Fundamentos Esenciales de Componentes Electrónicos y Semiconductores

Introducción a la Electrónica y Semiconductores

Electrónica: Es la ciencia que estudia el movimiento de electrones a través de materiales conductores y semiconductores.

El Semiconductor y el Dopado

Semiconductor: Es un material no conductor que, al doparlo (al introducir algo ajeno a su naturaleza), se vuelve conductor. Ejemplos comunes son el Germanio (Ge) y el Silicio (Si).

Objetivo de la Electrónica

El objetivo principal es diseñar el mayor número de circuitos en el menor espacio posible (miniaturización).

Diferencias con la Electricidad

En electrónica se utilizan los mismos elementos que en electricidad (generador, receptor, elemento de control, elemento de protección y conductor), pero de menor tamaño. Asimismo, se utilizan las mismas magnitudes (Intensidad, Resistencia, Voltaje, Trabajo y Potencia eléctrica), pero estas toman valores más pequeños.

Componentes Pasivos: La Resistencia Eléctrica

La resistencia es un componente fundamental cuyo valor óhmico puede ser fijo, variable o dependiente.

Tipos de Resistencias

• Resistencia Fija: El valor óhmico lo fija el fabricante y no puede ser modificado.
• Resistencia Variable (Potenciómetro): El valor óhmico puede ser variado por el usuario.
• Resistencia Dependiente: El valor óhmico depende de factores externos como la luz, la temperatura o el voltaje.

Resistencias Dependientes Específicas

A continuación, se detallan los tipos de resistencias dependientes:

• LDR (Resistencia Dependiente de la Luz): La resistencia disminuye al aumentar la luz.
  • Si hay luz, la LDR se puede sustituir por un interruptor cerrado.
  • Si no hay luz, la LDR se puede sustituir por un interruptor abierto.
• Resistencia Dependiente de la Temperatura:
  • PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo): Si aumenta la temperatura, aumenta la resistencia.
  • NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo): Si aumenta la temperatura, disminuye la resistencia.
• VDR (Resistencia Dependiente del Voltaje): La resistencia disminuye al aumentar el voltaje.

Componentes Pasivos: El Condensador (Capacitor)

Un condensador, también conocido como capacitor, se utiliza generalmente para almacenar carga eléctrica. La carga del condensador se almacena en forma de «campo eléctrico».

Estructura del Condensador

Generalmente, un condensador tiene dos placas de metal (armaduras) paralelas que no están conectadas entre sí. Las dos placas del condensador están separadas por un aislamiento no conductor, un medio conocido comúnmente como dieléctrico.

Tipos y Capacidad

• Condensador Electrolítico: Posee una carga inicial y tiene polaridad definida (polo positivo y negativo).

Capacidad (C): Es la cantidad de carga ($q$) que acumula un condensador al aplicarle un voltaje ($V$).

$$\text{Fórmula: } C = \frac{q}{V}$$

Unidad: Faradio (F)

Componentes Activos: El Diodo

El diodo se obtiene de la unión de un material de tipo P y uno de tipo N.

Materiales Semiconductores Dopados

• Material de tipo P (Ánodo): Es un semiconductor que se ha dopado extrayendo un electrón, por lo que se ha cargado positivamente (creando «huecos»).
• Material de tipo N (Cátodo): Es un semiconductor que se ha dopado introduciendo un electrón, por lo que se ha cargado negativamente.

Funcionamiento y Polarización del Diodo

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido (del ánodo al cátodo), bloqueando el paso si la corriente circula en sentido contrario.

Esto hace que el diodo tenga dos posibles posiciones:

• Polarización Directa: A favor de la corriente (Diodo directamente polarizado).
• Polarización Inversa: En contra de la corriente (Diodo inversamente polarizado).

Componentes Activos: El Transistor

Un transistor se obtiene de la unión de tres semiconductores:

• Dos semiconductores de tipo P y uno de tipo N (Transistor PNP).
• O bien, dos semiconductores de tipo N y uno de tipo P (Transistor NPN).

Aplicaciones del Transistor

El transistor es un componente versátil con dos aplicaciones principales:

• Transistor como Interruptor:
  • Interruptor abierto: El transistor está en corte.
  • Interruptor cerrado: El transistor está en saturación.
• Transistor como Amplificador: El transistor está en activa.