobinado y reparación de Transformadores
Por: Jorge L. Jiménez, director de LADELEC. Barranquilla, Colombia. www.ladelec.com
Concepto, fórmulas, ejemplo
Tutorial teórico-práctico para aprender a embobinar y reparar transformadores de
poder con potencias de hasta 1000W. Dirigido a personas con conocimientos
básicos de electrónica.
Resumen de conceptos
Relación de transformación: Es la relación entre el número de espiras del
primario y del secundario, la cual es igual a la relación entre la tensión del
primario y del secundario sin carga.
Relación entre corrientes: Es inversa a la relación de transformación.
Rendimiento: Nos dice cuanta potencia se aplica al transformador y cuanta
entrega este a la carga. La diferencia se pierde en los devanados en forma de
calor por efecto JOULE, debido a que estos no tienen una resistencia nula, y
también en el núcleo debido a histéresis y corrientes de Foucault.
Núcleos: Son las chapas de material ferro-magnético, hierro al que se añade una
pequeña porción de silicio. Se recubre de barniz aislante que evita la irculación de
corrientes de Foucault.
Potencia= V x I
N1/N2 = V1/V2
Fórmulas
Area = A
donde * = 0.8 si el núcleo es fino y 1.2
si el núcleo es de inferior calidad.
Se da en cm2 y está determinada por los
lados del sector azul de la figura. Es el
resultado de L x L.
El número de vueltas por voltio = A x 0.02112
El voltaje deseado para cada caso se dividirá por el resultado de este número.
Ejemplo real:Embobinar un transformador de 200 W con un V primario =
115V y un V secundario=50V.
Comenzamos por el área del transformador:
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Número de vueltas por voltio:
A x 0.02112 = 14.14 x 0.02112
VxV = 0.29
Entonces:
115 V / 0.29 = 396 vueltas en el primario.
50 V / 0.29 = 172 vueltas en el secundario.
Ahora sabiendo la potencia (200W) podemos calcular la corriente presente en
ambos devanados.
I=W/V
I = 200/ 115
I = 1.73 amperios en el primario.
I = 200/ 50
I = 4 amperios en el secundario.
Si utilizamos una tabla de equivalencias en AWG como la que mostramos a
continuación sabremos el calibre del alambre a utilizar.
De acuerdo a la tabla, para el primario necesitamos comprar alambre calibre 20 y
para el secundario alambre calibre 16.
AWG
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
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Diam. mm
7.35
6.54
5.86
5.19
4.62
4.11
3.67
3.26
2.91
2.59
2.30
2.05
1.83
1.63
1.45
Amperaje
120
96
78
60
48
38
30
24
19
15
12
9,5
7,5
6,0
4,8
AWG
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Diam. mm
1.29
1.15
1.024
0.912
0.812
0.723
0.644
0.573
0.511
0.455
0.405
0.361
0.321
0.286
0.255
Amperaje
3,7
3,2
2,5
2,0
1,6
1,2
0,92
0,73
0,58
0,46
0,37
0,29
0,23
0,18
0,15
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Cálculo de un transformador
Autor: José Manuel Escoboza, Escuela Técnica de las Fuerzas Armadas de República Dominicana.
Donante: Michel Sandino Frías Jiménez, Estudiante.
Tutorial que muestra el método a seguir para el bobinado de un transformador
cuando se tiene el núcleo y se conocen los voltajes para el primario y el
secundario.
Fórmula: Area= A X B
Siendo A = 4 cm y B = 5 cm, entonces: Area = 4 cm x 5 cm = 20 cm²
Constante: (K) = 37.54
Espira = Significa una vuelta en el carretón.
Fórmula = K / Area = Espiras x voltios
(También AREA = Sección del núcleo = SN)
Ejemplo: 37.54 / 20 = 1.877 espiras por voltio
Así que si queremos un transformador de 120V a 18V, tenemos:
1.877 x 120v = 225.24 espiras en el embobinado primario
1.877 x 18v = 33.78 espiras en el embobinado secundario
Fórmula para la potencia máxima: (AREA)²
Siendo Area = 20cm², entonces; Potencia máxima = (20²) = 400 Watts o Vatios
Por la ley de potencia : I = W /V, tenemos que:
IP (corriente en el primario) = 400/120 = 3.33 Amperes que nos da: AWG # 18
(calibre del cable)
IS (corriente en el secundario) = 400/18 = 22.2 Amperes que nos da: AWG # 10
(calibre del cable)
Uso de alambres según su amperaje
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Método para determinar el número de pies de alambre en los
bobinados de un transformador.
1- Se elige cual bobina va primero en el carrete, si es el primario o el secundario.
2- Se mide una espira en el carrete en centímetros.
3- Se dividen los centímetros de la espira obtenida anteriormente por un pie, el
cual equivale a 30.34 cm y el resultado será una constante la cual da pies por
espira.
4- La constante se multiplica por el número de espiras del embobinado que vaya
primero y al resultado se le aumenta un 15 %, porque irá creciendo y así se
obtiene los pies de la primera bobina.
5- La constante se multiplica por el número de espiras del embobinado que vaya
segundo y al resultado se le aumenta un 30%, porque irá creciendo y así se
obtiene los pies de la segunda bobina.
((Un pie = 30.48 cm))
Fórmula: Una espira en centímetros/30.48 = Constante
Así si tenemos que una espira en el primario nos da 15.5 centímetros tenemos:
K= 15.5/30.48 = 0.5085
Siguiendo con los datos anteriores tenemos que:
Devanado primario:
0.5085 X 33.78 vueltas = 17.1806 + 15% = 19.7577 pies (#10 AWG)
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Devanado secundario:
0.5085 X 225.24 vueltas = 114.54 + 30% =148 pies (#18 AWG)
Peso de una bobina (bobinado)
((Una libra = 16 Onzas))
Fórmula: Onza = [pies bobina / libra x pie] x onzas / libra
Devanado primario : 19.7577 X 16 / 31.8= 9.94 Onzas
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Relé, Relay - Relevador
Relé, Relay
El Relé es un interruptor operado magnéticamente.
El relé se activa o desactiva (dependiendo de la conexión) cuando el electroimán (que
forma parte del relé) es energizado (le ponemos un voltaje para que funcione).
Esta operación causa que exista conexión o no, entre dos o más terminales del
dispositivo (el relé).
Esta conexión se logra con la atracción o repulsión de un pequeño brazo, llamado
armadura, por el electroimán.
Este pequeño brazo conecta o desconecta los terminales antes mencionados.
Funcionamiento del Relé:
Si el electroimán está activo jala el brazo (armadura) y conecta los puntos C y D. Si el
electroimán se desactiva, conecta los puntos D y E.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
De esta manera se puede conectar algo, cuando el
electroimán está activo, y otra cosa conectada, cuando
está inactivo.
Es importante saber cual es la resistencia del bobinado
del electroimán (lo que está entre los terminales A y B)
que activa el relé y con cuanto voltaje este se activa.
Este voltaje y esta resistencia nos informan que
magnitud debe de tener la señal que activará el relé y
cuanta corriente se debe suministrar a éste.
La corriente se obtiene con ayuda de la Ley de Ohm: I = V / R.
donde:
- I es la corriente necesaria para activar el relé
- V es el voltaje para activar el relé
- R es la resistencia del bobinado del relé
Ventajas del Relé
- El Relé permite el control de un dispositivo a distancia. No se necesita estar junto al
dispositivo para hacerlo funcionar.
- El Relé es activado con poca corriente, sin embargo puede activar grandes máquinas
que consumen gran cantidad de corriente.
- Con una sola señal de control, puedo controlar varios relés a la vez.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Transformador de potencia
Utilización de los transformadores de potencia
Los transformadores son máquinas eléctricas estáticas que permiten
modificar los valores de voltaje y corriente con el fin de que éstos tomen los
valores más adecuados para el transporte y distribución de la energía
eléctrica.
La utilidad de los transformadores eléctricos se debe a la economía que se
obtiene al efectuar el transporte de la energía eléctrica a altos voltajes.
Acordarse de que, para la misma potencia, a mayor tensión menor corriente
circulará por el conductor y el calibre de este será menor. Y un conductor de
menor calibre es más barato.
La sección o área transversal del conductor necesaria en una línea de
transmisión es inversamente proporcional al cuadrado del valor del voltaje que
se haya adoptado para el transporte de la electricidad.
Lo anterior explica la conveniencia del empleo de altos voltajes en el transporte de
la energía eléctrica.
Así como los transformadores se utilizan para elevar el voltaje y permitir el
transporte de la corriente a largas distancias, los transformadores también se
utilizan para la reducción del voltaje a niveles aceptables para uso doméstico e
industrial
En el gráfico anterior se muestra el procedimiento general de distribusión de
energía desde su generación hasta la entrega final de esta en la industria o para
uso doméstico.
Nota:
- Muchas industrias no obienen su conexión de alimentación del punto con voltaje
de 120 / 240V sino del punto de 34.5 KV
- 1 KV = 1000 V. Ejemplo 34.5 KV = 34500 voltios.
- Los voltajes mostrados en el gráfico anterior podrían variar de un país a otro.
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Constitución del transformador de potencia
Constitución del transformador de potencia
Todos los transformadores sin importar su tamaño, tienen tres partes
fundamentales:
- Bobinado de alta tensión:
Es un bobinado de alambre de cobre aislado, de poca sección transversal (es más
delgado), construido para recibir o entregar la tensión mayor nominal del
transformador.
- Bobinado de baja tensión:
Es un bobinado de alambre de cobre aislado, de mayor sección transversal (es
más grueso), construido para recibir o entregar la tensión menor nominal del
transformador.
Cuando el transformador está instalado, al bobinado que está conectado a la
fuente se le denomina primario y el bobinado que está conectado a la carga, se le
denomina secundario.
- Núcleo:
Construido con chapas magnéticas con alta proporción de silicio (4%), grano
orientado y pérdidas por histéresis muy bajas, las cuales tienen por un lado un
aislamiento impregnado en el proceso
metalúrgico.
De acuerdo a su disposición, los núcleos pueden
ser:
a- Simple o de columnas: Es estos los
bobinados van dispuestos sobre las dos
columnas. El flujo magnético se canaliza a
través de las columnas y las culatas.
b- Doble o acorazado: La columna central tiene el doble de sección que las
culatas laterales, los bobinados van
dispuestos en la columna central.
El flujo magnético se canaliza de la
columna central hacia las culatas
laterales. Las columnas de sección
rectangular se usan en pequeños
transformadores (hasta 50KVA).
En los transformadores de mayor
potencia, se utiliza la sección escalonada,
para aumentar la superficie de enfriamiento.
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En los de alta potencia se utiliza el escalonado con canales de refrigeración. En el
gráfico abajo a la derecha se muestra la parte exterior de un transformador
real. En el se describen los nombres de las diferentes partes que son visibles.
Internamente es posible observar el núcleo, los bobinados primario y secundario
con sus respectivos terminales. Esto último sumergido en aceite dieléctrico (no
conductor de la electricidad) que sirve como disipador de calor.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Principio de funcionamiento del transformador
Para poder comprender el funcionamiento de un transformador se examinará el
de construcción más elemental.
Un circuito magnético simple, constituido por dos columnas y dos culatas, en el
que han sido arrollados dos circuitos eléctricos:
- Uno, constituido por una bobina de N1 espiras, es conectado a la fuente de
corriente alterna y recibe el nombre de primario.
- Otro constituido por un bobinado de N2 espiras, permite conectar a sus bornes
un circuito eléctrico de utilización (la carga) y recibe el nombre de secundario.
Al alimentar el bobinado primario con una fuente de voltaje alterno, por él (el
bobinado) circulará una corriente eléctrica alterna (I1), que produce una fuerza
magnetomotriz que causa que se establezca un flujo de líneas de fuerza alterno
(Ф1) en el circuito magnético del transformador.
El flujo Ф1 al estar canalizado en el núcleo, induce en las espiras del bobinado
secundario una fuerza electromotriz (E2).
Las espiras del bobinado primario también están en la influencia del Ф1. por lo
tanto en ellas se va a inducir una fuerza contraelectromotriz (E1), que se
opone al voltaje de alimentación, dando como resultado una disminución de la
intensidad de corriente I1
Cuando se le aplica carga (R) al bobinado secundario, circula por él la intensidad
de corriente I2, la cual produce el flujo magnético Ф2, opuesto al Ф1, por lo
tanto reduce el flujo resultante en el núcleo dando como resultado que la fuerza
contraelectromotriz disminuya y la intensidad de corriente I1 aumente.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Se observa como un aumento de la corriente en el secundario (I2) provoca un
aumento de la corriente en el primario (I1), sin que exista conexión eléctrica entre
ambos bobinados.
Dado que la fuerza contraelectromotriz es directamente proporcional al flujo
inductor (Ф1), al disminuir éste, por la contraposición del Ф2, se da un incremento
en la corriente I1.
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Razón de transformación K del transformador
Relación de transformación K
La razón de transformación K es el valor del conciente que resulta de dividir la
cantidad de espiras del bobinado primario (N1) y del bobinado secundario (N2).
K= N1/N2
En un transformador al vacío (sin carga), las fuerzas electromotrices
inducidas (E1 y E2) guardan un relación directa, por lo que también se puede
determinar la relación de transformación con E1 y E2.
K= E1/E2
Otra forma de determinar la relación de transformación es partiendo de las
intensidades (corrientes) nominales del bobinado primario y del bobinado
secundario (I1 e I2), basado en la relación inversa que guardan con las fuerza
electromotrices.
K= I2/I1
En el gráfico anterior se ilustran los parámetros de N1, N2, E1, E2, I1 e I2
De lo anterior se resume que la relación de transformación se determina:
K= N1/N2 = E1/E2 = I2/I1
Estas últimas ecuaciones no solo permiten obtener la relación de
transformación K por diferentes medios, si no que permiten obtener los valores
de voltaje, corriente y número de vueltas en los bobinados (N1 y N2) si se
conocen el valor de K y uno o más de los otros parámetros.
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Polaridad de un transformador
¿Qué es polaridad en un transformador?
Las bobinas secundarias de los transformadores monofásicos se arrollan en el
mismo sentido de la bobina primaria o en el sentido opuesto, según el criterio del
fabricante.
Debido a esto, podría ser que la intensidad de corriente en la bobina primaria y la
de la bobina secundaria circulen en un mismo sentido, o en sentido opuesto.
Polaridad Aditiva:
La polaridad positiva se da cuando en un transformador el
bobinado secundario está arrollado en el mismo sentido que el
bobinado primario.
Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en el mismo
sentido y se sumen.
Los terminales “H1” y “X1” están cruzados. Ver diagrama.
Polaridad Sustractiva:
La polaridad sustractiva se da cuando en un transformador
el bobinado secundario esta arrollado en sentido opuesto al
bobinado primario.
Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en sentidos
opuestos y se resten.
Los terminales “H1” y “X1” están en línea. Ver diagrama.
Como determinar la polaridad de un
transformador
Para determinar la polaridad del transformador,
se coloca un puente entre los terminales del lado
izquierdo del transformador y se coloca un
voltímetro entre los terminales del lado derecho del
mismo, luego se alimenta del bobinado primario
con un valor de voltaje (Vx). Ver el diagrama.
Si la lectura del voltímetro es mayor que Vx el
transformador es aditivo o si es menor el
transformador es sustractivo.
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Pérdidas de potencia de un transformador eléctrico
Perdidas de potencia
En un transformador eléctrico, al igual que en todas las máquinas eléctricas,
hay pérdidas de potencia. Por tratarse de una máquina estática, no existen
pérdidas de potencia de origen mecánico en un transformador y éstas se
reducen a las del hierro del circuito magnético y las del cobre de los bobinados.
Pérdidas en el hierro (Ph):
La potencia pérdida en el hierro del circuito magnético de un transformador
puede ser medida la prueba de vacío.
Se alimenta el transformador al vacío, la potencia absorbida en ese momento
corresponde exactamente a las pérdidas en el hierro.
En efecto por ser nula la intensidad de corriente en el bobinado secundario no
aparecen en el pérdidas de potencia.
Por consiguiente se puede afirmar que el total de la potencia absorbida por un
transformador funcionando al vacío bajo a voltaje nominal, representa el valor
de la potencia pérdida en el hierro del
circuito magnético.
Dichas pérdidas son causadas por el
fenómeno de histéresis y por las
corrientes de foucoult, las cuales
dependen del voltaje de la red, de la
frecuencia y de la inductancia a que
está sometido el circuito
magnético.
La potencia pérdida en el núcleo permanece constante, ya sea en vacío o con
carga.
Pérdidas en el cobre (Pc):
Es la suma de las potencias pérdidas en los bobinados de un transformador,
funcionando bajo carga nominal. El valor de esta potencia depende de la
intensidad de corriente tanto en el bobinado primario como en el secundario, la
cual varía mucho desde el funcionamiento en vacío a plena carga.
La variación del valor de la potencia pérdida en el cobre es proporcional al
cuadrado de la intensidades de corriente de carga y a la resistencia de los
bobinados.
Pcu = I12 x r1 + I22 x r2
Donde:
Pcu = Pérdidas en los bobinados del transformador.
I1 = Intensidad en el bobinado primario.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
I2 = Intensidad en el bobinado secundario.
r1 = Resistencia del bobinado primario.
r2 = Resistencia del bobinado secundario.
Otra forma de determinar las pérdidas en los bobinados de un transformador es
mediante la prueba de cortocircuito.
Para lograr ésto se alimenta el bobinado primario bajo un voltaje de valor tal, que
estando cerrado en cortocircuito el bobinado secundario, sean recorridos ambos
bobinados por intensidades de corriente iguales a sus valores nominales
respectivos.
La potencia absorbida por el transformador en estas condiciones corresponde
exactamente a las pérdidas totales en el cobre del conjunto de los dos bobinados.
En efecto las pérdidas de potencia “totales” es el resultado de la pérdidas en el
núcleo (Ph) más las pérdidas en el cobre de los bobinados (Pcu).
Pérdidas totales = Ph + Pcu
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Rendimiento de un transformador eléctrico
Rendimiento de un transformador
El rendimiento de un transformador es variable y depende varios factores:
- Del valor de la potencia suministrada
- De la forma del transformador y
- De la calidad de los materiales con los que fue contruido (núcleo y bobinados).
El rendimiento, por ser un dato relativo (un dato de potencia medida depende del
otro dato de potencia medido). se expresa en porcentaje. Ver la fórmula abajo.
Para determinar el rendimiento de un transformador, se alimenta el bobinado
primario con el voltaje nominal, se coloca la carga nominal en el bobinado
secundario y se miden la potencia de entrada Pa (potencia absorbida por el
transformador) y la potencia de salida Pu (potencia útil).
Estos valores medidos se reemplazan en la siguiente fórmula.
Rendimiento (%) = (Pu x 100) / Pa
Donde:
- Pu = Potencia útil
- Pa = Potencia absorbida.
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Impedancia y tensión de corto circuito
Impedancia y Tensión de corto circuito de un transformador
El propósito que tiene el ensayo o prueba de cortocircuito es el de determinar:
- Las pérdidas en los bobinados.
- Las pérdidas de voltaje en el secundario cuando el transformador está
funcionando nominalmente y
- La impedancia del transformador principalmente.
Para realizar la prueba se pone el bobinado secundario del transformador en
cortocircuito y se alimenta el bobinado primario con un voltaje alterno regulable.
El voltaje alterno regulable parte de cero voltios y va incrementando su valor
hasta alcanzar las corrientes (Ver corriente alterna) nominales en ambos
bobinados del transformador.
Con los valores nominales de corriente en ambos bobinados se mide el valor del
voltaje en el primario (Ecc) y se determina la impedancia del transformador
utilizando la siguiente fórmula
Imp = Ecc x 100 / E1 (%)
Donde:
Imp = Impedancia del transformador en %.
Ecc = Voltaje o tensión de cortocircuito.
E1 = Voltaje primario nominal.
En el diagrama que se muestra a continuación se utiliza un autotransformador
para obtener el voltaje alterno regulable para alimentar el bobinado primario del
transformador.
I1 es corriente en el bobinado primario e I2 es corriente en el secundario que está
en corto circuito.
El valor de la impedancia del transformador (Imp) debe tomarse en cuenta a
la hora de realizar acoples para que no existan desbalances a la hora de aplicarle
carga al banco de transformadores. También indica la eficiencia y calidad del
transformador, ya que mientras más alto es el valor de la impedancia,
mayores serán sus pérdidas.
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Transformador con diferentes cargas. Carga Resistiva
Las características de funcionamiento de los transformadores cambian según el
tipo de carga que tenga conectada en el bobinado secundario.
Esta carga puede ser de origen resistivo, capacitivo o inductivo.
Tomando en consideración que la fuerza electromotriz (E2) que se induce en el
secundario, está determinada por la suma vectorial del voltaje de utilización (v)
más la caída de voltaje interna (ec) producida por los propios bobinados, la cual
es de origen inductiva y constante con cualquier tipo de carga.
Dicha caída, tiene un desfase con respecto a la intensidad (corriente) que varía de
acuerdo a las características ohmicas de los bobinados.
Transformador con carga resistiva
Al aplicarle carga resistiva al transformador, la intensidad (corriente) de la
carga se encuentra en fase con el voltaje de utilización (v), al circular corriente
por los bobinados se produce la caída interna (ec) que esta adelantada en un
ángulo “x” con respecto a la intensidad (corriente).
Al representar gráficamente los vectores de estas magnitudes se obtiene:
Se puede ver en el diagrama anterior que la corriente y el voltaje están en fase
como corresponde a una carga resistiva.
Para realizar el cálculo de la representación vectorial, se toma como ejemplo:
E2 = 240V, ec = 10V, con un ángulo de desfase de 60º
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Transformador con carga Capacitiva
Cuando se aplica carga capacitiva a un transformador, la corriente (I) en la
carga se adelanta 90º con respecto al voltaje.
Esto quiere decir que la corriente se desfasa hacia adelante 90º con respecto al
voltaje de utilización (V).
Tomando en cuenta este desfase, se obtiene la caída interna (ec) del
transformador (caída de voltaje). De esta manera la ecuación que da de la
siguiente manera:
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Transformador con carga inductiva
Cuando a un transformador eléctrico se le aplica una carga inductiva, la
corriente (intensidad) en la carga se desfasa (se atrasa) con respecto al voltaje de
utilización.
El ángulo de la corriente respecto al voltaje de utilización varía de acuerdo a las
características del bobinado de la carga.
Como la caída de voltaje interno y la caída de voltaje en la carga tienen el mismo
origen, se puede asumir que los desfases son similares, por esta razón tienen la
misma dirección.
Partiendo de los datos del ejemplo anterior (Ver: transformador con carga
resistiva y transformador con carga capacitica) tenemos:
V = 230V. E2 - ec = 240 - 10 = 230V
De los cálculos anteriores se obtiene que de acuerdo al
tipo de carga que se le conecte al transformador, así
será el valor del voltaje de utilización, partiendo de un
valor dado de fuerza electromotriz.
Entonces:
- con Carga resistiva: E2=240V, ec=10V, V=234.84
- con Carga capacitiva: E2=240V, ec=10V, V=248.60
(Con carga capacitiva el valor del voltaje de utilización se
incrementa debido a la potencia reactiva que tiene el
capacitor.)
- con Carga inductiva: E2=240V, ec=10V, V=230.00V
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Conexión de transformadores monofásicos
A menudo, cuando se requiere aumentar la potencia de un transformador
monofásico, se le acopla otro transformador en paralelo.
Para implementar ésto, se debe respetar los valores del voltaje en el bobinado
primario, voltaje en el bobinado secundario, la impedancia de los bobinados y que
guarden una relación de 4:1 como máximo entre primario y secundario. Ver:
Razón de transformación K de un transformador
Para acoplar dos transformadores monofásicos se puede seguir el siguiente
procedimiento práctico:
a) La conexión de los bobinados primarios se hace normalmente y en forma
difinitiva, H1 con H1 y H2 con H2. (ver diagrama de la izquierda)
b) En el secundario, la conexión que une los bornes intermedios de estos
bobinados y que corresponden al neutro (N) también se puede hacer en forma
definitiva. (ver diagrama de la izquierda)
c) Se hace un puente provisional en los bornes del lado izquierdo y se intercala un
voltímetro en los bornes del lado derecho.(ver el diagrama)
d) Luego se alimenta el banco.
- Si los transformadores tienen polaridad distinta, el voltímetro indicará algún
valor de voltaje.
- Si los transformadores tienen la misma polaridad, el voltímetro no indicará
ningún voltaje.
En este último caso se pueden hacer los puentes en forma definitiva. (diagrama
de la derecha) De lo contrario se intercambian los puentes. Ver: Polaridad de un
transformador
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Conexión de transformadores Trifásicos
Para obtener una corriente eléctrica trifásica es necesario la implementación de un
banco de transfomadores trifásico.
El valor de la corriente es determinado por el tipo de conexión de transformadores
que se utilise.
El tipo de conexión en los bobinados primarios de los transformadores dependerá
del valor del voltaje de la red y de los mismos bobinados primarios de los
transformadores.
