Curva característica del diodo

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 CAMPO MAGNETICO

Oersted sostuvo que puede producirse efectos magnéticos por el movimiento de cargas eléctricas, Faraday y Henrry  sostenían que puede obtenerse corrientes por el movimiento de imanes.

HISTORIA.-los chinos que sugieren que el electromagnetismo fue conocido a principios del año 2000 A.C,.los antiguos griegos que observaron los fenómenos eléctricos y magnéticos posiblemente a principios del año 700 A.C. Para ello descubrieron que un pedazo de ámbar frotado se electrificaba y era capaz de atraer trozos de paja o plumas. La existencia de la fuerza magnética se conoció al observar que pedazos de roca natural llamada magnetita atraen el hierro. (eléctrico proviene del vocablo griego para el ámbar, elecktron.) magnética viene del nombre de un distrito central al norte de Grecia donde se descubrió, Magnesia.

-Maxwell consiguió reunir en una sola teoría los conocimientos básicos sobre la electricidad y el magnetismo. Su teoría electromagnética predijo, antes de ser observadas experimentalmente, la existencia de ondas electromagnéticas.

- Hertz comprobó su existencia e inició para la humanidad la era de las telecomunicaciones.

-Hans Christian Oersted Uni Copenhague descubrió que al acercar una brújula a un conductor por el que circulaba corriente eléctrica la aguja de ésta se movía perpendicularmente a la dirección del conductor.

los estudios de Ampere que algunos materiales como la magnetita, imanes y brújulas, debían sus propiedades magnéticas a la existencia de unas corrientes microscópicas.

-Joseph Henry descubrió un año antes  que Faraday la inducción electromagnética  pero hizo público su descubrimiento unos meses más tarde que Faraday y por eso se le atribuye el descubrimiento a este último.

-las corrientes eléctricas producidas mediante campos magnéticos Faraday las llamó corrientes inducidas. Desde entonces al fenómeno consistente en generar campos eléctricos a partir de campos magnéticos variables se denomina inducción electromagnética

IMAN.- Es todo cuerpo que tiene la propiedad de atraer las limaduras de hierro, los cuales en el espacio se orientan. Polos :Son las zonas de un imán  donde se encuentran concentradas mas intensamente su imantación.

CAMPO MAGNETICO DE LA TIERRA.- El Polo Norte geográfico es el punto donde coinciden todos los meridianos que dividen la Tierra, al igual que ocurre con el Polo Sur. el polo norte magnético se encuentra situado a 1 200 kilómetros de distancia del norte geográfico, en las coordenadas 78º  50´ N (latitud Norte) y 104º 40´ W (longitud Oeste), aproximadamente sobre la isla Amund Ringness, lugar hacia donde apunta siempre la aguja de la brújula y no hacia el norte geográfico, como algunas personas erróneamente creen. El campo magnético 36 000 millas en el espacio

está rodeado por una región llamada la magnetosfera Donde esta  previene que la mayoría de las partículas del Sol, que se trasladan con el viento solar, choquen contra la Tierra.

¿CÓMO GENERA LA TIERRA SU CAMPO MAGNÉTICO?.- Una rotación no uniforme de un material conductor crea una dínamo, y es ella la que da lugar al campo magnético terrestre, que presenta un polo Norte y un polo Sur.

- la Tierra se comporta como un gigantesco imán ubicado en su centro, cuyo eje está inclinado unos 11º respecto al eje de rotación, lo cual genera líneas de fuerzas magnéticas que entran por el polo norte magnético (cerca del polo norte geográfico), penetran hacia dentro de la Tierra y salen por el polo sur magnético.

LA TEORÍA DEL EFECTO DÍNAMO .-explica el origen del campo magnético principal de la Tierra como una dínamo autoexcitada (o auto-sustentada). En este mecanismo dínamo el movimiento fluido en el núcleo exterior de la Tierra mueve el material conductor (hierro líquido) a través de un campo magnético débil, que ya existe, y genera una corriente eléctrica (el calor del decaimiento radiactivo en el núcleo induce el movimiento convectivo). La corriente eléctrica produce un campo magnético que también interactúa con el movimiento del fluido para crear un campo magnético secundario. Juntos, ambos campos son más intensos que el original y yacen esencialmente a lo largo del eje de rotación de la Tierra. propuesta por el físico americano de origen alemán walter m. elsasser y el geofísico británico edward bullard durante mediados de 1900.

