94253514 electronica-aplicada

Electrónica aplicada

INSTITUTO

PROFESIONAL

INACAP

“ELECTRÓNICA
APLICADA”

1


ELECTRÓNICA APLICADA 88 hrs.
Programa:

Unidad I

Conceptos electrónicos (10 hrs.)
Teoría física electrónica
Funcionamiento de Diodos, transistores y tiristores

Unidad II Fundamentos de Electrónica Integrada (10 hrs.)
Circuitos integrados monolíticos
Armar circuitos integrados
Unidad III Fundamentos de Electrónica Digital (10 hrs.)
Tecnologías TTL y CMOS
Circuitos de compuertas lógicas
Microprocesadores
Unidad IV Tipos de sensores y actuadores utilizados en
control electrónico (10 hrs.)
Sensores resistivos
Circuitos electrónicos
Unidad V Sistemas de Encendido Electrónicos (12 hrs.)
Sistemas de encendido
Unidad VI Sistemas de Inyección Electrónica (20 hrs.)
Inyección Monopunto y Multipunto
Unidad VIIAplicaciones Electrónicas (10 hrs.)
Control electrónico en Maquinaria pesada y vehículos
livianos
Circuitos de control electrónico

2

Bibliografía:

Electrónica Analógica
SCHAUM
Edición, 1987
Ed. Mc Graw-Hill. España.
Circuitos Electrónicos Discretos e Integrados
SCHILING y BELOVE
Edición, 1997
Editorial Marcombo
Principios de Electrónica
MALVINO, ALBERT PAUL
Edición, 1997
Ed. Mc Graw-Hill. España.
Dispositivos Electrónicos en el Automóvil
GILLIERI, STEFANO
Edición, 1997
Editorial Ceac

3

Electrónica Aplicada

Unidad I Componentes Electrónicos

4

UNIDAD 1: COMPONENTES ELECTRÓNICOS
Componentes prácticamente desconocidos hace treinta años,
surgen hoy, desplazando a las válvulas de vacío (tubos) de funciones que hasta
hace poco se creían de su exclusiva propiedad.
Para el estudio y comprensión de los fenómenos que ocurren en
dispositivos semiconductores, es necesario conocer algunos detalles del mundo
atómico, como por ejemplo:
• Su estructura
• Propiedades de las partículas que lo Integran
MODELO ATÓMICO DE BOHR:
La electricidad consiste en el
movimiento de electrones en un conductor.
Para entender que es un electrón y como se
comporta, tendremos que estudiar la
composición de la materia.
Materia es todo aquello que
ocupa un lugar en el espacio y tiene masa
(ejemplo: hielo, agua, gas). Toda la materia
está compuesta de bloques químicos los
cuales son llamados elementos.
La
naturaleza
ha
proporcionado más de 100 elementos, los
Sustancia
Elemento
cuales en combinación forman los diferentes Átomo
tipos de materia que se encuentran en
nuestro planeta.
El hierro es un elemento.
Cobre, Hidrógeno, Oxígeno, Aluminio,
Mercurio, Sodio y Cloro, son ejemplos de
otros elementos. Cuando el Hidrógeno y el
Oxígeno se combinan químicamente, se
forma el agua. La Sal es el resultado cuando
se combina químicamente el Cloro y el
Sodio.
La materia se divide en moléculas, las cuales a su vez se dividen en
átomos. Estos átomos se componen de dos partes: el núcleo y la periferia.
Si tomamos una gota de agua y la dividimos en dos tendremos dos
partes, pero ambas serán de agua. El agua es un compuesto químico de dos
elementos: Hidrógeno (H) y Oxígeno (O) cuya fórmula es H2O. Podemos
imaginarnos otras divisiones de la gota de agua, hasta que llegue un momento
en el que tendremos dos átomos de Hidrógeno por uno de Oxígeno, y éstos a su
vez están compuestos por electrones, protones y neutrones
Molécula:
Es la parte más pequeña en que puede dividirse la materia y seguir conservando
sus características de compuesto. Por ejemplo una molécula de H2O.
Átomo:

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Es la parte más pequeña en la cual un elemento puede ser reducido y ser
clasificado aún. Por ejemplo un átomo de Hidrógeno, un átomo de Oxígeno, un
átomo de Cloro, etc., El átomo es similar a nuestro sistema solar, en el cual el
Sol es el núcleo y sus planetas las partículas que giran alrededor del núcleo
En el núcleo del átomo se encuentran:
•
Los protones con carga eléctrica positiva
•
Los neutrones que como su nombre insinúa, no tienen carga eléctrica o
son neutros.
El la periferia se encuentran:
•
Los electrones con carga eléctrica negativa.
El físico danés Niels Bohr, creo el modelo (después llamado
modelo de Bohr) donde se nuestra la estructura del átomo.
El número de protones es igual al número de electrones
Hay algunos electrones que se encuentran en las órbitas más
alejadas del núcleo, por lo que podrían liberarse fácilmente. Estos electrones
son los llamados electrones de valencia

