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Electrónica analógica



    1. Diodos
    2. Aplicación de los
      diodos
    3. Circuito con diodo
      Zener
    4. Transistor en corriente
      continua
    5. Estructura del
      transistor
    6. Transistores de efecto campo
      (FET)
    7. El transistor a baja
      frecuencia
    8. Transistores efectos de
      campo
    9. Amplificadores en general,
      realimentación operacional I y II

    La electrónica analógica considera y
    trabaja con valores
    continuos pudiendo tomar valores infinitos, podemos acotar que
    trata con señales
    que cambian en el tiempo de
    forma continua porque estudia los estados de conducción y
    no conducción de los diodos y los
    transistores
    que sirven para diseñar cómputos en el algebra con
    las cuales se fabrican los circuitos
    integrados.

    La Electrónica Analógica abarca muchos
    campos como por ejemplo, la electrónica analógica
    dinámica que trata de un circuito que
    traslada hondas o vibraciones a un sistema
    eléctrico, la analógica hidráulica la cual
    es existente entre una corriente del agua de
    superficie plana o un flujo bidimensional como ejemplo un reloj,
    el cual tiende a tene4r engranaje de diferentes tipos los cuales
    son movidos por un conductor el mueve los engranajes que son
    diferentes tamaños pero cada uno para una función
    especifica como la de los segundos, minutos y horas.

    También podemos decir que la electrónica
    analógica define campos más específicos
    tales como:

    • Conducción de semiconductores.
    • Diodos
    • Circuitos con diodos.
    • Transistor biopolar
    • Etapas transistoradas.
    • Transistores de efecto de campo.
    • Amplificación y retroalimentación.
    • Amplificador operacional (I).
    • Amplificador operacional (II).
    • Otros sistemas
      amplificadores
    • Otros sistemas analógicos
    • Filtros activos.

    DIODOS

    Es un componente discreto que permite la
    circulación de corriente entre sus terminales en un
    determinado sentido, mientras que la bloquea el sentido
    contrario,

    Funcionamiento del diodo ideal: El
    funcionamiento del diodo ideal es un componente que presenta
    resistencia
    nula al paso de la corriente en un determinado sentido y
    resistencia infinita en otro sentido.

    V = 10V, R = 1K, D = diodo, i = 10 mA.

    1. Conducción del diodo en sentido directo (diodo
      cerrado)

    V = 10V, R = 1K, D = diodo, I = 0mA.

    b) Conducción del diodo en sentido inverso (diodo
    abierto)

    Diodo de unión:

    El diodo es un elemento semiconductor debido a la
    función de las uniones, de características
    opuestas, es decir, uno de tipo N y otro de tipo P. las uniones
    de ambas forman del diodo de unión (construido con
    materiales
    Germano y Silicio)

    Tenemos que en el momento que son unidos los dos
    materiales, los electrones y huecos en la región de la
    unión se combinan, dando por resultado una falta de
    portadores en la región cercana a la
    unión.

    Disposición de huecos – electrones en
    la región de unión:

    Existe la curva característica de
    operación del diodo de Unión. Existen tres regiones
    de conducción; a) región directa, región
    inversa y región de ruptura.

    El diodo de unión opera en dos regiones
    tales:

    1. región directa
    2. región inversa.

    Curva característica del
    diodo:

    1. Condición de polarización directa.
      Donde Ri = [V(máx) – Vz] / [Iz (máx) + Il
      (min)], sustituyendo valores Ri = [(24) – 10] / [(140) +
      (20)] = 87,5 Q

    Al considerar diversas combinaciones de V y Ri podemos
    determinar que la corriente del diodo permanece dentro del
    intervalo 14 < Iz > 140 mA, como se estableció en la
    teoría.

    Ejercicios propuestos.

    1. diseñe un regulador de voltaje, utilizando el
      circuito en el capitulo anterior. Suponga que el diodo Tener
      tiene un voltaje de ruptura de Vz = 10V, la corriente de carga
      esta varia 100 < IL > 200 mA, la fuente de voltaje esta
      en el intervalo 14V < V > 20V. Hallar Ri y valor de
      potencia
      máxima requerido del diodo Tener.
    2. Diseñe un regulador de voltaje utilizando el
      circuito mostrado anteriormente. Según el diodo Tener,
      tiene un voltaje de ruptura de Vz = 9V en la carga, la
      corriente de la carga esta varia 400 < IL > 800 mA, la
      fuente del voltaje esta en el intervalo

    14v < V < 20V. Hallar Ri y valor de la potencia
    mínima requerida del diodo Tener.

    Respuestas: a) y b)

    APLICACIÓN DE LOS DIODOS

    Análisis mediante la recta de la
    carga.