EL MAGNETISMO.-(André-Marie Ampere, quien concluyó que la naturaleza del magnetismo era muy diferente de la que se creía).una fuerza entre corrientes eléctricas: dos corrientes paralelas en la misma dirección se atraen, en direcciones opuestas se repelen. Los imanes de hierro son un caso muy especial, que Ampere también fue capaz de explicar. En la naturaleza los campos magnéticos son producidos en el gas rarificado del espacio, en el calor resplandeciente de las manchas solares, y en el núcleo fundido de la Tierra.

CARGA MAGNETICA. (q*)Es una cantidad escalar asociada a un polo magnético de modo que mide directamente la cantidad de magnetismo que este posee (Ampere. metro).

LEY CUALITATIVA.- “Dos polos de la misma naturaleza o nombre  se repelen  y de naturaleza diferente se atraen.

LEY CUANTITATIVA.- “Dos cargas magnéticas se atraen o repelen con fuerzas de igual intensidad, pero de direcciones opuestas  y cuyos valores son directamente  proporcionales al producto de sus cargas pero inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa”

,,,.

CAMPO MAGNETICO ó DENSIDAD DE CAMPO MAGNETICO.- Es una magnitud vectorial, que pasa un punto del campo magnético nos da la fuerza con que actúa por cada unidad de carga magnética norte colocad en dicho punto. El vector se representa por B,recibe el nombre de inducción magnética. 1 Tesla = 1Wb/m= 1 N/A.m.

ECUACION DE LORENTZ.- Si una partícula de carga qo se mueve en un campo eléctrico F y magnético B, experimenta una fuerza dada por: .

-FUERZA MAGNÉTICA EN UNA CORRIENTEi es un vector de desplazamiento que apunta a lo largo del alambre.

Donde: u = NiA , es llamado el Momento Bipolar Magnético y se encuentra a lo largo de un eje perpendicular al plano de la espira; su dirección se encuentra aplicando la regla de la mano derecha.

La Energía Potencial Magnética.- en una posición  se define como el trabajo que debe realizar un agente externo para hacer girar el dipolo de su posición de energía cero ()  a una posición dada  . En consecuencia: .

CIRCULACIÓN DE CARGAS Si  y  son perpendiculares, se cumple por la segunda Ley  Newton: . 

EL CICLOTRON.-dispositivo que sirve para acelerar partículas cargadas, como los núcleos de Hidrogeno (protones). Los elementos ,Un electro imán , dos cámaras metálicas, denominados “DES” , que forman parte de un  oscilador eléctrico que establece  la diferencia de potencial aceleradora en el espacio entre las “DES” , y una fuente iónica S. La Energía de las partículas  producidas  en un ciclotrón depende del radio “R”  de las “des”. La rapidez de las partículas  que circulan con este radio  queda determinado por: .

SEMI CONDUCTORES.- es un elemento material cuya  conductividad eléctrica puede   considerarse situada entre las de un aislante y la de un conductor, considerados en orden creciente .Los más conocidos son el silicio (Si) y el germanio (Ge). el comportamiento del silicio es más estable que el germanio frente a todas las perturbaciones exteriores que pueden   variar   su   respuesta   normal  será   el   primero   (Si)   el   elemento semiconductor más utilizado en la fabricación de los componentes electrónicos de estado solido.

SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO.-Cuando el silicio se encuentra formado por átomos del tipo explicado en el

apartado anterior, se dice que se encuentra en estado puro. Una barra de silicio puro está formada por un conjunto de átomos en lazados  unos con otros según una determinada estructura geométrica que se conoce como red cristalina Si en estas condiciones inyectamos energía desde el exterior, algunos de esos electrones de los órbitas   externas dejarán de estar enlazados y podrán moverse. Lógicamente si un electrón se desprende del átomo, este ya no está completo,   decimos   que   está   cargado   positivamente,   pues   tiene   una   carga negativa menos, o que ha aparecido un hueco. Asociamos entonces el hueco a una carga positiva o al sitio que ocupaba el electrón.El átomo siempre tendrá la tendencia a estar en su estado normal, con todas

sus cargas, por lo tanto en nuestro caso, intentará atraer un electrón de otro átomo para rel enar el hueco que tiene.Toda   inyección   de   energía   exterior   produce   pues   un   proceso   continuo   que podemos concretar en dos puntos:

-Electrones que se quedan libres y se desplazan de un átomo a otro a lo largo de la barra del material semiconductor de silicio.

