Fundamentos de Sistemas Electrónicos y Dispositivos Semiconductores

Introducción a los Sistemas Electrónicos

1.1 Definición y Características

Un sistema electrónico procesa señales eléctricas para obtener información útil.

• Componentes: sensores, procesadores, actuadores y fuentes de alimentación.
• Tipos: analógicos, digitales y mixtos.

1.2 Señales y Variables

• Señales analógicas: Continuas, pueden tomar cualquier valor dentro de un rango determinado.
• Señales digitales: Discretas, representadas generalmente en formato binario.
• Variables de estado: Parámetros clave que definen el comportamiento dinámico del sistema.

1.3 Componentes Principales

• Sensores: Dispositivos que detectan magnitudes físicas (como temperatura, luz, presión, etc.).
• Procesadores: Encargados de transformar las señales (ejemplos: microcontroladores, microprocesadores, FPGAs).
• Actuadores: Producen efectos físicos o salidas (motores, pantallas, LEDs).
• Fuentes de alimentación: Proveen la energía necesaria; pueden ser de corriente continua (CC) o corriente alterna (CA).

1.4 Clasificación de los Sistemas Electrónicos

• Sistemas cableados vs. inalámbricos.
• Sistemas embebidos vs. de propósito general.
• Sistemas abiertos vs. cerrados.

Dispositivos Semiconductores

2.1 Introducción a los Semiconductores

Son materiales con propiedades de conductividad intermedias entre los conductores y los aislantes (ejemplos comunes: silicio y germanio).

Dopado: Proceso de introducción de impurezas en el cristal semiconductor para modificar y controlar su conductividad eléctrica.

2.2 Diodos Semiconductores

• Diodo PN: Componente que permite el paso de la corriente eléctrica en un solo sentido.
• Diodo Zener: Diseñado específicamente para trabajar en la región de ruptura y regular voltaje.
• Diodo LED: Emite luz visible o infrarroja cuando es polarizado directamente.
• Diodo Schottky: Caracterizado por una baja caída de tensión y una alta velocidad de conmutación.

2.3 Transistores

• BJT (Bipolar Junction Transistor): Transistor de unión bipolar que controla el flujo de corriente mediante otra corriente. Sus regiones de operación son: corte, activa y saturación.
• MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor): Transistor de efecto de campo que controla la corriente mediante un voltaje aplicado. Existen dos tipos principales: de enriquecimiento y de agotamiento.

2.4 Circuitos Integrados

Consisten en la agrupación de múltiples componentes electrónicos (transistores, diodos, resistencias) en un solo chip de material semiconductor.

• Tipos: Lógicos (compuertas, flip-flops) y analógicos (amplificadores operacionales).

2.5 Aplicaciones

• Fuentes de alimentación conmutadas.
• Controladores avanzados en sistemas embebidos.
• Implementación de sensores y actuadores en procesos de automatización industrial.