El tipo de conexión secundaria esta determinado por el valor de voltaje que se
desee.
Hay las siguientes opciones de bancos trifásicos:
Conexión Estrella
Conexión Delta
Conexión Estrella renca (solamente en el primario)
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Conexión Delta abierta (solamente en el primario)
Nota: Las conexiones se hacen el los secundarios de los transformadores a no ser
que se indique lo contrario.
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Conexión de transformadores monofásicos
A menudo, cuando se requiere aumentar la potencia de un transformador
monofásico, se le acopla otro transformador en paralelo.
Para implementar ésto, se debe respetar los valores del voltaje en el bobinado
primario, voltaje en el bobinado secundario, la impedancia de los bobinados y que
guarden una relación de 4:1 como máximo entre primario y secundario. Ver:
Razón de transformación K de un transformador
Para acoplar dos transformadores monofásicos se puede seguir el siguiente
procedimiento práctico:
a) La conexión de los bobinados primarios se hace normalmente y en forma
difinitiva, H1 con H1 y H2 con H2. (ver diagrama de la izquierda)
b) En el secundario, la conexión que une los bornes intermedios de estos
bobinados y que corresponden al neutro (N) también se puede hacer en forma
definitiva. (ver diagrama de la izquierda)
c) Se hace un puente provisional en los bornes del lado izquierdo y se intercala un
voltímetro en los bornes del lado derecho.(ver el diagrama)
d) Luego se alimenta el banco.
- Si los transformadores tienen polaridad distinta, el voltímetro indicará algún
valor de voltaje.
- Si los transformadores tienen la misma polaridad, el voltímetro no indicará
ningún voltaje.
En este último caso se pueden hacer los puentes en forma definitiva. (diagrama
de la derecha) De lo contrario se intercambian los puentes. Ver: Polaridad de un
transformador
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Conexión de transformadores Trifásicos
Para obtener una corriente eléctrica trifásica es necesario la implementación de un
banco de transfomadores trifásico.
El valor de la corriente es determinado por el tipo de conexión de transformadores
que se utilise.
El tipo de conexión en los bobinados primarios de los transformadores dependerá
del valor del voltaje de la red y de los mismos bobinados primarios de los
transformadores.
El tipo de conexión secundaria esta determinado por el valor de voltaje que se
desee.
Hay las siguientes opciones de bancos trifásicos:
Conexión Estrella
Conexión Delta
Conexión Estrella renca (solamente en el primario)
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Conexión Delta abierta (solamente en el primario)
Nota: Las conexiones se hacen el los secundarios de los transformadores a no ser
que se indique lo contrario.
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Diodo semiconductor
El diodo semiconductor es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede
encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico.
Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.
Símbolo del diodo
( A - ánodo, K - cátodo)
Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una
juntura llamada barrera o unión.
Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios
aproximadamente en el diodo de silicio.
Principio de operación de un diodo
El semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el
semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones)
Cuando una tensión positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones
en el lado N son empujados al lado P y los electrones fluyen a través del material P mas
allá de los límites del semiconductor.
De igual manera los huecos en el material P son empujados con una tensión negativa al
lado del material N y los huecos fluyen a través del material N.
En el caso opuesto, cuando una tensión positiva se aplica al lado N y una negativa al
lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son
empujados al lado P. En este caso los electrones en el semiconductor no se mueven y
en consecuencia no hay corriente
El diodo se puede hacer trabajar de 2 maneras diferentes:
Polarización directa
Es cuando la corriente que circula por el diodo sigue la ruta de la flecha
(la del diodo), o sea del ánodo al cátodo.
En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose
prácticamente como un corto circuito.
Polarización inversa
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido opuesto a la
flecha (la flecha del diodo), o sea del cátodo al ánodo.
En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un
circuito abierto.
Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal, ésto quiere decir
que el diodo se toma como un elemento perfecto (como se hace en casi todos los casos),
tanto en polarización directa como en polarización inversa.
Aplicaciones del diodo
Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de la más comunes es el proceso de
conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C.). En este caso se utiliza
el diodo como rectificador
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Diodo Zener
Características
del diodo Zener
El diodo zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado
inversamente.
Recordar que los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan
sus características de polarización directa y polarización inversa), conducen siempre en
el sentido de la flecha.
En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si el
diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador
común.
Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene
entre sus terminales un voltaje constante.
En el gráfico se ve el símbolo de diodo zener (A - ánodo, K - cátodo) y el sentido de la
corriente para que funcione en la zona operativa
Se analizará el diodo Zener, no como un elemento ideal, si no como un elemento real y
se debe tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si existe una
corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor.
Curva característica
del diodo Zener
Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va aumentando
negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy
poco.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensión de Zener
(Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño, pudiendo
considerarse constante.
Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo zener, puede variar en un gran
rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa.
Esta es la característica del diodo zener que se aprovecha para que funcione como
regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene practicamente constante para una gran
variación de corriente. Ver el gráfico.
¿Qué hace un regulador con Zener?
Un regulador con diodo zener ideal mantiene un voltaje predeterminado fijo a su
salida, sin importar las variaciones de voltaje en la fuente de alimentación y/o las
variaciones de corriente en la carga.
Nota: En las fuentes de voltaje ideales (algunas utilizan, entre otros elementos el diodo
zener), el voltaje de salida no varía conforme varía la carga.
Pero las fuentes no son ideales y lo normal es que el voltaje de salida disminuya
conforme la carga va aumentado, o sea conforme la demanda de corriente de la carga
aumente. (ver: resistencia interna de las fuentes de tensión)
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Diodo Schottky
Diodo Schottky
A diferencia del diodo semiconductor normal que tiene una unión P–N, el diodo
schottky tiene una unión Metal-N.
Estos diodos se caracterizan por su velocidad de conmutación, una baja caída de
Voltaje uando están polarizados en directo (típicamente de 0.25 a 0.4 voltios).
El diodo Schottky está más cerca del diodo ideal que el diodo
semiconductoromún pero tiene algunas características que hacen imposible su
utilización en aplicaciones de potencia.
Estas son:
- El diodo Schottky tiene poca capacidad de conducción de corriente en directo
(en sentido de la flecha).
Esta característica no permiten que sea utilizado como diodo rectificador. Hay
procesos de rectificación (por ejemplo fuentes de alimentación) en que la
cantidad de corriente que tienen que conducir en sentido directo es bastante
grande.
- El diodo Schottky no acepta grandes voltajes que lo polaricen inversamente
(VCRR).
El proceso de rectificación antes mensionado también requiere que la tensión
inversa que tiene que soportar el diodo sea grande.
Sin embargo el diodo Schottky encuentra gran cantidad de
aplicaciones n circuitos de alta velocidad como en computadoras,
donde se necesitan grandes velocidades de conmutación y su poca
caída de voltaje en directo ausa poco gasto de energía.
El símbolo del diodo Schottky se ve en el diagrama a la derecha.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Diodo Tunnel
Diodo Tunnel (característica de resistencia negativa)
En el diagrama se ve el símbolo del diodo Tunnel
El diodo Tunnel se comporta de una manera muy interesante
conforme se le va aumentando una tensión aplicada en sentido directo.
- Cuando se aplica una pequeña tensión, el diodo tunnel empieza a conducir (la
corriente empieza a fluir).
- Si se sigue aumentando esta tensión la corriente aumentará hasta llegar un
punto después del cual la corriente disminuye.
- La corriente continuará disminuyendo hasta llegar al punto mínimo de un "valle"
y ....
- Después volverá a incrementarse. En esta ocasión la corriente continuará
aumentando conforme aumenta la tensión.
Este comportamiento de la corriente en función de la tensión en el diodo tunnel
se puede ver en el siguiente gráfico.
-
Vp: Tensión pico
Vv: Tensión de valle
Ip: Corriente pico
Iv: Corriente de valle
La región en el gráfico en que la corriente
disminuye cuando la tensión aumenta (entre
Vp y Vv) se llama "zona de resistencia
negativa"
El diodo tunnel se llama también diodo Esaki en honor a su inventor japonés
Leo Esaki
Los diodos tunnel tienen la cualidad de pasar entre los niveles de corriente Ip e
Iv muy rápidamente, cambiando de estado de conducción al de no conducción
incluso más rápido que los diodos Schottky.
Desgraciadamente, este tipo de diodo no se puede utilizar como rectificador
debido a que tiene una corriente de fuga muy grande cuando están polarizados en
reversa.
Así estos diodos sólo encuentran aplicaciones reducidas como en circuitos
osciladores de alta frecuencia.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Diodo varactor (Varicap)
Características, relación tensión-capacitancia
Todos los diodos cuando están polarizados en sentido opuesto tienen una
capacitancia que aparece entre sus terminales.
Los diodos varactores o varicap han sido diseñados de manera que su
funcionamiento sea similar al de un capacitor y tengan una característica
capacitancia-tensión dentro de límites razonables
En el siguiente gráfico se muestra las similitudes entre un diodo y un capacitor.
Debido a la recombinación de los portadores en el diodo, una zona de agotamiento
se forma en la juntura.
Esta zona de agotamiento actúa como un dieléctrico (aislante), ya que no hay
ninguna carga y flujo de corriente.
Las áreas exteriores a la zona de agotamiento si
tienen portadores de carga (área
semiconductor). Se puede visualizar sin dificultad
la formación de un capacitor en el diodo (dos
materiales semiconductores deparados por un
aislante).
La amplitud de la zona de agotamiento se puede
ampliar incrementando la tensión inversa
aplicada al diodo con una fuente externa.
Esto causa que se aumente la separación (aislante) y separa más las áreas
semiconductoras. Este último disminuye la capacitancia.
Entonces la capacitancia es función de la tensión aplicada al diodo.
- Si la tensión aplicada al diodo aumenta la capacitancia disminuye
- Si la tensión disminuye la capacitancia aumenta
Símbolo del diodo varactor
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Diodo Gunn. Efecto Gunn
Efecto Gunn
El efecto fue descubierto por Gunn en 1963. Este efecto es un instrumento eficaz
para la generación de oscilaciones en el rango de las microondas en los materiales
semiconductores.
Gunn observó esta característica en el Arseniuro de Galio (GaAs) y el Fósforo de
Indio (InP)
El efecto Gunn es una propiedad del cuerpo de los semiconductores y no depende
de la unión misma, ni de los contactos, tampoco depende de los valores de voltaje
y corriente y no es afectado por campos magnéticos.
Cuando se aplica un pequeño voltaje continuo a través de una plaquita delgada de
Arseniuro de Galio (GaAs), ésta presenta características de resistencia negativa.
Todo esto bajo la condición de que el voltaje en la plaquita sea mayor a los 3.3
voltios / cm.
Ahora, si esta plaquita es conectada a un circuito sintonizado (generalmente una
cavidad resonante), se producirán oscilaciones y todo el conjunto se puede utilizar
como oscilador.
Este efecto Gunn sólo se da en materiales tipo N
(material con exceso de electrones) y las
oscilaciones se dan sólo cuando existe un campo
eléctrico.
Estas oscilaciones corresponden aproximadamente
al tiempo que los electrones necesitan para
atravesar una plaquita de material tipo N cuando se
aplica el voltaje en continua.
Resistencia negativa en el diodo Gunn
El Arseniuro de Galio (GaAs) es uno de los pocos materiales
semiconductores que en una muestra con dopado tipo N, tiene una banda
de energía vacía más alta que la más elevada de las que se encuentran
ocupadas parcial o totalmente.
Funcionamiento de resistencia positiva: Cuando se aplica un voltaje a la
plaquita (tipo N) de Arseniuro de Galio (GaAs), los electrones, que el material tiene
en exceso, circulan y producen una corriente al terminal positivo. Si se aumenta la
tensión, la velocidad de la corriente aumenta. Comportamiento típico y el gráfico
tensión-corriente es similar al que dicta la ley de Ohm.
Funcionamiento de resistencia negativa: Si a plaquita anterior se le sigue
aumentando el voltaje, se les comunica a los electrones una mayor energía, pero
en lugar de moverse más rápido, los electrones saltan a una banda de energía más
elevada, que normalmente esta vacía, disminuyen su velocidad y por ende la
corriente.
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De esta manera una elevación del voltaje en este elemento causa una disminución
de la corriente.
Eventualmente, el voltaje en la plaquita se hace suficiente para extraer electrones
de la banda de mayor energía y menor movilidad, por lo que la corriente aumentará
de nuevo con el voltaje.
La característica voltaje contra corriente se parece mucho a la del diodo Tunnel.
La aplicación más común es la del oscilador Gunn
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Transistor bipolar o BJT
El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede
ser de germanio o silicio.
Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente
en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor.
El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B),
colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la
flecha en el gráfico de transistor.
El transistor bipolar es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le
introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por
otra (emisor) , una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación.
Este factor se llama ß (beta) y es un dato propio de cada transistor.
Entonces:
- Ic (corriente que pasa por la patilla colector) es igual a ß (factor de amplificación) por
Ib (corriente que pasa por la patilla base).
- Ic = ß * Ib
- Ie (corriente que pasa por la patilla emisor) es del mismo valor que Ic, sólo que, la
corriente en un caso entra al transistor y en el otro caso sale de él, o viceversa.
Según la fórmula anterior las corrientes no dependen del voltaje que alimenta el circuito
(Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ib cambia ligeramente cuando se
cambia Vcc. Ver figura.
En el segundo gráfico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder entender que a
más corriente la curva es más alta.
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Transistor bipolar: Regiones Operativas y Configuraciones
Regiones operativas del transistor
- Región de corte: Un transistor esta en corte cuando la corriente de colector = la
corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0)
En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de
alimentación del circuito.
Como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje, ver Ley de Ohm. Este caso
normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib = 0)
- Región de saturación: Un transistor está saturado cuando la corriente de colector =
la corriente de emisor = la corriente máxima, (Ic = Ie =
I máxima)
En este caso la magnitud de la corriente depende del
voltaje de alimentación del circuito y de los resistores
conectados en el colector o el emisor o en ambos, ver
L a ley de Ohm.
Este caso normalmente se presenta cuando la corriente
de base es lo suficientemente grande como para inducir
una corriente de colector ß veces más grande. (recordar
que Ic = ß * Ib)
- Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la
región de corte entonces está en una región intermedia, la región activa.
En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de
base (Ib), de ß (ganancia de corriente de un amplificador, es un dato del fabricante) y de
las resistencias que hayan conectadas en el colector y emisor).
Esta región es la más importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un
amplificador.
Configuraciones del transistor bipolar
Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con transistores, cada
una de ellas con características especiales que las hacen mejor para cierto tipo de
aplicación. y se dice que el transistor no está conduciendo. Normalmente este caso se
presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0)
- Amplificador emisor común
- Amplificador colector común
- Amplificador base común
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Nota: Corriente de colector y corriente de emisor no son exactamente iguales, pero se
toman como tal, debido a la pequeña diferencia que existe entre ellas, y que no afectan
en casi nada a los circuitos hechos con transistores.
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Transistor Darlington
Estructura interna, configuración de patillas, ganancia de
corriente
El transistor Darlington es un tipo especial de transistor que tiene una alta
ganancia de corriente.
Está compuesto internamente por dos transistores bipolares que se conectan es
cascada. Ver la figura.
El transistor T1 entrega la corriente que sale por su emisor a la base del
transistor T2.
La ecuación de ganancia de un transistor típico es: IE= β x IB (Corriente de
colector es igual a beta por la corriente de base).
Entonces analizando el gráfico:
- Ecuación del primer transistor es: IE1 = β1 x IB1 (1),
- Ecuación del segundo transistor es: IE2 = β2 x IB2 (2)
Observando el gráfico, la corriente de emisor del transistor (T1) es la misma que
la corriente de base del transistor T2. Entonces IE1 = IB2 (3)
El transistor común con la
identificación de las patillas
Transistor Darlington con la
identificación de las
patillas y su estructura interna
Entonces utilizando la ecuación (2) y la ecuación (3) se obtiene:
IE2 = β2 x IB2 = β2 x IE1
Reemplazando en la ecuación anterior el valor de IE1 (ver ecuación (1) ) se
obtiene la ecuación final de ganancia del transistor Darlington.
IE2 = β2 x β1 x IB1
Como se puede deducir, este amplificador tiene una ganancia mucho mayor que la
de un transistor corriente, pues aprovecha la ganancia de los dos transistores. (
la ganancias se multiplican).
Si se tuvieran dos transistores con ganancia 100 (β = 100) conectados como un
transistor Darlington y se utilizara la fórmula anterior, la ganancia sería, en teoría:
β2 x β1 = 100 x 100 = 10000. Como se ve es una ganancia muy grande. En la
realidad la ganancia es menor.
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Se utilizan ampliamente en circuitos en donde es necesario controlar cargas
grandes con corrientes muy pequeñas.
Muy importante:
La caída de tensión entre la base y el emisor del transistor Darlington es 1.4
voltios que resulta de la suma de las caídas de tensión de base a emisor del
primer transistor B1 a E1 (0.7 voltios) y base a emisor del segundo transistor B2 y
E2 (0.7 voltios).
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Características de transistor bipolar o BJT
1.1.- Introducción
El transistor es un dispositivo que ha originado una evolución en el campo
electrónico.
En este tema se introducen las principales características básicas del
transistor bipolar y FET y se estudian los modelos básicos de estos dispositivos
y su utilización en el análisis los circuitos de polarización.
Polarizar un transistor es una condición previa a muchas aplicaciones lineales y
no-lineales ya que establece las corrientes y tensiones en continua que van a
circular por el dispositivo.
Figura 1.1. Símbolos y sentidos de referencia para un transistor bipolar a) NPN y b) PNP.
1.2.- Corrientes en un transistor de unión o BJT
Un transistor bipolar de unión esta formado por dos uniones pn en
contraposición. Físicamente, el transistor esta constituido por tres regiones
semiconductoras -emisor, base y colector- siendo la región de base muy
delgada (< 1µm).
El modo normal de hacer operar a un transistor es en la zona directa. En esta
zona, los sentidos de las corrientes y tensiones en los terminales del transistor se
muestran en la figura 1.1.a para un transistor NPN y en la figura 1.1.b a un PNP.
En ambos casos se verifica que:
y
Ebers y Moll desarrollaron un modelo que relacionaba las corrientes con las
tensiones en los terminales del transistor. Este modelo, conocido como modelo
de Ebers-Moll, establece las siguientes ecuaciones generales que, para un
transistor NPN, son: αF = 0.99, αR= 0.66, IES = 10-15A, ICS = 10-15A
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donde IES y ICS representan las corrientes de saturación para las uniones
emisor y colector, respectivamente, aF el factor de defecto y aR la fracción de
inyección de portadores minoritarios. En un transistor bipolar PNP, las ecuaciones
de Ebers-Moll son:
Para un transistor ideal, los anteriores cuatro parámetros están relacionados
mediante el teorema de Reciprocidad
Valores típicos de estos parámetros son:
Figura 1.2. Zonas de operación de un transistor en la región directa.
Unión de emisor
Unión de colector
Modo de operación
Directa
Inversa
Activa directa
Inversa
Directa
Activa inversa
Inversa
Inversa
Corte
Directa
Directa
Saturación
Tabla 1.1. Principales modos de operacion de un transistor bipolar
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Modos de operación del BJT: Región activa lineal
1.3.- Modos de operación de un transistor bipolar
En general, los transistores bipolares de circuitos analógicos lineales están
operando en la región activa directa.
En esta región existe cuatro zonas de operación definidas por el estado de las
uniones del transistor (Tabla 1.1): saturación, lineal, corte y ruptura; estas
zonas se indican claramente en la figura 1.2 que representa las zonas de
operación de un transistor.
A continuación se describe las características del transistor en estos modos de
operación considerando el transistor NPN únicamente; similar resultado puede
ser aplicado a transistores PNP.
Región activa lineal
En la región activa lineal, la unión emisor-base está directamente polarizada y
la unión base-colector inversamente polarizada; la VBE está comprendida entre
0.4 V y 0.8 V (valor típico de 0.7 V) y la VBC > 100mV.
En estas condiciones, las ecuaciones de Ebers-Moll se pueden aproximar a:
Operando con estas ecuaciones, se obtiene una
relación entre ambas intensidades de forma que:
donde:
Sustituyendo la ecuación 1.1 en 1.7, resulta:
siendo:
ßF, es la ganancia en corriente en continua del transistor que en las hojas de
características del fabricante se representa por hFE. Este parámetro es muy
importante en un transistor de unión y define la relación entre las corrientes de
colector y base.
Al ser ICO una corriente muy baja, el segundo término de la ecuación (1.9) puede
ser despreciado frente al primero. Como resultado, se obtiene una relación muy
utilizada para analizar transistores que operen en esta
región
La ecuación (1.11) indica que en la región activa lineal
la relación entre las corrientes de colector y base es
constante. Sin embargo, en la práctica la hFE de los transistores varía hasta en un
500% debido principalmente a tres factores:
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1) Proceso de fabricación. Los transistores sufren variaciones en el proceso de
fabricación que modifican sus características. El fabricante asigna un valor típico
(typ) a ese transistor con un rango de valores comprendido entre un máximo
(max) y un mínimo (min). Por ejemplo, el BC547B tiene, para una IC=2mA, una
hFE(min)=200, hFE(typ)=290 y hFE(max)=450.
2) Corriente de colector. La hFE varía también con la corriente de colector. El
fabricante proporciona curvas de características que permiten obtener la hFE para
diferentes IC. En la figura 1.3 se muestra una de estas curvas
que incluye el valor típico de la hFE con un rango de valores máximo y mínimo.
3) Temperatura. La dependencia de la hFE con la temperatura se puede
observar en las gráficas que proporciona el fabricante para tal fin. En la figura 1.4
se describe diferentes curvas normalizadas a 25º de hFE para temperaturas de 55ºC y 175ºC.
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Modos de operación del BJT: Región de Corte
Región de corte
En la región de corte las uniones de emisor y colector están polarizadas en
inversa; la VBE y la VBC tienen tensiones inferiores a 100mV.
En estas condiciones, las ecuaciones de Ebers-Moll pueden ser simplificadas a:
Estas corrientes son extremadamente bajas y pueden ser despreciadas; a efectos
prácticos se puede considerar al transistor como
si no existiese.
Sin embargo, en muchos circuitos resulta
interesante establecer cuando se dan las
condiciones de conducción de un transistor,
es decir, fijar la frontera entre la región de
corte y lineal.
Esta frontera no es clara y el transistor pasa de
una región a otra de una manera gradual.
Es decir, el transistor está en la región lineal
cuando tiene corrientes significativas en sus
terminales y está en corte cuando esas
corrientes son muy bajas.
Normalmente, se asigna una VBE umbral (VBEy)
a partir de la cual las corrientes tienen un valor
suficientemente alto; esta VBEy suele estar
comprendida entre 0.4 y 0.5 V.
En la figura 1.5 se muestra gráficamente la relación entre la VBE y la IC en
donde se puede observar como por debajo de 0.58 V (typ) la corriente de colector
es de bajo valor (<100µ).
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Modos de operación del BJT: Región de Saturación
Región de saturación
En la región de saturación las uniones de emisor y colector están
polarizadas en directa; la VBE y la VBC tienen tensiones superiores 100mV. En
estas condiciones, las ecuaciones de Ebers-Moll quedan reducidas a
La caída de tensión entre el colector y emisor es muy baja debido a que ambas
uniones pn se encuentran directamente polarizadas. De esta manera, se
verifica que
siendo, de 1.13,
Los valores típicos de la VCE(sat) están
próximos a 0.1 o 0.2 V y la VBE(sat) es
ligeramente superior a la de la región lineal
(˜0.8 V).
El transistor está operando con una relación
ßF(sat)=IC/IB variable e inferior a la ßF de la
región lineal.
En la figura 1.6 aparece una curva típica que
proporciona el fabricante relacionando la
VCE(sat) con la IC realizada con una
ßF(sat)=20.
La VCE(sat) está comprendida entre 70mV y
200mV, y por ello, en muchos circuitos se
considera prácticamente 0V. En esta región
el transistor se comporta de una manera
no lineal.
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Modos de operación del BJT:
Región de ruptura y zona inversa
Región de ruptura
Las tensiones máximas que pueden soportar las uniones pn inversamente
polarizadas se denominan tensiones de ruptura.
Cuando se alcanza estas tensiones existe peligro de ruptura del transistor
debido a dos fenómenos: ruptura por avalancha y ruptura por perforación.
El fabricante proporciona dos tensiones máximas (VCEO, VCES) que limitan de
alguna manera las tensiones máximas de polarización en continua los
transistores.
La VCEO define la tensión máxima entre el colector y emisor, estando la base
en circuito abierto, antes de que se produzca fenómenos de multiplicación de
avalancha que incrementa exponencialmente la ICO a través de la unión de
colector.
La VCES define la tensión máxima del colector, estando la base en
cortocircuitada al emisor, antes de que la anchura de la región de transición
alcance el emisor perforando la región de base.