-Aparición   y   desaparición   de   huecos   en   los   diversos   átomos   del  semiconductor.

…el   único   movimiento   real   existente   dentro   de   un semiconductores   el   de   electrones.

Lo   que   sucede   es   que   al   aparecer   y  desaparecer   huecos,   "cargas   positivas",   en   puntos diferentes   del semiconductor, parece que estos se mueven dando lugar a una corriente de cargas positivas. Este hecho, movimiento de huecos, es absolutamente falso,.Los huecos no se mueven, sólo parece que lo hacen.

SEMICONDUCTOR DOPADO.-Si aplicamos una tensión al cristal de silicio, el positivo de la pila intentará

atraer los electrones y el negativo los huecos favoreciendo así la aparición de

una corriente a través del circuito. Para aumentar el valor de dicha corriente tenemos dos posiblidades:

-Aplicar una tensión de valor superior

-Introducir previamente en el semiconductor electrones o huecos desde el exterior

La primera solución no es factible pues, aún aumentando mucho el valor de la   tensión   aplicada,   la corriente   que   aparece   no   es   de   suficiente   valor.   La solución elegida es la segunda. En este segundo caso se dice que el semiconductor está "dopado".

El  dopaje  consiste en sustituir  algunos  átomos de silicio por átomos  de

otros elementos. A estos últimos se les conoce con el nombre de impurezas.

Dependiendo del tipo de impureza con el que se dope al semiconductor puro o

intrínseco aparecen dos clases de semiconductores.

--Semiconductor tipo P

--Semiconductor tipo N

SEMICONDUCTOR TIPO N .- Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí) ....Enlace   covalente   de   átomos   de   germanio,   obsérvese   que   cada átomo comparte cada uno de sus electrones con otros cuatro átomos.... sustituimos uno de sus átomos (que como sabemos tiene 4 electrones en su capa exterior) por un átomo de otro elemento que contenga cinco electrones en su capa exterior, resulta que cuatro de esos electrones sirven para enlazarse  con el resto de los átomos de la red y el quinto queda libre.

SEMICONDUCTOR TIPO P.-Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí) ....

Enlace   covalente   de   átomos   de   germanio,   obsérvese   que   cada   átomo

comparte cada uno de sus electrones con otros cuatro átomos

.... sustituimos uno de sus átomos (que como sabemos tiene 4 electrones en su capa exterior) por un átomo de otro elemento que contenga tres electrones en su capa exterior,  resulta  que  estos  tres  electrones  llenarán  los huecos  que dejaron los electrones del átomo de silicio, pero como son cuatro, quedará un

hueco   por   ocupar.   Osea   que   ahora   la   sustitución   de   un   átomo   por   otros provoca   la   aprición   de   huecos   en   el   cristal   de   silicio.   Por   tanto   ahora   los "portadores   mayoritarios"   serán   los   huecos   y   los   electrones   los   portadores minoritarios.A esta red de silicio dopada con esta clase de impurezas se le denomina "silicio tipo P"

 No siempre el índice de dopado de un semiconductor es el mismo, puede ser que este "poco dopado", "muy dopado", etc.Todos   los   componentes   electrónicos   en   estado   sólido   que   veremos   en adelante   (transistores,   diodos,   tiristores)   no   son   ni   más   y   menos   que   un conjunto   de   semiconductores  de   ambos   tipos   ordenados   de   diferentes maneras.

POLARIZACIÓN DIRECTA-- En este momento los electrones (portadores  mayoritarios) de  la  zona N están en disposición de pasar a la zona P. Exactamente igual están los huecos de la zona P que quieren "pasar" a la zona N.

#A la tensión externa que anula la barrera de potencial de la unión y la deja preparada   para   el   paso   de   os   respectivos   portadores   mayoritarios,   se   le  denomina tensión Umbral. Se la representa por Vu y sus valores prácticos son: el Silicio  Vu = 0,4 - 0,5 voltios el Germanio Vu =  0,05 - 0,06 voltios

#Al conjunto de tensiones que crean corriente proporcional en el diodo se les llama   tensiones   de   polarización   directa  o de  funcionamiento.   Sus   valores típicos son: el Silicio 0,5 - 0,8 voltios el Germanio 0,06 - 0,15 voltios.

