viernes, 22 de marzo de 2013

Componentes activos y otros dispositivos


Hacemos aquí una breve introducción sobre componentes activos básicos, centrándonos en diodos y transistores, y un ligero repaso a otro dispositivo muy importante como es el amplificador operacional.

El diodo es el dispositivo no lineal más simple de dos terminales, y que tiene diversas aplicaciones en la electrónica. Por su parte, dentro de los transistores, nos encontramos con el BJT y el FET. Los transistores bipolares de unión son dispositivos activos que desempeñan un papel importante fundamentalmente en el diseño de amplificadores electrónicos de banda ancha y en circuiteria digital rápida. Los transistores de efecto de campo son dispositivos sensibles al voltaje, con gran impedancia de entrada y usados como fuentes controladas por voltaje en el diseño de amplificadores e interruptores.

Dejando los componentes activos básicos, nos encontramos con uno de los circuitos integrados más importante en las aplicaciones análogicas, el Amplificador Operacional.

Cuando usemos estos componentes es importante poder identificarlos en la medida de lo posible, así como conocer una serie de consejos prácticos a la hora de utilizarlos en circuitos electrónicos.

  • DIODOS RECTIFICADORES
El funcionamiento de este diodo, a grandes rasgos es la siguiente:
En la zona directa se puede considerar como un generador de tensión continua, tensión de codo (0.5-0.7 V para el silicio y 0.2-0.4 V para el germanio). 



Cuando se polariza en inversa se puede considerar como un circuito abierto
Cuando se alcanza la tensión inversa de disrupcián (zona nversa) se produce un aumento drástico de la corriente que puede llegar a destruir dispositivo.

Este diodo tiene un amplio mrgen de aplicaciones: circuitos rectificadores, limitadores, fijadores de nivel, protección contra cortocircuitos, demoduladores, mezcladores, osciladores, bloqueo y bypass en instalaciones fotovolcaicas, etc.

Cuando usamos un diodo en un circuito se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones (a partir de las hojas de características suministradas por el fabricante):

1. La tensión inversa máxima aplicable al componente, repetitiva o no (VRRR máx o VR máx, respectivamente) ha de ser mayor (del orden de tres veces) que la máxima que este va a soportar.

2. La corriente máxima en sentido directo que puede atravesar al componente, repetitiva o no (IFRM máx e IF máx respectivamente), he de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.

3. La potencia máxima que puede soportar el diodo (potencia nominal) ha de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.

  • DIODO ZENER
El funcionamiento de este diodo, a grandes rasgos es la siguiente:
En la zona directa lo podemos considerar como un generador de tensión continua (tensión de codo). En la zona de disrupción, entre la tensión de codo y la tensión zener (Vz nom ) lo podemos considerar un circuito abierto.
Cuando trabaja en la zona de disrupción se puede considerar como un generador de tensión de valor Vf = -Vz




El zener se usa principalmente en la estabilidad de tensión trabajando en la zona de disrupción.

Podemos distinguir:

1. Vznom' Vz: Tensión nominal del zener (tensión en cuyo entorno trabaja adecuadamente el zener).

2. Iz min: Mínima corriente inversa que tiene que atravesar al diodo a partir de la cual se garantiza el adecuado funcionamiento en la zona de disrupción (Vz min).

3. Iz max: Máxima corriente inversa inversa que puede atravesar el diodo a partir de la cual el dispositivo se destruye (Vz max).

4. Pz: Potencia nominal que no debe sobrepasar el componente.
Aproximadamente se corresponde con el producto de Vz nom y Iz max

Cuando usamos un diodo zener en un circuito se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones (a partir de las hojas de características suministradas por el fabricante):

1. Para un correcto funcionamiento, por el zener debe circular una corriente inversa mayor o igual a Iz mín

2. La corriente máxima en sentido inverso ha de ser siempre menor que Iz max

3. La potencia nominal Pz que puede disipar el zener ha de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar en el circuito.

  • DIODO LED  
El diodo LED presenta un comportamiento análogo al diodo rectificador (diodo semiconductor p-n), sin embargo, su tensión de codo tiene un valor mayor,normalmente entre 1.2-1.5 V. 




Segun el material y la tecnología de fabricación estos diodos pueden emitir en el infrarojo (diodos IRED), rojo, azul, amarillo y verde, dependiendo de cual sea la longitud de onda en tomo a la cual emita el LED.

Entre sus aplicaciones podemos destacar: pilotos de señalización instrumentación, optoaclopadores, etc.

Resulta dificil distinguir, por pura inspeccioón visual, el modelo del LED así como el fabricante: los valores máximos de tensión y corriente que puede soportar y que suministra el fabricante seran por lo general desconocidos.
Por esto, cuando se utilice un diodo LED en un circuito, se recomienda que la intensidad que lo atraviese no supere los 20 mA, precaución de caracter general que resulta muy válida.

