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Conceptos de Electrónica Teoría de circuitos y dispositivos




    PREFACIO – Monografias.com

    PREFACIO

    El presente trabajo en su momento sirvió al autor
    como una guía para el estudio de las materias de
    análisis de circuitos electrónicos y como
    un medio para comprender los conceptos físicos que
    subyacen detrás de los elementos de circuito. En
    particular se repasan los siguientes elementos de circuito:
    diodos, transistores, amplificadores, y algunos circuitos
    integrados
    . Cada tema se presenta desde el punto de vista
    conceptual para posteriormente presentar el análisis
    matemático de los modelos que los representan.

    La información contenida en el presente trabajo,
    ha sido resultado del minucioso estudio de diversas fuentes
    bibliográficas. En autor ha tenido la oportunidad de
    trabajar en la industria cuyo ramo es
    diseño/manufactura/ensamble de componentes
    electrónicos para la industria automotriz

    1 ; entre sus funciones estuvieron el
    desarrollo de software para los ingenieros de probadores
    electrónicos, así como para ingenieros de proceso y
    control de cambios. Se hace notar al lector que muchos circuitos
    complejos incluyendo los circuitos integrados son la
    composición de los elementos básicos de circuito
    presentados aquí. Cabe destacar que la finalidad
    última de crear dispositivos inteligentes es proveer
    confort y seguridad a la sociedad.

    CONVENCIONES Y
    CONCEPTOS CLAVE

    A lo largo del presente trabajo se
    emplearan las siguientes convenciones y generalidades,
    consúltense a medida que se citen en el texto.

    Ánodo (+). En un
    dispositivo de dos terminales, se le llama así a la
    terminal con potencial más positivo. En un diodo es la
    terminal P

    Cátodo (-). En
    un dispositivo de dos terminales, se le llama así a la
    terminal con potencial
    más negativo.
    En un diodo es la terminal N

    – En una grafica de
    características
    de un dispositivo, el eje de las
    abscisas (eje X) será el eje del
    voltaje, mientras que el eje de las ordenadas (eje Y)
    será el eje de corriente. Esta gráfica
    asocia dos variables para dispositivos de dos terminales
    (diodos); pero asocia tres variables para dispositivos de tres
    terminales (transistores), en este caso la gráfica
    completa se compone de un conjunto de curvas
    características que muestran los cambios de (V,I) cuando
    una tercer variable (por ejemplo IB) se mantiene
    fija.

    Flujo convencional de
    corriente
    . Tanto en electricidad como en
    electrónica, se ha
    adoptado el hecho
    de que la corriente eléctrica es producida por el flujo de
    cargas positivas, es decir cuando se conecta una carga
    (impedancia) en las terminales de una fuente de voltaje, las
    cargas positivas se dirigen de la terminal de mayor potencial (+)
    a la terminal de menor potencial (-). Sin embargo la naturaleza
    real de la corriente eléctrica exige que los portadores
    negativos (e-) se dirijan del cátodo (-) al ánodo
    (+).

    Notación de doble
    subíndice
    . Es una notación abreviada que
    expresa que:

    Vab = Va – Vb, siendo Va y Vb los voltajes en los
    puntos a y b respecto al punto común
    (generalmente tierra), en una red cualquiera.

    Polarización.
    En su concepción más sencilla se refiere al hecho
    de aplicar una diferencia de potencial en los extremos de un
    dispositivo electrónico por medio de una fuente
    de
    voltaje que puede ser de cd o
    ca.

    Región de
    agotamiento
    . Dentro de un dispositivo electrónico
    semiconductor, es la región

    (zona) que no presenta portadores libres y es, por
    lo tanto, incapaz de soportar la conducción a
    través de ella. Esta región es ensanchada
    (ampliada) o reducida cuando sus extremos se encuentran sometidos
    a una diferencia de potencial.

    – Un punto de
    operación
    define un punto estable Q (o punto de
    trabajo) mediante la intersección de dos
    gráficas, la gráfica de características del
    dispositivo y la línea recta que representa la
    configuración del circuito, obtenida a partir de un
    análisis del circuito.

    Capítulo
    1.
    INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA

    La electrónica es una disciplina aplicada
    derivada de la electricidad y la física que abarca un
    amplio rango de actividades relacionadas con la
    generación y transmisión de
    información
    por medio de señales
    eléctricas
    . La aplicación de las
    técnicas electrónicas da como resultado el
    desarrollo de sistemas electrónicos capaces de
    manipular señales y generar información. Los
    sistemas electrónicos están formados a partir de
    circuitos especializados que a su vez están
    constituidos por la asociación de elementos físicos
    que se denominan dispositivos eléctricos pasivos
    (resistencias, condensadores, bobinas) y dispositivos
    electrónicos activos
    (diodos, transistores,
    amplificadores, reguladores, decodificadores, microprocesadores,
    microcontroladores etc.)

