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Interruptor accionado por ruido (Uso de Transistores, SCR y Relay)




Enviado por alext_mortalove



    1. Transistor BJT (bipolar juction
      transistor)
    2. Operación y
      construcción del JFET
    3. Operación y
      construcción del MOSFET
    4. El Thiristor o SRC
      (Silicón-Controlled-Rectifiers)
    5. Relay – Relé –
      Relevador

    TRANSISTORES

    En 1.947 los Físicos Walter Brattain, William
    Shockley y John Bardeen, de los laboratorios Bell hacen el
    descubrimiento del transistor
    (Contracción de los términos Transfer
    Resistor).

    Es un dispositivo electrónico empleado como
    amplificador de corriente y de voltaje, y consiste de materiales
    semiconductores que comparten límites
    físicos en común. Los materiales
    más comúnmente empleados son el silicio y el
    germanio, en los cuales son agregados las impurezas. En los
    semiconductores del tipo-n, hay un exceso de
    electrones libres, o cargas negativas, mientras que en los
    semiconductores del tipo-p hay un deficiencia de electrones y por
    consiguiente un exceso de cargas positivas. Los transistores son
    un componente importante en los circuitos
    integrados y son empleados en muchas aplicaciones como
    receptores de radio, computadoras
    electrónicas, y instrumentación de control
    automático (vuelos espaciales y misiles dirigidos). Desde
    su invención anunciada en 1948, por los científicos
    norteamericanos William Shockley, John Bardeen y Walter Brattain,
    diferentes tipos se han desarrollado. Ellos son clasificados por
    lo general en bipolares y de efecto de campo. Un transistor
    bipolar consiste de tres capas: las capas superior y la inferior,
    llamadas emisor y colector son de un tipo de semiconductor,
    mientras que la del medio, llamada base es de del otro tipo de
    semiconductor. Las superficies que separan, los tipos diferentes
    de semiconductores son llamados juntura p-n. Los electrones pasan
    a través de las junturas de una capa hacia otra. La
    acción del transistor es tal que si el potencial
    eléctrico en los segmentos son determinados correctamente,
    una pequeña corriente entre el emisor y la base produce en
    una gran corriente entre el emisor y el colector,
    produciéndose así la amplificación de
    corriente. Un transistor de efecto de campo funciona de manera
    similar excepto que la resistencia al
    flujo de electrones es modulada por un campo
    eléctrico externo. En un junción field-effect
    transistor (JFET), el campo
    eléctrico controlador es producido por una
    polarización inversa en la juntura p-n (una en la cual el
    voltaje es aplicado, de tal manera que hace que el lado p sea
    negativo con respecto al lado n); en un MOSFET (metal oxido
    semiconductor field effect transistor), el campo eléctrico
    es debido a una carga en un capacitor formado por un electrodo de
    metal y una capa aislante de oxido que separa el electrodo del
    semiconductor.

    Tipos de  Transistores

    Transistores Bipolares. (BJT).

    Transistores Bipolares de unión, BJT. (PNP o NPN
    )

    – BJT, de transistor bipolar de unión (del
    ingles, Bipolar Junción Transistor). 

    El término bipolar refleja el hecho de que los
    huecos y los electrones participan en el proceso de
    inyección hacia el material polarizado de forma
    opuesta.

    Transistores de efecto de campo. (JFET, MESFET,
    MOSFET )

    – JFET, De efecto de campo de unión (JFET):
    También llamado transistor unipolar, fué el primer
    transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una
    barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los
    terminales de la barra se establece un contacto óhmico,
    tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la
    forma más básica.

    – MESFET, transistores de efecto de campo metal
    semiconductor.

    – MOSFET, transistores de efecto de campo de metal-oxido
    semiconductor. En estos componentes, cada transistor es formado
    por dos islas de silicio, una dopada para ser positiva, y la otra
    para ser negativa, y en el medio, actuando como una puerta, un
    electrodo de metal.

    Transistores HBT y
    HEMT. 
                                         

    Las siglas HBT y HEMT pertenecen a las palabras
    Heterojuction Bipolar Transistor (Bipolar de Hetereoestructura) y
    Hight Electrón Mobility Transistor (De Alta Movilidad).
    Son dispositivos de 3 terminales formados por la
    combinación de diferentes componentes, con distinto salto
    de banda prohibida. 

    TRANSISTOR BJT (BIPOLAR JUCTION
    TRANSISTOR)

    El BJT es un transistor Bipolar que puede ser del tipo
    NPN o del tipo PNP dependiendo de cómo se hayan colocado
    las impurezas


    En principio es similar a dos diodos

    El transistor esta compuesto por tres zonas de dopado,
    como se ve en la figura:

     

    Para ver el gráfico seleccione
    la opción ¨Bajar trabajo¨ del menú
    superior

     

    La zona superior es el "Colector", la zona central es la
    "Base" y la zona inferior es el "Emisor". El Emisor está
    muy impurificado, la Base tiene una impurificación muy
    baja, mientras que el Colector posee una impurificación
    intermedia.