Parece lógico pensar que llegará un momento en que el proceso, aumento de tensión exterior, aumento de corriente en la unión, tendrá que parar. Y esto es así, porque a partir de un determinado valor de la tensiñon exterior aplicada, los electrones se neutralizan en mayor número con los huecos en el interior del diodo y son pocos los que pueden salir al circuito exterior. Es decir que el aumento es absorbido por el mismo diodo. A esta tensión a partir de la cual la corriente a través del diodo se mantiene constante, (en la práctica aumenta  ligeramente) se le denomina tensión de saturación.

Sus valore típicos son:

Para el Silicio Vsat  0,8 - 0,9 voltios Para el Germanio  Vsat  0,15 - 0,2 voltios.Cualquier intento de provocar un aumento de corriente puede originar a partir de este momento la destrucción del diodo.

POLARIZACIÓN INVERSA.-Si la tensión aplicada externamente al diodo es del mismo signo que la barrera de potencial interna se dice que el diodo está polarizado inversamente. El terminal positivo de la pila atrae a los electrones del material N apartándolos de la unión, mientras que el negativo a trae a las cargas positivas del material P,   apartándolos   también   de   la   unión.   Se   crea,   por   tanto,   en   la   unión,   una ausencia   de   carga,   formándose   una   corriente   que   recibe   el   nombre   de "corriente   inversa   de   saturación"   o   "corriente   de   fuga".   Su   valor   es  prácticamente despreciable, pues es del orden de nA (nanoampaerios). Al aplicar una polarización inversa el ancho de la capa agotada aumenta. Al ir aumentando esta tensión inversa llega un momento en que el diodo pierde su capacidad de bloqueo y fluye entonces una gran corriente inversa. Esta tensión recibe el nombre de "tensión de ruptura". Normalmente en esta situación el diodo se destruye.

DIODO SEMICONDUCTOR.- (UNIÓN P-N)&à Este conjunto sería del tipo N, ya que deja un electrón libre pues le sobra del enlace, con lo que el átomo (azul) se convierte en un ión positivo al mismo tiempo que contribuye con la generación de un electrón libre, à En el caso del tipo P, dejaría un hueco libre, con lo que el átomo se convierte en un ión negativo al mismo tiempo que contribuye con la generación de un hueco libre.-->Cuando se efectúa esta unión, los electrones y los huecos inmediatos a la unión se atraen, cruzan la unión y se neutralizan.                       à"Barrera de potencial interna", que impide el paso de portadores mayoritarios a través de la unión, no pudiendo existir corriente. El material tipo P recibe el nombre de ánodo; El material tipo N recibe el nombre de cátodo, La flecha indica el sentido convencional de la corriente.

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN DIODO IDEAL.- Si el diodo está polarizado directamente, su circuito equivalente es el de un conmutador cerrado, pequeña resistencia.Con polarización inversa, el circuito representa un conmutador abierto, gran resistencia.

CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO

Con la polarizació

Vu

Tensión umbral

Vs

Tensión de saturación

Vr

Tensión de ruptura

OA

Zona de baja polarización directa, pequeña corriente

AB

Zona de conducción

OC

Corriente inversa de saturación

 

A partir de C, zona de avalancha

n directa los electrones portadores aumentan su velocidad y al chocar con los átomos generan calor que hará aumentar la temperatura del semiconductor. Este aumento  activa la conducción en el diodo.        

                                                         Característica I/V de un diodo semiconductor

 OBSERVACIONESCada diodo tiene su nomenclatura y características.La nomenclatura esta directamente relacionada con el uso que se va a hacer del diodo. Las características nos dirán las tensiones y corrientes que cada uno puede soportar.. Para ello pondremos el polímetro dispuesto para medir ohmios y la escala en X1  ó X10  según el tipo de polimetro.

si el diodo está en buen estado o no, por medio del polímetro

Aplicando la toma del polimetro en bornes del diodo primero en una posición y luego en la contraria, pueden darse tres casos:

 a) En ambos la aguja del polimetro se va a fondo de escala. El diodo está cortocircuitado.

b) En ambas posiciones la aguja no parece moverse.. El diodo está en circuito abierto.

c) En una posición la aguja no se mueve y en la contraria la aguja se acerca al fondo de escala. El diodo está bien.En este tercer caso, cuando la aguja tiende a ir a fondo de escala, la toma del polimetro que utiliza cable negro(común) está aplicada sobre el ánodo del diodo. El otro extremo del diodo será el cátodo.