Gráficamente, en la figura 1.7 se muestra la definición de ambas tensiones. Por
ejemplo, el transistor BC547 tiene VCES=50 V y VCEO=45 V, y son éstas
tensiones las que limitan las propias tensiones máximas de alimentación.
Zona inversa
En la región inversa los terminales colector y emisor se intercambian, es
decir, el emisor hace la función de colector y viceversa. Las curvas eléctricas son
muy similares a las indicadas en la figura 1.2 aunque las prestaciones del
transistor sufren una gran disminución al carecer de simetría; el colector está
menos dopado y tiene mayor tamaño que el emisor.
El efecto más importante es la disminución de la ganancia en corriente en
continua que pasa a tener valores altos (p.e., ßF=200) en la región directa
lineal a valores bajos (p.e., ßI=2) en la región inversa lineal.
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Concepto de punto de trabajo del BJT
1.4 Punto de trabajo
El transistor bipolar que opera en la región lineal tiene unas características
eléctricas lineales que son utilizadas para amplificación.
En estos circuitos, las señales de entrada son amplificadas a la salida y, por
consiguiente, hay un aporte de energía realizado a través de fuentes de tensión
externas denominadas fuentes de alimentación o fuentes de polarización.
Las fuentes de alimentación cubren dos objetivos: proporcionar las corrientes y
tensiones en continua necesarias para que el transistor opere en la región
lineal y suministrar energía al transistor de la que parte de ella va a ser
convertida en potencia (amplificación).
Los valores de corrientes y tensiones en continua en los terminales de un
transistor se denomina punto de trabajo y se suele expresar por la letra Q
(Quiescent operating point).
En transistor del circuito de la figura 1.8.a está polarizado con dos resistencias
y una fuente de tensión en continua VCC. En este circuito se verifica que
Si suponemos que el transistor se encuentra en la región directa lineal,
entonces se puede relacionar las intensidades de base y colector a través de la
hFE y asignar una tensión base-emisor típica de 0.7 V.
El cálculo de las tensiones e intensidades del transistor proporciona su punto de
trabajo Q. Para este circuito, Q viene definido por las siguientes ecuaciones:
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Recta de carga estática del transistor bipolar
1.4 Representación del punto de trabajo con la recta en carga
estática
En la figura 1.8.b se muestra la representación gráfica del punto de trabajo Q
del transistor, especificado a través de tres parámetros: ICQ, IBQ y la VCEQ.
Este punto se encuentra localizado dentro de una recta denominada recta de
carga estática: si Q se encuentra en el límite superior de la recta el transistor
estará saturado, en el límite inferior en corte y en los puntos intermedios en la
región lineal.
Esta recta se obtiene a través de la ecuación del circuito que relaciona la IC con la
VCE que, representada en las curvas características del transistor de la figura
1.8.b, corresponde a una recta.
La tercera ecuación de (1.17) define la recta de carga obtenida al aplicar KVL al
circuito de polarización, de forma que
Para dibujar esta recta de una manera sencilla en el plano (VCE, IC) del transistor
se selecciona dos puntos: a) VCE=0, entonces IC=VCC/RC; b) IC=0, entonces
VCE=VCC. Estos puntos se pueden identificar en la figura1.8.b y representan los
cortes de la recta de carga estática con los ejes de coordenadas.
Una de las primeras decisiones relacionadas con la polarización de un
transistor es seleccionar la situación del punto Q. La selección más práctica es
situarle en la mitad de la recta de carga estática para que la corriente de
colector sea la mitad de su valor máximo, condición conocida como excursión
máxima simétrica.
Evidentemente esta es una condición de diseño que asegurará el máximo margen
del punto Q a incrementos de cualquier signo de la intensidad de colector. Sin
embargo, hay muchas otras condiciones de operación del transistor que exige un
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desplazamiento de Q en uno u otro sentido. En estos casos la situación del punto
Q estará definida por las diferentes restricciones.
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Potencia de disipación estática máxima del BJT
1.4.1 Potencia de disipación estática máxima (PCMAX)
Un transistor de unión polarizado tiene unas tensiones y corrientes en sus
terminales que le hacen disipar energía.
Esta potencia de disipación se puede obtener aplicando la definición de
potencia absorbida por un elemento tri-terminal, que en caso del transistor, se
expresa como:
Debido a que generalmente la IB<<<IC y la VBE<<VCE, el primer término de
esta ecuación es despreciable frente al segundo, resultando que
Esta ecuación representa a una hipérbola en el plano (VCE, IC) de las curvas
características del transistor. El fabricante proporciona como dato la potencia de
disipación máxima de un transistor; como ejemplo, el BC547 tiene una
PCMAX=500mW.
En la figura 1.8.b se representa la hipérbola de potencia máxima de un
transistor. Es preciso que el punto del trabajo Q esté por debajo de esa curva ya
que sino el transistor se dañaría por efecto Joule.
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Circuitos de polarización de transistores bipolares
1.5.- Circuitos de polarización de transistores bipolares
La selección del punto de trabajo Q de un transistor se realiza a través de
diferentes circuitos de polarización que fijen sus tensiones y corrientes.
En la siguiente figura 1.9 se incluyen los circuitos de polarización más típicos
basados en resistencias y fuentes de alimentación; además, se indican las
ecuaciones que permiten obtener el punto de trabajo de los transistores. Estos
circuitos presentan diferencias en algunos casos importantes.
Por ejemplo, el circuito de la figura 1.8.a (página anterior) es poco recomendable
por carecer de estabilidad; bajo ciertas condiciones se puede producir deriva
térmica que autodestruye el transistor.
La polarización de corriente de base de la figura 1.9 es mucho más estable
aunque el que más se utiliza con componentes discretos es el circuito de
autopolarización. La polarización de colector-base asegura que el transistor
nunca entra en saturación al mantener su tensión colector-base positiva
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Por: Gustavo A. Ruiz Robredo ruizrg@unican.es
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FET (Field Effect Transistor)
El FET es un dispositivo semiconductor que controla un flujo de corriente por un canal
semiconductor, aplicando un campo eléctrico perpendicular a la trayectoria de la
corriente.
El FET está compuesto de una parte de silicio tipo N, a la cual se le adicionan dos
regiones con impurezas tipo P llamadas compuerta (gate) y que están unidas entre si.
Ver la figura
Los terminales de este tipo de transistor se llaman Drenador (drain), Fuente (source) y
el tercer terminal es la compuerta (gate) que ya se conoce. La región que existe entre el
drenador y la fuente y que es el camino obligado de los electrones se llama "canal". La
corriente circula de Drenaje (D) a Fuente (S). Ver el gráfico.
Este tipo de transistor se polariza de manera diferente al
transistor bipolar. El terminal de drenaje se polariza
positivamente con respecto al terminal de fuente (Vdd) y la
compuerta o gate se polariza negativamente con respecto a la
fuente (-Vgg).
A mayor voltaje -Vgg, más angosto es el canal y más difícil para la corriente pasar del
terminal drenador (drain) al terminal fuente o source. La tensión -Vgg para la que el
canal queda cerrado se llama "punch-off" y es diferente para cada FET
El transistor de juntura bipolar es un dispositivo operado por corriente y requieren que
halla cambios en la corriente de base para producir cambios en la corriente de colector.
El FET es controlado por tensión y los cambios en tensión de la compuerta (gate) a
fuente (Vgs) modifican la región de rarefacción y causan que varíe el ancho del canal.
Curva característica
del FET
Este gráfico muestra que al aumentar el voltaje Vds (voltaje drenador - fuente), para un
Vgs (voltaje de compuerta) fijo, la corriente aumenta rápidamente (se comporta como
una resistencia) hasta llegar a un punto A (voltaje de estricción), desde donde la
corriente se mantiene casi constante hasta llegar a un punto B (entra en la región de
disrupción o ruptura), desde donde la corriente aumenta rápidamente hasta que el
transistor se destruye.
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Si ahora se repite este gráfico para más de un voltaje de compuerta a surtidor (Vgs), se
obtiene un conjunto de gráficos. Ver que Vgs es "0" voltios o es una tensión de valor
negativo.
Si Vds se hace cero por el transistor no circulará
ninguna corriente. (ver gráficos a la derecha)
Para saber cual es el valor de la corriente se utiliza
la fórmula de la curva característica de transferencia
del FET.
Ver gráfico de la curva característica de transferencia de un transistor FET de canal tipo
P en el gráfico inferior derecha. La fórmula es: ID = IDSS (1
- [Vgs / Vgs (off)] )
donde:
- IDSS es el valor de corriente cuando la Vgs = 0
- Vgs (off) es el voltaje cuando ya no hay paso de corriente
entre drenaje y fuente (ID = 0)
- Vgs es el voltaje entre entre la compuerta y la fuente para la
que se desea saber ID
Resistencia del canal RDS
Como Vgs es el voltaje que controla el paso de la corriente ID (regula el ancho del
canal), se puede comparar este comportamiento como un resistor cuyo valor depende
del voltaje VDS. Esto es sólo válido para Vds menor que el voltaje de estricción (ver
punto A en el gráfico).
Entonces si se tiene la curva característica de un FET, se puede encontrar La resistencia
RDS con la siguiente fórmula: RDS = VDS/ID
Los símbolos del FET son:
Fet canal N ---- Fet canal P
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MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
MOSFET significa "FET de Metal Oxido Semiconductor" o FET de compuerta aislada
Es un tipo especial de transistor FET que tiene una versión NPN y otra PNP.
El NPN es llamado MOSFET de canal N y el PNP es llamado MOSFET de canal P.
Una delgada capa de material aislante formada de dióxido de silicio (SiO2) (también
llamada "sílice" o "sílica") es colocada del lado del semiconductor y una capa de metal
es colocada del lado de la compuerta (GATE) (ver la figura)
En el MOSFET de canal N la parte "N" está conectado a la fuente (source) y al drenaje
(drain)
En el MOSFET de canal P la parte "P" está conectado a la fuente (source) y al drenaje
(drain)
En los transistores bipolares la corriente que circula por el colector es controlada por la
corriente que circula por la base. Sin embargo en el caso de los transistores FET, la
corriente de salida es controlada por una tensión de entrada (un campo eléctrico). En
este caso no existe corriente de entrada.
Los transistores MOSFET se pueden dañar con facilidad y hay que manipularlos con
cuidado. Debido a que la capa de óxido es muy delgada, se puede destruir con facilidad
si hay alta tensión o hay electricidad estática.
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MOSFET: Principio de operación
Tanto en el MOSFET de canal N o el de canal P, cuando no se aplica tensión en la
compuerta no hay flujo de corriente entre en drenaje (Drain) y la fuente (Source)
Para que circule corriente en un MOSFET de canal N una tensión positiva se debe
aplicar en la compuerta.
Así los electrones del canal N de la fuente (source) y el drenaje (Drain) son atraídos a la
compuerta (Gate) y pasan por el canal P entre ellos.
El movimiento de estos electrones, crea las condiciones para que aparezca un puente
para los electrones entre el drenaje y la fuente. La amplitud o anchura de este puente (y
la cantidad de corriente) depende o es controlada por la tensión aplicada a la compuerta.
En el caso del MOSFET de canal P, se da una situación similar. Cuando se aplica una
tensión negativa en la compuerta, los huecos (ausencia de electrones) del canal P del
drenaje y de la fuente son atraídos hacia la compuerta y pasan a través del canal N que
hay entre ellos, creando un puente entre drenaje y fuente. La amplitud o anchura del
puente (y la cantidad de corriente) depende de la tensión aplicada a la compuerta.
Debido a la delgada capa de óxido que hay entre la compuerta y el semiconductor, no
hay corriente por la compuerta. La corriente que circula entre drenaje y fuente es
controlada por la tensión aplicada a la compuerta.
Nota: El sentido de la corriente mostrada en los diagramas el es convencional, no la del
flujo de electrones.
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Manipulación del MOSFET MOS FET
MOSFET significa "FET de Metal Oxido Semiconductor" o FET de compuerta aislada.
El aislamiento entre la compuerta y el canal es el dióxido de silicio (SiO2).
Ver el diagrama.
Esta capa aislante (área gris) es tan delgada que se si produjera un campo eléctrico
fuerte, podría destruirse, es por eso que la manipulación del MOSFET es tan
importante
Debido a la alta resistencia de la capa de dióxido de silicio, la carga en el capacitor no
se dispersa rápidamente , sino que se acumula. Esta acumulación de carga puede
producir un campo eléctrico destructivo.
El mayor peligro para un MOSFET son las cargas estáticas durante la manipulación del
mismo en un día seco. También causan peligro los cautines para soldar, que por lo
general no están aislados de la línea de corriente alterna (C.A.).
Para evitar que el MOSFET se dañe de manera accidental, algunos fabricantes incluyen
un diodo zener conectado entre la compuerta (G) y la fuente (S) con el ánodo hacia la
compuerta y el cátodo hacia la fuente.
Este zener esta diseñado para que conduzca a 50 voltios por lo que VGS (tensión
compuerta - fuente) siempre se mantendrá por debajo o igual al valor de esta tensión, y
por ende por debajo del valor de tensión destructivo. Ver la figura.
Otra manera de asegurarse de que el MOSFET no se dañe es almacenarlo y
transportarlo con ayuda de esponjas conductoras, que cortocircuitan los terminales del
MOSFET y así no exista tensión entre ellos.
Si no fuese posible conocer si el MOSFET tiene la protección antes mencionada, la
persona que manipulará el elemento debe de asegurarse que su cuerpo no esté cargado
de estática. Existen unas pulseras especiales conectadas a un punto de tierra, pensadas
para mantener descargado el cuerpo del usuario.
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C-MOSFET (Complementary MOS FET)
Principio de operación.
C-MOS FET es la abreviación de Complementary Metal Oxide Semiconductor
Field Effect Transistor ó Complementary MOS FET ó MOSFET complementario.
Este circuito es la combinación de un MOSFET de canal P y un MOSFET de canal N.
Funcionamiento:
- Cuando la entrada tiene un nivel de tensión negativo (L), el MOSFET de canal P
conduce y el MOSFET de canal N no lo hace
- Cuando la entrada tiene un nivel de tensión positivo (H), el MOSFET de canal N
conduce y el MOSFET de canal P no lo hace
Se puede ver que el funcionamiento de ambos es siempre
opuesto. Una característica importante de este circuitos es
que la corriente de salida, que se puede considerar
relativamente alta, es controlada con facilidad.
Cuando la entrada está en nivel bajo (L), la salida está
conectada directamente a la fuente de alimentación a través
del MOS FET de canal P y se tiene un nivel alto (H).
Cuando la entrada está en nivel alto (H), la salida está conectada directamente a
la tierra a través del MOS FET de canal N y se tiene un nivel
bajo (L).
El nivel de salida de la salida es siempre el inverso que el de
la entrada (hay inversión de fase).
En el circuito C-MOS FET el MOSFET de canal P y el de canal
N podrían no iniciar o dejar la conducción bajo las mismas
condiciones, esto debido a que la tensión en la compuerta,
que hace que el MOSFET deje de conducir, tiene un valor que
va de 1 a 2 voltios.
Esta característica depende de cada MOSFET en particular y es común observar
que la corriente de drenaje de un MOSFET es cero (MOSFET en corte) aún cuando
la tensión en la compuerta no lo sea.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Transistores de efecto de campo (FET)
1.6- Transistor de efecto de campo (FET)
Los transistores de efecto de campo o FET (Field Effect Transistor) son
particularmente interesantes en circuitos integrados y pueden ser de dos tipos:
transistor de efecto de campo de unión o JFET y transistor de efecto de campo
metal-óxido semiconductor (MOSFET).
Son dispositivos controlados por tensión con una alta impedancia de entrada (1012
ohmios).
Ambos dispositivos se utilizan en circuitos digitales y analógicos como amplificador
o como conmutador. Sus caracterísitcas eléctricas son similares aunque su
tecnología y estructura física son totalmente diferentes.
Ventajas del FET
1) Son dispositivos controlados por tensión con una impedancia de entrada muy
elevada (107 a 1012 ohmios).
2) Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT.
3) Los FET son más estables con la temperatura que los BJT.
4) Los FET son más fáciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos y
permiten integrar más dispositivos en un CI.
5) Los FET se comportan como resistencias controlados por tensión para valores
pequeños de tensión drenaje-fuente.
6) La alta impedancia de entrada de los FET les permite retener carga el tiempo
suficiente para permitir su utilización como elementos de almacenamiento.
7) Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes
grandes.
Desventajas que limitan la utilización de los FET
1) Los FET presentan una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta
capacidad de entrada.
2) Los FET presentan una linealidad muy pobre, y en general son menos lineales
que los BJT.
3) Los FET se pueden dañar debido a la electricidad estática.
En este apartado se estudiarán brevemente las características de ambos
dispositivos orientadas principalmente a sus aplicaciones analógicas.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Características eléctricas del JFET
1.7.- Características eléctricas del JFET
El JFET de canal n está constituido por una barra de silicio de material
semiconductor de tipo n con dos regiones (islas) de material tipo p situadas a
ambos lados.
Es un elemento tri-terminal cuyos terminales se denominan drenador (drain),
fuente (source) y puerta (gate).
En la figura 1.10.a se describe un esquema de un JFET de canal n, en la 1.10.b el
símbolo de este dispositivo y
en la 1.10.c el símbolo de un
JFET de canal P
La polarización de un JFET
exige que las uniones p-n
estén inversamente
polarizadas.
En un JFET de canal n, o
NJFET, la tensión de drenador
debe ser mayor que la de la
fuente para que exista un flujo
de corriente a través de canal.
Además, la puerta debe tener
una tensión más negativa que la fuente para que la unión p-n se encuentre
polarizado inversamente. Ambas polarizaciones se indican en la figura 1.11.
Las curvas de características eléctricas de un JFET son muy similares a las curvas
de los transistores bipolares. Sin embargo, los JFET son dispositivos
controlados por tensión a diferencia de los bipolares que son dispositivos
controlados por corriente.
Por ello, en el JFET intervienen como parámetros: ID (intensidad drain o drenador
a source o fuente), VGS (tensión gate o puerta a source o fuente) y VDS (tensión
drain o drenador a source o fuente). Se definen cuatro regiones básicas de
operación: corte, lineal, saturación y ruptura. A continuación se realiza una
descripción breve de cada una de estas regiones para el caso de un NJFET.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
JFET en región de corte y región lineal
JFET en región de corte
En esta región la intensidad entre drenador y fuente es nula (ID=0).
En este caso, la tensión entre puerta y fuente es suficientemente negativa que las
zonas de inversión bloquean y estrangulan el canal cortando la corriente entre
drenador y fuente.
En las hojas técnicas se denomina a esta tensión como de estrangulamiento o
pinch-off y se representa por VGS(off) o Vp. Por ejemplo, el BF245A tiene una
VGS(off)=-2V.
JFET en región lineal
En esta región, el JFET se comporta
como una resistencia no lineal que es
utilizada en muchas aplicaciones donde
se precise una resistencia variable
controlada por tensión.
El fabricante proporciona curvas de
resistencia drenador-fuente (rds(on))
para diferentes valores de VGS tal como
se muestra en la figura 1.12.
En esta región el transistor JFET
verifica las siguientes relaciones:
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Tutoriales Electrónica: Componentes
JFET en región de saturación y región ruptura
JFET en región de saturación
En esta región, de similares características que un BJT enla región lineal, el JFET
tiene unas características lineales que son utilizadas en amplificación.
Se comporta como una fuente de intensidad controlado por la tensión VGS cuya
ID es prácticamente independiente de la tensión VDS.
La ecuación que relaciona la ID con la VGS se conoce como ecuación cuadrática
o ecuación de Schockley que viene dada
por
donde Vp es la tensión de estrangulamiento y
la IDSS es la corriente de saturación.
(IDSS).
Esta corriente se define como el el valor de
ID cuando VGS=0, y esta característica es
utilizada con frecuencia para obtener una
fuente de corriente de valor constante
La ecuación 1.22 en el plano ID y VGS representa una parábola desplazada en Vp.
Esta relación junto a las características del JFET de la figura 1.11 permiten
obtener gráficamente el punto de trabajo Q del transistor en la región de
saturación. La figura 1.13 muestra la representación gráfica de este punto Q y la
relación existente en ambas curvas las cuales permiten determinar el punto de
polarización de un transistor utilizando métodos gráficos.
JFET en región de ruptura
Una tensión alta en los terminales del JFET puede producir ruptura por avalancha
a través de la unión de puerta. Las especificaciones de los fabricantes indican la
tensión de ruptura entre drenaje y fuente con la puerta cortocircuitada con la
fuente; esta tensión se designa por BVDSS y su valor está comprendido entra 20
y 50 V.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Las tensiones de polarización nunca deben superar estos valores para evitar que
el dispositivo se deteriore. Por último, comentar las diferencias existentes entre un
NJFET y PJFET. Las ecuaciones desarrolladas anteriormente para el JFET son
válidas para el PJFET considerando el convenio de signos indicados en la tabla
1.2.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Transistores MOSFET
1.8. Transistores MOSFET
Los transistores MOSFET o Metal-Oxido-Semiconductor (MOS) son
dispositivos de efecto de campo que utilizan un campo eléctrico para crear una
canal de conducción.
Son dispositivos más importantes que los JFET ya que la mayor parte de los
circuitos integrados digitales se construyen con la tecnología MOS.
Existen dos tipos de transistores MOS: MOSFET de canal N o NMOS y MOSFET
de canal P o PMOS. A su vez, estos transistores pueden ser de acumulación
(enhancement) o deplexion (deplexion); en la actualidad los segundos están
prácticamente en desuso y aquí únicamente serán descritos los MOS de
acumulación también conocidos como de enriquecimiento.
La figura 1.14 indica los diferentes símbolos utilizados para describir los
transistores MOS.
En la figura 1.15 se describe la estructura física de un MOSFET de canal N con
sus cuatro terminales: puerta, drenador fuente y substrato; normalmente el
sustrato se encuentra
conectado a la fuente.
La puerta, cuya dimensión es
W·L, está separado del
substrato por un dieléctrico
(Si02) formando una
estructura similar a las
placas de un condensador.
Al aplicar una tensión
positiva en la puerta se
induce cargas negativas (capa de inversión) en la superficie del substrato y se
crea un camino de conducción entre los terminales drenador y fuente.
La tensión mínima para crear ese capa de inversión se denomina tensión umbral o
tensión de threshold (VT) y es un parámetro característico del transistor. Si la
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Tutoriales Electrónica: Componentes
VGS<VT, la corriente de drenador-fuente es nula; valores típicos de esta tensión
son de de 0.5 V a 3 V.
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Región de corte y Lineal de transistor NMOS FET
Regiones de operación del NMOS FET
Los transistores JFET y MOSFET tienen una estructura física muy diferente pero
sus ecuaciones analíticas son muy similares.
Por ello, en los transistores MOS se definen las mismas regiones de operación:
corte, lineal, saturación y ruptura.
En la figura 1.16 se muestran las curvas de características eléctricas de un
transistor NMOS con las diferentes regiones de operación que son descritas
brevemente a continuación
Región de corte
Se verifica que VGS<VT y la corriente ID es nula.
Región lineal
El transistor se comporta como un elemento resistivo no lineal controlado por
tensión. Verifica las siguientes ecuaciones:
siendo
un parámetro característico del MOS que depende de la tecnología a través de la
constante k y del tamaño de la puerta del transistor (W la anchura y L la
longitud).
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Región de saturación y ruptura de transistor NMOS FET
Región de saturación de un MOSFET de canal N (NMOS)
El transistor se comporta como una fuente de corriente controlada por la tensión
VGS. Verifica las siguientes ecuaciones
siendo ß el parámetro descrito en la ecuación 1.24. Ver: MOSFET en regiones de
corte y lineal
En esta región, la relación cuadrática entre VGS e ID se representa en la gráfica
de la izquierda de la figura 1.16 (Ver: MOSFET en regiones de corte y lineal), y de
una manera similar a los transistores JFET, puede ser utilizada para determinar
por métodos gráficos el punto de polarización de los transistores aunque rara vez
se recurre a ellos.
Región de ruptura de un MOSFET de canal N (NMOS)
Un transistor MOS puede verse afectado por fenómenos de avalancha en los
terminales drenador y fuente, y roturas en la capa de óxido fino de la puerta que
pueden dañar irreversiblemente al dispositivo.
Por último, señalar que en la tabla 1.3 se indican las diferencias en el signo y
sentido de las corrientes y tensiones existentes entre transistores NMOS y
PMOS.
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Polarización de los FET
1.9 Polarización de los FET
Los circuitos básicos que se utilizan para polarizar los BJT se pueden emplear
para los MOSFET.
EL JFET tiene el inconveniente de que la tensión VGS debe ser negativa en un
NJFET (positiva en un PJFET) que exige unos circuitos de polarización
característicos para este tipo de dispositivos.