Electrón

Electrones

N?
leo

+
+ +
Orbita

Protones
Neutrones

Ejemplo:
El átomo de cobre tiene 29 protones y 29 electrones. De estos 29 electrones, 28
viajan en órbitas cercanas al núcleo y 1 viaja en una órbita lejana. A este
electrón se le llama: electrón libre. (Electrón de valencia)
Propiedades del átomo:
1) Los protones que poseen carga eléctrica positiva de igual magnitud que la del
electrón, son aproximadamente 1800 veces más pesado.
2) Un átomo normal, el número de electrones que giran alrededor del núcleo, es
igual al número de protones, y por ello se dice que un átomo es
eléctricamente neutro.
3) Debido al movimiento de rotación de los electrones alrededor del núcleo a,
actúa sobre él una fuerza centrífuga que trata de alejarlos del núcleo. Esta
fuerza se equilibra con la fuerza de atracción del núcleo lo que mantiene al
electrón en una órbita estable..
4) Todo lo que nos rodea, es decir, todos los materiales que forman nuestro
mundo diario, están formados por aproximadamente 100 sustancias básicas o
elementos.

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6

Ejemplo:
H , Ca , N , O , K , Cl , Cu, Na, etc
O bien una combinación de dos o más elementos básicos
Ejemplo:
Agua, Sal, Acero, Bronce, etc.
5) Cada elemento básico posee una cantidad diferente de electrones girando
alrededor del núcleo, en diferentes órbitas que se designan con las letras:

6



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El átomo

PRO
POSE
ELÉ
POS

NEUT
POSEEN
ELÉCT
N

NUCLEO

K

8 Protones
(+)

L

M

N

O

P

8 Neutrones

Q

ELECTRONES: POSEEN
CARGA ELECTRICA
NEGATIVA (-), GIRAN
ALREDEDOR DEL NUCLEO

8 Electrones (-)

Nucleus

Anillos
Orbitales
(K, L, M, N?
)

K
L
햠 omo de Oxigeno

Para comprender cómo funcionan los diodos, transistores y los
circuitos integrados es necesario estudiar los materiales semiconductores:
componentes que no se comportan ni como conductores ni como aislantes. Los
semiconductores poseen algunos electrones libres, pero lo que les confiere un
carácter especial es la presencia de huecos.
CONDUCTORES
El cobre es un buen conductor si se observa su estructura atómica.
El núcleo o centro del átomo contiene 29 protones (cargas positivas). Cuando un

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8

átomo de cobre tiene una carga neutra, 29 electrones (cargas negativas) se
disponen alrededor del núcleo. Los electrones viajan en distintas órbitas
quedando sólo un electrón en el orbital exterior.
Orbitales estables:
El núcleo atómico atrae a los electrones orbitales, estos no caen
hacia el núcleo debido a la fuerza centrífuga (hacia fuera) creada por su
movimiento orbital. Cuando un electrón se haya en un orbital estable, la fuerza
centrífuga equilibra exactamente la atracción eléctrica ejercida por el núcleo. Los
electrones de un orbital más alejado se mueven a una velocidad menor,
produciendo menos fuerza centrífuga. El electrón más externo viaja muy
lentamente y casi no se siente atraído hacia el núcleo.
La parte interna:
En electrónica, lo único que importa es el orbital exterior, el cual
también se denomina orbital de valencia. Éste es el que determina las
propiedades eléctricas del átomo. Por lo anterior, se define la parte interna del
átomo como el núcleo más todos los órbitales internos. Para un átomo de cobre,
la parte interna es el núcleo (+29) y los tres primeros orbitales (+28).
La parte interna del átomo de cobre tiene una carga resultante de
+1, porque tiene 29 protones y 28 electrones internos. El electrón de valencia se
encuentra en un orbital exterior alrededor de la parte interna y tiene una carga
resultante de +1. A causa de ello, la atracción que sufre el electrón de valencia
es muy pequeña.
Electrón libre:
El electrón de valencia al ser atraído muy débilmente por la parte
interna del átomo, una fuerza externa puede arrancar fácilmente ese electrón
con una muy pequeña tensión, al que se le conoce como electrón libre, por eso
el cobre es un buen conductor. Los mejores conductores son la plata, el cobre y
el oro
Cuando el electrón de valencia se va, la carga resultante del átomo
es +1. Si un átomo neutro pierde un electrón se convierte en un átomo cargado
positivamente que recibe el nombre de ión positivo.
Cuando un electrón exterior entra dentro del orbital de valencia, la
carga resultante del átomo es -1. Si un átomo tiene un electrón extra en el
orbital de valencia llamamos al átomo cargado negativamente ión negativo.