    1. Circuito sencillo con un diodo, b) curva
      característica (Id – Vd)

    Solucion: Aplicando Kirchhoff al circuito

    E – Vd – Vr = 0 (a). E = Vp + Ip x R (b), se
    tiene que las variables (
    Vd, Id) son las mismas, para graficar existen dos condiciones.
    Graficando los puntos sobre las ejes. a) Símbolo del diodo
    Tener y b) Característica V – I de un diodo
    tener.

    Símbolo del Diodo Zener y el diodo PN.

    Según los símbolos de dirección de conducción se comprenda
    junto con la polarización. Algunos diodos se
    diseñan para aprovechar la tensión inversa de
    ruptura con una curva característica mostrada
    anteriormente. Esto se consigue básicamente a
    través del control de los
    dopados con ellos se logran tensiones de ruptura de 1,8 V a 200 V
    y potencias máximas desde 0,5 W a 50 W.

    La curva característica de un diodo Zener,
    teóricamente no se diferencia mucho del diodo ideal aunque
    la filosofía de empleo es la
    distinta; el diodo zener se utiliza para trabajar en la zona de
    ruptura, ya que mantiene constante la tensión entre sus
    terminales (tensión zener, Vz).

    Una aplicación muy usual es la
    estabilización de tensión. Los parámetros
    comerciales son iguales al diodo normal, Iz (máx) =
    corriente máxima en inversa. Hay que tener en cuenta que
    el fabricante nos da los valores de
    Vz e Iz (máx) en valor absoluto.

    Al resolver un problema, no hay que olvidar que los
    valores son negativos con el criterio de signos
    establecidos por el símbolo del componente mostrado. Sin
    embargo el zener actúa en los tres estados.

    • Conducción directa (Diodo normal).
    • Conducción inversa (Diodo normal)
    • Conducción en Polarizacion Inversa, V = Vz =
      Cte e Iz (máx) esta entre 0 y Iz
      (máx).

    CIRCUITO CON DIODO ZENER

    Anteriormente vimos que el voltaje de ruptura de un
    diodo Zener era casi constante sobre un amplio intervalo de
    corrientes de polarización inversa. Esto hace que el diodo
    zener se utiliza en un circuito regulador de voltaje o en un
    circuito de referencia de voltaje, en esta parte trataremos un
    circuito de referencia de voltaje ideal.

    Circuito de referencia de voltaje
    ideal:

    Este es el voltaje de salida, debe permanecer cantante,
    incluso cuando la resistencia de carga de salida varíe en
    un intervalo bastante amplio y cuando el voltaje de entrada
    varíe en un intervalo especifico. Un circuito de voltaje
    con diodo Zener.

    Para determinar la resistencia de entrada (Ri) se
    considera (Ri limita la corriente a través del diodo Zener
    y disminuye el voltaje V). Podemos escribir: Ri = (V –Vz) /
    (Iz – IL); despejando I = (Iz + IL). Se asume resistencia
    Zener es cero del diodo ideal. Iz = V – Vz / Ri) –
    IL. Donde IL = Vz / Rl y las variables son la fuente de voltaje
    de entrada V y la corriente de carga IL. Para la operación
    apropiada de este circuito, el diodo debe permanecer en la
    región de ruptura y la disposición de potencia en
    el diodo no debe exceder y su valor nominal.

    En otras palabras.

    • La corriente en el diodo es mínima, Iz (min)
      cuando la corriente de carga es máxima, IL (máx)
      y el voltaje de la fuente es mínima, V
      (min).}
    • La corriente en el diodo es máxima, Iz
      (máx), cuando la corriente de carga es mínima, Iz
      (min) y el voltaje de la fuente es máxima, v
      (máx). luego se obtiene:

    Ri = [V (min) – Vz] / [Iz (min) + IL
    (máx)]

    Ri = [V (máx) – Vz] / [Iz
    (máx) + IL (min)]

    Igualando estas dos ecuaciones se
    obtiene

    [V (min) – Vz] x [Iz (máx) + IL (min)] = [V
    (máx) – Vz] / [Iz (min) + IL (máx)]

    Como existen dos incógnitas Iz (min), empleando
    la ecuación siguiente:

    Iz (máx) = (IL (máx) x [V(máx)
    – Vz)] – IL(min)x [V (min) – 0,9 Vz – 0,1
    V (máx). ejemplo:

    Diseñe un regulador de voltaje utilizando el
    circuito mostrado. Suponga que el diod Zebner tiene un voltaje de
    ruptura de Vz = 10V, la fuente de voltaje está en el
    intervalo 20v < V < 24V y la resistencia de carga varia de
    100 a 500. Determine Ri y el valor de potencia requerido del
    diodo Zener.