En este apartado únicamente se presentan dos de los circuitos más utilizados:
polarización simple (figura 1.17), se utiliza una fuente de tensión externa para
generar una VGS<0, y autopolarización (figura 1.18), la caída de tensión en la
resistencia RS debida a ID permite generar una VGS<0.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Por: Gustavo A. Ruiz Robredo ruizrg@unican.es
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Optoacoplador
El Optoacoplador es un dispositivo que se compone de un diodo LED y un
fototransistor, de manera de que cuando el diodo LED emite luz, ilumine el
fototransistor y conduzca.
Estos dos elementos están acoplados de la forma más eficiente posible.
La corriente de salida IC del optocoplador (corriente de colector del fototransistor) es
proporcional a la corriente de entrada IF (corriente en el diodo LED).
La relación entre estas dos corrientes se llama razón de transferencia de corriente (CTR)
y depende de la temperatura ambiente.
A mayor temperatura ambiente, la corriente de colector en el
fototransistor es mayor para la misma corriente IF (la corriente por el
diodo LED)
La entrada (circuito del diodo) y la salida (circuito del fototransistor)
están 100% aislados y la impedancia de entrada es muy grande (1013
ohms típico)
El optoacoplador es un dispositivo sensible a la frecuencia y el CTR disminuye al
aumentar ésta.
Este elemento puede sustituir a elementos electromecánicos como relés, conmutadores.
De esta manera se eliminan los golpes, se mejora la velocidad de conmutación y casi no
hay necesidad de mantenimiento.
Otros tipos de optoacopladores
Optoacoplador con Fotodiodo - Optoacoplador con Darlington
Optoacoplador con Fototiristor (SCR) - Optoacoplador con Triac
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LDR - Fotorresistencia
Light Dependent Resistor (LDR)
El LDR (resistor dependiente de la luz) es una resistencia que varía su valor
dependiendo de la cantidad de luz que la ilumina.
Los valores de una fotorresistencia cuando está totalmente iluminada y cuando está
totalmente a oscuras varía.
Puede medir de 50 ohmios a 1000 ohmios (1K) en iluminación total y puede ser de 50K
(50,000 Ohms) a varios megaohmios cuando está a oscuras.
El LDR es fabricado con materiales de estructura cristalina, y utiliza sus propiedades
fotoconductoras.
Los cristales utilizados más comunes son: sulfuro de cadmio y seleniuro de cadmio.
El valor de la fotorresistencia (en Ohmios) no varía de forma instantánea cuando se
pasa de luz a oscuridad o al contrario, y el tiempo que se dura en este proceso no
siempre es igual si se pasa de oscuro a iluminado o si se pasa de iluminado a oscuro.
Esto hace que el LDR no se pueda utilizar en muchas aplicaciones, especialmente
aquellas que necesitan de mucha exactitud en cuanto a tiempo para cambiar de estado
(oscuridad a iluminación o iluminación a oscuridad) y a exactitud de los valores de la
fotorresistencia al estar en los mismos estados anteriores.
Su tiempo de respuesta típico es de aproximadamente 0.1 segundos.
Pero hay muchas aplicaciones en las que una fotorresistencia es muy útil. En casos en
que la exactitud de los cambios no es importante como en los circuitos:
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Tutoriales Electrónica: Componentes
- Luz nocturna de encendido automático, que utiliza una fotorresistencia para activar
una o mas luces al llegar la noche.
- Relé controlado por luz, donde el estado de iluminación de la fotorresistencia, activa
o desactiva un Relay (relé), que puede tener un gran número de aplicaciones
El LDR o forresistencia es un elemento muy útil para aplicaciones en circuitos donde
se necesita detectar la ausencia de luz de día.
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Fotodiodo
Fotodiodo.
Diodo detector de luz
El fotodiodo se parece mucho a un diodo semiconductor común, pero tiene una
característica que lo hace muy especial: es un dispositivo que conduce una cantidad de
corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz que lo incide (lo ilumina).
Luz incidente
Sentido de la corriente generada
Esta corriente eléctrica fluye en sentido opuesto a la flecha del diodo y se llama
corriente de fuga.
El fotodiodo se puede utilizar como dispositivo detector de luz, pues convierte la luz en
electricidad y esta variación de electricidad es la que se utiliza para informar que hubo
un cambio en el nivel de iluminación sobre el fotodiodo.
Si el fotodiodo quedara conectado, de manera que por él circule la corriente en el
sentido de la flecha (polarizado en sentido directo), la luz que lo incide no tendría efecto
sobre él y se comportaría como un diodo semiconductor normal.
La mayoría de los fotodiodos vienen equipados con un lente que concentra la cantidad
de luz que lo incide, de manera que su reacción a la luz sea más evidente.
A diferencia del LDR o fotorresistencia, el fotodiodo responde a los cambios de
oscuridad a iluminación y viceversa con mucha más velocidad, y puede utilizarse en
circuitos con tiempo de respuesta más pequeño.
Si se combina un fotodiodo con una transistor bipolar, colocando el fotodiodo entre el
colector y la base del transistor (con el cátodo del diodo apuntado al colector del
transistor), se obtiene el circuito equivalente de un fototransistor.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Fototransistor
Fototransistor = Fotodiodo + Transistor
Un fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal, solo que
puede trabajar de 2 maneras diferentes:
- Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo común)
- Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces
de corriente de base. (IP) (modo de iluminación).
Se pueden utilizar las dos en forma simultánea, aunque el fototransistor se
utiliza principalmente con la patita de la base sin conectar. (IB = 0)
La corriente de base total es igual a corriente de base (modo común) + corriente
de base (por iluminación): IBT = IB + IP
Si se desea aumentar la sensibilidad del fototransistor, debido a la baja
iluminación, se puede incrementar la corriente de base (IB), con ayuda de
polarización externa
El circuito equivalente de un fototransistor, es un transistor
común con un fotodiodo conectado entre la base y el colector,
con el cátodo del fotodiodo conectado al colector del transistor
y el ánodo a la base.
El fototransistor es muy utilizado para aplicaciones donde la
detección de iluminación es muy importante. Como el
fotodiodo, tiene un tiempo de respuesta muy corto, solo que su
entrega de corriente eléctrica es mucho mayor.
En el gráfico se puede ver el circuito equivalente de un fototransistor. Se
observa que está compuesto por un fotodiodo y un transistor. La corriente que
entrega el fotodiodo (circula hacia la base del transistor) se amplifica β veces, y
es la corriente que puede entregar el fototransistor.
Nota: β es la ganancia de corriente del fototransistor.
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Diodo LED
Diodo LED. Diodo emisor de luz. Light-Emitting Diode
Si alguna vez ha visto, unas pequeñas luces de diferentes colores que se encienden y
apagan, en algún circuito electrónico, ha visto los diodo LED en funcionamiento.
Símbolo del diodo LED
El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser
atravesado por la corriente eléctrica, emite luz.
Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron
construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre otros.
Eléctricamente el diodo LED se comporta igual que un diodo de silicio o germanio.
Si se pasa una corriente a través del diodo semiconductor, se inyectan electrones y
huecos en las regiones P y N, respectivamente.
Dependiendo de la magnitud de la corriente, hay recombinación de los portadores de
carga (electrones y huecos).
Hay un tipo de recombinaciones que se llaman recombinaciones radiantes (aquí la
emisión de luz). La relación entre las recombinaciones radiantes y el total de
recombinaciones depende del material semiconductor utilizado (GaAs, GaAsP,y GaP)
Dependiendo del material de que está hecho el LED, será la emisión de la longitud de
onda y por ende el color.
Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una buena
intensidad luminosa y evitar que este se pueda dañar.
El LED tiene un voltaje de operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y
la gama de corrientes que debe circular por él está entre los 10 y 20 miliamperios (mA)
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Tutoriales Electrónica: Componentes
en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros
LEDs.
Los diodos LED tiene enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como
su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de
100,000 horas.
El diodo LED debe ser protegido. Una pequeña cantidad de corriente en sentido inverso
no lo dañará, pero si hay picos inesperados puede dañarse.
Una forma de protegerlo es colocar en paralelo con el diodo LED pero apuntando en
sentido opuesto un diodo de silicio común.
Aplicaciones tiene el diodo LED. Se utiliza ampliamente en aplicaciones visuales,
como indicadoras de cierta situación específica de funcionamiento.
Ejemplos
- Se utilizan para desplegar contadores
- Para indicar la polaridad de una fuente de alimentación de corriente continua.
- Para indicar la actividad de una fuente de alimentación de corriente alterna.
- En dispositivos de alarma, etc.
Las desventajas del diodo LED son que su potencia de iluminación es tan baja, que su
luz es invisible bajo una fuente de luz brillante y que su ángulo de visibilidad está entre
los 30° y 60°. Este último problema se corrige con cubiertas difusoras de luz.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Diodo Láser. Luz Láser
Diodo láser. Luz monocromática coherente.
El diodo láser se obtuvo como resultado de la continuación del desarrollo del
diodo LED.
La palabra LASER proviene de las siglas en inglés:
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
que significa:
Amplificación de luz por Emisión estimulada de radiación
Lo anterior se refiere a un extraño proceso cuántico, donde la luz característica
emitida por electrones cuando pasan de un estado de alta energía a un estado de
menor energía, estimulan a otros electrones para crear "saltos" similares.
El resultado es una luz sincronizada que
sale del material.
Otra característica importante es que la luz
emitida no sólo tiene la misma frecuencia
(color), sino también la misma fase.
(también está sincronizada).
Este es el motivo por el cual luz láser se
mantiene enfocada aún a grandes
distancias.
En el caso de una fuente de luz blanca común, esta genera todos los diferentes
colores (a sus respectivas frecuencias) en forma de rayos dispersos (van en
diferentes direcciones) y no están en fase.
En el caso de una fuente de luz láser todos
los rayos son del mismo color
(monocromáticos) o lo que es lo mismo,
tienen la misma frecuencia y están en fase
Nota:los colores del gráfico no guardan relación con los colores ni la frecuencia
que irradia la luz en la realidad
Los diodos LED comunes, irradian una sola luz (son monocromáticos), una sola
frecuencia, pero no están en fase y se propagan en forma dispersa.
En cambio los diodos LASER, producen una luz coherente.
Esta luz no sólo es monocromática (un solo color), sino que es monofásica (están
en fase), resultando en un rayo de luz muy preciso.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Los diodos LASER tienen una gran cantidad de aplicaciones, lectura y escritura
de discos ópticos, donde sólo un rayo de luz muy angosto puede ver una área
microscópica en la superficie de un disco.
Para mediciones precisas en donde es indispensable un rayo de luz que no se
disperse.
Algunos diodos láser requieren de circuitos que generen pulsos de alta potencia,
para entregar grandes cantidades de voltaje y corriente en pequeños instantes de
tiempo.
Otros diodos láser necesitan de un funcionamiento continuo pero a menor
potencia.
Con el envejecimiento los diodos láser podrían necesitar mas corriente para
generar la misma potencia entregada. Pero no hay que olvidarse que estos
elementos tienen una vida muy larga.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Display de 7 segmentos
El displays de 7 segmentos, es un componente que se utiliza para la representación de
números en muchos dispositivos electrónicos.
Cada vez es más frecuente encontrar LCD´s en estos equipos (debido a su bajísima
demanda de energía), todavía hay muchos que utilizan el display de 7 segmentos por su
simplicidad.
Este elemento se ensambla o arma de manera que se pueda activar cada segmento
(diodo LED) por separado logrando de esta manera combinar los elementos y
representar todos los números en el display (del 0 al 9).
El display de 7 segmentos más común es el de color rojo, por su facilidad de
visualización.
Cada elemento del display tiene asignado una letra que identifica su posición en el
arreglo del display. Ver el gráfico
- Si se activan o encienden todos los segmentos se forma el número "8"
- Si se activan solo los segmentos: "a,b,c,d,f," se forma el número "0"
- Si se activan solo los segmentos: "a,b,g,e,d," se forma el número "2"
- Si se activan solo los segmentos: "b,c,f,g," se forma el número "4"
p.d. representa el punto decimal
El display ánodo común
En el display ánodo común, todos los ánodos de los diodos LED unidos y conectados
a la fuente de alimentación. En este caso para activar cualquier elemento hay que poner
el cátodo del elemento a tierra a través de una resistencia para limitar la corriente que
pasa por el elemento
El display cátodo común
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Tutoriales Electrónica: Componentes
El display cátodo común tiene todos los ánodos de los diodos LED unidos y
conectados a tierra. Para activar un segmento de estos hay que poner el ánodo del
segmento a encender a Vcc (tensión de la fuente) a través de una resistencia para limitar
el paso de la corriente
También hay display alfanuméricos que permiten representar tanto letras como
números
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LCD: Display de Cristal Líquido (Liquid Crystal Display)
Los LCD son visualizadores pasivos, esto significa que no emiten luz como el
visualizador o display alfanumérico hecho a base de un arreglo de diodos
LEDs. Es por esa razón que, algunas veces, cuando intentamos ver la hora en un
reloj que utiliza esta tecnología, es necesario una fuente de luz adicional.
El LCD tiene muy bajo consumo de energía si se lo compara con el display o
visualizador alfanumérico y son compatibles con la tecnología CMOS,
característica que permite que se utilice en equipos portátiles (ejemplo: los relojes
de pulsera, calculadoras, etc.).
Tiene una vida aproximada de 50,000 horas. Hay diferentes tipos de
presentaciones y son muy fáciles de configurar. Hay desde visualizadores
comunes de 7 segmentos, hasta una matriz de puntos, todos ellos muy
delgados.
¿Cómo funciona un LCD?
El LCD modifica la luz que lo incide. Dependiendo de la polarización que se esté
aplicando, el LCD reflejará o absorberá más o menos luz. Cuando un segmento
recibe la tensión de polarización adecuada no reflejará la luz y aparecerá en la
pantalla del dispositivo como un segmento oscuro. Seguro que más de un lector
habrá visto este fenómeno en calculadoras, relojes, etc.
El líquido de un LCD está entre dos placas de vidrio paralelas con una separación
de unos micrones. Estas placas de vidrio tienen unos electrodos especiales que
definen, con su forma, los símbolos, caracteres, etc. que se visualizarán.
La superficie del vidrio que hace contacto con el líquido es tratada de manera que
induzca la alineación de los cristales en dirección paralela a las placas. Esta
alineación permite el paso de la luz incidente sin ninguna alteración.
Cuando se aplica la polarización adecuada entre los electrodos, aparece un campo
eléctrico entre estos electrodos (campo que es perpendicular a las placas) y esto
causa que las moléculas del liquido se agrupen en sentido paralelo a este (el
campo eléctrico) y cause que aparezca una zona oscura sobre un fondo claro
(contraste positivo). De esta manera aparece la información que se desea
mostrar.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Modos de visualización del LCD (Liquid Crystal Display)
Modos de visualización:
Modo reflector:
Modo transmisor:
Modo transflector:
En esta modo el sistema
LCD utiliza un reflector
de difusión (una lámina
reflectora), que refleja la
luz ambiente a través del
visualizador.
En este modo el
visualizador LCD es
iluminado desde atrás en
forma artificial. Se utiliza
mucho para
visualizaciones negativas
(segmentos claros sobre
fondo oscuro).
Este modo es un híbrido
de los dos modos antes
mencionados y se utiliza
para desplegar la
información bajo
cualquier condición de
iluminación.
Excelente para áreas
donde siempre hay luz
disponible y como no
requiere de una fuente
de energía se puede
utilizar con baterías. Este
modo ofrece un alto
contraste.
En este modo el display
LCD refleja tanto la luz
ambiente como la luz
artificial de fondo difusa
para uso nocturno.
Se puede introducir color en los visualizadores LCD de las siguientes maneras:
- Polarizadores selectivos de color.
Estos producen segmentos de color sobre un fondo brillante o segmentos
brillantes sobre un fondo de color.
- Filtros de color.
Pueden ser una lámina o estar impresos en el visualizador. Estos filtros trabajan
mejor con iluminación trasera.
- Luz trasera de color.
Cuando los segmentos no han sido energizados, aparecen oscuros, pero cuando se
energizan permiten el paso de la luz de color.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
La lámpara incandescente
¿Cómo está construida una lámpara incandescente?
El componente principal de la lámpara incandescente es el filamento, que
cuando pasa corriente a través de él, puede ser calentado como resistencia hasta
el estado incandescente, manteniéndose en este estado por mucho tiempo.
Este filamento tiene que fabricarse de un material con un alto punto de fusión
(punto en que por la temperatura se derrita) y este es el Tungsteno cuyo punto
de fusión es 3655 °K (grados Kelvin). Este filamento debe estar protegido en un
medio que evite que se deteriore.
Este ambiente se logra poniéndolo dentro de un bulbo, bombillo o ampolla de
vidrio que este al vacío o con un gas inerte.
La lámparas incandescentes con filamento de tungsteno es mucho más
eficiente que las que tiene otros materiales.
El filamento de tungsteno se torna incandescente
a partir de los 1000 °K (grados Kelvin),
pudiendo llegar a 1800 °K y 2500 °K lo que
significa que su eficiencia luminosa está entre
1 y 8 lumens por vatio (lumen es una unidad
de medida de intensidad de luz).
Mientras más se aumenta la temperatura del
filamento (aumentando el voltaje entre sus terminales) , la luz emitida por él es
más blanca. No es conveniente incrementar el voltaje que alimenta un filamento
pues esto reduce la vida útil de la lámpara. De hecho es necesario un corto
período de calentamiento luego de encenderla, para después alcanzar su
temperatura estable.
La longitud del filamento lo define el voltaje de operación del bulbo, a más
voltaje, más largo es el filamento y a veces significa más soportes internos dentro
del bulbo de vidrio
Si una lámpara necesita menor corriente para emitir luz, el grosor del filamento
será menor.
Este filamento se mantiene en su posición dentro del bulbo con ayuda de unos
alambres electrodos, que son los que permiten que la conexión eléctrica con el
exterior del bulbo sea posible
Si las lámparas son del tipo miniatura, los alambres electrodos salen directamente
al exterior, en otros casos utilizan un casquillo enroscable o con unos pequeños
pines laterales (se utilizan en los automóviles). Una lámpara de tungsteno puede
operar con cualquier tipo de fuente de tensión, sea de corriente continua o
corriente alterna, aunque la vida de la lámpara es menor cuando opera en
corriente continua
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Principios de operación de una lámpara incandescente
con filamento de tungsteno
Una lámpara incandescente tiene como elemento principal un filamento de
tungsteno. Este filamento convierte la energía eléctrica en luz y calor.
La luz irradiada es un espectro continuo compuesto principalmente de energía en
la región gama infrarroja cercana, una cantidad útil en la región visible y una muy
pequeña en la región ultravioleta.
Todo lo anterior varía según la temperatura que tenga el filamento de tungsteno.
Si la temperatura del filamento aumenta, la radiación de luz se desplaza a a
longitudes de onda más cortas, dando una mayor proporción a la radiación visible
y una luz más blanca.
La sensibilidad del ojo humano abarca desde aproximadamente de 400 nm en azul
hasta 700 nm en rojo y la sensibilidad pico está en los 555 nm en el color verde.
Todo esto dentro de la gama visible
Eficiencia luminosa
La eficiencia luminosa es la relación entre el flujo luminoso emitido y la potencia
consumida y se expresa en lumens / watts. La eficiencia es controlada por la
temperatura de operación del filamento. El problema es que a mayor temperatura
del filamento mayor es la velocidad de evaporación del tungsteno y por
consiguiente menor el tiempo de vida de la lámpara.
Unidades de medida
La unidad de medida para la luz son las unidades fotométricas. La fotometría trata
la sensibilidad relativa del ojo a diferentes longitudes de onda
La velocidad del flujo o caudal de una salida de luz es conocida como flujo
luminoso, y.....
El flujo luminoso emitido por unidad de ángulo sólido en una dirección es conocido
como intensidad de luz.
La salida luminosa de una lámpara con filamento de tungsteno es medida como el
flujo luminoso total emitido en todas direcciones, y esto se expresa en lumens
Cuando la lámpara tiene una salida luminosa direccional (lámparas que utilizan un
lente), la "iluminnancia" del foco proyectado es expresado en Lux, que que es una
medida de la luz que incide sobre una superficie:
1 Lux = 1 lumen / m
También se utiliza el siguiente término
1 lumen / pie = 10.76 lux aproximadamente
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Tutoriales Electrónica: Componentes
La emisión infrarroja de una lámpara de tungsteno
Como se comento antes, mucha de la radiación de una lámpara de tungsteno está
en la región infrarroja, en especial si el filamento está a temperaturas menores.
Las longitudes de onda que abarcan hasta 3000 nm son transmitidas casi sin
pérdidas por el bulbo de vidrio.
Por este motivo las lámparas de tungsteno son especialmente eficientes para los
detectores de infrarrojos. Una lámpara de tungsteno utilizada como emisor de
infrarrojo tiene más tiempo de vida pues se puede alimentar a menor tensión.
Notas: nm = nanometros
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Lámpara de tubo fluorescente
Ventajas de la lámpara fluorescente.
La lámpara fluorescente tiene mucha ventajas si se la compara con la lámpara
incandescente.
Las más importante son:
- Un consumo de corriente que puede ser hasta tres veces menor que la de
una lámpara incandescente
- Mejor respuesta de color. Es fácil observar que los colores son más fieles al
verdadero.
- La emisión de luz es de 4 a 6 veces mayor que la de una lámpara
incandescente de la misma potencia
- Provee una luz más uniforme y menos deslumbrante, porque el ára de
iluminación es mayor
- Calentamiento reducido
- La duración promedio de vida es de 7500 horas en condiciones normales.
Las lámparas fluorescentes son de descarga, de baja presión. Se pueden elegir
entre diferentes clases de luz y se construyen de varias formas y tamaños. Hay
de un pin y de 2 pines
La lámpara fluorescente está compuesta de un tubo de vidrio que está
revestido por su parte interior con una sustancia fluorescente.
Dentro del tubo hay gases y vapor de mercurio a baja presión. Este tubo tiene, en
sus dos extremos, un filamento y un electrodo sensor. Ver el diagrama.
Constitución de una lámpara fluorescente
-
Pines de contacto
Filamentos de wolframio
Revestimiento (sustancia fosforada)
Gas, que puede ser: argón, neón, et. y gotas de mercurio
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Tubo fluorescente de precalentamiento
Cuando circula una corriente eléctrica por los filamentos de un tubo
fluorescente, éstos se vuelven incandescentes. Ver el gráfico B
Como los filamentos tienen un revestimiento de bario (emisivo), emiten
electrones que ionizan el gas argón, volatilizan el mercurio y convierten el gas
en conductor. Ver el primer gráfico.
La corriente eléctrica puede entonces circular a través del tubo fluorescente.
El gas se vuelve conductor debido al sobrevoltaje provocado por el balastro
cuando la corriente circula por el arrancador. Ver gráfico A
El arrancador abre y cierra el circuito mediante una lámina bimetálica y ésto
hace que las bobinas del balastro, mediante el fenómeno de inducción,
provoquen un sobrevoltaje instantáneo que convierte el gas en conductor.
Al chocar los electrones dentro del tubo fluorescente con el gas de mercurio y
el gas argón o neón, producen una luz ultravioleta.
Esta luz al incidir sobre la capa fosforada que reviste el tubo, produce la luz
fluorescente característica de estas lámparas.
Una vez que el tubo fluorescente haya arrancado el arrancador (la lámina
bimetálica) no trabaja más y no permite el paso de la corriente a través de él,
quedando sólo el balastro. Ver gráfico C.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Temporizador 555. Distribución de patillas
El temporizador 555 es un excepcional circuito integrado, muy difundido en nuestros
días.
Nació hace más de 30 años y continúa utilizándose actualmente, puede ver una Breve
reseña histórica del temporizador 555
Se puede ver de las figuras que, independientemente del tipo de encapsulado, la
numeración de las patillas del temporizador es la misma.
El 556 es un circuito integrado con 2 temporizadores tipo 555 en una sola unidad de
14 pines y el 558 tiene 4 temporizadores tipo 555 en una sola unidad de 14 pines.
Ver las representaciones del temporizador 555
Distribución de pines del temporizador 555
1 - Tierra o masa
2 - Disparo: Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el
555 es configurado como monostable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin
va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación.
Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la
salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez.
3 - Salida: Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador 555, ya sea
que esté conectado como monostable, astable u otro.
Cuando la salida es alta, el voltaje de salida es el voltaje de aplicación (Vcc) menos 1.7
Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda de la patilla #
4 (reset)
4 - Reset: Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida # 3 a
nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para
evitar que el 555 se "resetee"
5 - Control de voltaje: Cuando el temporizador 555 se utiliza en el modo de
controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la
practica como Vcc-1 voltio) hasta casi 0 V (en la practica aprox. 2 Voltios). Así es
posible modificar los tiempos en que la patilla # 3 esta en alto o en bajo independiente
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Tutoriales Electrónica: Componentes
del diseño (establecido por las resistencias y condensadores conectados externamente al
555).
El voltaje aplicado a la patilla # 5 puede variar entre un 45% y un 90 % de Vcc en la
configuración monostable.
Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios
hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará la
frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM).
Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01uF para evitar
las interferencias
6 - Umbral: Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para
poner la salida (Pin # 3) a nivel bajo bajo
7 - Descarga: Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado
por el temporizador para su funcionamiento.
8 - V+: También llamado Vcc, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que
va de 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado
que llegan hasta 18 Voltios
El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, entre
los mas importantes están: multivibrador astable y como multivibrador monoestable
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Multivibrador astable con circuito integrado 555
Multivibrador Astable con circuito integrado 555
Este tipo de funcionamiento del temporizador 555 se caracteriza por una salida
con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido
por el diseñador del circuito.
El esquema de conexión y las formas de onda de entrada y salida del
multivibrador astable se muestran en los siguientes gráficos.
La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo T1 y en un nivel bajo un
tiempo T2.
Los tiempos de duración dependen de los valores de las resistores: R1 y R2 y del
capacitor C1.
Conexión y onda de salida del multivibrador astable con temporizador 555
T1 = 0.693(R1+R2)C1 y T2 = 0.693 x R2 x C1 (en segundos)
La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por la fórmula:
f = 1 / [0.693 x C1 x (R1 + 2 x R2)]
y el período es simplemente = T = 1 / f
Hay que recordar que el período es el tiempo que dura la señal hasta que ésta se
vuelve a repetir (Tb - Ta), ver el gráfico.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Multivibrador monostable con temporizador 555
Multivibrador monoestable con circuito integrado 555
El multivibrador monostable entrega a su salida un solo pulso de un ancho
establecido por el diseñador (tiempo de duración).
El esquema de conexión y las formas de onda de la entrada y salida se muestran
en los siguientes gráficos.
Ver que el tiempo en nivel alto de la salida de multivibrador monostable
depende del resistor R1 y el capacitor C1.
La fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo que la salida esta en nivel
alto) es:
T = 1.1 x R1 x C1 (en segundos)
Conexión y onda de salida del multivibrador monostable con temporizador 555
Observar que es necesario que la señal de disparo, sea de nivel bajo y de muy
corta duración en el PIN # 2 del circuito integrado para iniciar la señal de salida.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Multivibrador astable con temporizador 555 y t1 = t2
Por: Jorge Olaves I. jorge_olaves2004@hotmail.com
Maracaibo-Edo Zulia, Venezuela.
El circuito astable original que se diseña con el temporizador 555 no permite
obtener t1 = t2.
Este siguiente circuito, con la ayuda de unos elementos adicionales diodos (D1 y
D2) y haciendo que las resistencias R = R' logra este cometido.
El circuito permite generar una onda cuadrada con t1 = t2, aplicando t = 0.693
RC solamente, no así con t1 = 0.693 R1C y t2 = 0.693 (R1+R2) donde t1 = t2.
Los tiempos de carga y descarga del condensador son iguales, dada la
imaginación del lector este puede llevarse a diversos planos, tales como: el
disparo para realizar un inversor CC - CA, sincronización de señal para
determinar una frecuencia.
Oscilador astable con un temporizador 555 donde t1 = t2
T = t1 + t2
El periodo:T = t1 + t2 y la frecuencia: f = 1 / T
Recordar que el período es el tiempo que dura la señal desde que se inicia en un
momento dado hasta que éste se vuelve a repetir.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
El temporizador (timer), fundamentos, control electrónico
El Temporizador (Timer): Circuito fundamental para el
control electrónico
Por: Jorge L. Jiménez. Director de LADELEC
Barranquilla, Colombia Octubre 2006
www.ladelec.com
Tutorial teórico-práctico sobre el circuito Temporizador; contiene fundamentos,
modos, ajustes y aplicaciones de los temporizadores.
Dirigido a personas con conocimientos básicos de electrónica.
Fundamentos
Iniciamos el tutorial con un ejemplo real. Arma el circuito de la figura 1. Pulse
momentáneamente el suiche y al soltarlo observe el brillo del led.
Ahora cambie el C por uno de 470uF/25V y repita el proceso.
Concluimos que el tiempo de descarga del C es mayor cuando aumenta su valor
en uF.
Ahora veamos la carga del C. Armamos el circuito de
la figura 2. Con la ayuda de un tester ó multímetro
mida el voltaje DC en los pines del C y observe como
va aumentando lentamente su voltaje de carga. Ahora
cambie la R por una de 1M y mida nuevamente.
Concluimos que el tiempo de carga es mayor cuando aumenta el valor de R.
Esto nos marca el principio de funcionamiento de los temporizadores a saber que
el tiempo viene dado por el circuito RC asociado.
Un circuito completo real de un temporizador lo
observamos en la figura 3. El temporizador
estará activo un período igual a:
t = 1.1( R . C)
Si queremos que este circuito maneje cargas
reales de 120VAC debemos utilizar la señal
activa en alto del pin 3 (salida) y amplificarla
mediante un transistor driver. Este activará un
relé que servirá para manejar lo que queramos acorde a la capacidad de sus
contactos. Un circuito real que maneja la válvula de agua de un sistema sanitario
por un tiempo ajustado en el temporizador es el siguiente:
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Observe que en esencia es el mismo circuito, solo se han agregado unos cuantos
dispositivos para dar una aplicación real.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
El Temporizador (Timer): Circuito fundamental para el
control electrónico
Ajustes, modos, aplicaciones
Ajustes
Al saber que el tiempo o período es igual a
t = 1.1( R . C)
deducimos que para ajustar el tiempo solo debemos variar uno de los dos valores;
bien sea C ó R. El resultado será un mayor o menor tiempo dependiendo si es
mayor o menor el valor de R ó C. Usualmente se varía R cambiándola por un
potenciómetro ya que es más fácil.
Ahora bien hay un circuito temporizador que se ajusta con suiches de selección el
cual es el que mostramos a
continuación con su tabla de
tiempos
Como puedes observar es el
mismo principio de
funcionamiento ya que en el
pin 1 y 2 van los componentes
R C; el suiche pulsador de
inicio está en el pin 6 que
viene haciendo las veces del
suiche de la figura 1 y los
suiches de selección de
temporización propios del
integrado se conectan al pin 12
y 13.
De esta forma uno programa
cuanto tiempo va a activar o
temporizar el circuito.
Modos
Hasta aquí hemos visto como
trabaja el temporizador activando una carga desde que le damos start ó inicio.
Podemos decir que este es el modo activo en alto. Sin embargo puede
presentarse una necesidad que haga todo lo contrario: es decir que se active en
bajo y pase a alto solo después que haya pasado el temporizado. Este es el caso
de los protectores de nevera que al recibir energía no la conectan enseguida sino
solo después de que ha pasado el temporizado. Para ello solo tenemos que invertir
la posición de los componentes R y C. La R que estaba arriba se coloca donde iba
el C y el C pasa al lugar de la R. Todo lo demás queda igual y solo resta colocarle
el circuito de potencia que queramos.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Aplicaciones
Los temporizadores están presentes en casi todos los circuitos electrónicos.
Aparte de los ejemplos mostrados tenemos uno muy usual en la industria: Un
sistema temporizado secuencial de procesos.
El circuito esta mostrado abajo y sirve para controlar un proceso (por ejemplo una
inyectora de plásticos) y al terminar el proceso reiniciarse automáticamente.
Por: Jorge L. Jiménez. www.ladelec.com
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Amplificador Operacional: Características, ganancia a lazo abierto
Historia
El Amplificador Operacional fue desarrollado para ser utilizado en computadoras
analógicas en los inicios de los años 1940.
Los primeros Amplificadores Operacionales (Op. Amp.) utilizaban los tubos al vacío,
eran de gran tamaño y consumían mucha potencia.
En 1967 la empresa "Fairchild Semiconductor" introdujo al mercado el primer
amplificador operacional en la forma de un circuito integrado, logrando disminuir su
tamaño, consumo de energía y su precio.
Este dispositivo es un amplificador lineal de alto rendimiento, con una gran variedad de
usos.
Características del Op. Amp. (AO)
Básicamente el Amp. Op. (Op. Amp.) es un dispositivo amplificador de la diferencia de
sus dos entradas, con una alta ganancia, una impedancia de entrada muy alta, (mayor a 1
Megaohm) y una baja impedancia de salida (de 8 a 20 ohmios).
Con estas característica se deduce que las corrientes de entrada son prácticamente nulas
y que tiene la característica de poder entregar corriente relativamente alta (ver datos del
fabricante).
Internamente el Amplificador Operacional contiene un gran número de transistores,
resistores, capacitores, etc..
El terminal + es el terminal no inversor.
El terminal - es el terminal inversor
Hay varios tipos de presentación de los amplificadores operacionales, como el paquete
dual en línea (DIP) de 8 pines o patitas.
Para saber cual es el pin 1, se ubica una muesca entre los pines 1 y 8, siendo el # 1 el
pin que está a la izquierda de la muesca cuando se pone el integrado como se muestra en
el diagrama.
La distribución de los terminales del Amplificador operacional en el Circuito integrado
DIP de 8 patillas es:
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Tutoriales Electrónica: Componentes
- pin 2: entrada inversora ( - )
- pin 3: entrada no inversora ( + )
- pin 6: salida (out)
Para alimentar un amplificador operacional se utilizan 2 fuentes de
tensión:
- una positiva conectada al pin 7 y
- otra negativa conectada al pin 4
También hay otra presentación con 14 pines. En algunas versiones no hay muesca, pero
hay un circulo pequeño cerca de la patita # 1.
Ganancia en lazo abierto
Esta ganancia es aquella que tiene el amplificador operacional cuando no existe
ningún camino de realimentación entre la salida y alguna de las dos entradas. Ver el
diagrama inferior.
La ganancia del amplificador en lazo abierto está dada por la siguiente fórmula:
AV = Vsal/Vent
Donde:
AV = ganancia de tensión
Vsal = tensión de salida
Vent = tensión de entrada
En un amplificador operacional ideal, esta ganancia es infinita. Como el operacional
es real, su ganancia está entre 20,000 y 200,000 (en amplificador operacional 741C).
Este tipo de configuración se utiliza en comparadores, en donde lo que se desea es saber
cual de las dos entradas tiene mayor tensión.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Amplificador Operacional
Ganancia en lazo cerrado (realimentación)
Para poder controlar la ganancia de tensión que tiene un amplificador operacional,
se le provee de una realimentación negativa, que hará que este circuito sea
mucho más estable. La ganancia es dada por la siguiente fórmula: AV = - Vo /
Vin.
El signo menos indica que la señal en la salida será la opuesta a la entrada (sale
invertida, una tensión positiva aplicada a la entrada produce una tensión negativa
a la salida).
El valor de la ganancia está dada por: AV = - R2 / R1
Si se modifican los valores de R2 y R1, se modifica la
ganancia.
Ejemplo:
Si R2 = 500 Kohmios y R1 = 10 Kohmios, entonces
AV = - Vo / Vin = - R2 / R1 = - 500 / 10 = - 50.
La ganancia será de 50 y la señal a la salida estará
invertida (signo menos)
Amplificación en CC (amplificador
inversor)
Si al amplificador con ganancia de 50 mencionado en
el párrafo anterior, se la aplica una señal de 0.1
voltios = 100 mV (milivoltios) en la entrada, la salida
será:
Vo = - Av x Vin = - 50 x 0.1V. = - 5 V.
La entrada positiva y salida la salida está ampliada e invertida (negativa).
Nota: El gráfico no está a escala
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Amplificador Operacional
Amplificador inversor, respuesta de frecuencia, saturación,
tierra virtual
El amplificador inversor amplifica e invierte (ver el signo menos) una señal de
corriente alterna. En este caso la señal alterna de entrada sale amplificada en la
salida, pero también desfasada 180° (invertida).
La ganancia de tensión se obtiene con la fórmula:
AV = -Vsal/Vent y AV = -R2/R1
Si Vent = 0.1 V = 100 mV y Vsal = -10 V, entonces AV = -10 / 0.1 = -100.
Las magnitudes de la señales alternas se pueden medir en tensión pico, pico-pico
o RMS.
Respuesta de frecuencia
El amplificador operacional no amplifica de la misma manera para todo el rango
de frecuencias. Conforme la frecuencia de la señal a amplificar aumenta, la
capacidad del Amplificador Operacional para
amplificar disminuye.
Hay una frecuencia en particular para la cual la
ganancia de tensión ha disminuido al 70.7 % de
la ganancia a frecuencias medias. (la ganancia a
disminuido en 3 dB. (decibeles))
Esta es la frecuencia de corte y nos indica el
límite superior del ancho de banda (BW) de este Op. Amp.
Saturación
Si se aumenta la señal de entrada en amplificador operacional, aumentará
también la salida. Pero hay un límite máximo al que puede llegar la salida
(aproximadamente entre 1.5 y 2 voltios menos que la tensión entregada por las
fuentes de alimentación). Después de esta tensión, aunque aumentemos la
entrada la salida no aumentará
Entonces hay una señal de entrada máxima que hará que la señal de salida llegue
también a su máximo. (máximo permitido por la fuente). Si señal de entrada es
mayor a ésta se produce la saturación y la tensión de salida será recortada en los
picos negativos y positivos. Ver figura.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Tierra virtual
Cuando un amplificador operacional no está saturado, trabaja en condiciones
normales.
Así la diferencia de tensión entre la entrada inversora y tierra es casi 0 voltios.
Entonces se dice que la entrada inversora es una tierra virtual.
Si el amplificador entra en saturación, lo anterior ya no es cierto, pues aparece
una tensión entre la entrada inversora y tierra.
Enlaces relacionados
- Amplificador diferencial
- Integrador con amplificador operacional
- Generador de onda triangular, entrada senoidal en un integrador
- Convertidor Tensión a Corriente con Amplificador operacional
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Amplificador Operacional
Amplificador de fuente única, capacitor de bloqueo
Cuando se utilizan amplificadores operacionales, se indica que éstos deben de
funcionar con dos tipos de tensión: una positiva y otra negativa.
Esto podría no ser un problema si se tiene más de una fuente, pero en equipos
portátiles es normal que sólo se utilice una fuente de tensión (como una batería o
pila)
Para lograrlo se elimina la fuente de tensión negativa y se implementa una
división de tensión. Ver que con esta división de tensión se elevó el nivel de
tensión que antes era 0 voltios y ahora tiene un valor igual a la mitad del valor de
la fuente de alimentación utilizada.
La división de tensión se implementa con dos
resistencias R3 y R4 y es aplicada a la entrada no
inversora.
La tensión sobre R4 establece la tensión de
polarización aplicada a la entrada no inversora y
produce un desplazamiento en el nivel de tensión
en CC a la salida del amplificador. Ver la siguiente
figura.
La tensión de salida será, de esta manera, similar a la salida original con dos
fuentes de tensión, pero desplazada en nivel en una cantidad igual a la tensión de
polarización (5 voltios si se supone que R3 = R4).
La tensión de polarización de obtiene con la siguiente fórmula:
Vpolarización = R4 / (R3 + R4) x Vfuente alimentación
La ganancia se obtiene con las fórmulas: Av = - Vo / Vin = - R2 / R1
Condensador / capacitor de bloqueo
Si se agrega un divisor de tensión se estaría entregando a la fuente de la señal de
entrada un nivel de corriente continua. Para evitar ésto se incluye en el paso de la
señal de entrada un condensador de bloqueo (C) que dejará pasar la señales
alternas y detendrá la corriente continua. (a esto se le llama desacoplar la fuente
de señal de la entrada)
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Nota: Tomar en cuenta que tanto la entrada inversora, como la no inversora están
al mismo nivel de tensión y que si se pone un nivel de tensión en CD en la entrada
no inversora, también aparecerá en la entrada inversora.
Enlaces relacionados
- Amplificador diferencial
- Integrador con amplificador operacional
- Generador de onda triangular, entrada senoidal en un integrador
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Página 148
Tutoriales Electrónica: Componentes
Amplificador Operacional
No inversor, ganancia de tensión, impedancia de entrada y
salida
En este caso la señal a amplificar se aplica al pin no inversor (+) del amplificador
operacional. Como el nombre lo indica, la señal de salida no está invertida
respecto a la entrada
Del gráfico se ve que la tensión en R1 es igual a VR1 = [R1 / (R1 + R2)] x Vsal
(por división de tensión)
En operación normal la tensión entre las entradas (inversora y no inversora) es
prácticamente cero, lo que significa que la entrada Ven es igual a VR1. Entonces
con Ven = VR1, y con la formula anterior
Ven = [R1 / (R1 + R2)] x Vsal.
Despejando para Vsal / Vent (ganancia de tensión)
AV = Vsal / Ven = (R1 + R2 ) / R1 = R1 / R1 + R2 / R1
entonces AV = 1 + R2 / R1
De la anterior fórmula se deduce que la ganancia de tensión en este tipo de
amplificador será de 1 o mayor.
Impedancia de entrada
La impedancia de entrada del amplificador no inversor es mucho mayor que la del
amplificador inversor. Se puede obtener este valor experimentalmente colocando
en la entrada no inversora una resistencia R de valor conocido. Ver el siguiente
gráfico
En los terminales de la resistencia R habrá una
caída de tensión debido al flujo de una corriente
por ella que sale de la fuente de señal y entra en
el amplificador operacional. Esta corriente se
puede obtener con la ayuda de la ley de ohm: I =
VR / R, donde VR = Ven - V(+)
Para obtener la impedancia de entrada se utiliza
la siguiente fórmula (ley de Ohm):
Zin = V+ / I
Donde
- V(+): es la tensión en el terminal de entrada no inversor del amplificador
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Página 149
Tutoriales Electrónica: Componentes
operacional
- I : es la corriente anteriormente obtenida
Impedancia de salida
La impedancia de salida se puede obtener, como la impedancia de entrada,
experimentalmente.
1 - Se mide la tensión en la salida del amplificador operacional sin carga Vca. (Al
no haber carga, no hay corriente y por lo tanto, no hay caída de tensión en Zo.)
2 - Se coloca después en la salida un resistor de valor conocido RL.
3 - Se mide la tensión en la carga (tensión nominal) = VRL
4 - Se obtiene la corriente por la carga con al ayuda de la ley de ohm: I = VRL /
RL
5 - Para obtener la impedancia de salida Zo se utiliza la siguiente formula:
Zo = [VCA - VRL] / I
Donde:
- Zo = impedancia de salida
- VCA = tensión de salida del operacional sin carga
- RL = resistencia de carga
- VRL = tensión de salida del amplificador operacional con carga
- I = corriente en la carga
Enlaces relacionados
- Amplificador diferencial
- Integrador con amplificador operacional
- Generador de onda triangular, entrada senoidal en un integrador
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Página 150
Tutoriales Electrónica: Componentes
Comparador con Amplificador Operacional
Comparador Inversor
Un Amplificador Operacional puede ser utilizado para determinar cual de dos señales
en sus entradas es mayor. (se utiliza como comparador).
Basta con que una de estas señales sea ligeramente mayor para que cause que la salida
del amplificador operacional sea máxima, ya sea positiva (+Vsat) o negativa (-Vsat).
Esto se debe a que el operacional se utiliza en lazo abierto (tiene ganancia máxima)
La ganancia real de un amplificador operacional es de 200,000 o más y la fórmula de la
señal de salida es: Vout = AOL (V1 – V2)
Donde:
- Vout = tensión de salida
- AOL = ganancia de amplificador operacional en lazo abierto
(200,000 o más)
- V1 y V2 = tensiones de entrada (las que se comparan)
Vout no puede exceder la tensión de saturación del amplificador operacional, sea esta
saturación negativa o positiva. (normalmente este valor es unos 2 voltios menos que el
valor de la fuente ( V+ ó V- )
Del gráfico se ve que el valor de la entrada en V2 es mayor que la de V1 (que se utiliza
como referencia y tiene un valor fijo), hasta que en un momento t1, V2 cambia y ahora
es menor que V1.
Como V2 está conectado a la entrada no inversora del operacional, la salida (Vout) está
en saturación positiva, hasta que llega a t1, en donde la salida ahora está en saturación
negativa.
Comparador No inversor
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Tutoriales Electrónica: Componentes
En este comparador la tensión de referencia se aplica a la entrada inversora, y la señal a
detectar será aplicada a la entrada no inversora. La tensión de referencia puede ser
positiva o negativa.
- Si la señal a detectar tenga una tensión superior a la tensión de referencia, la salida
será una tensión igual a +Vsat (tensión de saturación positiva).
- Si la señal de entrada tiene una tensión inferior a la señal de referencia, la salida será
igual a -Vsat (tensión de saturación negativa)
Comparador Inversor
En este comparador la tensión de referencia se aplica a la entrada no inversora, y la
señal a detectar será aplicada a la entrada inversora. La tensión de referencia puede ser
positiva o negativa.
- Si la señal a detectar tenga una tensión superior a la tensión de referencia, la salida
será una tensión igual a -Vsat (tensión de saturación negativa).
- Si la señal de entrada tiene una tensión inferior a la señal de referencia, la salida será
igual a +Vsat (tensión de saturación positiva)
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Comparador de ventana con operacionales (Op. Amp.)
Comparador de ventana con dos Amplificadores
Operacionales
Algunas veces es necesario saber si una señal o nivel de tensión está dentro o
fuera de un límite aceptable.
Con ayuda de un comparador (amplificador operacional) que controle el nivel
superior y otro comparador que controle el nivel inferior, se puede implementar
un comparador de ventana.
El nivel de tensión a censar (Vin) se aplica a la entrada inversora del operacional
que controla el límite superior (ver Vh) y también a la entrada no inversora del
operacional que controla el límite inferior (ver VL). Ver el gráfico
Comparador de ventana con dos amplificadores operacionales
La lámpara sólo se encenderá cuando la salida de los amplificadores operacionales
sea un nivel bajo.
Formas de onda de la salida y entrada del comparador de ventana
De los dos diagramas anteriores se puede ver con claridad que el nivel bajo a la
salida sucede cuando la señal de entrada (ver onda triangular) esta por encima
del límite superior (línea roja) y por debajo del límite inferior (línea azul). Este
nivel bajo en la salida activaría la lámpara o circuito de alarma que indica el
estado no permitido.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Comparador regenerativo
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Comparador regenerativo con Amplificador
Operacional (Disparador schmitt)
Generador de onda cuadrada
Cuando se utiliza un comparador en su configuración básica, existe el
inconveniente de que sólo es necesario que la entrada a comparar tenga un nivel
ligeramente diferente al de referencia para que la salida pase a saturación positiva
o negativa.
Ver que el comparador en configuración básica está en lazo abierto (no tiene
resistencias de realimentación para controlar la ganancia del operacional) y su
ganancia es máxima. (saturación, ya sea positiva o
negativa)
Esto significa que la señal a comparar debe ser una
señal libre de ruidos, (ver línea roja en el segundo
gráfico) pues estos causarían que hayan tensiones
de salida falsas.
Si una señal de entrada de 0.01 voltios fuera
afectada por ruido que tuviera una amplitud de 0.5
voltios pico-pico. Esta señal aun estando en la parte
positiva del gráfico, tendría un valor negativo no
deseado de 0.01 - 0.25 = - 0.16 voltios (valor
negativo) salida errónea
Para evitar estas salidas falsas en el comparador se utiliza la realimentación
positiva en el circuito.
La tensión de realimentación es la que aparece en el
resistor Rb, se aplica a la entrada no inversora del
amplificador operacional y se obtiene con ayuda de la
fórmula:
Vrealimentación =
+/- Rb x Vsat/(Ra + Rb)
+Vrealimentación = VHL
- Vrealimentación = VLH
(ver signos "+" y "–" que indican que hay dos
tensiones de realimentación, una positiva y una
negativa)
Analizar el gráfico de la derecha de izquierda a
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Tutoriales Electrónica: Componentes
derecha
- Cuando Ventrada < VHL entonces la Salida = V+ (voltaje de saturación
positivo)
- Cuando Ventrada > VHL entonces la Salida = V- (voltaje de saturación
negativo)
- La salida se mantendrá en voltaje de saturación negativa mientras la onda
triangular este por encima de VHL, después pase por cero ( 0 ) y seguirá así
hasta...
- Cuando Ventrada < VLH entonces la salida = V+ (voltaje de saturación
positivo)
- Cuando Ventrada > VLH entonces la salida = V+ (voltaje de saturación
positivo) y se mantendrá así hasta ....
- Cuando Ventrada > VHL entonces la Salida = V- (voltaje de saturación
negativo)
Este circuito también se utiliza como generador de onda cuadrada partiendo de
una onda triangular como se puede ver del gráfico anterior.
Este tipo de circuito, debido a su configuración, tiene una "curva de histéresis"
debido a que la salida sólo pasa de saturación positiva a negativa y viceversa
cuando Ventrada excede a los valores de tensión de realimentación tanto positiva
como negativa.
Ver: Histéresis
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Integrador con Amplificador Operacional
Área bajo la curva
Un circuito integrador realiza un proceso de suma llamado "integración". La
tensión de salida del circuito integrador es proporcional al área bajo la curva de
entrada (onda de entrada), para cualquier instante.
Integrador con un amplificador operacional
En el siguiente gráfico se puede ver una señal de entrada (línea recta) de 3 voltios
que se mantiene continuo con el pasar del tiempo.