Eléctricamente
Neutro

Ion Positivo

Ion negativo

8



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AISLANTES:
Los átomos que tengan 5, 6 ó 7 electrones en la órbita periférica, tienen la
tendencia de completar esta órbita a ocho electrones. Estos átomos se vuelven
“iones negativos” pues, eléctricamente se vuelven negativos. Este es el caso
de los Aislantes (Azufre, Cloro, etc.)

SEMICONDUCTORES:
Los mejores conductores tienen un electrón de valencia, mientras los mejores
aislantes poseen ocho electrones de valencia. Un semiconductor posee
propiedades eléctricas entre las de un conductor y un aislante, por lo tanto, los
mejores semiconductores tienen cuatro electrones de valencia.
Los semiconductores más conocidos son el germanio y el silicio,
ambos tienen 4 electrones de valencia. El germanio fue el primero en utilizarse
siendo luego reemplazado por el silicio pues el primero presentaba demasiada
corriente inversa.

Un átomo de silicio tiene 14 protones y 14 electrones y su
distribución, observada en la figura, muestra una carga resultante de +4 porque
contiene 14 protones en el núcleo y 10 electrones en los dos primeros orbitales.
Los 4 electrones de valencia nos indican que es un semiconductor.
RESUMEN:

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COVALENCIA O ENLACE COVALENTE.
Es
cuando
dos
átomos
comparten
sus
cuatro
electrones,
comportándose como si tuvieran 8, por ejemplo el silicio o el germanio,
contaminados con impurezas del grupo III o grupo V de la tabla
periodica.
Elementos del grupo III: boro, aluminio, galio, Tántalo.
Elementos del grupo V: indio, fosforo, arsénico, antimonio, bismuto.

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BANDAS DE ENERGÍA
Acá podemos destacar a la
“Banda de Valencia”, que
corresponde a la zona en que los electrones se encuentran semi libre, la
“Banda de Conducción”, que corresponde a la zona donde los electrones se
encuentran con la suficiente energía para moverse libremente en una estructura
cristalina, y la “Banda Prohibida” que corresponde a la zona cerrada al paso
libre de los electrones entre las bandas de Conducción y de Valencia.

Para que los electrones de la banda de valencia puedan servir como
portadores deben pasar a la banda de conducción, ello implica entregarles una
cierta cantidad de energía, que puede tener la forma de calor, luz, radiaciones,
etc. La magnitud de dicha energía es igual a la altura de la banda prohibida. Se
mide en eV. (1 eV = 1,6 х 1019 Joules)
CRISTALES DE SILICIO
Cuando los átomos de silicio se combinan para formar un sólido, lo
hacen en una estructura ordenada llamada cristal. Cada átomo de silicio
comparte sus electrones de valencia con los átomos de silicio vecinos, de tal
manera que tiene 8 electrones en el orbital de valencia. Aunque el átomo tiene
originalmente 4 electrones de valencia.
Enlace covalente:
Cada átomo vecino comparte un electrón con el átomo central. De
esta forma el átomo central parece tener 4 electrones adicionales, sumando un
total de 8 electrones de valencia. Los electrones dejan de pertenecer a un solo
átomo, ya que cada átomo central y sus vecinos comparten electrones.

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Los pares de electrones que se observan en la figura se atraen con
fuerzas iguales y opuestas (ya que pertenecen a átomos distintos). Este
equilibrio entre fuerzas es el que mantiene unidos a los átomos de silicio.
El electrón constituye un enlace entre núcleos opuestos llamado
enlace covalente.

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Saturación de valencia:
El cristal de silicio contiene 8 electrones de valencia, esto produce
una estabilidad química que da como resultado un cuerpo compacto de material
de silicio. No se está aseguro de por qué el orbital exterior de todos los
elementos tiene una predisposición a tener 8 electrones. Cuando no existen ocho
electrones de forma natural en un elemento, este tiende a combinarse y a
compartir electrones con otros átomos para obtener 8 electrones en su orbital
exterior. Matemáticamente se puede explicar la estabilidad lograda al tener
valencia 8 pero no se sabe la razón del porqué. Se trata de una ley experimental
estableciéndose que:
Saturación de valencia: n= 8
O sea, el orbital de valencia no puede soportar más de 8
electrones. Debido a que los electrones están fuertemente ligados, un cristal de
silicio es casi un aislante perfecto a temperatura ambiente.
El hueco:
Cuando la temperatura es mayor que el cero absoluto (-273ºC), el
calor hace que los átomos en un cristal de silicio vibren. A mayor calor, más
intensas serán las vibraciones mecánicas de dichos átomos. Si se toca un objeto,
el calor que transmite proviene de la vibración de sus átomos. Estas vibraciones
pueden hacer que se desligue un electrón del orbital de valencia. Cuando esto
sucede, el electrón liberado gana energía para situarse en un orbital de nivel
energético mayor, pasando a ser un electrón libre.