    En este ejemplo concreto el
    transistor es un dispositivo npn, aunque también
    podría ser un pnp.

    En principio es similar a
    dos diodos

    Un transistor es similar a dos diodos, el
    transistor tiene dos uniones: una entre el emisor y la base y la
    otra entre la base y el colector. El emisor y la base forman uno
    de los diodos, mientras
    que el colector y la base forman el otro. Estos diodos son
    denominados: "Diodo de emisor" (el de la izquierda en este caso)
    y "Diodo de colector" (el de la derecha en este caso).

     

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    Los tres tipos de polarizaciones son:

    • Polarizacion por Base.
    • Polarización por Realimentación del
      Colector.
    • Polarizacion por Divisor de
      Tensión.

    Hay 3 tipos de configuraciones:

    • Base común (BC).
    • Emisor común (EC).
    • Colector común (CC) o Seguidor
      Emisor.

    Cada una de estas configuraciones a su vez puede
    trabajar en 4 zonas diferentes:

    Zona ACTIVA:

    UE en Directa y UC en
    Inversa.

    AMPLIFICADORES

    Zona de SATURACIÓN:

    UE en Directa y UC en
    Directa.

    CONMUTACIÓN

    Zona de CORTE:

    UE en Inversa y UC en
    Inversa.

    CONMUTACIÓN

    Zona ACTIVA INVERTIDA:

    UE en Inversa y UC en
    Directa.

    SIN UTILIDAD

    Con esto vemos que el transistor puede trabajar de 12
    formas diferentes.

    TIPOS DE TRANSISTORES

    En electrónica es muy habitual el hablar de
    transistores de baja potencia
    (pequeña señal) y de transistores de potencia (gran
    señal). Es una forma muy sencilla de diferenciar  a
    los transistores que trabajan con potencias relativamente
    pequeñas de los transistores que trabajan con potencias
    mayores.

    Transistores de baja
    potencia

    Se le llama transistor de baja potencia, o
    pequeña señal, al transistor que tiene una
    intensidad pequeña (IC pequeña), lo que
    corresponde a una potencia menor de 0,5 W. En este tipo de
    transistores interesará obtener cc
    grandes (cc = 100 ÷
    300).

    Transistores de
    potencia

    Se le llama transistor de potencia al transistor que
    tiene una intensidad grande (IC grande), lo que
    corresponde a una potencia mayor de 0,5 W. En este tipo de
    transistores la cc que se puede obtener en su
    fabricación suele ser bastante menor que en los de baja
    potencia (cc = 20 ÷ 100).

     

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    TRANSISTOR EFECTO
    DE CAMPO FET (FIELD EFFECT TRANSISTOR)

    Tipos de FET

    Se consideran tres tipos principales de FET:

    1. FET de unión (JFET)
    2. FET metal óxido semiconductor de
      empobrecimiento (MOSFET de empobrecimiento)
    3. FET metal óxido semiconductor de
      enriquecimiento (MOSFET de enriquecimiento)

    Con frecuencia el MOSFET se denomina FET de compuerta
    aislada (IGFET, insulated-gate FET).

    Ventajas y desventajas del FET

    Las ventajas del FET pueden resumirse como
    sigue:

    1. Son dispositivos sensibles a la tensión con
      alta impedancia de entrada (del orden de 107
      ). Como esta impedancia de entrada es considerablemente
      mayor que la de los BJT, se prefieren los FET a los BJT para la
      etapa de entrada de un amplificador multietapa.
    2. Los FET generan un nivel de ruido menor
      que los BJT.
    3. Los FET so más estables con la temperatura
      que los BJT.
    4. Los FET son, en general, más fáciles de
      fabricar que los BJT pues suelen requerir menos pasos de
      enmascaramiento y difusiones. Es posible fabricar un mayor
      número de dispositivos en un circuito integrado (es
      decir, puede obtener una densidad de
      empaque
      mayor).
    5. Los FET se comportan como resistores variables
      controlados por tensión para valores
      pequeños de tensión de drenaje a
      fuente.
    6. La alta impedancia de entrada de los FET les permite
      almacenar 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.

    Existen varias desventajas que limitan la
    utilización de los FET en algunas aplicaciones:

    1. Los FET exhiben una respuesta en frecuencia pobre
      debido a la alta capacitancia de entrada.
    2. Algunos tipos de FET presentan una linealidad muy
      pobre.
    3. Los FET se pueden dañar al manejarlos debido a
      la electricidad
      estática.