    1.1 DISPOSITIVOS
    ELECTRÓNICOS

    En principio los dispositivos electrónicos se
    conocían como válvulas puesto que se
    diseñaban a partir de tubos al vacío
    (diodos, triodos, tetrodos, pentodos etc.) Actualmente los
    dispositivos se diseñan en estado sólido
    (circuitos integrados monolíticos) aprovechando
    la relativa facilidad que presentan los materiales
    semiconductores
    para cambiar su capacidad conductiva al ser
    sometidos a técnicas especiales de
    dopado.

    Se le llama circuito discreto a aquel circuito
    que se forma a partir de dispositivos básicos
    (resistencias, capacitores diodos y transistores) y cuyos
    componentes se obtienen por separado y se sueldan entre sí
    en una tarjeta de circuito impreso. Se denominan circuitos
    integrados
    a aquellos circuitos (analógicos, digitales
    o análogo-digitales) cuya presentación es en forma
    de un encapsulado hermético y del cual solo se observan
    sus terminales. Existe una gran variedad de CI de todo tipo y los
    hay desde los más simples (compuertas, amplificadores
    integrados, hasta los más complejos, temporizadores,
    microprocesadores, microcontroladores, etc.)

    1.2
    CLASIFICACIÓN DE LOS CIRCUITOS
    INTEGRADOS

    Un circuito Integrado (CI) se fabrica al unir
    dispositivos individuales tales como transistores, diodos,
    capacitores y resistencias en un solo chip de silicio, estos
    componentes son conectados entre si mediante finos alambres de
    aluminio depositados en la superficie del chip, todos estos
    componentes se encapsulan en un solo componente dando una
    apariencia semejante a la mostrada en la figura 1.1.

    1.2.1 TIPOS DE CIRCUITOS INTEGRADOS

    De acuerdo al tipo de señal con que operan, los
    circuitos integrados se clasifican en CI analógicos y CI
    digitales y CI análogo-digitales. Una señal
    analógica
    es cualquier señal cuya forma de onda
    es continua, tiene un máximo y un mínimo y no es
    quebrada, por ejemplo una señal senoidal. Una
    señal digital es una señal discontinua en
    forma de pulsos por ejemplo una onda cuadrada.

    CI analógicos. También llamados
    circuitos lineales, producen, amplifican o
    responden a voltajes variables, es decir en este tipo de CI
    interesa la magnitud de la señal de entrada como la de
    salida. Todos los CI lineales están fabricados a partir de
    transistores. Los CI analógicos incluyen amplificadores,
    temporizadores, osciladores y reguladores de voltaje.

    CI digitales. También denominados
    circuitos lógicos responden a, o producen
    señales que tienen únicamente dos niveles de
    voltaje, nivel alto y nivel bajo. Todos los CI lógicos
    están fabricados a partir de compuertas lógicas,
    estas compuertas lógicas son circuitos formados a partir
    de la combinación de resistencias y diodos o bien
    resistencias y transistores. Los CI digitales incluyen
    microprocesadores, microcontroladores, memorias etc.

    CI análogo-digitales. Combinan en un solo
    chip tanto circuitos analógicos como digitales. Ejemplos
    de ellos son: comparadores, convertidores
    digital/analógico, circuitos de interfase, temporizadores,
    osciladores controlados por voltaje (VCO) y lazos de seguimiento
    de fases.

    1.2.2 ENCAPSULADO DE LOS CIRCUITOS
    INTEGRADOS

    Los tipos de encapsulados más comunes en que se
    presentan los circuitos integrados se listan a
    continuación:

    Encapsulado DIP. Es el encapsulado más
    común, consiste en dos hileras paralelas de terminales
    distribuidas a los lados del CI, en este encapsulado las patillas
    del CI atraviesa la tarjeta de circuito impreso (TCI) y
    se sueldan en la parte inferior. Véase la figura 1.2
    (a).

    Encapsulado SMT. Se denomina
    tecnología de montaje de superficie (SMT) y
    consiste en encapsulados cuyas patillas no atraviesan la TCI por
    lo que se sueldan en la superficie. De acuerdo al
    número de terminales se clasifican en encapsulado de
    contorno pequeño SO (8, 14 y 16 terminales) y
    SOL (16, 18, 20, 24, y 28 terminales). Se fabrican tanto en
    plástico (más económico) como
    en cerámica (más robusto). Véase la figura
    1.2 (b).

    Encapsulado TO-5. Este tipo de encapsulado se
    fabrica de metal y es muy robusto, sin embargo su uso está
    limitado por el espacio disponible en la TCI. Véase la
    figura 1.2 (c).

    Encapsulado LCC. Consiste en un CI de
    cerámica que no tiene terminales que sobresalgan
    para conectarlo a la TCI, por esta razón se
    denomina portador de pastilla sin terminales (LCC). La
    conexión LCC se hace tanto mecánica como
    eléctricamente mediante soldadura. La figura 1.2 (d)
    muestra la forma correcta de conectar un LCC sobre la
    TCI

    Encapsulado PLCC. Este tipo de encapsulado fue
    introducido en1980 como alternativa al LCC, consiste en
    terminales salientes doblabas hacia arriba en forma de J
    invertida, los hay de 20, 28, 44, 52 y 84 terminales
    en encapsulado de plástico. Véase la figura 1.2
    (e).

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