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Pero la salida del electrón deja un vacío, que se denomina hueco,
en el orbital de valencia, y se comporta como una carga positiva por la pérdida
de ese electrón (ión positivo).
En un cristal se crean igual número de electrones libres que de
huecos debido al calor. Los electrones libres se mueven en forma aleatoria
dentro del cristal. En ocasiones un electrón libre se aproximará a un hueco, será
atraído y caerá hacia él. Esta unión entre un electrón libre y un hueco se llama
recombinación.
El tiempo que transcurre entre la creación y la desaparición de un
electrón libre recibe el nombre de tiempo de vida que varía de unos cuantos
nanosegundos a varios microsegundos dependiendo por ejemplo de la
perfección del cristal.
En todo instante lo que está sucediendo dentro de un cristal de
silicio es:
• Se están creando electrones libres y huecos por acción del calor
• Otros electrones libres y huecos se están recombinando
• Algunos electrones libres y huecos existen temporalmente esperando
una recombinación.
SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS (PURO)
Es un semiconductor puro de silicio si cada átomo del cristal es un
átomo de silicio. A temperatura ambiente, un cristal de silicio se comporta casi
como un aislante ya que producto del calor tiene solo unos pocos electrones
libres y sus huecos correspondientes producidos por la energía térmica de dicho
cristal.
Flujo de electrones libres:
En la figura se observa
parte de un cristal de silicio situado
entre dos placas metálicas cargadas.
Supóngase que la energía térmica ha
producido un electrón libre y un
hueco. El electrón libre se halla en un
orbital de mayor energía en el
extremo derecho del cristal. Debido a
que el electrón está cerca de la placa
cargada negativamente, es repelido
por esta, de forma que se desplaza
hacia la izquierda de un átomo a otro
hasta que alcanza la placa positiva.
El hueco de la izquierda atrae al electrón de valencia del punto A, lo
que provoca que dicho electrón se desplace hacia el hueco creando un nuevo
hueco en este punto. El efecto es el mismo que si el hueco original se desplazara
hacia la derecha. El nuevo hueco del punto A puede atraer y capturar otro
electrón de valencia. De esta forma, los electrones de valencia pueden moverse
en la trayectoria indicada por las flechas y el hueco, en sentido opuesto
actuando de la misma forma que una carga positiva.
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_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

+

+ +

+

+

+

+

+

+

15

+

15



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En la figura anterior la tensión aplicada forzará a los electrones
libres a circular hacia la izquierda y a los huecos hacia la derecha. Cuando los
electrones libres llegan al extremo izquierdo del cristal entran al conductor
externo y circulan hacia el terminal positivo de la batería.
Por otro lado, los electrones libres en el terminal negativo de la
batería circularán hacia el extremo derecho del cristal, en ese punto, entran en
el cristal y se recombinan con los huecos que llegan al extremo derecho del
mismo. Así se produce un flujo estable de electrones libres y huecos dentro del
semiconductor. (no hay flujo por fuera del semiconductor).
Los electrones libres y los huecos reciben a menudo la
denominación de portadores debido a que transportan la carga eléctrica de un
lugar a otro.
DOPAJE DE UN SEMICONDUCTOR (SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO)
El dopaje supone que, deliberadamente se añaden átomos de
impurezas a un cristal intrínseco para modificar su conductividad eléctrica.
El proceso de dopaje consiste en fundir un cristal puro de silicio
para romper los enlaces covalentes y cambiar de estado sólido a líquido.
Aumento en el número de electrones libres:
Con el fin de aumentar el número de electrones libres se añaden
átomos pentavalentes al silicio fundido. (Arsénico, antimonio, fósforo). Como
estos materiales donarán un electrón extra al cristal se les conoce como
impurezas donadoras.
Al enfriarse el cristal y
volver a su estructura cristalina,
Si
queda en el centro el átomo
Electrón pentavalente rodeado por 4 átomos
de silicio. Como antes, los átomos
vecinos comparten un electrón con
el átomo central, pero en este caso
queda un electrón adicional al poder
A
Si
Si
solo 8 electrones situarse en el
s
orbital de valencia. El electrón
adicional queda en un orbital mayor
y es un electrón libre.
Cada átomo pentavalente
produce
un
electrón
libre
Si
controlando así la conductividad de
un semiconductor dopado. Uno
dopado ligeramente tiene una alta
resistencia y uno fuertemente
dopado
tiene
una
resistencia
pequeña.
Cuando el silicio ha sido dopado con una impureza pentavalente se
llama semiconductor tipo n. Como los electrones superan a los huecos reciben

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el nombre de portadores mayoritarios, mientras que a los huecos se les
denomina portadores minoritarios.

