Componentes electrónicos: condensador, semiconductores, diodos y transistores — funcionamiento y aplicaciones

Condensador (Capacitor)

Capacitor: Es un elemento con la propiedad de almacenar energía eléctrica. Al estar interconectado a un circuito eléctrico o electrónico, se carga acumulando energía y permanece en ese estado (cargado) hasta su descarga, que puede producirse de forma instantánea o controlada según el diseño del circuito en que interviene. De este modo se dispone de una reserva de energía para el funcionamiento de los demás componentes.

Está formado por dos placas de material conductor separadas por aire u otro material dieléctrico. El efecto de cargarse con energía se debe al desplazamiento de electrones en su estructura; al aplicarse una tensión continua entre esas placas se producirá una distribución de cargas y se generará una corriente de carga. En circuitos electrónicos se interconectan capacitores para provocar disparos en otros elementos o para sumar la tensión aplicada con la de descarga de la energía almacenada.

Semiconductor

Semiconductor: Materiales como el silicio, germanio o selenio conducen la electricidad de forma limitada y, por ello, se denominan semiconductores. En determinadas condiciones —por aumento de temperatura, por el agregado de impurezas (dopado) o por la presencia de luz— la conductividad de estos materiales puede aumentar hasta acercarse a niveles similares a los de los metales.

Al mezclar o dopar un semiconductor se produce un desequilibrio en su estructura electrónica que favorece la conducción de la corriente eléctrica. La importancia de los semiconductores radica en que, gracias a ellos, se han desarrollado los diodos, transistores, tiristores, etc., y con ellos los circuitos integrados, que ocupan un tamaño similar al de un transistor pero con mucha mayor capacidad funcional, realizando un gran número de operaciones en espacios reducidos.

Diodos

Diodo: El diodo es un elemento semiconductor que permite la circulación de corriente en un solo sentido. Surge de la unión de una región tipo N con otra tipo P, formándose entre ellas una zona de agotamiento (zona P-N) que constituye una barrera de potencial y evita la neutralización inmediata de las cargas al juntarse portadores de distinta polaridad.

Transistor como interruptor

Transistor como interruptor: El transistor puede cumplir la misma función que un interruptor electromecánico, pero sin partes móviles. Su conmutación se realiza automáticamente en función de las tensiones y corrientes aplicadas a sus terminales y de las resistencias del circuito. Un transistor típico tiene tres terminales (base, colector y emisor) conectados a tres regiones de tipo P o N; cuando la base tiene la polaridad adecuada con respecto al emisor, permite la circulación de corriente entre colector y emisor.

En términos prácticos, si la base del transistor NPN está suficientemente polarizada positivamente respecto al emisor, el dispositivo conduce entre colector y emisor (actúa como un interruptor cerrado). En un PNP, la polaridad es inversa.

El funcionamiento del transistor en un circuito con señal de activación

El funcionamiento del capacitor: (nota: el texto que sigue describe la interacción entre señal de activación y el transistor en un circuito que puede incluir un capacitor). Al recibir la señal de activación por la base, en serie con una resistencia, circulará una corriente entre la base y el emisor; el transistor se polariza y se reduce la barrera entre base y colector. Si existe una tensión aplicada entre emisor y colector que provoque una circulación de corriente suficiente para saturar el transistor, éste se comportará como un interruptor cerrado (saturado). Por el contrario, cuando el transistor está en corte no conduce corriente entre colector y emisor, es decir, actúa como un circuito abierto.

Ventajas de los transistores

Los transistores presentan varias ventajas frente a los interruptores electromecánicos y otros aparatos electrónicos:

• No tienen partes móviles.
• No expone contactos físicamente, lo que reduce el desgaste y la contaminación.
• Como interruptor son mucho más rápidos que los relés mecánicos.
• No presentan problemas de rebote de contactos.
• Al no tener partes móviles no generan arcos eléctricos por apertura o cierre.

En lógica digital, uno de los estándares más utilizados históricamente fue la familia TTL (transistor-transistor logic).

Diodo LED

Diodo LED: Es un tipo de diodo que, al ser atravesado por corriente eléctrica directa, emite luz de color (rojo, verde, amarillo, ámbar, azul, etc.) e incluso láser en versiones especiales. Estos diodos trabajan típicamente con tensiones directas en el rango aproximado de 1,5 V a 2,2 V (según el color y la composición) y con intensidades desde 10 mA hasta 40 mA, dependiendo del tipo y la potencia. Se utilizan como indicadores de tensión, en displays, como emisores de señales, alarmas, y muchas otras aplicaciones.

Diodos Zener

Diodos Zener: Conectado en directa, un diodo Zener funciona como cualquier otro diodo. Conectado en sentido inverso, se polariza en inversa y, cuando alcanza su tensión de ruptura especificada (tensión Zener), mantiene la tensión entre sus terminales prácticamente constante en un amplio rango de corrientes (dentro de sus límites de especificación) y con dependencia limitada frente a variaciones de temperatura.

Si se produce una sobretensión sin protección de corriente, el diodo Zener puede destruirse; por ello, siempre debe usarse con una resistencia o circuito limitador de corriente que evite la destrucción del dispositivo. Debido a su capacidad de mantener una tensión estable, los diodos Zener se utilizan en circuitos estabilizadores y en protección frente a sobretensiones transitorias.