  • OTROS DIODOS

Diodo Tunel


Diodo Schottky


Fotodiodo



  • TRANSISTOR BJT
Cuando seleccionamos un transistor tendremos que conocer el tipo de encapsulado, así como el esquema de identificación de los terminales.
También tendremos que conocer una serie de valores máximos de tensiones, corrientes y potencias que no debemos soprepasar para no destruir el dispositivo. El parametro de la potencia disipada por el transistor es especialmente crítico con la temperatura, de modo que esta potencia disminuye a medida que crece el valor de la temperatura, siendo a veces necesario la instalacion de un radiador o aleta refrigeradora. Todos estos valores críticos los proporcionan los fabricantes en las hojas de características de los distintos dispositivos.





Una forma de identificar un transistor NPN o PNP es mediante un polímetro: Este dispone de dos orificios para insertar el transistor, uno para un NPN y otro para el PNP. Para obtener la medida de la ganancia es necesario insertarlo en su orificio apropiado, con lo que queda determinado si es un NPN o un PNP.

Zonas de funcionamiento del transistor bipolar:

1. ACTIVA DIRECTA: El transistor sólo amplifica en esta zona, y se comporta como una fuente de corriente constante controlada por la intensidad de base (ganancia de corriente). Este parámetro lo suele proporcionar el fabricante dandonos un máximo y un mínimo para una corriente de colector dada (lc); además de esto, suele presentar una variación acusada con la temperatura y con la corriente de colector, por lo que en principio no podemos conocer su valor. Algunos multitester son capaces de medir este parámetro pero esta medida hay que tomarla solamente como una indicación, ya que el polímetro mide este parámetro para un valor de corriente de colector distinta a la que circulará por el BJT una vez en el circuito.

2. SATURACIÓN: En esta zona el transistor es utilizado para aplicaciones de conmutación (potencia, circuitos digitales, etc.), y lo podemos considerar como un cortocircuito entre el colector y el emisor.

3. CORTE: el transistor es utilizado para aplicaciones de conmutación (potencia, circuitos digitales, etc.), y podemos considerar las corrientes que lo atraviesan practicamente nulas (y en especial Ic).

4. ACTIVA INVERSA: Esta zona se puede considerar como carente de interés.

El transistor PNP es complemento del NPN de forma que todos los voltajes y corrientes son opuestos a los del transistor NPN.

Para encontrar el circuito PNP complementario:

1. Se sustituye el transistor NPN por un PNP.
2. Se invierten todos los voltajes y corrientes.


  • TRANSISTOR FET (JFET)
Cuando seleccionamos un transistor tendremos que conocer el tipo encapsulado, así como el esquema de identificación de los terminales.
También tendremos que conocer una serie de valores máximos de tensiones, corrientes y potencias que no debemos soprepasar para no destruir el dispositivo. El parametro de la potencia disipada por el transistor es especialmente crítico con la temperatura, de modo que esta potencia decrece a medida que aumenta el valor de la temperatura, siendo a veces necesario la instalacion de un radiador o aleta refrigeradora. Todos estos valores críticos los proporcionan los fabricantes en las hojas de características de los distintos dispositivos. 





Zonas de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET):

1. ZONA ÓHMICA o LINEAL: En esta zona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente del valor de Vgs. Un parámetro que aporta el fabricante es la resistencia que presenta el dispositivo para Vds =O (r ds on),  y distintos valores de Vgs
 
2. ZONA DE SATURACIÓN: En esta zona es donde el transistor amplifica y se comporta como una fuente de corriente gobernada  por Vgs.

3. ZONA DE CORTE: La intensidad de drenador es nula (Id=0).

A diferencia del transistor BJT, los terminales drenador y surtidor del FET pueden intercambiar sus papeles sin que se altere apreciablemente la característica V -I (se trata de un dispositivo simétrico).

La operación de un FET de CANAL P es complementaria a la de un FET de CANAL N, lo que sigmifica que todos los voltajes y corrientes son de sentido contrario.

Entre las principales aplicaciones de este dispositivo podemos destacar:

Cuando seleccionamos un transistor tendremos que conocer el tipo de encapsulado, así como el esquema de identificación de los terminales.

También tendremos que conocer una serie de valores máximos de tensiones, corrientes y potencias que no debemos soprepasar para no destruir el dispositivo.

El parametro de la potencia disipada por el transistor es especialmente crítico con la temperatura, de modo que esta potencia decrece a medida que aumenta el valor de la temperatura, siendo a veces necesario la instalación de un radiador o aleta refrigeradora. Todos estos valores críticos los proporcionan los fabricantes en las hojas de características de los distintos dispositivos.

Zonas de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET):

  • 1. ZONA ÓHMICA o LINEAL: En esta zona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente del valor de Vgs. Un parámetro que aporta el fabricante es la resistencia que presenta el dispositivo para Vds =0 (r ds on), y distintos valores de Vgs
  • 2. ZONA DE SATURACIÓN: En esta zona es donde el transistor amplifica y se comporta como una fuente de corriente gobemada por Vgs
  • 3. ZONA DE CORTE: La intensidad de drenador es nula (ID=0).


Espero haber ayudado en algo. Hasta la próxima oportunidad! 

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