EFECTO ZENER.- se basa en la aplicación de tensiones inversas que originan, debido a la característica constitución de los mismos,  fuertes campos eléctricos que causan la rotura de los enlaces entre los átomos dejando así electrones libres capaces de establecer la conducción. Su característica es tal que una vez alcanzado el valor de su tensión inversa nominal y superando la corriente a su través un determinado valor mínimo, la tensión en bornes del diodo se mantiene constante e independiente de la corriente que circula por él. y su polarización es siempre en inversa,

tRES sON lAS cARACTERÍSTICAS:

a.- Tensiones de polarización inversa, conocida como tensión zener.- Es la tensión que el zener va a mantener constante.

b.- Corriente mínima de funcionamiento.- Si la corriente a través del zener es menor, no hay seguridad en que el Zener mantenga constante la tensión en sus bornes

c.- Potencia máxima de disipación. Puesto que la tensión es constante, nos indica el máximo valor de la corriente que puede soportar el Zener.

àZener es un diodo que al polarizarlo inversamente mantiene constante la tensión en sus bornas a un valor llamado tensión de Zener, pudiendo variar la corriente que lo atraviesa entre el margen de valores comprendidos entre el valor mínimo de funcionamiento y el correspondiente a la potencia de zener máxima que puede disipar.

RECTIFICADOR.- el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio. -àDependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases.-àAtendiendo al tipo de rectificación, pueden ser de media onda, cuando sólo se utiliza uno de los semiciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos semiciclos son aprovechados.-àEl tipo más básico de rectificador es el rectificador monofásico de media onda, constituido por un único diodo entre la fuente de alimentación alterna y la carga.

Cables.-Se llama cable a un conductor o conjunto de ellos generalmente recubierto de un material aislante o protector.conductores eléctricos, cables de comunicación, conductores ópticos.

  • 1.- Conductores eléctricos.-
  • Cable conductor de electricidad.
  • Los cables cuyo propósito es conducir electricidad se fabrican generalmente de cobre, debido a la excelente conductividad de este material, o de aluminio que aunque posee menor conductividad es más económico.

2.- Cables de comunicación.-

a) Cable de pares.-Un cable de pares es el formado por grupos de 2 hilos (par) de material conductor, de grosores entre 0,3 y 3mm, recubiertos de plástico protector.

a.1) Cable de pares simétricos: son utilizados en la transmisión de señales telefónicas.

b) Cable coaxial.-fue creado en la década de los 30, y es un cable utilizado para transportar señales eléctricas de alta frecuencia que posee dos conductores concéntricos, uno central, llamado vivo, encargado de llevar la información , y uno exterior, de aspecto tubular, llamado malla o blindaje, que sirve como referencia de tierra y retorno de las corrientes.

  • Cable coaxial  RG-59.
    A: Cubierta protectora de plástico
    B: Malla de cobre
    C: Aislante
    D: Núcleo de cobre

* Construcción de un cable coaxial:

  • La construcción de cables coaxiales varía mucho. La elección del diseño afecta al tamaño, flexibilidad y el cable pierde propiedades.
  • Un cable coaxial consta de un núcleo de hilo de cobre rodeado por un aislante, un apantallamiento de metal trenzado y una cubierta externa.
  • El apantallamiento tiene que ver con el trenzado o malla de metal (u otro material) que rodea los cables.

* Características:

  • La característica principal de la familia RG-58 es el núcleo central de cobre.  Tipos:
  • - RG-58/U: Núcleo de cobre sólido.
  • - RG-58 A/U: Núcleo de hilos trenzados.
  • - RG-59: Transmisión en banda ancha (TV).
  • - RG-6: Mayor diámetro que el RG-59 y considerado para frecuencias más altas que este, pero también utilizado para transmisiones de banda ancha.

- RG-62: Redes ARCnet.

c) Cable apantallado.-a un tipo de cable recubierto por una malla o un tubo metálico, que actúa de jaula de Faraday para evitar el acople de ruidos y otras interferencias, tanto del entorno hacia el cable, como del cable al entorno.

  • La pantalla no tiene por que ser única y un cable puede contener en su interior varios conductores apantallados para evitar diafonía entre ellos.

d) Cable de par trenzado.-es una forma de conexión en la que dos aisladores son entrelazados para tener menores interferencias y aumentar la potencia y la diafonía de los cables adyacentes.