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Aumento del número de huecos:
Para lograrlo se utilizan impurezas trivalentes, es decir átomos con
3 electrones de valencia (Aluminio, Boro, Galio). El átomo trivalente en el centro
queda rodeado de 4 átomos de silicio, cada uno compartiendo uno de sus
electrones de valencia. Como el átomo trivalente tenía al principio solo 3
electrones de valencia, quedan solo 7 electrones en el orbital de valencia. Esto
significa que aparece un hueco en el orbital de valencia de cada átomo
trivalente, por lo que recibe el nombre de átomo aceptor porque cada uno de los
huecos con que contribuye puede aceptar un electrón libre durante la
recombinación.
Si

Si

Al

Si

Si

hueco

El silicio que ha sido dopado con impurezas trivalentes se llama
semiconductor tipo p. Como el número de huecos supera al número de
electrones libres, los huecos son los portadores mayoritarios y los electrones
libres son los minoritarios.

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Para que un fabricante pueda dopar un semiconductor debe producirlo
inicialmente como un cristal absolutamente puro. Controlando
posteriormente la cantidad de impurezas, se puede determinar con precisión
las propiedades del semiconductor.
Que sea un semiconductor tipo p o tipo n, no significa que sea
positivo o negativo, pues ambos se realizan de la unión de elementos
originalmente neutros. Por ejemplo un semiconductor tipo N se realiza con la
unión del silicio (posee 14 protones y 14 electrones) con, por ejemplo el
arsénico (33 protones y 33 electrones). Si se suman la cantidad de electrones
y protones del semiconductor sigue siendo eléctricamente neutro
EL DIODO NO POLARIZADO
Un Cristal semiconductor (tipo p ó n) tiene la misma utilidad que
una resistencia de carbón, pero no ocurre lo mismo se dopa un cristal de tal
manera que una mitad sea tipo n y la otra tipo p.
La frontera entre ambos se le conoce como unión pn y a propiciado
inventos como por ejemplo diodos, transistores y circuitos integrados.
El semiconductor tipo p se representa como se aprecia en el lado
izquierdo de la figura siguiente. Cada signo (-) encerrado en un círculo
representa un átomo trivalente y cada signo (+) es un hueco en su orbital de
valencia.
Lo contrario ocurre al lado derecho donde se representa un
semiconductor tipo n.
La unión es la frontera donde se juntan las regiones tipo n y tipo p,
por lo que se le llama también diodo de unión.
Zona de deplexión:

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Al unirse un semiconductor tipo n con uno tipo p, se produce un
éxodo de electrones del lado n hacia el lado p por la repulsión de cargas iguales.
Poco después de entrar a la región p el electrón libre cae en un hueco. Cuando
eso sucede el hueco desaparece y el electrón libre se convierte en un electrón
de valencia creándose en esa difusión un par de iones, un ión positivo en el lado
n (abandonó un electrón), y un ión negativo en el lado p (aceptó un electrón).

iones

Zona de deplexión

En la figura el signo (+) encerrado en un circulo indica un ión
positivo, y el signo (–) encerrado en un circulo, un ión negativo. Los iones se
encuentran fijos en la estructura del cristal debido a los enlaces covalentes y no
pueden moverse de un lado a otro como los electrones libres y los huecos.
Cada pareja de iones positivos y negativos en la unión se llama
dipolo. A medida que aumenta el número de dipolos, la región cercana a la
unión se vacía de portadores y a esa zona se le conoce como zona de
deplexión.
BARRERA DE POTENCIAL
Cada dipolo posee un campo eléctrico entre los iones positivos y
negativos que lo forman; por lo tanto, si entran electrones adicionales en la zona
de deplexión, son rechazados hacia la zona n. La intensidad del campo eléctrico
aumenta con cada electrón que cruza hasta que se alcanza el equilibrio.
El campo eléctrico entre los iones es equivalente a una diferencia
de potencial llamada barrera de potencial. A 25ºC la barrera de potencial es
aproximadamente 0,3 V para diodos de germanio y 0,7 V para diodos de silicio.
POLARIZACIÓN DIRECTA
Consiste en conectar el terminal negativo de una fuente de
corriente continua al material tipo n, y el terminal positivo al material tipo p.