Onda de entrada
El el siguiente gráfico se muestra que el área bajo la curva en un momento
cualquiera es igual al valor de la entrada multiplicado por el tiempo. Vsal = Vent
xt
Onda de salida
Por ejemplo:
al terminar el
al terminar el
al terminar el
al terminar el
primer segundo, el área bajo la curva es Vent x t = 3 x 1 = 3
siguiente segundo, el área bajo la curva es Vent x t = 3 x 2 = 6
tercer segundo, el área bajo la curva es Vent x t = 3 x 3 = 9
cuarto segundo, el área bajo la curva es Vent x t = 3 x 4 = 12
Dando los valores de resistor R = 1 MΩ y capacitor C = 1 uF al primer gráfico, el
valor de la tensión de salida es: Vsal = - (1 / RC) x Vent x t.
La ganancia de este amplificador en este caso es: -1 / (1 x 106 x 1 x 10-6) = -1, y
el signo negativo se debe a que el amplificador operacional está configurado como
amplificador inversor
Así:
al terminar el primer segundo, Vsal = - Vent x t = - 3 x 1 = - 3
al terminar el siguiente segundo, Vsal = - Vent x t = - 3 x 2 = - 6
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Tutoriales Electrónica: Componentes
al terminar el tercer segundo, Vsal = Vent x t = - 3 x 3 = - 9
al terminar el cuarto segundo, Vsal =Vent x t = - 3 x 4 = - 12
Esta tensión de salida no crece indefinidamente (en sentido negativo).
Hay un momento, como se puede ver el último gráfico en que ésta línea se
mantiene a un valor constante. Esto sucede cuando el amplificador llega a su
tensión de saturación.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Generador de onda triangular. Integrador con
Amplificador Operacional
Entrada senoidal, salida triangular
Si a un integrador se le mantiene la entrada a un nivel de corriente continua
(constante), por un largo periodo de tiempo, este llegará a saturación.
Observando las figuras del gráfico más abajo se puede ver que si la onda de
entrada es cuadrada, el área acumulada es la que se muestra en la primera figura
y la forma de onda de la salida será la que se muestra en la tercera figura.
Se puede ver que la tercera figura es el inverso de la segunda debido a que se
utiliza un amplificador operacional como inversor
Entre t0 y T1: En el gráfico superior se ve que
mientras la tensión de entrada (Vent) se mantiene
constante positiva el área acumulada aumenta y la
tensión de salida (Vsal) tiene pendiente negativa
debido a la inversión (la señal de entrada ingresa
por el terminal inversor del amplificador
operacional).
En t1: La forma de onda de la entrada cambia su
polaridad bruscamente a un valor negativo, el área
acumulada va disminuyendo y la forma de onda
de la salida tiene pendiente positiva.
En t2: La entrada cambia a un valor positivo bruscamente y el ciclo se vuelve a
repetir.
En el gráfico anterior el tiempo en que la señal de entrada permanece constante,
ya sea positiva o negativa, no es suficiente para que el integrador de se sature en
su salida
Si la entrada es una onda cuadrada, el integrador se puede utilizar como
generador de onda triangular
Señal de entrada sinusoidal
Si la tensión de entrada es sinusoidal, las diferentes formas de onda se ven en el
siguiente gráfico
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Tutoriales Electrónica: Componentes
En este caso el área acumulada inicia con un valor negativo debido a la parte de la
señal de entrada (Vent) que existe entre -90° y 0°. De 0° a 90° el área
acumulada es positiva. Esta área se resta del área negativa previa hasta
cancelarse cuando se llega a los 90°. Después el área acumulada vuelve a crecer
hasta llegar a los 180°. Después de los 180° la entrada empieza a disminuir y
esto causa que también empiece a disminuir el área acumulada.
La forma de onda de la salida es invertida a la del área acumulada debido a que
la entrada de la señal se hace en la entrada inversora
Matemáticamente:
- Área acumulada = -Vp cos ωt
- Salida invertida = Vsal = Vp cos ωt
Con la tensión pico de salida = Vp = (1 / RC) Vent
La tensión de salida será: Vsal = (1 / RC) Vent cos ωt
Enlaces relacionados
- Orden, fase, relación de tensión entrada / salida
- Filtros (concepto)
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Página 160
Tutoriales Electrónica: Componentes
Derivador con Amplificador Operacional
Ondas de entrada y salida
Derivador es un circuito en el que la señal de salida es proporcional a la derivada
en el tiempo de la señal de entrada.
En otras palabras la salida es proporcional a la velocidad de variación de la señal
de la entrada.
Velocidad de cambio
= ∆ Vent / ∆ t
Nota: ∆ = cambio
Tipos de ondas de
entrada:
Señal de entrada es una
tensión fija (ejemplo: 3 Voltios):
La velocidad de variación de la
señal de entrada es cero y por
consiguiente la salida también será
cero.
Señal de entrada es una onda cuadrada:
Cada vez que la señal cambia de nivel hay un brusca
variación en la señal de entrada (se pasa de un nivel
de tensión a otro en un tiempo muy corto) y en la
salida se observan unos picos, tanto en el sentido
positivo como negativo. (dependiendo del sentido de
la variación).
Señal de entrada es un onda triangular:
La señal de salida es cuadrada, ejemplo:
En el caso de la onda cuadrada de 3 voltios de amplitud:
Velocidad de cambio = (3 V - 0 V) / (0.005 s - 0 s) = 600 voltios / s
Si el tiempo fuera menor la velocidad de cambio aumentaría.
La salida de cada salto está invertida debido a que la entrada está conectada al la
patita inversora del amplificador operacional
Cuando la señal de entrada es sinusoidal, la salida del derivador es como se
muestra en el siguiente gráfico
Aquí Vsal = - VP cos wt (negativo pues
el derivador es también inversor)
Como VP = A Vent w, entonces Vsal = - A
Vent w cos wt ó Vsal = - A Vent 2pif cos
wt
De la última fórmula se puede ver que un
derivador es proporcional a la frecuencia
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Página 161
Tutoriales Electrónica: Componentes
de la señal de entrada. La mayor velocidad se da cuando la señal cruza el eje
horizontal con un ángulo pronunciado.
Si hubiese ruido a la entrada, éste normalmente sería de una frecuencia más alta
comparado con la señal a derivar, esto causaría que pequeños valores de ruido
aparezcan a la salida mucho más grandes.
Para evitar ésto se coloca en la entrada un resistor R1 y un capacitor C1 se agrega
en paralelo con la resistencia de realimentación para reducir la inclinación a oscilar
del circuito.
Estos dos últimos componentes reducen la capacidad de derivación del circuito,
pero sólo lo hacen hasta la frecuencia que determinan los resistores y capacitores.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Rectificador instrumentación de media onda con
Amplificador Operacional
Funcionamiento
Para poder comprender mejor lo que se plantea en este tutorial se recomienda
que vea primero Inicios, características, ganancia a lazo abierto, Ganancia a lazo
cerrado (realimentación), inversor en CC, Circuito inversor en CA, frecuencia,
saturación, tierra virtual.
Si ya lo hizo o considera que no es necesario continúe
Cuando se analiza los rectificadores de media onda o rectificador de onda
completa para fuentes de alimentación, se puede notar que en casi todos los
casos se desprecia la caída de tensión (0.7 voltios aproximadamente) que hay en
los diodos.
Cuando se rectifica señales alternas de 110 o 220
voltios, despreciar 0.7 voltios no es problema. Pero
cuando se trata de rectificar una señal alterna de una
amplitud mucho menor (en el orden de los milivoltios),
esta caída en el diodo es importante, y más, si la señal
a rectificar tiene una amplitud menor a la tensión de
diodo polarizado en directo (0.7 V.)
Para poder rectificar estas tensiones tan pequeñas, se utiliza un amplificador
operacional (Op. Amp.). Ver el gráfico anterior.
Funcionamiento:
- Cuando la tensión de entrada es cero: los diodos no están polarizados y se
comportan como circuitos abiertos. El amplificador funciona como si estuviera en
circuito abierto. Ver gráfico.
- Cuando la tensión en la entrada cambia
ligeramente hacia un valor negativo: La entrada en
el pin inversor del operacional será negativo, causando
que la salida sea positiva, así conduce D2 a través de
Rf y el diodo D1 no conduce
Nota: En lazo abierto (ver el gráfico anterior) la
ganancia del operacional es muy grande (200,000 aproximadamente). Si la
tensión en la entrada cambia ligeramente hacia un valor negativo, este valor
será amplificado y habrá señal suficiente para polarizar D2.
La señal necesaria para hacer conducir el diodo 2 es:
Vin = Vo / Ganancia = 0.7 / -200,000 = -0.35 x 10-15 Voltios = -0.35 microvoltios
Acordarse que: Ganancia = Vo / Vin
- Cuando la señal pasa por el nivel de cero voltios (0 V.) (de negativo a
positivo): Nuevamente el D2 se comporta como un circuito abierto, mientras D1
conduce y cierra el lazo de realimentación del amplificador.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Rectificador instrumentación de 1/2 onda
(continuación) y Rectificador de onda completa con
Amplificador Operacional
Funcionamiento
Para poder comprender mejor lo que se plantea en este tutorial se recomienda
que vea primero:
Inicios, características, ganancia a lazo abierto, Ganancia a lazo cerrado
(realimentación), inversor en CC, Circuito inversor en CA, frecuencia, saturación,
tierra virtual.
Si ya lo hizo o considera que no es necesario continúe
- Cuando empieza a aplicar el ciclo positivo, una pequeña tensión a
la entrada mantiene el diodo D2 sin conducir.
La entrada inversora del amplificador operacional se mantiene a tierra virtual y el
amplificador es recortado en una caída del diodo por debajo del nivel de tierra,
con D2 apagado no circula corriente por Rf y la salida es
0 voltios
En otras palabras, si una pequeña tensión de entrada
(microvoltios) es aplicada, se mantiene D2 apagado y el
amplificador operacional es llevado a saturación
negativa. De esta manera la salida se mantiene en 0
voltios por todo el ciclo positivo de la señal de entrada.
Y...... el ciclo se vuelve a repetir.
Rectificador para instrumentación de onda completa
Para lograr obtener una salida totalmente rectificada. se ponen unos elementos
adicionales al rectificador de media onda
que ya se conoce
En el rectificador de media onda, en el
ciclo positivo de la entrada, el diodo 2 no
conduce, y no se obtiene la señal a la
salida. En el diagrama anterior la
resistencia Ra esta conectada entre la
entrada Ven y la entrada no inversora
del segundo operacional. La salida del
segundo operacional entonces entrega una señal negativa (El semiciclo positivo de
la señal de entrada se invierte una vez)
También la señal de salida del primer operacional se aplica a la entrada del
segundo operacional. En este caso el semiciclo negativo de la señal de entrada se
invierte en el primer operacional y se vuelve a invertir en el segundo. Y el ciclo se
vuelve a repetir.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
De esta manera se obtiene un rectificador de onda completa.
El capacitor C, si se conecta mediante "S", se utiliza para "aplanar" la salida.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Introducción a los Tiristores
Por: Gustavo A. Ruiz Robredo ruizrg@unican.es
12.1- Introducción
La electrónica de potencia concierne a los circuitos con tiristores, a su diseño y
a su función en el control de potencia en un sistema.
Existen gran variedad de tiristores, pero todos ellos tienen ciertas propiedades en
común: son dispotivos de estado sólido que se ¨disparan¨ bajo ciertas condiciones
pasando de un estado de alta impedancia a uno de baja, estado que mantiene
mientras que la corriente y la tensión sean superiores a un valor mínimo
denominado niveles de mantenimiento.
Estructuralmente, todos los tiristores consisten en varias capas alternadas de
silicio dopado con impurezas p y n. El disparo de un tiristor se realiza inyectando
corrientes en esas uniones de forma que, mediante una reacción regenerativa,
conmuta o conducción y lo mantiene en este estado aunque la señal de disparo sea
retirada, siempre que se verifiquen unos requerimientos mínimos de tensión y
corriente.
Estas características hacen que los tiristores sean mucho más útiles que los
conmutadores mecánicos, en términos de flexibilidad, duración y velocidad.
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Página 166
Tutoriales Electrónica: Componentes
Estos dispositivos se utilizan en control de potencia, convertidores DC-DC o DCAC o AC-DC o AC-AC, motores, luz incandescente, etc.
En la figura 12.1 se muestran los símbolos de los dispositivos pertenecientes a la
familia de los tiristores.
El rectificador controlado se silicio o Silicon Controlled Rectifiers (SCR) es el
tiristor de mayor interés hoy en día.
Fue introducido en 1956 por los laboratorios de Bell Telephone y son capaces de
controlar hasta 10MW con niveles de corriente de hasta 2000A a 18000V. El control
de estos dispotivos se realiza a través de transistores, familias lógicas, luz (en
triacs optoelectrónicos), transistores de uniunión (UJTs), transistores uniunión
programables (PUTs), conmutadores bidireccionales de silicio (SBSs), etc.
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Página 167
Tutoriales Electrónica: Componentes
Diodo de 4 capas (Diodo Shockley)
12.2.- Diodo de cuatro capas
El diodo de cuatro capas o diodo Shockley es un dispositivo compuesto por
cuatro capas semiconductoras npnp, cuya estructura y símbolo se describen en la
figuras 12.2.a y 12.2.b.
Esencialmente es un dispositivo interruptor.
Al aplicar un tensión positiva entre ánodo y cátodo se puede observar que la unión
J1 y J3 está polarizada en directa, y la unión J2 polarizada en inversa.
En estas condiciones únicamente circula una corriente muy baja (despreciable) y el
dispositivo se encuentra cortado.
Aumentando esta tensión positiva se llega a una tensión VBO de ruptura o avalancha
donde la corriente crece de forma abrupta y la caída de tensión decrece de la
misma manera.
En este momento, el diodo ha conmutado desde el estado de bloqueo a
conducción.
Una manera sencilla de entender el funcionamiento de este diodo consiste en
separar su estructura física en dos mitades (figura 12.2.c).
La mitad izquierda es un transistor NPN y la mitad derecha PNP, resultando el
circuito mostrado en la figura 12.3.d que normalmente es referido como candado.
Las características eléctricas de un diodo de cuatro capas se muestran en la
gráfica de la figura 12.3. En esta gráfica, se pueden identificar dos zonas y cuatro
regiones de operación:
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Página 168
Tutoriales Electrónica: Componentes
1.- Zona directa (V > 0)
1.a) Región de corte. El diodo se encuentra en corte con unas corrientes muy
bajas. En esta región se puede modelar como una resistencia ROFF de valor
1.b) Región de resistencia negativa. Cuando la tensión entre ánodo y cátodo es
suficientemente alta se produce la ruptura de la unión con un incremento muy
elevado en corriente comportándose el diodo como si fuera una resistencia
negativa debido a la realimentación positiva de su estructura.
1.c) Región de saturación o conducción. En esta región, la caída de tensión
entre ánodo y cátodo está comprendida entre 0.5V y 1.5V, prácticamente
independiente de la corriente. Se mantendrá en este estado siempre que la tensión
y corriente alcancen unos valores mínimos conocidos como niveles de
mantenimiento definidos por VH e IH.
2.- Zona inversa (V < 0 )
2.a) Región de ruptura. El diodo puede soportar una tensión máxima inversa
VRSM que superado ese valor entra en conducción debido a fenómenos de ruptura
por avalancha.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
SIDAC (Silicon Diode for Alternating Current)
12.2.1 - SIDAC
El SIDAC es un dispositivo bilateral de disparo de alta tensión y corriente.
Es básicamente un diodo de cuatro capas con unas características eléctricas
simétricas.
En la figura 12.4.a se describe su estructura física, en la figura 12.4.b el símbolo de
este dispositivo y en la figura 12.4.c sus características eléctricas simétricas.
El SIDAC se utiliza en aquellas aplicaciones que se necesitan una tensión de
disparo VBO cuyos valores están comprendidos entre 120 V y 270V (típicos).
El MKP3V120 de Motorola es un ejemplo típico de un SIDAC, con una corriente
máxima de 1A y una tensión de ruptura de VBO = 120 V (pertenece a la serie
MKP3VXXX en donde las tres últimas cifras
definen la VBO).
En la figura 12.5 se indican sus
características I-V en estado de
conducción.
En este caso, la tensión ánodo-cátodo es
aproximadamente ~1.1V prácticamente
independiente de la corriente.
Una de las aplicaciones más típicas del
SIDAC es como generador de diente de
sierra en donde se aprovecha las
características de disparo y bloqueo de
este dispositivo.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Generador diente sierra con SIDAC MKP3V120
En la figura 12.6.a se presenta el esquema de este circuito basado en el
MKP3V120. Las principales características de este dispositivo son:
En la figura 12.6.b se muestra la forma de onda de Vo que se asemeja a un diente
de sierra. El funcionamiento del circuito es el siguiente.
El condensador se carga a través de R cuando el SIDAC está cortado. En estas
condiciones, el dispositivo se comporta como una resistencia ROFF de valor
Esta resistencia es tan elevada que a efectos prácticos se puede considerar como
despreciable.
La ecuación de carga del condensador parte de una tensión inicial V H (VH =1.1V),
correspondiente a la tensión de mantenimiento del SIDAC, hasta la tensión final
Vcc (Vcc = 200V). Esta ecuación es
La tensión Vo(t) evoluciona de forma exponencial tal como se muestra en la figura
12.6.b. Este proceso de carga del condensador finalizará cuando el SIDAC entre en
conducción, situación que se produce cuando la tensión Vo(t) alcance la tensión de
ruptura, es decir, el proceso de carga durará un tiempo to correspondiente al
tiempo que tarda Vo(t) en tomar el valor VBO, es decir, Vo(t=to) = VBO = 120 V.
Este tiempo está definido por la siguiente ecuación
En el momento que entra en conducción el SIDAC, éste descarga rápidamente el
condensador C hasta su tensión de mantenimiento (VH). El dispositivo estará
permanentemente en ese estado siempre que se asegure la corriente de
mantenimiento IH de 100mA. Pero en este circuito, la corriente que circula por R es
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Página 171
Tutoriales Electrónica: Componentes
que es menor que la corriente de mantenimiento, luego el SIDAC pasará a estado
de corte de forma natural permitiendo que el condensador se cargue nuevamente a
través de R y se repita el proceso indefinidamente. Si se desea que el SIDAC
permanezca en conducción permanente con VO=VH es preciso asegurar la corriente
de mantenimiento, para lo cual la resistencia R tiene que ser menor que el valor de
la resistencia crítica obtenido por la siguiente expresión
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Tutoriales Electrónica: Componentes
SBS - Silicon Bidirectional Switch
El SBS o Silicon Bidirectional Switch es un dispositivo de baja potencia simétrico
para aplicaciones de disparo más versátil que el SIDAC.
Tiene además un terminal adicional (gate o G) que permite modificar sus
características de disparo con pequeños pulsos de corriente (decenas de µA).
Su reducido coste, alta velocidad y capacidad para disparar puertas de tiristores
con altos valores de corriente hace que este dispositivo sea muy útil en muchas
aplicaciones.
EL SBS no es solamente un versión mejorada del diodo de cuatro capas, sino
que es fabricado como un circuito integrado constituido por transistores, diodos y
resistencias.
La figura 12.7.a muestra su símbolo, la figura 12.7.b su estructura a nivel circuital
y la figura 12.7.c sus características I-V. El MBS4991 de Motorola es un ejemplo
típico de un SBS simétrico.
Sus parámetros característicos de acuerdo a la gráfica de la figura 12.7.c son: V =8
V, I =175 µA, I =0.7 mA y V =1.4 V. El disparo de este dispositivo se puede
realizar bien superando la tensión V o bien aplicando una corriente de puerta I
=100µA.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Rectificador Gobernado de Silicio o SCR
El SCR o Silicon Controled Rectifier es un dispositivo triterminal (A o ánodo, C o
cátodo y G o gate o puerta de control) muy similar al diodo de cuatro capas
descrito en la anterior sección pero que posee una entrada adicional (G) que
permite disparar el dispositivo antes de alcanzar la VBO.
En la figura 12.8.a se muestra el símbolo del SCR y en la figura 12.8.b su modelo a
nivel transistor.
En el modelo a nivel de transistor se observa claramente que al introducir una
corriente por la línea G se produce la conducción de los transistores, es decir, el
disparo del dispositivo sin ser necesario alcanzar la VBO.
La figura 12.9 permite ver claramente como las características del SCR varían con
la corriente de su puerta cuyos valores son del orden de miliamperios o inferiores.
A continuación se detallan algunos parámetros característicos de los SCR.
• Tiempo de conducción (Turn-on Time). Tiempo de duración mínima de la tensión
de disparo para pasar el SCR de bloqueo a conducción. Este tiempo tiene dos
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Tutoriales Electrónica: Componentes
componentes: TON=td+tr, siendo td el tiempo de retraso (delay time) y tr el tiempo
de subida (rise time). Por ejemplo, el 2N5060 tiene el TON=td+tr
=3µs+0.2µs=3.2µs.
• Tiempo de corte (Turn-off Time). Tiempo que el SCR puede permanecer por
debajo de las condiciones de mantenimiento. El 2N5060 tiene un TOFF =tq de 10µs.
• Máxima corriente de conducción. Máxima corriente eficaz que puede circular por
el SCR durante el estado de conducción. Para el 2N5060, la IT(rms) =0.8A.
• Velocidad crítica de elevación . Variaciones muy rápidas de tensión entre el ánodo
y cátodo en un SCR pueden originar un disparo indeseado.
Para evitar este problema, la variación de tensión ánodo-cátodo no debe superar un
valor conocido como velocidad crítica de elevación (dv/dt); si se supera este valor
además de producir el disparo puede llegar a deteriorar el dispositivo. El 2N5060
tiene un dv/dt=30V/µs.
A veces transitorios en las líneas de alimentación pueden originar problemas de
comportamiento del SCR al ser superado su velocidad crítica de elevación.
Los circuitos de protección contra transitorios de corriente (figura 12.10.a) y
transitorios de tensión (figura 12.10.b) evitan este indeseado disparo. Básicamente
son filtros basados en RC o inducciones que eliminan esas señales espúreas.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Activación o disparo de tiristores: Por puerta
12.4.- Activación o disparo y bloqueo de los tiristores
El tiristor es un dispositivo de estado sólido que su modo de operación emula a un
relé.
En estado de conducción tiene una impedancia muy baja que permite circular
grandes de niveles de corriente con una tensión ánodo-cátodo del orden de 1V.
En estado de corte, la corriente es prácticamente nula y se comporta como un
circuito abierto. A continuación se describen las diferentes maneras de activar o
disparar y de bloqueo de un tiristor.
Existen cuatro maneras de poner a un tiristor en estado de conducción:
a) Activación o disparo por puerta.
El método más común para disparar un tiristor es la aplicación de una corriente en
su puerta. Los niveles de tensión y corriente de disparo en la puerta deben tener un
rango de valores comprendidos dentro de una zona de disparo de seguridad.
Si se sobrepasa ese límite puede no dispararse el tiristor o puede deteriorarse el
dispositivo; por ejemplo, para el 2N5060 la máxima potencia eficaz que puede
soportar la puerta es PG(av)=0,01 W.
Gráficamente, en la figura 12.11 se muestra la forma típica de esa zona de
seguridad de disparo del SCR TF521S de Sanken Electric; obsérvese la su elevada
dependencia con la temperatura.
Este tiristor soporta corrientes de hasta
IT(rms) = 5A y la corriente máxima de disparo
es IGT(max) es I=15mA a 25ºC para una
VGT(max) V =2.5 V.
Otro ejemplo es el C701 de SPCO capaz de
soportar 1300A con una corriente IGT=500mA.
Además, el disparo debe tener una duración
dependiente del tiristor con valores típicos de
1 useg para que resulte eficaz. El tiempo de
conexión o de activación es el tiempo que
tarda en conducir el tiristor desde que se ha
producido el disparo.
Los valores típicos de tiristores comerciales están alrededor de 1 a 3 useg, aunque
para aplicaciones especiales como son los moduladores de impulsos de radar se
fabrican tiristores con valores por debajo de 100nseg.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Activación de tiristores: Por luz, tensión de ruptura,
aumento de dv/dt
b) Activación o disparo por luz.
Un haz luminoso dirigido hacia una de las uniones del tiristor provoca su disparo.
Son los dispositivos conocidos como foto-SCR o LASCR y sus derivados (fotoTRIAC, opto-TRIAC, etc).
El SP-101 de Sunpower es un ejemplo típico de un LASCR de 2 A que precisa de
una radicación luminosa efectiva de 24mW/cm 2 con una longitud de onda de
850nm para su activación.
c) Activación por tensión de ruptura.
Una aumento de la tensión ánodo-cátodo puede provocar fenómenos de ruptura
que activa el tiristor. Esta tensión de ruptura directa (VBO) solamente se utiliza
como método para BO disparar los diodos de cuatro capas.
b) Disparo por aumento de dv/dt.