  • El entrelazado de los cables disminuye la interferencia debido a que el área de bucle entre los cables, la cual determina el acoplamiento eléctrico en la señal, es aumentada.

* Estructura del cable

  • Los colores del aislante están estandarizados, en el caso del multipar de cuatro pares (ocho cables), y son los siguientes:
  • 1. Blanco-Naranja
  • 2. Naranja
  • 3. Blanco-Verde
  • 4. Verde
  • 5. Blanco-Azul                       
  • 6. Azul
  • 7. Blanco-Marrón
  • 8. Marrón

* Tipos de Conexión.-

  • Los cables UTP forman los segmentos de Ethernet y pueden ser cables rectos o cables cruzados dependiendo de su utilización.

1.- Cable recto (pin a pin)

2.- Cable cruzado (cross-over)

Tipos de Cable Cruzado

UTP:Acronimo de Unshielded Twisted Pair o Cable trenzado sin apantallar. Se utilizan para diferentes tecnologías de red local.Bajo costo y de fácil uso

STP: Acrónimo de Shielded Twisted Pair o Par Trenzado Apantallado.Se utiliza en redes de ordenadores como Ethernet o Token Ring(es mas caro)

FTP: Acrónimo de Foiled Twisted Pair o Par trenzado con pantalla global.

* Categorías:

Categoría 1: Hilo telefónico trenzado de calidad de voz no adecuado para las transmisiones de datos.

Categoría 2: Cable par trenzado sin apantallar. Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 4 MHz. Este cable consta de 4 pares trenzados de hilo de cobre.

Categoría 3: Velocidad de transmisión  típica de 10 Mbps para Ethernet. Con este tipo de cables se implementa las redes Ethernet 10BaseT.

Categoría 4: La velocidad de transmisión llega hasta 20Mbps.

Categoría 5: Puede transmitir datos hasta 100Mbps y las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 100MHz.

Categoría 6: Puede transmitir datos hasta 1Gbps y las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior a 250MHz.

Categoría 7: Puede transmitir datos hasta 10Gbps y las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior a 600MHz.

Características de Transmisión

  • Limitado en distancia, ancho de banda y tasa de datos.
  • La atenuación es una función fuertemente dependiente de la frecuencia.
  • La interferencia y el ruido externo también son factores externo.
  • Para señales se requieren amplificadores
  • En transmisión de señales digitales a larga distancia , el data rate no es demasiado grande.

* Ventajas y desventajas

      Ventajas:

  • Bajo costo en su contratación.
  • Alto número de estaciones de trabajo por segmento.
  • Facilidad para el rendimiento y la solución de problemas.
  • Puede estar previamente cableado en un lugar o en cualquier parte. 


Desventajas:

  • Altas tasas de error a altas velocidades.
  • Ancho de banda limitado.
  • Baja inmunidad al ruido.
  • Baja inmunidad al efecto crosstalk.
  • Alto coste de los equipos.
  • Distancia limitada (100 metros por segmento).

e) Hilo de Litz.-

Es un tipo especial de hilo o alambre conductor utilizado en electrónica. El hilo de Litz está constituido por varios alambres recubiertos con una película aislante y trenzados, de esta forma se incrementa el área de la superficie conductora y con ello se reduce el efecto pelicular y por tanto las pérdidas de potencia

  • 3.- Conductores ópticos.-Conductores de luz, (Inglés-Coil) en este caso, el recubrimiento, si bien protege el conductor propiamente dicho, también evita la dispersión de la luz y con ello la pérdida de señal. Por ello se utiliza para enviar información a largas distancias de forma rápida y muy alta calidad.

TRANSISTORES

es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra  en  los aparatos domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video,etc.

1.-HISTORIA DEL TRANSISTOR:

sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos o tríodo, el transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. en diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1956.

Al principio se usaron transistores bipolares y luego se inventaron los transistores de efecto de campo (FET). último, apareció el semiconductor metal-óxido FET (MOSFET). Estos permitieron un diseño extremadamente compacto, necesario para los circuitos altamente integrados (IC). Hoy la mayoría de los circuitos se construyen con la denominada tecnología CMOS (semiconductor metal-óxido complementario). La tecnología CMOS es un diseño con dos diferentes MOSFET (MOSFET de canal n y p), que se complementan mutuamente y consumen muy poca corriente en un funcionamiento sin carga.

