1.- Introducción a la electrónica Definición : Física, cargas eléctricas, materiales,...
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1.- Introducción a la electrónica
Definición : Física, cargas eléctricas, materiales, semiconductores. Herramientas e instrumentos:
Pinzas MultímetroCautín Fuente de voltajeCaimanes..... Osciloscopio....
Conocimientos básicos: Carga, campo eléctrico y magnético, diferencia de potencial, corriente, voltaje. Leyes
Ohm, Kirchhoff (LVK, LCK), Capacitancia, Inductancia, divisor de voltaje y de corriente, circuitos equivalentes de Thevenin y de Norton.
Dispositivos: Amplificadores operacionales, Diodos, transistores, dispositivos
digitales (compuertas, contadores, flip flops...), convertidores, pic´s, microcontroladores, microprocesadores, DSP...
Aplicaciones: Médicas, sociales, entretenimiento, investigación, aeronáutica, aeroespacial, navegación, transporte.....
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2.- SemiconductoresSEMICONDUCTORES: Materiales que poseen un nivel de conductividad sobre algún punto entre los extremos de un aislante y un conductor.
COBRE: = 10-6-cm
MICA: = 1012-cm
SILICIO = 50 x 103-cm GERMANIO: = 50 -cm
-Alto nivel de pureza
-Existen grandes cantidades en la naturaleza.
-Cambio de características de conductores a aislante por medio de procesos de dopado o aplicación de luz ó calor.
MATERIALES SEMICONDUCTORES (GERMANIO Y SILICIO):
Estructura atómica: Red cristalina
Enlaces entre átomos: Covalentes
Electrones de valencia: 4
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NIVELES DE ENERGÍA : Mientras más distante se
encuentre el electrón del núcleo mayor es el estado de
energía, y cualquier electrón que haya dejado su átomo,
tiene un estado de energía mayor que cualquier electrón
en la estructura atómica.
Banda de conducción
Banda prohibidaEg > 5 eV
Banda de valencia
Banda de conducción
Banda prohibidaEg = 1.1, 0.67, 1.41 eV
Banda de valencia
Banda de conducción
Banda de valencia
Aislante Semiconductor Conductor
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Material Intrinseco
Materiales extrinsecos
TIPO n TIPO p
Si Si Si
Si Si Si
Si Si Si
Si Si Si
Si 5 Si
Si Si Si
Si Si Si
Si 4 Si
Si Si SiAntimonioArsénicoFósoforo
BoroGalioIndio
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Po rta d o re sm a yo rita rio s
Po rta d o re sm ino rita rio s
Io ne s d o na d o re s
Po rta d o re sm a yo rita rio s
Po rta d o re sm ino rita rio s
Io ne s a c e p to re s
TIPO nTIPO p
2.1 UNION p-n
Re g ió n d e a g o ta m ie nto
Tip o p Tip o n
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p n
p n
p n
Sin polarización
Polarización inversa
Polarización directa
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VD
ID
IsVT
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DIODO
Es un elementos de dos terminales formado por una unión p-n
+ -Ánodo Cátodo
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Ejemplos
ID=IS(ekVD/Tk-1)
IS Corriente de saturación inversa
K 11600/ (=1 para Ge, y =2 para Si)
Tk TC + 273
Región Zener:
Bajo polarización negativa existe un punto en el cual bajo un voltaje negativo lo suficientemente alto, da como resultado un agudo cambio en las características del diodo.A este voltaje se le conoce como “voltaje pico inverso” (PRV ó PIV )
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2.2 Características del DiodoResistencia en cd ó estática:
RD=VD/ID
Resistencia en ac ó dinámica:
rD=VD / ID=(dID /dVD)-1=26mA /ID
Resistencia en ac promedio:
rav= VD / ID|punto a punto
Capacitancia de transición y difusión:
Tiempo de recuperación inverso
0 0.25 0.5-5-15-25
5
10
15
C (p f)
V
C T C D
Ts Tt t
Ejemplo
Ejemplo
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Modelado de diodos
Modelo Ideal:
Modelo Simplificado:
Modelo de segmentos líneales:
VD
ID
VD
ID
VT
VD
ID
VT
rav
VT
VT rav
Ejemplos
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1N4001
12
1k
E E = RID+VD
1.- ID=IS(ekVD/Tk-1)
2.- VD=0 e ID=0, trazar en la curva del diodo, intersección de recta con curva es el punto Q.