    Solución:

    La corriente de carga máxima y minima
    son:

    IL (máx) = Vz / RL (min) = 10 v / 100 = 100
    mA

    IL (min) = Vz / RL (máx) = 10 v / 150 = 20
    mA

    Empleando la ecuación de la Iz (máx) se
    tiene:

    Iz (máx) = (IL (máx)x [V(máx)
    – (Vz)] – IL(min)x[V(min) – Vz) / V(min)
    – 0,9Vz -0,1v (máx). sustituyendo los
    valores:

    Iz (máx) = (100)x [V(24) – (10)] (20)x[(20)
    – 0,9 (10)- 0,1(24)] = 140mA

    La máxima disipación de potencia en el
    diodo Zener es:

    Pz (máx) = Iz (máx). Vz = (0.14). (10) =
    1.4W

    Luego de las ecuaciones siguientes se escoge cualquiera
    de las dos:

    Ri = [V (min) – Vz] / [Iz(min) +
    IL(máx)]

    Ri = [V (máx) – Vz] / [Iz(máx) +
    IL(min)]

    Ejemplo: Sea el circuito sujetador que incluye una
    fuente de voltaje independiente Vb con un diodo. Hallar la forma
    de onda de la salida.

    Solución:

    En este circuito suponemos por simplicidad que Vd = 0v
    (ideal) la salida está desplazada de nivel en Vb. Se
    muestra una
    señal de entrada Vi (t) de onda cuadrada y de la
    señal resultante del voltaje de salida Vo. Cuando la
    polaridad de Vb es como se muestra, la salida se desplaza en una
    dirección negativa del voltaje.

    1. Circuito y b) Señal de entrada y salida de
      onda cuadrada.

    TRANSITOR EN CORRIENTE CONTINUA

    El Transistor de
    unión bipolar (BJT):
    Se inicia con una descripción de la estructura
    básica del transistor y con una descripción
    cualitativa de su operación. Para su descripción se
    utilizará los conceptos básicos de las uniones PN
    de los diodos. El transistor bipolar (BJT) esta formada por tres
    regiones dopadas separadamente.

    Tipos de transistores: existen dos tipos
    de transistores el NPN y el PNP.

    ESTRUCTURA DEL TRANSISTOR

    Funcionamiento:

    Un transistor sin polarizar es igual a los diodos
    contrapuestos, cada uno tiene una barrera, donde las tres
    regiones y sus terminales se demoniza emisor (E), base (B) y
    colector (C), el flujo de electrones, se obtienen corrientes a
    través de las diferentes partes del transistor.

    Electrones del emisor:

    Aquí se muestra un transistor polarizado, los
    signos menos representan electrones libres. El emisor esta
    fuertemente dopado su función consiste emitir o inyectar
    electrones libres a la base. La base ligeramente dopada deja
    pasar hacia el colector la mayor parte de los electrones
    inyectados por el emisor. El colector se llama así, porque
    colecta o recoge la mayoría de los electrones provenientes
    de la base emisor. El colector se llama así, porque
    colecta o recoge la mayoría de los electrones provenientes
    de la base.

    Electrones en la base:

    En el instante en que la polarización directa se
    aplica al diodo emisor. Los electrones del emisor no han entrado
    en la zona de la base.

    TRANSISTORES DE EFECTO CAMPO
    (FET)

    Un transistor de unión bipolar (BJT), es un
    dispositivo controlado por corriente en el que participan tanto
    la corriente de electrones como la corriente de huecos. El
    transistor de efecto de campo (FET); es un dispositivo unipolar,
    opera como un dispositivo controlado por voltaje, ya sea con
    corriente de electrones en un FET de canal N o con corriente de
    huecos en un FET de canal P. ambos tipos de FET se controlan por
    una tensión entre la compuerta y la fuente.

    Los dispositivos BJT o los FET pueden emplearse para
    operar un circuito amplificador (o en otros circuitos
    electrónicos similares). Con consideraciones de
    polarización diferentes.

    Características:

    1. Tiene una resistencia de entrada extremadamente
      alta (casi 100M).
    2. No tiene un voltaje de unión cuando se
      utiliza Conmutador (Interruptor).
    3. Hasta cierto punto inmune a la radiación.
    4. Es menos ruidoso.
    5. Puede operarse para proporcionar una mayor
      estabilidad térmica.

    EL TRANSISTOR A BAJA FRECUENCIA

    Para explicar el transistor a baja frecuencia tendremos
    que explicar lo que es Cuadripolo. Este es un circuito que se
    comunica con el mundo exterior solo a través de los
    puertos de entrada (IN) y salida (OUT).

    Las ecuaciones del cuadripolo viene dada en:

    V1 = H11I1 + H12V2

    I2 = H21I1 + H22V2

    Donde V1 y I2, son variables dependientes, mientras que
    I2 Y V2 son variables independientes. Los valores de h11, h12,
    h21 y h22 se llaman parámetros híbridos (h), porque
    no tiene dimensiones homogénicas.