El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades específicas) que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento activo, a diferencia de los resistores, capacitores e inductores que son elementos pasivos. Su funcionamiento sólo puede explicarse mediante mecánica cuántica.

 El factor de amplificación o ganancia logrado entre corriente de base y corriente de colector, se denomina Beta del transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas básicos para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector común y base común.

2.-FABRICACION DEL TRANSISTOR:

            El transistor es un dispositivo de tres terminales(emisor base,colestor) a diferencia del diodo, que tiene dos terminales. Este consiste en un material de tipo p y uno de tipo n. (transistor npn) (transistor pnp). Las tres capas diferentes se identifican como emisor, base y colector.

Las capas exteriores del transistor son materiales semiconductores con alto niveles de dopado, y que tienen anchos mucho mayores que los correspondientes al material emparedado de tipo p o n. El dopado de la capa emparedada es también  considerablemente menor que el da les capas exteriores, este menor nivel de dopado reduce la conductividad (incrementa la resistencia) de este material al limitar el numero de  portadores libres.

àEl emisor, capa de tamaño medio y delgada, diseñada para emitir o inyectar electrones. La àbase, con una contaminación media, es una capa diseñada para  pasar electrones. El àcolector, esta poco contaminada, es una capa diseñada para colectar   electrones.

El transistor se puede concebir como dos uniones pn colocadas espalda contra espalda; estas se denominan transistores bipolares de unión (BJT), bipolar junction transistor.

3.-ESTRUCTURA DE UN TRANSISTOR:

El transistor está formado por la unión de tres capas de material semiconductor, de tipo P y tipo N, dispuestas de forma alternada (en forma de sándwich). Según la disposición de estas capas, podemos tener dos tipos de transistores:

    • Transistor PNP.Transistor NPN.

àel transistor es un dispositivo de tres terminales, que reciben los nombres de emisor, base y colector.

àel transistor constituido por dos Diodos:

    • Uno formado por la unión emisor-base.
    • Otro por la unión base-colector.

En un transistor NPN es saliente, mientras que en un transistor PNP va en sentido contrario, es decir, hacia dentro del dispositivo y, por consiguiente, la flecha se dibuja al revés.

Tipos de Transistor de Unión Bipolar

NPN.- las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación.consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector. Símbolo de un transistor NPN.

La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.

PNP .-las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.

El símbolo de un transistor PNP.

Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector.

La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo. como un circuito con un transistor NPN se puede adaptar a PNP. El nombre de estos hace referencia a su construcción como semiconductor.

Por el transistor circulan un conjunto de corrientes eléctricas cuyas direcciones y sentidos, para un transistor NPN, son:

    • IB : intensidad de corriente de base.
    • IC: intensidad de corriente de colector
    • IE: intensidad de corriente de emisor
    • IE = IB + IC

Si conocemos dos de las corrientes del transistor, la expresión anterior nos permitirá calcular la tercera.

Asimismo, entre los terminales del transistor se generan las siguientes caídas de tensión:

    • VCE: tensión colector-emisor.
    • VBE: tensión base-emisor.

4.-CARACTERISTICAS:

Su consumo de corriente es mucho menor con lo que también es menor su producción de calor.

Un transistor puede tener el tamaño de una lenteja mientras que un tubo de vacío tiene un tamaño mayor que el de un cartucho de escopeta de caza.

las tensiones de alimentación de los tubos estaban alrededor de los 300 voltios las de los transistores vienen a ser de 10 voltios .El transistor es un elemento constituido fundamentalmente por silicio o germanio. Su vida media es prácticamente ilimitada y en cualquier caso muy superior a la del tubo de vacío.

5.-TIPOS DE TRANSISTORES:

5.1.-TRANSISTOR DE PUNTA DE CONTACTO:

 primer transistor, inventado en 1947 por J. Bardeen y W. Brattain. Consta de una base de germanio sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de base es capaz de modular la resistencia que se "ve" en el colector, de ahí el nombre de "transfer resistor". Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en su día. Es difícil de fabricar, frágil y ruidoso. Sin embargo convivió con el transistor de unión (W. Shockley, 1948) debido a su mayor ancho de banda. En la actualidad ha desaparecido.

 

5.2.-TRANSISTOR DE UNIÓN BIPOLAR: o BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un mono cristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de Galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP.

Normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P).

La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminación entre ellas (por lo general, el emisor esta mucho más contaminado que el colector).

El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitaxia, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.