Un rápido aumento de la tensión directa de ánodo cátodo puede producir una
corriente transitoria de puerta que active el tiristor. Generalmente se elimina este
problema utilizando circuitos de protección basados en R, C o L (figuras 12.10.a y
12.10.b). Valores típicos de dv/dt están comprendidos entre 5V/useg a 500V/useg.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Existen numerosos circuitos de disparo de tiristores que pueden ser clasificados en
tres tipos básicos en función del tipo de señal de disparo: DC, impulso o fase de
alterna.
Los circuitos de disparo en DC están basados en un interruptor mecánico o electró
nico (figura 12.12.a) que incluyen circuitos de protección para evitar daños al
tiristor. Estás señales también pueden ser generadas desde un ordenador o
cualquier circuito de control digital (figura 12.12.b).
Los circuitos de disparo por impulso están basados generalmente en un
transformador de acoplo que transmite el pulso de disparo (figura 12.12.c).
Este transformador permite el aislamiento eléctrico entre el tiristor y el circuito de
control y precisa menor potencia de disparo. Sin embargo, son más voluminosos
debido al tamaño del transformador y suelen ser sustituidos por opto-acopladores
luminosos.
Por último, los circuitos de disparo en alterna están diseñados para sincronizar la
fase entre el suministro en alterna y el disparo que permita la regulación en
potencia (figura 12.12.d). Debido a la importancia de este último tipo de disparo,
se va a dedicar un apartado completo a su estudio.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Bloqueo de un tiristor
La conmutación en corte o bloqueo es el proceso de poner en estado de corte al
tiristor que puede realizarse de tres formas: conmutación natural, polarización
inversa o conmutación por puerta.
a) Conmutación natural.
Cuando la corriente del ánodo se reduce por debajo de un valor mínimo, llamado
corriente de mantenimiento, el tiristor se corta.
Sin embargo, hay que señalar que la corriente nominal de un tiristor es del orden
de 100 veces la corriente de mantenimiento.
Para reducir esa corriente es preciso abrir la línea, aumentando la impedancia de
carga o derivando parte de la corriente de carga a un circuito paralelo, es decir,
cortocircuitando el dispositivo.
b) Corte por polarización inversa.
Una tensión inversa ánodo-cátodo tenderá a interrumpir la corriente del ánodo. La
tensión se invierte en un semiperiodo de un circuito de alterna, por lo que un
tiristor conectado a la línea tendrá una tensión inversa en un semiperiodo y se
cortará. Esto se llama conmutación por fase o conmutación de línea alterna.
c) Corte por puerta.
Algunos tiristores especialmente diseñados, como los GTO, se bloquean con una
corriente de puerta negativa.
El tiempo de conmutación en corte es el tiempo que tarda en bloquearse un
tiristor. Con conmutación natural su valor está comprendido entre 1 a 10µseg,
mientras que conmutación forzada puede ser de 0.7 a 2µseg. Sin embargo, existen
gran variedad de tiristores diseñados para tener tiempos de conmutación muy
bajos.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Regulación de potencia en SCR
Existe una gran variedad de aplicaciones de potencia basados en los tiristores como
elementos de control.
Su propiedad de conmutación de corte a conducción y viceversa resulta muy útil cuando
se desea controlar la transferencia de potencia a una carga.
Las aplicaciones más comunes de uso doméstico son los reguladores de luz, control de
velocidad de motores, etc.
En la figura 12.13 se muestra la estructura básica de un circuito regulador de potencia
básico.
Se quiere entregar una determina energía de la red eléctrica a una carga (ZL) y, para
ello, se utiliza un tiristor (en este caso un SCR) como dispositivo de control y un
circuito de disparo que controla ese tiristor.
Este circuito de disparo introduce un desfase φ respecto al inicio de la onda sinusoidal; a
φ se le denomina ángulo de desfase o de disparo y a π - φ ángulo de conducción.
En la figura 12.14 se representa las formas de onda del regulador de potencia. Se
identifican tres zonas del funcionamiento del tiristor:
1) 0 ≤ α < φ. El SCR está bloqueado. En estas condiciones no circula ninguna corriente
por la carga v (IL=0) y la VAK = Vmsenφ
2) φ ≤ α < π. En el instante α = π el circuito de disparo aplica un pulso que hace entrar el
SCR a conducción. Aparece una corriente por la carga de valor IL = Vmsenα/ZL, si se
desprecia la caída de tensión en el SCR (VAK~0V).
En esas condiciones, VS = VL+VAK ≈ VS.
3) π ≤ α < 2π . En el instante α = π el SCR conmuta a corte de forma natural. En el
semiperiodo negativo el SCR se mantiene a corte porque la tensión del ánodo es inferior
a la del cátodo. La corriente es nula (IL = 0) y la VAK = Vmsenα
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Tutoriales Electrónica: Componentes
En términos eficaces, la corriente eficaz (rms) entregada a la carga se obtiene mediante
la siguiente ecuación
y, de una manera similar, la tensión eficaz (rms) de la carga
La potencia eficaz entregada a la carga se define como el producto de la corriente eficaz
por la tensión eficaz.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Variantes del SCR: LASCR, GTO, PUT
12.6.- Variantes del SCR
Existen otros dispositivos de cuatro capas cuyo modo de funcionamiento es similar a la
de un SCR.
En esta sección se realiza una breve descripción de las variantes del SCR más
importantes.
12.6.1.- Foto-SCR o LASCR
El foto-SCR o SCR activado por luz (light activated SCR o LASCR) es, como su
propio nombre indica, un SCR cuyo disparo es controlado por luz. Cuando la luz
incidente es suficientemente intensa, el SCR se dispara y permanece en conducción
aunque desaparezca esa luz.
En la figura 12.15.a se muestra su símbolo y en la figura 12.15.b aparece una aplicación
sencilla del foto-SCR con una resistencia ajustable que controla la intensidad de luz
incidente de disparo.
Un ejemplo de un LASCR es el SP-101 de SunPower que se activa cuando la luz
incidente es de 24mW/cm2
12.6.2.- GTO
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Tutoriales Electrónica: Componentes
El GTO o Gate Turn-Off SCR es un tiristor que puede ser disparado con un pulso
positivo a su terminal gate y bloqueado si se aplica un impulso negativo a ese mismo
terminal.
El GTO se emplea actualmente en muchas aplicaciones interesantes en el dominio de
altas potencias cuyo control se realiza fácilmente mediante transistores bipolares.
Los bajos requerimientos de potencia de su control facilitan la aplicación de técnicas de
modulación de anchura de pulsos.
En la figura 12.16 se indica su símbolo. El MGTO1000/2000 de Motorola es un GTO
diseñado para aplicaciones de alta velocidad y es capaz de porporcionar hasta 18 A.
12.6.3.- PUT
El PUT o programmable unijunction transistor perteneciente a la familia de los
dispositivos uniunión y sus características son similares al SCR. En la figura 12.17.a se
indica su símbolo.
Es un dispositivo de disparo ánodo-puerta (anode-gate) puesto que su disparo se realiza
cuando la puerta tenga una tensión más negativa que el ánodo, es decir, la conducción
del PUT se realiza por control de las tensiones en sus terminales.
Como ejemplo sencillo, la figura 12.17.b muestra el esquema de un oscilador de
relajación basado en este dispositivo. La tensión de puerta está fijada a un valor
constante a través de las resistencias R1 y R2.
Si inicialmente el condensador está descargado, la tensión del ánodo es menor que la de
la puerta (VA < VG) y el PUT está cortado. En estas condiciones, el condensador se
carga a través de R aumentando la tensión del ánodo.
Llegará un momento en que VA = VG y, en ese instante, se dispara el PUT el cual
descarga bruscamente el condensador C produciendo una caída de tensión en la
resistencia Ro. Si R y Ro tienen un valor que impida circular a través del PUT la
corriente de mantenimiento mínima de conducción el dispositivo se cortará y el
condensador se carga nuevamente a través de R repitiéndose el proceso.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
TRIAC - Triode for Alternative Current
12.6.4.- TRIAC
Un TRIAC (TRIode for Alternative Current) es un SCR bidireccional que se comporta
como dos SCR en paralelo e invertidos, de tal manera que este dispositivo puede
controlar corriente en cualquier dirección.
Normalmente, tiene una tensión de ruptura alta y el procedimiento normal de hacer
entrar en conducción a un TRIAC es a través de un pulso de disparo de puerta (positivo
o negativo).
La figura 12.18.a muestra su símbolo y la figura 12.18.b su modelo equivalente basado
en dos SCR conectados en oposición.
Ejemplos típicos de TRIACS: BT136 (de 5 A) y el BT138 (16 A) de Philips y la serie
MAC de Motorola con corrientes de 8 A (MAC97-8) hasta 350 A (MAC224A4).
12.6.5.- TRIAC con acoplado óptico (opto coupler
TRIAC)
Los TRIACs acoplados ópticamente
combinan un diodo emisor de luz (LED)
con un TRIAC foto-detector (fotoTRIAC) dentro de un mismo
encapsulado opaco con un esquema
mostrado en la figura 12.19.
Al no existir conexión eléctrica entre la entrada y la salida, el acoplo es unidireccional
(LED al foto-TRIAC) y permite un aislamiento eléctrico entre ambos dispositivos de
hasta 7500 V (typ).
Además, algunos foto-TRIAC incluyen una circuito de detección de paso por cero que
permite sincronizar señales de la red eléctrica con señales de control del LED para
ajustar el ángulo de conducción.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Como ejemplo de estos circuitos se encuentra el MOC3009 (Motorola) que necesita una
corriente en el LED de 30mA para disparar el foto-TRIAC o el MOC3021 (Motorola)
que únicamente requiere 10mA.
Cuando el LED está apagado, el foto-TRIAC está bloqueado conduciendo una pequeña
corriente de fuga denominada IDRM (peak-blocking current). Cuando el diodo conduce,
dispara al foto-TRIAC pudiendo circular entre 100mA y 1A.
Al no ser un dispositivo que soporte grandes niveles de potencia, el propio foto-TRIAC
en muchos casos actúa sobre el control de un TRIAC de mucho mayor potencia, tal
como se indica en la figura 12.20.
En este circuito, una señal digital (por ejemplo, una señal de un microcomputador)
activa el opto-acoplador que a su vez activa el TRIAC de potencia conectado a la red
eléctrica; el valor de R está comprendido entre 50 y 500 ohmios.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Transistor uni-unión o UJT
El transistor de uni-unión (unijunction transistor) o UJT está constituido por dos
regiones contaminadas con tres terminales externos: dos bases y un emisor.
En la figura 12.21.a aparece la estructura física de este dispositivo. El emisor está
fuertemente dopado con impurezas p y la región n débilmente dopado con n.
Por ello, la resistencia entre las dos bases, RBB o resistencia interbase, es elevada (de 5 a
10K estando el emisor abierto).
El modelo equivalente representado en la figura 12.21.b está constituido por un diodo
que excita la unión de dos resistencias internas, R1 y R2 , que verifican RBB = R1 + R2.
Cuando el diodo no conduce, la caída de tensión en R1 (V1) se puede expresar como
en donde VB2B1 es la diferencia de tensión entre las bases del UJT y n es el factor de
división de tensión conocido como relación intrínseca.
El modelo de este dispositivo utilizando transistores se muestra en la figura 12.21.c,
cuya estructura es muy similar a un diodo de cuatro capas. Cuando entra en conducción
los transistores la caída de tensión en R es muy baja. El símbolo del UJT se muestra en
la figura 12.21.d.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Funcionamiento de un UJT
El funcionamiento de un UJT es muy similar al de un SCR.
En la gráfica de la figura 12.22 se describe las características eléctricas de este
dispositivo a través de la relación de la tensión de emisor (VE) con la corriente de
emisor (IE).
Se definen dos puntos críticos: punto de pico o peak-point (Vp, Ip) y punto de valle o
valley-point (Vv, Iv), ambos verifican la condición de dVE/dIE = 0.
Estos punto a su vez definen tres regiones de operación: región de corte, región de
resistencia negativa y región de saturación, que se detallan a continuación:
Región de corte
En esta región, la tensión de emisor es baja de forma que la tensión intrínseca mantiene
polarizado inversamente el diodo emisor. La corriente de emisor es muy baja y se
verifica que VE < VP e IE < IP.
Esta tensión de pico en el UJT viene definida por la siguiente ecuación:
donde la VF varía entre 0.35 V a 0.7 V con un valor típico de 0.5 V. Por ejemplo, para el
2N2646 es de 0.49V a 25ºC. El UJT en esta región se comporta como un elemento
resistivo lineal entre las dos bases de valor RBB.
Región de resistencia negativa
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Tutoriales Electrónica: Componentes
. Si la tensión de emisor es suficiente para polarizar el diodo de emisor, es decir, VE=VP
entonces el diodo entra en conducción e inyecta huecos a B1 disminuyendo bruscamente
la resistencia R1 debido a procesos de recombinación.
Desde el emisor, se observa como el UJT disminuye su resistencia interna con un
comportamiento similar a la de una resistencia negativa (dVE/dIE < 0). En esta región, la
corriente de emisor está comprendida entre la corriente de pico y de valle (IP < IE < IV).
Región de saturación
Esta zona es similar a la zona activa de un tiristor con unas corrientes y tensiones de
mantenimiento (punto de valle) y una relación lineal de muy baja resistencia entre la
tensión y la corriente de emisor. En esta región, la corriente de emisor es mayor que la
corriente de valle (IE > IV). Si no se verifica las condiciones del punto de valle, el UJT
entrará de forma natural a la región de corte.
En la figura 12.22 también se observa una curva de tipo exponencial que relaciona la VE
y la IE cuando la base B2 se encuentra al aire (IB2 = 0). Esta curva tiene una forma
similar a la característica eléctrica de un diodo y representa el comportamiento del
diodo de emisor.
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SCR - Silicon Controled Rectifier
SCR - Símbolo, estructura y funcionamiento básico.
El SCR (Rectificador controlado de silicio) es un dispositivo semiconductor de 4 capas
que funciona como un conmutador casi ideal.
El símbolo y estructura del SCR son:
Analizando los diagramas: A = ánodo, G = compuerta o Gate y C = K = cátodo
Funcionamiento básico del SCR
El siguiente gráfico muestra un circuito equivalente del SCR para comprender su
funcionamiento.
Al aplicarse una corriente IG al terminal G (base de Q2
y colector de Q1), se producen dos corrientes: IC2 =
IB1.
IB1 es la corriente base del transistor Q1 y causa que
exista una corriente de colector de Q1 (IC1) que a su
vez alimenta la base del transistor Q2 (IB2), este a su
vez causa más corriente en IC2, que es lo mismos que
IB1 en la base de Q1, y......
Este proceso regenerativo se repite hasta saturar Q1 y
Q2 causando el encendido del SCR.
Los parámetros del SCR son:
-VRDM: Máximo voljaje inverso de cebado (VG = 0)
- VFOM: Máximo voltaje directo sin cebado (VG = 0)
- IF: Máxima corriente directa permitida.
- PG: Máxima disipación de potencia entre compuerta y cátodo.
- VGT-IGT: Máximo voltaje o corriente requerida en la compuerta (G) para el cebado
- IH: Mínima corriente de ánodo requerida para mantener cebado el SCR
- dv/dt: Máxima variación de voltaje sin producir cebado.
- di/dt: Máxima variación de corriente aceptada antes de destruir el SCR.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Nota: dv/dt, di/dt: Ver parámetros del SCR en SCR en corriente continua
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Tutoriales Electrónica: Componentes
SCR - Silicon Controled Rectifier
En la figura inferior de muestra la dependencia entre el voltaje de conmutación y la
corriente de compuerta.
Cuando el SCR está polarizado en inversa se comporta como un diodo común (ver la
corriente de fuga característica que se muestra en el gráfico).
En la región de polarización en directo el SCR se comporta también como un diodo
común, siempre que el SCR ya haya sido activado (On). Ver los puntos D y E.
Para valores altos de corriente de compuerta (IG) (ver punto C), el voltaje de ánodo a
cátodo es menor (VC).
Si la IG disminuye, el voltaje ánodo-cátodo aumenta. (ver el punto B y A, y el voltaje
anodo-cátodo VB y VA).
Concluyendo, al disminuir la corriente de compuerta IG, el voltaje ánodo-cátodo
tenderá a aumentar antes de que el SCR conduzca (se ponga en On / esté activo)
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Tiristor (Silicon Controled Rectifier - SCR) en CC
Tiristor / SCR y la corriente continua
Activación, el pulso, desactivación, tiristor con carga
inductiva
Antes de iniciar la lectura de este tutorial se recomienda leer el tutorial el tiristor.
Si ya lo hizo o no lo considera conveniente, continúe.
El funcionamiento de un tiristor en corriente continua es fácil de entender.
Normalmente el tiristor trabaja con polarización directa entre ánodo (A) y cátodo
(C o K) (la corriente circula en el sentido de la flecha del tiristor).
Con esta condición, sólo es necesario aplicar un pulso en la compuerta (G) para
activarlo. Este pulso debe de tener una amplitud mínima, para que la corriente de
compuerta (IG) provoque la conducción.
Activacion del tiristor
En el gráfico siguiente se ve una aplicación sencilla del tiristor en
corriente continua.
El SCR se comporta como un circuito abierto hasta que activa su
compuerta (GATE) con un pulso de tensión que causa una
pequeña corriente. (se cierra momentáneamente el interruptor
S). El tiristor conduce y se mantiene conduciendo, no necesitando
de ninguna señal adicional para mantener la conducción.
No es posible desactivar el tiristor (que deje de conducir) con la compuerta.
Características del pulso de disparo
La duración del pulso aplicado a la compuerta G debe ser lo suficientemente largo
para asegurar que la corriente de ánodo se eleve hasta el valor de retención. Otro
aspecto importante a tomar en cuenta es la amplitud del pulso, que influye en la
duración de éste.
Desactivación de un tiristor
El tiristor una vez activado, se mantiene conduciendo, mientras la corriente de
ánodo (IA) sea mayor que la corriente de mantenimiento (IH). Normalmente la
compuerta (G) no tiene control sobre el tiristor una vez que este está
conduciendo.
Opciones para desactivar un tiristor:
1. Se abre el circuitos del ánodo (corriente IA = 0)
2. Se polariza inversamente el circuito ánodo-cátodo (el cátodo tendrá un nivel de
tensión mayor que el del ánodo)
3. Se deriva la corriente del ánodo IA , de manera que esta corriente se reduzca y
sea menor a la corriente de mantenimiento IH.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Si se disminuye lentamente el voltaje (tensión), el tiristor seguirá conduciendo
hasta que por él pase una cantidad de corriente menor a la llamada "corriente de
mantenimiento o de retención (IH)", lo que causará que el SCR deje de
conducir aunque la tensión VG (voltaje de la compuerta con respecto a tierra) no
sea cero.
Como se puede ver el SCR , tiene dos estados:
1- Estado de conducción, en donde la resistencia entre ánodo y cátodo es muy
baja
2- Estado de corte, donde la resistencia es muy elevada.
El Tiristor con carga inductiva
Cuando la carga del SCR no es resistiva pura como se muestra en el gráfico
anterior si no, una carga inductica, (se comporta como un inductor), es
importante tomar en cuenta el tiempo que tarda la corriente en aumentar en una
bobina.
El pulso que se aplica a la compuerta debe ser lo suficientemente duradero para
que la corriente de la carga iguale a la corriente de enganche y así el tiristor se
mantenga en conducción.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Tiristor - SCR en AC
Tiristor / SCR y la corriente alterna
Antes de iniciar la lectura de este tutorial se recomienda leer los tutoriales el
tiristor y el tiristor en corriente continua. Si ya lo hizo o no lo considera
conveniente, continúe
Control de fase con tiristor
Se usa principalmente para controlar la potencia que se entrega a una carga. (en
el caso de la figura es un bombillo o foco)
La fuente de voltaje puede ser de 110V c.a., 120V c.a., 240V c.a. , etc. La
potencia suministrada a la carga se controla variando
el ángulo de conducción.
El circuito RC produce un corrimiento de la fase entre
la tensión de entrada y la tensión en el condensador
que es la que suministra la corriente a la compuerta
del SCR.
Como R es un potenciómetro, el valor resistivo puede
variar y así producir un corrimiento de fase ajustable,
que causará que la entrega de potencia a la carga (el
bombillo) también sea variable.
Con ésto se logra que la intensidad de la luz en el bombillo varíe. El diodo en la
compuerta del SCR se usa para bloquear la tensión de compuerta durante el ciclo
negativo (de 180° a 360°)
Formas de onda de la señal de entrada y en la carga para
diferentes corrimientos de
fase.
- El 1er diagrama muestra la onda de
entrada. Observar los ptos. 0°, 180° y
360°.
- El 2do diagrama muestra la señal
aplicada a la carga cuando el disparo es
a los 45°
- El 3er diagrama muestra la señal
aplicada a la carga cuando el disparo es
a los 150°.
En el segundo y tercer diagrama se ve
que la semionda negativa ha
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Tutoriales Electrónica: Componentes
desaparecido, y esto es debido a que el tiristor se comporta, cuando está
conduciendo, como un diodo.
El área bajo la curva en el segundo y tercer diagrama representa la energía
transferida a la carga.
El segundo diagrama tiene un área bajo la curva mayor, entonces indica que, en
este caso, hay más energía entregada al bombillo que en el tercer diagrama.
El máximo corrimiento de fase se logra cuando el potenciómetro tiene su mayor
valor y el mínimo cuando este tiene su valor más pequeño.
Ver que cuando R = 0 (valor mínimo del potenciómetro) el capacitor está en
paralelo con el tristor y el éste se comporta prácticamente como un diodo, pues se
dispara casi inmediatamente que la señal de entrada pasa los 0°.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Como proteger un tiristor
Protección del Tiristor
Protección contra los incrementos bruscos de corriente,
protección contra cambios bruscos de tensión
Antes de iniciar la lectura de este tutorial se recomienda leer los tutoriales el
tiristor, tiristor en corriente continua y tiristor en corriente alterna. Si ya lo hizo o
no lo considera conveniente, continúe.
El tiristor puede dañarse si no se toman algunas precauciones.
- Protección contra incrementos bruscos de corriente (di/dt).
"La derivada de la corriente con respecto al tiempo". La di/dt máxima es
especificada por el fabricante.
Este problema aparece cuando se tiene una carga capacitiva
(tiene el comportamiento de un capacitor).
Un capacitor descargado se comporta inicialmente (al ser
conectado) como un corto circuito y la gran demanda de
corriente tiene que atravesar el tiristor.
Para evitar este problema se pone en serie con la carga un
inductor (ver diagrama) de poco valor, para retardar el
incremento de la corriente a un valor aceptable. Acordarse que el inductor se
opone a cambios brusco de corriente.
- Protección contra cambios bruscos de tensión (dv/dt).
"La derivada de la tensión con respecto al tiempo". Los cambios bruscos de
tensión entre el ánodo (A) y el cátodo (K = C), pueden producir cebados no
deseados, causando con ello que el tiristor se dispare y empiece a conducir. El
dv/dt máximo es especificado por el fabricante.
A veces por diferentes motivos, la tensión entre los terminales del
SCR pueden cambiar en forma repentina y de manera evidente (el
cambio de tensión es grande)
Para evitar este inconveniente, se utiliza un circuito RC en
paralelo con el tiristor como se muestra en el gráfico de la
derecha. Este circuito limita la velocidad de subida de la tensión
en los terminales del tiristor. Acordarse que el capacitor se opone a cambio
bruscos de tensión.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
TRIAC. Control de potencia en corriente alterna
El Triac es un dispositivo semiconductor que pertenece a la familia de los dispositivos
de control tiristores.
El triac es en esencia la conexión de dos tiristores en paralelo pero conectados en
sentido opuesto y compartiendo la misma compuerta. (ver imagen).
El triac sólo se utiliza en corriente alterna y al igual que el tiristor, se dispara por la
compuerta. Como el triac funciona en corriente alterna, habrá una parte de la onda que
será positiva y otra negativa.
La parte positiva de la onda (semiciclo positivo) pasará por el triac siempre y cuando
haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará
de arriba hacia abajo (pasará por el tiristor que apunta hacia abajo), de igual manera:
La parte negativa de la onda (semiciclo negativo) pasará por el triac siempre y cuando
haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará
de abajo hacia arriba (pasará por el tiristor que apunta hacia arriba)
Para ambos semiciclos la señal de disparo se obtiene de la misma patilla (la puerta o
compuerta).
Lo interesante es, que se puede controlar el momento de disparo de esta patilla y así,
controlar el tiempo que cada tiristor estará en conducción.
Recordar que un tiristor sólo conduce cuando ha sido disparada (activada) la compuerta
y entre sus terminales hay un voltaje positivo de un valor mínimo para cada tiristor)
Entonces, si se controla el tiempo que cada tiristor está en conducción, se puede
controlar la corriente que se entrega a una carga y por consiguiente la potencia que
consume.
Ejemplo: Una aplicación muy común es el atenuador luminoso de lámparas
incandescentes (circuito de control de fase).