    Modelo hibrido del transistor:

    Para llegar al modelo lineal
    en corriente alterna
    pura de un transistor o de su circuito equivalente, vamos a
    suponer básicamente que las variaciones alrededor del
    punto de trabajo son
    pequeñas.

    Polarización de los JET y
    MOSFET:

    Considerando un amplificador en la configuración
    fuente – común (FC). Los métodos de
    polarización son similares para los MOSFET.

    Operación en AC del FET:

    El circuito equivalente en AC del FET. Ahora puede
    emplearse en el análisis de diversas configuraciones de
    amplificadores FET con respecto a la ganancia de voltaje y las
    resistencias
    de entradas y salidas. El voltaje de salida en AC es:

    Como Vi = la ganancia de voltaje del circuito
    es:

    La impedancia en AC vista hacia el amplificador
    es:

    Y la impedancia en AC vista desde la carga hacia la
    Terminal de salida del amplificador es:

    Características de
    transferencia:

    Es una curva de corriente de drenaje, como
    función del voltaje de compuerta – fuerte, para un
    valor constante del voltaje Drenaje – Fuerte. La
    característica de transferencia puede observarse
    directamente sobre un trazo de curvas, obtenida de la medición de la operación del
    dispositivo, dibujada en la característica de
    drenaje.

    TRANSITORES EFECTOS DE CAMPO

    Tipos de Fet:

    Los FET (Transistor de efecto de campo), JFET
    (Transistor de efecto de campo de unión) de vaciamiento.
    MOSFET (Transistor de efecto de campo oxido semiconductor) de
    vaciamiento. Pueden emplearse para amplificar señales
    pequeñas, variables en el tiempo. Al comparar el FET con
    el BJT se aprecia que el drenaje (D) es análogo al
    colector, tanto que la fuente (S) es análoga al emisor. Un
    tercer contacto, la compuerta (G) es análogo a la
    base.

    Configuraciones:

    Así como existen las configuraciones del BJT, lo
    existen para los JFET.

    • (FC) Fuente común.
    • (GC) Compuerta común.
    • (DC) Drenaje común

    AMPLIFICADORES EN GENERAL, REALIMENTACIÓN
    OPERACIONAL I Y II

    Un sistema amplificador consiste en un transductor
    recolector de señales; seguido por un amplificador de
    señal pequeña, un amplificador de señal
    grande y un dispositivo transductor de salida. La señal
    del transductor de entrada es, por lo general, pequeña y
    debe amplificarse lo suficiente de manera que se pueda utilizar
    para operar un dispositivo de salud.

    Los amplificadores de voltaje proporcionan una
    señal de voltaje lo bastante grande para las etapas
    amplificadoras de señal grande a fin de operar esos
    dispositivos de salida como altavoces y motores.

    Un amplificador de señal grande debe operar en
    forma eficiente y ser capaz de manejar grandes cantidades de
    potencia (en watios).

    Los amplificadores de potencia se clasifican de acuerdo
    con el porcentaje de tiempo que la corriente de colector es
    diferente de cero.

    Existen cuatro clasificaciones principales: Clase A, Clase
    B, Clase AB, Clase C. en este modulo se analiza los dos
    primeros.

    Operación en Clase A:

    Fue considerado al inicio de los transistores (BJT),
    donde los amplificadores reproducen totalmente la señal de
    entrada. La corriente de colector es distinta de cero todo el
    tiempo. Esta clase es ineficiente, porque sin señal de
    entrada, existe uno que es diferente de cero y el transistor
    disipa potencia en condiciones estática o
    de reposo.

    Circuitos amplificadores de potencia en Clase
    A:

    En general los circuitos amplificadores de potencia
    contienen transistores capaces de manejar alta potencia. Estos
    operan normalmente a tensiones mayores que los transistores de
    baja potencia y, por tanto requieren a menudo una fuente de
    tensión separada.

    Por ejemplo las tensiones de los transistores de
    potencia pueden exceder los 450 V. las capacidades de corriente
    son elevadas con frecuencia superiores a 10ª de corriente
    continua (DC). Como estos transistores necesitan disipar
    potencias elevadas, se diseñan en forma diferente de los
    transistores de baja potencia y pueden incluir circuitos de
    protección para limitar la corriente. También se
    considera en forma adicional la disipación de calor que se
    produce durante la operación.

     

    Integrantes:

    Harbin Zambrano

    Jomar Araque

    Jorge Hernández

    Enviado por:

    Douglas Alfredo Dominguez Ruiz

    República Bolivariana de Venezuela

    Ministerio de Educación
    Superior

    Proceso Socio – Tecnológico

    Ingeniería Electrónica

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