    Operación y construcción del JFET

    Al igual que el BJT, el FET es un dispositivo de tres
    terminales, pero solo tiene una unión Pn en vez de dos,
    como en el BJT. El JFET de canal n se construye utilizando una
    cinta de material de tipo n con dos materiales de tipo p
    difundidos en ella, uno en cada lado. El JFET de canal p tiene
    una cinta de material de tipo p con dos materiales de tipo n
    difundidos en ella.

    Variación de la
    tensión compuerta a fuente en el FET

    El FET es un dispositivo controlado por tensión y
    se controla mediante vGS. Antes de analizar estas
    curvas, tómese nota de los símbolos para los JFET
    de canal n y de canal p. Estos símbolos son iguales
    excepto por la dirección de la flecha.
    Conforme se incrementa vGS (más negativo para
    un canal n y más positivo para un canal p) se forma la
    región desértica y se cierra para un valor menor
    que iD.

    Características de transferencia del
    JFET

    De gran valor en el
    diseño
    con JFET es la característica de transferencia, que es una
    gráfica de la corriente de drenaje, iD, como
    función
    de la tensión compuerta a fuente, vGS, por
    encima del estrangulamiento.

    Por tanto, solo se necesita conocer IDSS y
    VP, y toda la característica quedara determinada. Las
    hojas de datos de los
    fabricantes a menudo dan estos dos parámetros, por la que
    se puede construir la característica de transferencia. El
    parámetro de control para el
    FET es la tensión compuerta-fuente en lugar de la
    corriente de base, como en el BJT.

    La región entre el estrangulamiento y la ruptura
    por avalancha se denomina región activa, región de
    operación del amplificador, región de
    saturación o región de estrangulamiento. La
    región ohmica (antes del estrangulamiento) a veces se
    denomina región controlada por tensión. El FET
    opera en esta región cuando se desea un resistor variable
    y en aplicaciones de conmutación.

    La tensión de ruptura es función de
    vGS así como de vDS. Conforme
    aumenta la magnitud entre compuerta y fuente (más negativa
    para el canal n y más positiva para el canal p), disminuye
    la tensión por ruptura. Con vGS =
    VP, la corriente de drenaje es cero (excepto por una
    pequeña corriente de fuga), y con vGS = 0, la
    corriente de drenaje se satura a un valor

    iD =
    IDSS

    Donde IDSS es la corriente de
    saturación drenaje a fuente.

    Circuito equivalente, gm y
    rDS

    Para obtener una medida de la amplificación
    posible con un JFET, se introduce el parámetro
    gm, que es la transconductancia en directo. Este
    parámetro es similar a la ganancia en corriente (o
    hfe) para un BJT. El valor de gm, que se
    mide en siemens (S), es una medida del cambio en la
    corriente de drenaje para un cambio en la
    tensión compuerta-fuente.

    La resistencia
    dinámica en inverso, rDS, se
    define como el inverso de la pendiente de la curva
    iD-vDS en la región de
    saturación:

    El desempeño de un JFET esta especificado por
    lo valores de
    gm y rDS. Si las curvas
    características para el FET no están disponibles,
    gm y vGS se pueden obtener
    matemáticamente, siempre que se conozcan IDSS y
    VP. Por lo general, estos dos parámetros se
    incluyen en las especificaciones del fabricante. Se puede
    seleccionar una corriente de drenaje estática,
    IDQ, que se halle entre 0.3 y 0.7 veces
    IDSS, lo cual ubica el punto Q en la región
    más lineal de las curvas
    características.

    Operación y construcción del MOSFET

    Ahora se considera el FET de metal –óxido
    semiconductor (MOSFET). Este FET se construye con la terminal de
    compuerta aislada del canal con el dieléctrico
    dióxido de silicio (SiO2), y ya sea en modo de
    empobrecimiento o bien de enriquecimiento. Estos dos tipos se
    definen y consideran en las siguientes secciones:

    • MOSFET de empobrecimiento

    Nótese que el MOSFET de empobrecimiento puede
    operar tanto para valores positivos como negativos de
    VGS.

    La flecha apunta hacia adentro para un canal n y hacia
    afuera para un canal p.

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    Figura 6. MOSFET de empobrecimiento de
    canal n.

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    Figura 7. MOSFET de empobrecimiento de
    canal p.