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La batería empuja los electrones libres y los huecos hacia la unión.
Si la tensión de la batería es menor que la barrera de potencial, los electrones no
tienen suficiente energía para atravesar la barrera de potencial, por lo tanto, no
circula corriente a través del diodo.
Cuando la fuente de tensión continua es mayor que la barrera de
potencial, los electrones libres tienen suficiente energía para pasar a través de la
zona de deplexión y recombinarse con los huecos. Para hacerse una idea básica,
imaginemos todos los huecos en la zona p moviéndose hacia la derecha y todos
los electrones libres desplazándose hacia la izquierda. En algún lugar cercana a
la unión estas cargas opuestas se recombinan. Como los electrones libres entran
continuamente por el extremo derecho del diodo y continuamente se crean
huecos en el extremo izquierdo, existe una corriente continua a través del diodo.
En resumen, un diodo polarizado en forma directa permite el paso
de la corriente eléctrica.
POLARIZACIÓN INVERSA
El terminal negativo de la batería se encuentra conectado al lado p,
y el terminal positivo de la batería al lado n.
El terminal negativo de la batería trae los huecos y el terminal
positivo, los electrones libres; por ello, los huecos y electrones libres se alejan de
la unión, como resultado la zona de deplexión se ensancha. Los iones recién
creados hacen que aumente la diferencia de potencial a través de la zona de
deplexión. La zona de deplexión deja de aumentar en el momento en que su
diferencia de potencial es igual a la tensión inversa aplicada.

Corriente de portadores minoritarios:
¿Existe corriente después de haberse estabilizado la zona de
deplexión? Sí. Incluso con polarización inversa hay una pequeña corriente.
Recuerde que la energía térmica crea continuamente pares de electrones libres

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y huecos, lo que significa que a ambos lados de la unión existen pequeñas
concentraciones de portadores minoritarios. La mayor parte de estos se
recombinan con los portadores mayoritarios, pero los que se hayan dentro de la
zona de deplexión pueden vivir lo suficiente para cruzar la unión. Cuando esto
sucede, por el circuito externo circula una pequeña corriente.
La corriente inversa originada por los portadores minoritarios
producidos térmicamente se llama corriente inversa de saturación (Is), pero
se debe observar que al aumentar la tensión inversa no hará que crezca el
número de portadores minoritarios creados térmicamente.
Corriente superficial de fugas:
Es una pequeña corriente que circula por la superficie del cristal
causada por impurezas en su superficie e imperfecciones en su estructura
interna.
La corriente inversa en un diodo de silicio es aproximadamente
cero

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RUPTURA:
Los diodos admiten unos valores máximos en las tensiones que se
les aplican. Por lo tanto, existe un límite para la tensión máxima en inversa con
la que se puede polarizar un diodo sin correr el riesgo de destruirlo.
Si se aumenta continuamente la tensión inversa, llegará un
momento en que se alcance la tensión de ruptura del diodo (generalmente 50V).
Ésta se muestra en la hoja de características del diodo en particular.
Una vez alcanzada la tensión de ruptura, una gran cantidad de
portadores minoritarios aparece repentinamente en la zona de deplexión y el
diodo conduce descontroladamente por un efecto llamado avalancha que
aparece con tensiones inversas elevadas. Cuando la tensión inversa aumenta
obliga a los portadores minoritarios a moverse más rápidamente, chocando
contra los átomos del cristal. Si adquieren la energía suficiente , pueden golpear
a los electrones de valencia y liberarlos, es decir, produce electrones libres.
Estos dos electrones libres liberan, a su vez, a otros dos de valencia, y así
sucesivamente, de forma que el proceso continúa hasta que la corriente inversa
es muy grande.
La tensión de ruptura de un diodo
depende del nivel de dopaje del mismo. Con los diodos
rectificadores (el tipo más común), la tensión de
ruptura suele ser de 50 V.

LA BARRERA DE POTENCIAL Y LA TEMPERATURA:
La temperatura de unión es la temperatura dentro del diodo,
exactamente en la unión pn. La temperatura es diferente. Cuando el diodo está
conduciendo, la temperatura de la unión es mas alta que la temperatura
ambiente a causa del calor creado en la recombinación.
La barrera de potencial depende de la temperatura en la unión. Un
incremento en la temperatura de la unión crea más electrones libres y huecos en
las regiones dopadas, lo que significa que la barrera de potencial disminuye al
aumentar la temperatura de la unión.
La barrera de potencial de un diodo de silicio decrece 2 mV por
cada incremento de 1 ºC..