3.-Sustituir el diodo por cualquier modelo de equivalente.
Ejemplos
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2.3 Diodo Zener
Este diodo a diferencia de un diodo semiconductor de propósito general, trabaja
en la región de polarización negativa. Es decir que la dirección de la conducción
es opuesta a la de la flecha sobre el símbolo.
Claro el voltaje Zener es muchas veces menor que VIP de un diodo
semiconductor, este control se logra con la variación de los niveles de dopado.
Los voltajes zener van desde 1.8 V. hasta 200V, con rangos de potencia de ¼ W
hasta 50W.
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ANALISIS:
1.Determinar el estado del diodo Zener mediante su eliminación del circuitos de
la red y el cálculo del voltaje de circuito abierto resultante
2.Sustituir el circuitos equivalente adecuado y resolverlo para las incógnitas
deseadas.
R 2
R 1
D 1B T1
12
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2.4 Análisis de circuitos con diodos
Con fuentes de cd.-Determine el estado del diodo
-Sustituya el equivalente adecuado
-Determine los parámetros restantes de la red.
ER3
ER3
Determine VD,, VR, ID.
Ambos casos
E=8V, 0.5
R3=2.2k, 1.2k
12VGeSi
5.6k
VR, IR
12VSi
5.6kSi
VD1 , VD2, ID, VR.
10V
5V
2.2K
Si
4.7K
12
10V
12
Si
330
Si
+
V0
-
VD, ID, V0.
+
V0
-
ID1, ID2, IR, V0.
12
12
12VSi2.2K
Ge
VR.
SiSi
3.3K
5.6K
20V
IR1, IR2,
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2.5 Aplicaciones Rectificadores: Su principal uso es en sistemas electrónicos encargados de realizar una conversión de potencia de ac, en potencia de dc.
DE MEDIA ONDA:
V1
D21 2
1k
0
120 1k
12
Time
0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10msV(D1:2)
-20V
0V
20V
SEL>>
V1(V2)-20V
0V
20V
Time
0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10msV(R1:1)
-20V
0V
20V
SEL>>
V1(V2)-20V
0V
20V
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T11 5
6
4 8
Si
Si
R
CON TRANSFORMADORES:
DE ONDA COMPLETA:
1k
12 1
2
12 1
2
Time
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0msV(V2:+)
-20V
-10V
0V
10V
20V
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Recortadores:
Tienen la capacidad de recortar una porción de la señal de entrada sin distorisionar la parte restante de la forma de onda alterna.
SERIE:
Time
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0msV(R1:2)
-20V
0V
20V
SEL>>
V(V10:+)-20V
0V
20V
1k
D2
5V
Time
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0msV(D1:2) V(V1:+)
-20V
-10V
0V
10V
20V
4V
1k
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Sujetadores o cambiadores de nivel:
C1
C1
V15V
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Detectores de señal:
2
1
C1
1
2+Vin
-
+Vout
-
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Reguladores de voltaje:
El objetivo de este circuito es mantener un voltaje de salida constante sobre un rango de resistencia de carga. El resistor en serie con la fuente se selecciona para que una caida de voltaje apropiada aparezca cuando la resistencia de carga está en su valor mínimo. El diodo debe ser capaz de disipar una gran gantidad de potencia cuando la resistencia de carga está en su valor máximo.
0
Vi
1k
1k-
+Vz
Pzm1.- Determinar el estado del diodo zener mediante la eliminación de la red y calculando el voltaje através del circuito abierto resultante.
Vz VzVz
2.- Sustituir el circuito equivalente adecuado y resolverlo para las incongnitas deseadas.
V = VL=RLVi/R + RL
VL=Vz Iz= IR + IL Pz= Vz IL
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Reguladores de voltaje:
Vi
R
-
+Vz
PzmRL
R=1k VZ=10V
Vi=16V. PZM= 30mW
RL=1.2k
=3k
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Compuertas lógicas:
In1
In2
0
Vo.
D1
D2
1k
In1
In2
0
Vo.
D1
D2
1k
5V
In1 In2 V0
0 0
0 1
1 0
1 1
In1 In2 V0
0 0
0 1
1 0
1 1