Donde:
- Ven: Voltaje aplicado al circuito (A.C.)
- L: lámpara
- P: potenciómetro
- C: condensador (capacitor)
- R: Resistor
- T: Triac
- A2: Anodo 2 del Triac
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Tutoriales Electrónica: Componentes
- A3: Anodo 3 del Triac
- G: Gate, puerta o compuerta del Triac
El triac controla el paso de la corriente alterna a la lámpara (carga), pasando
continuamente entre los estados de conducción (cuando la corriente circula por el triac)
y el de corte (cuando la corriente no circula)
Si se varía el potenciómetro, se varía el tiempo de carga de un capacitor causando que
se incremente o reduzca la diferencia de fase de la tensión de alimentación y la que se
aplica a la compuerta
Notas:
- La diferencia de fase o la fase entre dos señales u ondas se define como el ángulo
(diferencia de tiempo) que existe entre los dos orígenes de las mismas.
- En este documento se utiliza el termino tiristor como sinónimo de SCR.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
DIAC (Diode Alternative Current). Diodo de disparo
bidireccional
Control de potencia en corriente alterna (AC)
El DIAC es un diodo de disparo bidireccional, especialmente diseñado para
disparar TRIACs y Tiristores (es un dispositivo disparado por tensión).
Tiene dos terminales: MT1 y MT2. Ver el diagrama.
El DIAC se comporta como dos diodos zener conectados en serie, pero orientados
en formas opuesta. La conducción se da cuando se ha superado el valor de
tensión del zener que está conectado en sentido opuesto.
El DIAC normalmente no conduce, sino que tiene una pequeña corriente de fuga.
La conducción aparece cuando la tensión de disparo se alcanza.
Cuando la tensión de disparo se alcanza, la tensión en el DIAC se reduce y entra
en conducción dejando pasar la corriente necesaria para el disparo del SCR o
TRIAC. Se utiliza principalmente en aplicaciones de control de potencia mediante
control de fase.
La curva característica del DIAC se muestra a continuación
En la curva característica se observa que cuando
- +V o - V es menor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un
circuito abierto
- +V o - V es mayor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un
cortocircuito
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Sus principales características son:
- Tensión de disparo
- Corriente de disparo
- Tensión de simetría (ver grafico anterior)
- Tensión de recuperación
- Disipación de potencia (Los DIACs se fabrican con capacidad de disipar potencia
de 0.5 a 1 watt.)
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Tutoriales Electrónica: Componentes
El Transistor UJT (UniJunction Transistor)
Muy importante: No es un FET
El transistor UJT (transistor de unijuntura - Unijunction transistor) es un dispositivo
con un funcionamiento diferente al de otros transistores. Es un dispositivo de disparo.
Es un dispositivo que consiste de una sola unión PN
Físicamente el UJT consiste de una barra de material tipo N con conexiones eléctricas a
sus dos extremos (B1 y B2) y de una conexión hecha con un conductor de aluminio (E)
en alguna parte a lo largo de la barra de material N.
En el lugar de unión el aluminio crea una región tipo P en la barra, formando así una
unión PN. Ver el siguiente gráfico
Como se dijo antes este es un dispositivo de disparo. El disparo ocurre
entre el Emisor y la Base1 y el voltaje al que ocurre este disparo está
dado por la fórmula: Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + n x VB2B1
Donde:
- n = intrinsic standoff radio (dato del fabricante)
- VB2B1 = Voltaje entre las dos bases
La fórmula es aproximada porque el valor establecido en 0.7 puede variar
de 0.4 a 0.7 dependiendo del dispositivo y la temperatura.
Dos ejemplos sencillos
1.- Un UJT 2N4870 tiene un
n = 0.63 y 24 voltios entre B2 y B1.
Cuál es el voltaje de disparo aproximado?
Voltaje de disparo = Vp =
0.7 + (0.63 x 24) = 15.8 Voltios
2.- Un UJT 2N4870 tiene un
n = 0.68 y 12 voltios entre B2 y B1.
Cuál es el voltaje de disparo aproximado?
Voltaje de disparo = Vp =
0.7 + (0.68 x 12) = 8.86 Voltios.
Notas:
- Un dato adicional que nos da el fabricante es la corriente necesaria que debe haber
entre E y B1 para que el UJT se dispare = Ip.
- Es importante hacer notar que también se ha construido el UJT donde la barra es de
material tipo P (muy poco). Se le conoce como el CUJT o UJT complementario. Este se
comporta de igual forma que el UJT pero con las polaridades de las tensiones al revés
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Tutoriales Electrónica: Componentes
PUT: Transistor Uniunión Programable
PUT: Características
Importante: No es un UJT (transistor uniunión)
El PUT (Transistor Uniunión programable) es un dispositivo que, a diferencia
del transistor bipolar común que tiene 3 capas (NPN o PNP), tiene 4 capas.
El PUT tiene 3 terminales como otros transistores y sus nombres son: cátodo
K, ánodo A, puerta G.
A diferencia del UJT, este transistor permite que se puedan controlar los valores
de RBB y VP que en el UJT son fijos. Los parámetros de conducción del PUT son
controlados por la terminal G
Este transistor tiene dos estados: Uno de conducción (hay corriente entre A y K
y la caída de voltaje es pequeña) y otro de corte cuando la corriente de A a K es
muy pequeña.
Este transistor se polariza de la siguiente manera:
Del gráfico, se ve que cuando IG = 0,
VG = VBB * [ RB2 / (RB1 + RB2) ] = n x VBB
donde: n = RB2 / (RB1 + RB2)
La principal diferencia entre los transistores UJT y PUT es
que las resistencias: RB1 + RB2 son resistencias internas en
el UJT, mientras que el PUT estas resistencias están en el
exterior y pueden modificarse.
Aunque el UJT y el PUT son similares, El Ip es más débil que en el UJT y la
tensión mínima de funcionamiento es menor en el PUT.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
PUT: Funcionamiento. Oscilador
PUT: funcionamiento
Para pasar al modo activo desde el estado de corte (donde la corriente entre A y K
es muy pequeña) hay que elevar el voltaje entre A y K hasta el Valor Vp, que
depende del valor del voltaje en la compuerta G
Sólo hasta que la tensión en A alcance el valor Vp, el PUT entrará en conducción
(encendido) y se mantendrá en este estado hasta que IA corriente que atraviesa el
PUT) sea reducido de valor. Esto se logra reduciendo el voltaje entre A y K o
reduciendo el voltaje entre G y K
Ejemplo de oscilador con PUT
Una aplicación típica: Oscilador con PUT
El funcionamiento es el siguiente: El condensador C se carga a través de la
resistencia R hasta que el voltaje en A alcanza el voltaje Vp. En este momento el
PUT se dispara y entra en conducción.
El voltaje en VG cae casi hasta 0 (cero) voltios y el PUT se apaga, repitiéndose
otra vez el proceso (oscilador). Ver a continuación las formas de onda de las
tensiones en C, K y G
La frecuencia de oscilación es: f = 1 / 1.2 x RC
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Encapsulados de transistores y otros semiconductores
Los transistores bipolares, triacs, SCR y otros tipos de dispositivos
semiconductores vienen en muchas presentaciones o encapsulados.
Estas presentaciones dependen del tipo de aplicación en que se les van a utilizar.
Cada transistor (dispositivo semiconductor) tiene impreso en el cuerpo del mismo,
el tipo de transistor que es, siendo así muy fácil poder encontrar sus características
técnicas en un manual como el ECG, NTE u otro.
En estos manuales también se pueden encontrar transistores de características
similares o muy parecidas a los que se les llama "equivalentes"
Entre los encapsulados más comumes están: (hay más)
- El TO-92: Este transistor pequeño es muy utilizado para la
amplificación de pequeñas señales.
La asignación de patitas (emisor - base - colector) no está
estandarizado, por lo que es necesario a veces recurrir a los
manuales de equivalencias para obtener estos datos.
- El TO-18: Es un poco más grande que el encapsulado TO-92,
pero es metálico. En la carcasa hay un pequeño saliente que indica
que la patita más cercana es el emisor.
Para saber la configuración de patitas es necesario a veces recurrir
a los manuales de equivalencias.
- El TO-39: Tiene le mismo aspecto que es TO-18, pero es más
grande.
Al igual que el anterior tiene una saliente que indica la cercanía del
emisor, pero también tiene la patita del colector pegado a la
carcasa, para efectos de disipación de calor.
- El TO-126: Se utiliza mucho en aplicaciones de pequeña a mediana
potencia. Puede o no utilizar disipador dependiendo de la aplicación en
se este utilizando.
Se fija al disipador por medio de un tornillo aislado en el centro del
transistor. Se debe utilizar una mica aislante
- El TO-220: Este encapsulado se utiliza en aplicaciones en que se
deba de disipar potencia algo menor que con el encapsulado TO-3, y
al igual que el TO-126 debe utilizar una mica aislante si va a utilizar
disipador, fijado por un tornillo debidamente aislado.
- El TO-3: Este encapsulado se utiliza en transistores de gran potencia. Como se
puede ver en el gráfico es de gran tamaño debido a que tiene que disipar bastante
calor. Está fabricado de metal y es muy normal ponerle un "disipador" para liberar
la energía que este genera en calor.
Este disipador no tiene un contacto directo con el cuerpo del transistor, pues este
estaría conectado directamente con el colector del transistor (ver siguiente
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Tutoriales Electrónica: Componentes
párrafo). Para evitar el contacto se pone una mica para que sirva de aislante y a la
vez de buen conductor térmico.
El disipador de fija al transistor con ayuda de tornillos adecuadamente aislados
que se introducen el los orificios que estos tienen. (ver figura arriba)
En el transistor con encapsulado TO-3 el colector esta directamente conectado al
cuerpo del mismo (carcasa), pudiendo verse que sólo tiene dos pines o patitas.
Estas patitas no están en el centro del transistor sino que ligeramente a un lado y
si se pone el transistor como se muestra en la figura, al lado izquierdo estará el
emisor y la derecha la base.
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Disipadores de calor (Heatsinks)
Los disipadores de calor son componentes metálicos que utilizan para evitar que
algunos elementos electrónicos como los transistores bipolares , algunos diodos,
SCR, TRIACs, MOSFETS, etc., se calienten demasiado y se dañen.
El calor que produce un transistor no se transfiere con facilidad hacia el aire que lo
rodea.
Algunos transistores son de plástico y otros metálicos. Los que son metálicos
transfieren con más facilidad el calor que generan hacia el aire que lo rodea y, si su
tamaño es mayor, mejor.
Es importante aclarar que el elemento transistor que uno ve, es en realidad la
envoltura de un pequeño "chip" que es el que hace el trabajo, al cual se le llama
"juntura" o "unión".
La habilidad de transmitir el calor se llama conductancia térmica y a su recíproco
se le llama resistencia térmica (Rth) que tiene unidad de °C/W (grado
Centígrado/Watt).
Ejemplo: Si la resistencia térmica RTH de un transistor es 5°C/W, esto significa,
que la temperatura sube 5°C por cada Watt que se disipa.
Poniéndolo en forma de fórmula se obtiene:
- R = resistencia
- T = temperatura
- P = potencia
R = T/P, Donde:
La fórmula anterior se parece mucho a una fórmula por todos conocida: La Ley de
Ohm. R = V/I. Donde se reemplaza V por T a I por P y R queda igual. Analizando el
siguiente diagrama a la derecha:
Donde:
- TJ = Temperatura máxima en la "Juntura" (dato que suministra
el fabricante)
- TC = Temperatura en la carcasa. depende de la potencia que
vaya a disipar el elemento y del tamaño del disipador de calor
y la temperatura ambiente.
- TD = Temperatura del disipador de calor y depende de la
temperatura ambiente y el valor de RDA (RD)
- TA = Temperatura ambiente
- RJC = Resistencia térmica entre la Juntura y la carcasa
- RCD = Resistencia térmica entre la carcasa y el disipador
(incluye el efecto de la mica, si se pone, y de la pasta de silicón).
Mejor poner pasta de silicón y evitar poner la mica.
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- RDA = Resistencia térmica entre el disipador de calor y el Aire (Resistencia
térmica del disipador) (RD)
Ejemplo: Se utiliza un transistor 2N3055 que produce 60 Watts en su "juntura".
Con los datos del transistor 2N3055, este puede aguantar hasta 200 Watts en su
"juntura" (máximo) y tiene una resistencia térmica entre la juntura y la carcasa
de: 1.5°C/W (carcasa es la pieza metálica o plástica que se puede tocar en un
transistor)
Si la temperatura ambiente es de 23°C, ¿Cuál será la resistencia térmica del
disipador de calor que se pondrá al transistor? (RDA)
Con RJC = 1.5°C/W (dato del fabricante), la caída de temperatura en esta
resistencia será T = RxP = 1.5°C x 60 Watts = 90 °C (ver fórmula)
Con RCD = 0.15°C/W (se asume que se utiliza pasta de silicón entre el elemento y
el disipador de calor), la caída de temperatura en RCD es T = RxP = 0.15 x 60
Watts = 9°C.
Tomando en cuenta que la temperatura del aire (temperatura ambiente es de
23°C), el disipador de calor tiene que disipar: 200°C – 90°C – 9°C – 23°C =
78°C.
Esto significa que la resistencia térmica del disipador de calor será: RDA =
78°C/60 W = 1.3°C/Watt. Con este dato se puede encontrar el disipador adecuado.
Importante:
Cuando se ponga un disipador de calor a un transistor, hay que evitar que haya
contacto entre ellos. Se podría evitar ésto con plástico o el aire, pero son malos
conductores de calor.
Para resolver este problema se utiliza una pasta especial que evita el contacto. La
virtud de esta pasta es que es buena conductora de calor. De todas maneras hay
que tomar en cuenta que esta pasta aislante también tiene una resistencia
térmica.
Es mejor evitar si es posible la utilización de la mica pues esta aumenta el RCD. El
contacto directo entre el elemento y el disipador de calor, contrario a lo que se
pueda pensar, aumenta el valor de RCD, así que es mejor utilizar la pasta.
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Fusible: Protección contra sobre corrientes y corto circuitos
El Fusible
El fusible es dispositivo utilizado para proteger dispositivos eléctricos y electrónicos
El fusible permite el paso de la corriente mientras ésta no supere un valor establecido.
Fusible encapsulado de vidrio
Si el valor de la corriente que pasa, es superior a éste, el fusible se derrite, se abre el
circuito y no pasa corriente.
Si esto no sucediera, el equipo que se alimenta se puede recalentar por consumo
excesivo de corriente: (un corto circuito) y causar hasta un incendio.
El fusible normalmente se coloca entre la fuente de alimentación y el circuito a
alimentar. En equipos eléctricos o electrónicos comerciales, el fusible está colocado
dentro de éste.
El fusible está constituido por una lámina o hilo metálico que se funde con el calor
producido por el paso de la corriente.
Es una practica común reemplazar los fusibles, sin saber el motivo por el cual este se
"quemó", y muchas veces el reemplazo es por un fusible de valor inadecuado.
Los fusibles deben de tener la capacidad de conducir una corriente ligeramente superior
a la que supuestamente se de "quemar". Esto con el propósito de permitir picos de
corriente que son normales en algunos equipos.
Los picos de corriente son valores de corriente ligeramente por encima del valor
aceptable y que dura muy poco tiempo.
Hay equipos eléctricos que piden una gran cantidad de corriente cuando se encienden
(se ponen en ON).
Si se pusiera un fusible que permita el paso de esta corriente, permitiría también el paso
de corrientes causadas por fallas "normales" que harían subir la corriente por encima de
lo normal. En otras palabras: el circuito no queda protegido.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Un caso es el de los motores eléctricos, que en el arranque consumen una cantidad de
corriente bastante mayor a la que consumen en funcionamiento estable.
Para resolver este problema hay fusibles especiales que permiten, por un corto período
de tiempo (ejemplo: 10 milisegundos), dejar pasar una corriente hasta 10 veces mayor
que la corriente normal.
Si después de pasado este tiempo la corriente sigue siendo grande, el fusible se
"quema".
Cuando se queme un fusible, siempre hay que reemplazarlo por uno de las mismas
características, sin excepciones, previa revisión del equipo en cuestión, para determinar
la causa de que el fusible se haya quemado.
Tipos de fusibles:
- Fusible desnudo: constituido por un hilo metálico
(generalmente de plomo) que se funde por efecto del
calor.
- Fusible encapsulado de vidrio: utilizado
principalmente en equipos electrónicos.
- Fusible de tapón enroscable: pieza cilíndrica de
porcelana o similar, sobre la cual se pone una camisa
roscada que sirve para que sea introducido en el circuito.
El alambre (fusible) se coloca internamente, se fija con
tornillos y se protege con una tapa roscada
- Fusible de cartucho: Están constituidos por una base de material aislante, sobre la
cual se fijan unos soportes metálicos que sirvan para introducir a presión el cartucho.
Ver diagrama.
Algunos símbolos de fusibles se pueden ver a continuación:
Notas:
- Hay más tipos de fusibles
- Los fusibles también muestran entre sus especificaciones, el voltaje máximo al que se
puede conectar.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Funcionamiento básico del triodo
Para comprender el funcionamiento de un tubo al vacío o válvula electrónica se
verá el concepto básico del funcionamiento de un triodo.
El triodo básico se compone de un filamento, un cátodo, un ánodo y una rejilla.
Ver la figura.
Funcionamiento de un triodo
El filamento se calienta y causa que el cátodo libere electrones que
inmediatamente tratan de llegar al ánodo (plate / placa) que tiene voltaje
positivo. Este continuo flujo de electrones se convierte en una corriente eléctrica.
Hay que acordarse que los electrones tienen carga negativa y son atraídos por las
cargas positivas como la del ánodo
Si en el camino de este flujo de electrones se pone un dispositivo adicional
llamado grilla con voltaje negativo, este repelerá algunos de los electrones que
pasan del cátodo al ánodo y como resultado
habrá una menor corriente.
Si ahora se modifica el voltaje que se aplica
a la rejilla del triodo, se modifica también la
corriente entre cátodo y ánodo (se modula la
corriente). De esta manera un voltaje
aplicado a la rejilla se modifica, también se
modificará la corriente que pasa de cátodo a
ánodo
Pero el tubo al vacío no es lineal. No lineal
significa que no se da el caso de que si
aumentamos al doble el voltaje en la rejilla,
la corriente que pasa de cátodo a ánodo se
convierte en la mitad de lo que era antes.
Una de las causas de esta no linealidad en la
válvula electrónica es que no todos los
electrones que salen del cátodo no pasan al ánodo, estos solamente se quedan en
los alrededores de cátodo como una nube de electrones.
Esta nube de carga negativa apoya el efecto que tiene la rejilla. Este efecto causa
que la nube de electrones aumente. Esta nube de electrones aumentada
nuevamente incrementa el efecto de la rejilla en el flujo de electrones y así se
entra en un ciclo continuo que causa una mayor linealidad.
La vida de un tubo o válvula electrónica depende mucho de la temperatura, que
a su vez depende del voltaje que tiene el filamento. Si se opera con el filamento
muy caliente o muy frío la vida de el tubo al vacío se acorta.
Algunos experimentadores han observado que si se disminuye el voltaje del
filamento del triodo en aproximadamente el 20% de lo aconsejado por el
fabricante, la operación del tubo al vacío tiende a linealizarse, aunque este hecho
no ha sido realmente comprobado.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
JEDEC Código normalizado (Sistema de numeración)
JEDEC Number System. El sistema americano
JEDEC viene de: Joint Electron Device Engineering Council. Este sistema tiene
el siguiente formato: cifra, letra, secuencia de cifras, sufijo
- La primera cifra indica el número de uniones PN que tiene el semiconductor
- La letra siempre es "N" (silicio)
- El secuencia de cifras es un número entre 100 y 9999
- El sufijo (si lo tiene) indica la ganancia del semiconductor. Si no hubiera sufijo el
semiconductor, no tiene una ganancia determinada y podría ser cualquiera.
Las opciones del sufijo son:
A = baja ganancia
B = ganancia media
C = alta ganancia
Ejemplos:
2N2222 es un transistor pues tiene dos uniones PN
1N4001 es un diodo pues tiene una unión PN
3N201A es un MOSFET de canal N (Amplificador / mesclador) que tiene 3 uniones
PN y es de baja ganancia
Código de colores de los diodos
Para designar los diodos hay también un sistema de designación por colores. En
este caso la secuencia de cifras que sigue a la letra N se codifica por un sistema de
bandas de colores con las normas siguientes:
Nota: La lectura siempres se realiza siempre de cátodo a ánodo. El cátodo se
identifica con facilidad pues las bandas siempre están más cerca de este terminal
Cuando la secuencia es de 2 cifras: Hay una banda negra de anchura doble seguida
de dos bandas, que representan cada una una cifra según la tabla de abajo. Si
existiese una letra como sufijo, se codifica con una cuarta banda según la misma
tabla.
Cuando la secuencia es de 3 cifras: Hay tres bandas representando, cada una, una
cifra según la tabla. Si existiese una letra como sufijo, se codifica con una cuarta
banda según la misma tabla.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Cuando la secuencia es de 4 cifras: Hay cuatro bandas representando, cada una,
una cifra según la tabla. Si existiese una letra como sufijo, se codifica con una
quinta banda según la tabla mencionada. En caso de que esta última banda (sufijo)
no se utilice, se debe poner en color negro.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
JIS Código normalizado (Sistema de numeración)
JIS Number System. El sistema japonés
El sistema japonés JIS System. JIS viene de: Japanese Industrial Standard
Este sistema tiene el siguiente formato: Número, dos letras, número serial, sufijo.
- El primer número indica la cantidad de uniones PN
- Las 2 letras indican el tipo de aplicación para el que fue fabricado el
semiconductor según el siguiente código:
SA: transistor PNP HF
SB: Transistor PNP AF
AD: Transistor NPN AF
SC: Transistor NPN HF
SF: Tiristores
SH: Transistores de uniunion (UJT)
SG: Dispositivo Gunn
SJ: FET/MOSFET canal P
SK: FET/MOSFET canal N
SM: TRIAC
SR: Rectificador
ST: Diodo
SS: Diodos de señal
SQ: Diodo LED
AV: Varicaps
SZ: Diodo Zener
- El número serial es un número entre 10 y 9999
- El sufijo indica si el tipo de semiconductor es aprobado para su uso por varias
organizaciones japonesas.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
PRO ELECTRON Código normalizado (Sistema de
numeración)
El Sistema europeo Pro Electron
Este sistema tiene el siguiente formato: dos letras, letra optativa, secuencia de
cifras, sufijo.
La primera letra indica el material del semiconductor
A Germanio Ge
B Silicio Si
C Arseniuro de galio NaAs
D Indio Antimonide InSb
E Material compuesto como el empleado en generadores de efecto Hall y
fotoconductores
La segunda letra indica el tipo de dispositivo:
A Diodo de baja potencia o señal. (Diodos de detección, de conmutación,
mezclador)
B Diodo de capacitancia variable. (Diodo de sintonía)
C Transistor de audio frecuencia baja potencia
D Transistor de audio frecuenca de potenia
E Diodo tunnel
F Transistor de alta frecuencia baja potencia
G Dispositivos varios
H Diodo sensible al magnetismo
K Dispositivo efecto Hall
L Transistor de potencia alta frecuency
M Modulador o multiplicador Hall
N Optoacopladores. (Componentes sensible a la radiación)
P Detectores de luz
Q Emisor de luz (diodo LED)
R Componente de control o de conmutación de baja potencia como el SCR, diac,
UJT, etc.
S Transistor para aplicaciones de conmutación de potencia
T Componente de control o de conmutación de potencia como el SCR, triac, etc.
U Transistor de conmutación de potencia
V Antenas
W Dispositivo de onda acustica
X Diodo multiples, como el diodo varactor
Y Diodo rectificador, diodo de potencia
Z Diodo referencia de voltaje. Diodo estabilizador de voltaje como el diodo Zener.
La Tercera letra tiene el siguiente significado:
A cuando está después de R o T indica que es un triac.
B indica que es un transistor HBT (transistor bipolar de heterounión
pseudomórfico).
F cuando está después de G, P o Q, indica emisor o receptor para fibra óptica.
H indica que es un transistor HEMT (tipo especial de transistor FET).
L cuando está después de G o Q, indica láseres para aplicaciones que no se aplican
a la fibra óptica.
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Tutoriales Electrónica: Componentes
M cuando está después de R son para para drivers de transistores.
O cuando está después de R, indica que es un optotriac.
R cuando está después de C, indica una red semiconductora resistiva.
T cuando está después de Q, indica que es un diodo LED bicolor.
W cuando está después de Z, indica que es un diodo supresor de transitorios.
- El secuencia de cifras es un número entre 100 y 9999 (puede ser una letra y 2
cifras)
- El sufijo, si esta presente, indica una subclasificación del dispositivo
A = baja ganancia
B = ganancia media
C = alta ganancia
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Tutoriales Electrónica: Componentes
Tutoriales: Electrónica componentes.
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