∆V
mV
= −2
∆T
ºC

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Así se puede calcular la barrera de potencial a cualquier
temperatura de la unión.

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NIVELES DE ENERGÍA:
Como el electrón es atraído por el núcleo, se requiere energía
adicional para llevarlo a un orbital mayor. Cuando un electrón salta del primero
al segundo orbital, gana energía potencial con respecto al núcleo. Algunos de los
agentes externos que pueden hacer saltar a un electrón a un nivel de energía
mayor, son el calor, la luz y la tensión eléctrica.
Después de que un electrón ha saltado a un orbital mayor, puede
regresar a su nivel de energía inicial. Si lo hace devolverá la energía sobrante en
forma de luz, calor u otro tipo de radiación.
El diodo LED es un ejemplo de ello (diodo emisor de luz).
Dependiendo del material de construcción del diodo, la luz es roja, verde,
naranja o azul. Algunos diodos LED producen radiación infrarroja (invisible) que
es útil en sistemas de alarma antirrobo.
DIODOS:
Una resistencia ordinaria es un dispositivo
lineal, porque la gráfica de su corriente en función de su
tensión es una línea recta. Un diodo es un dispositivo
no lineal porque la gráfica de la corriente en función de
la tensión no es una línea recta.
En la simbología del diodo común, el lado p se llama ánodo y el
lado n es el cátodo, y la flecha va de ánodo a cátodo.
Los diodos de unión
pn
y
los
zener
tienen
características constructivas que
los diferencian de otros. Su
tamaño, en muchos casos, no
supera el de una resistencia de
carbón de ¼ W y aunque su cuerpo
es cilíndrico, es de menor longitud
y diámetro que las resistencias.
Aunque existe gran variedad de
tipos, sólo algunos especiales
difieren de su aspecto.
No ocurre lo mismo con el tamaño, pues es función de la potencia
que pueden disipar. Es característico encontrarse un anillo en el cuerpo que nos
indica el cátodo. Para aquellos cuyo tipo concreto viene señalado por una serie
de letras y números, el cátodo es marcado mediante un anillo en el cuerpo,
próximo a este terminal. Otros usan códigos de colores, y en ellos el cátodo se
corresponde con el terminal más próximo a la banda de color más gruesa.
Existen fabricantes que marcan el cátodo con la letra "K" o el ánodo con la "a".
Los diodos de punta de germanio suelen encapsularse en vidrio. En cuanto a los
diodos LED, se encuentran encapsulados en resinas de distintos colores, según
sea la longitud de onda con la que emita. El ánodo de estos diodos es más largo
que el cátodo, y usualmente la cara del encapsulamiento próxima al cátodo es
plana.

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OA Zona de baja polarización directa,
pequeña corriente.
AB Zona de Conducción (a partir de los 0,6
[V] app.)
OC Corriente inversa de saturación, a partir

El circuito de la figura puede montarse en el laboratorio y medir la
tensión en el diodo y la corriente que lo atraviesa. También se puede invertir la
polaridad de la fuente de tensión continua y medir la corriente y tensión del
diodo polarizado en forma inversa. Si se representa la corriente a través del
diodo en función de la tensión se obtendrá una gráfica parecida.
Cuando el diodo está polarizado en directa no hay una corriente
significativa hasta que la tensión en el diodo sea superior a la barrera de
potencial. Por otro lado, cuando el diodo está polarizado en inversa, casi no hay
corriente inversa hasta que la tensión del diodo alcanza la tensión de ruptura.
Entonces la avalancha produce una gran corriente inversa destruyendo el diodo.
En la polarización directa, a tensiones mayores que la umbral, la
corriente en el diodo crece rápidamente, lo que quiere decir que aumentos
pequeños de la tensión del diodo originan grandes incrementos en su corriente
pues lo único que se opone a la corriente es la resistencia de las zonas p y n las
que sumadas se les llama resistencia interna del diodo.

RB = RP + R N
El valor de la resistencia interna es función del nivel de dopado y
del tamaño de las zonas p y n. siendo normalmente menor que 1 Ω.
Máxima corriente continua con polarización directa:
Si la corriente en un diodo es demasiado grande, el calor excesivo
destruirá el diodo; por esta razón, la hoja característica que proporcionan los
fabricantes especifica la corriente máxima que un diodo puede soportar sin
peligro de acortar su vida o degradar sus propiedades. Por ejemplo un diodo
1N456 tiene una corriente máxima (Imax ) de 135 mA.
Disipación de potencia:

26



27

Se puede calcular la disipación de potencia de un diodo de la
misma forma que se hace para una resistencia. Es igual al producto de la tensión
del diodo y la corriente.