    • MOSFET de enriquecimiento

    El MOSFET de enriquecimiento difiere del MOSFET de
    empobrecimiento en que no tiene la capa delgada de material n
    sino que requiere de una tensión positiva entre la
    compuerta y la fuente para establecer un canal. Este canal se
    forma por la acción de una tensión positiva
    compuerta a fuente, vGS, que atrae electrones de la
    región de sustrato ubicada entre el drenaje y la compuerta
    contaminados de tipo n. Una vGS positiva provoca que
    los electrones se acumulen en la superficie inferior de la capa
    de oxido. Cuando la tensión alcanza el valor de umbral,
    VT, han sido atraídos a esta región los
    electrones suficientes para que se comporte como canal n
    conductor. No habrá una corriente apreciable iD
    hasta que vGS excede VT.

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    seleccione la opción "Descargar" del menú
    superior

    Figura 8. MOSFET de enriquecimiento de
    canal n.

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    Figura 9. MOSFET de enriquecimiento de
    canal p.

    Polarización de los
    FET

    Los mismos circuitos
    básicos que se utilizan para polarizar los BJT se pueden
    emplear para los JFET y los MOSFET de empobrecimiento, la
    polaridad de vGS puede ser opuesta a la de la fuente
    de tensión del drenaje. Cuando se selecciona el punto de
    operación, no hay tensión de polaridad opuesta
    disponible de la fuente para cumplir con los requerimientos del
    circuito. Puede ser necesario descartar R2 de manera
    que solo se obtenga una tensión de la polaridad correcta.
    No siempre es posible encontrar valores de un resistor para
    lograr un punto Q en particular. En tales casos, seleccionar un
    nuevo punto Q puede proporcionar a veces una solución al
    problema.

    Las Configuraciones para un FET son:

    • Source Común.
    • Drain Común.
    • Gate Común.

    EL
    THIRISTOR O SRC
    (Silicón-Controlled-Rectifiers))

    Este semiconductor en conducción virtualmente se
    comporta como un diodo común, con su ánodo y su
    cátodo, pero ciertamente no es un diodo común, la
    diferencia física se localiza en
    su patilla de control o puerta (gate), que en su símbolo
    se representa por una conexión más fina que, sale o
    entra con cierta inclinación por un lado del
    cátodo.

    En el momento de conectar la tensión al SCR,
    éste no conduce, debido a la especial constitución de la unión
    ánodo-cátodo que, para su cebado necesitan de una
    pequeña corriente que los haga entrar en conducción
    abrupta (en avalancha), cosa que no ocurre mientras no
    esté activada la mencionada puerta (gate), la cual
    requiere de una corriente de encendido muy baja en
    comparación con la corriente que suele atravesar el
    conjunto ánodo-cátodo del diodo. Una vez entra en
    conducción el 'diodo', permanecerá en
    conducción mientras haya una corriente mínima
    circulando a través de la unión. Por lo tanto,
    sólo dejará de conducir cuando se de la siguiente
    circunstancia; Cese el paso de corriente por la unión del
    SCR y esto puede lograrse por diversos motivos, estos son algunos
    de los motivos:

    • Cortar la corriente por un medio mecánico (por
      un interruptor)
    • Mediante el cruce de la unión
      ánodo-cátodo (por un pulsador)

    Prueba de un SCR con un
    ohmímetro.

     

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    Si no existe corriente en la compuerta el SCR no
    conduce.

    Lo que sucede después de ser activado el SCR, se
    queda conduciendo y se mantiene así. Si se desea que el
    tristor deje de conducir, el voltaje +V debe ser reducido a 0
    Voltios.

    Si se disminuye lentamente el voltaje (tensión),
    el tristor seguirá conduciendo hasta que por el pase una
    cantidad de corriente menor a la llamada "corriente de mantenimiento
    o de retención", 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:

    • Estado de conducción, en donde la resistencia
      entre ánodo y cátodo es muy baja
    • Estado de corte, donde la resistencia es muy
      elevada

    Los usos típicos incluyen control del calentador,
    y control del horno y del horno

    El SCR también es llamado un Circuito Candado por
    la forma en la cual estan los dos transistores que lo
    componen.

    Relay – Relé – Relevador

    El Relé es un interruptor operado
    magnéticamente. Este se activa o desactiva (dependiendo de
    la conexión) cuando el electroimán (que forma parte
    del Relé) es energizado (le damos el voltaje para que
    funcione). Esta operación causa que haya 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.

    Por ejemplo: Si el electroimán está activo
    jala el brazo (armadura) y conecta los puntos C y
    D. Si el electroimán se desactiva, conecta los
    puntos C y E.

    De esta manera se puede tener algo conectado, cuando el
    electroimán está activo, y otra cosa conectada,
    cuando está inactivo

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    superior

    Ventajas del 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.

     

    Brian Alexander Martinez

    INSTITUTO EMILIANI

    Congregación Somasca

    La Ceiba de Guadalupe

    Materia:Tecnología y
    Taller

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