 

5.3.-TRANSISTORES BIPOLARES NPN Y PNP

Es un componente semiconductor que tiene tres terminales BASE (b), EMISOR (e), COLECTOR (c).Internamente está formado por un cristal que contiene una región P entre dos N (transistor NPN).O una región N entre dos regiones P, (transistor PNP )

La diferencia que hay entre un transistor NPN y otro PNP radica en la polaridad de sus electrodos

5.4.-TRANSISTOR DE UNIÓN UNIPOLAR:

También llamado de efecto de campo de unión (JFET), fue el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. Si se difunden dos regiones P en una barra de material N y se conectan externamente entre sí, se producirá una puerta. A uno de estos contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador. Aplicando tensión positiva entre el drenador y el surtidor y conectando a puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de drenador con polarización cero. Con un potencial negativo de puerta al que llamamos tensión de estrangulamiento, cesa la conducción en el canal.

5.5.-TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO:o FET por sus siglas en inglés, que controla la corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada.

    • Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante una unión PN.
    • Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico.
    • Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS significa Metal-Óxido-Semiconductor, en este caso la compuerta es metálica y está separada del canal semiconductor por una capa de óxido.

 

5.6.-FOTOTRANSISTOR: sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor. Cuando no haya luz incidente, existe una corriente pequeñísima de fuga de colector a emisor, generada térmicamente, llamada corriente oscura.provistas de una lente.

utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc. Para comunicaciones con fibra óptica se prefiere usar detectores con fotodiodos p-i-n.. Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED, formando interruptores ópticos (opto-switch), que detectan la interrupción del haz de luz por un objeto. Existen en dos versiones: de transmisión y de reflexión.Tiene más capacidad de corriente pero su velocidad de conmutación es menor comparado con el fotodiodo.

6.-TRANSISTORES Y ELECTRÓNICA DE POTENCIA:actualmente los transistores son empleados en conversores estáticos de potencia, controles para motores y llaves de alta potencia (principalmente inversores), aunque su principal uso está basado en la amplificación de corriente dentro de un circuito cerrado.

7.-EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR:

El comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos (Modelo de Ebers Moll), uno entre base y emisor, polarizado en directo y otro diodo entre base y colector, polarizado en inverso. Esto quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensión igual a la tensión directa de un diodo, es decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicio y unos 0,4 para el germanio.. Para transistores normales de señal, β varía entre 100 y 300.

Entonces, existen tres configuraciones para el amplificador:emisor común:

base común:

La señal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector. la base se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganacia sólo de tensión. La impedancia de entrada es baja y la ganancia de corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de emisor sale por la base. Se suele utilizar para adaptar fuentes de señal de baja impedancia de salida como, por ejemplo, micrófonos dinámicos.

Colector común:La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el emisor. El colector se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia de corriente, pero no de tensión que es ligeramente inferior a la unidad. Esta configuración multiplica la impedancia de salida por 1/β.

ALGUNAS APLICACIONES DE LOS TRANSISTORES:

La electrónica de señal, o mas bien conocida como pequeña señal, es aquel entorno  electrónico que trata señales de baja potencia, relacionado tanto con el espectro de baja  frecuencia como con el de frecuencias medias y altas. Estamos hablando de circuitos de  recepción de audio, de recepción de radio, de adaptadores de líneas de transmisión, etc., todas ellas con un denominador común: los niveles de potencia empleados.

Los transistores se utilizan especialmente en tres campos:

En amplificación, ya sea de tension o corriente. En estos casos el transistor opera en la  zona lineal de trabajo. El concepto de amplificación viene impuesto por las condiciones eléctricas de numerosos dispositivos electrónicos.

En el tratamiento de la señal. Para este tipo de aplicaciones el transistor puede operar tanto en la zona lineal como en la zona no lineal, todo depende del tipo de aplicación que se desee implementar. Estamos hablando de dispositivos como los generadores de corriente, los multiplicadores de dos señales etc.

Como elementos adaptadores y aisladores entre etapas distintas de un circuito eléctrico. Se puede emplear el transistor para aislar dos etapas de un determinado dispositivo y eliminar problemas que pudieran aparecer.

Por último, podemos generalizar que los transistores son pequeños dispositivos  empleados en todo tipo de circuitos, ya sea relacionados con la electrónica digital o analógica, ya que forman el alma mater de los actuales microprocesadores y demás  elementos digitales.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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