PD = VD × I D
La limitación de potencia indica cuánta potencia puede disipar un
diodo sin dañarse.

Pmax = Vmax × I max
Por ejemplo si un diodo tiene una tensión y corriente máxima de 1V
y 2A, su limitación de potencia es de 2W.
Tensión inversa de ruptura:
Un ejemplo es un diodo 1N4001, este tiene una tensión inversa de
50 V. Esto supone la destrucción del diodo, lo que debe evitar el diseñador para
cualquier condición de trabajo, por ese motivo se incluye un factor de seguridad.
No existe una regla absoluta acerca del valor que debe darse al factor seguridad,
ya que este depende de muchos elementos de diseño. Un diseño conservador
emplearía un factor de 2, lo que significa que no se permite en ninguna
circunstancia una tensión inversa superior a 25V.
CIRCUITO CON DIODOS
La mayoría de los dispositivos electrónicos, televisores, equipo
estéreo y ordenadores necesitan una tensión continua para funcionar
correctamente. Como las líneas de tensión son alternas, la primera cosa que
necesitamos es convertir la tensión alterna en tensión continua. Dentro de las
fuentes de potencia hay circuitos que permiten que la corriente fluya en un solo
sentido. Estos circuitos se llaman rectificadores.
Rectificador de ½ onda:

R = 1 [k
Ohm]

La figura muestra una fuente de corriente alterna (transformador)
que entrega una tensión sinusoidal. La mitad positiva del ciclo de la tensión de
fuente polarizará el diodo de manera directa. Esto equivaldría a un interruptor
cerrado por lo que aparecerá tensión positiva en la resistencia de carga. En la

27



28

mitad negativa del ciclo, el diodo se polariza de manera inversa comportándose
como un interruptor abierto y no hay tensión en la resistencia de carga.

28



f =

29

1
Ciclos
( H Z )(
)
T
seg

VRMS =

Vp
2

El valor del voltaje medio, es el valor
de una tensión continua que produce
el mismo efecto calorífico que una

Vm =

Vp
π

Im =

Ip
π

Ejercicio de ejemplo:
10 V RM
Se tiene una fuente alterna de 10 V (RMS) y 60 Hz S
Lo primero que hay que hacer es calcular el valor pico
de la fuente alterna

V p = 10V × 2

V p = VRMS × 2

Res istencia de carga

V p = 14,1V

La tensión pico en la carga es

V p ( out ) =V p (in )−0,7V

V p ( out ) = 14,1V − 0,7V

V p ( out ) = 13,4V

La tensión continua en la carga es:

Vdc =

Vp

π

Vdc =

13,4V
π

Vdc = 4,27V

29



Rectificador de onda completa:
El puente rectificador
es un tipo de rectificador de onda
completa. Los diodos d1 y d3
conducen en la mitad positiva del
ciclo, y d2 y d4 conducen en la
mitad negativa del ciclo. Como
resultado, la corriente circula por la
carga durante ambas mitades del
ciclo.

30

Diodo 4

Diodo 1

10 V RM S

Diodo 3

Diodo 2

Diodo 1

10 V RM S

Diodo 3

Diodo 4

10 V RM S

Diodo 2

Valor de continua o valor medio en un rectificador de onda
completa, esta señal tiene el doble de ciclos positivos, como lo visto en la
grafica, por lo tanto el valor del voltaje rectificado es (VD):
El valor de la corriente media en rectificador de onda completa es:

Vdc =

2 ×Vp
π

Im =

2 × Ip
π

A la salida de un rectificador se obtiene una tensión continua
pulsante, para mejorar esta señal y dejarla lo más cercano a una señal continua
pura, se utilizan los filtros.
Existen diferentes tipos de filtros, como son:
• Filtros capacitivos (condensadores)

30


•
•


31

Filtros inductivos (bobinas)
Filtros inductivos - capacitivos, ambos o una mezcla de ambos.

Uno de los más usados es el filtro capacitivo, que a continuación daremos
a conocer brevemente:

31



32

El filtro de condensador en la entrada:
Este filtro genera una tensión de salida continua igual al valor de
pico de la tensión rectificada. Este tipo de filtros es muy usado en fuentes de
alimentación y alternadores.
La siguiente figura nos muestra la forma de conectar el
condensador:

En los filtros de onda completa el rizado de pico a pico se corta por
la mitad, como se observa en la figura. Cuando una tensión de onda completa se
aplica a un circuito RC, el condensador solo descarga la mitad del tiempo. Por lo
tanto, el rizado de pico a pico tiene la mitad de tamaño que tendría con un
rectificador de media onda, la señal con el condensador mejora notablemente. El
funcionamiento del condensador consiste en lo siguiente:
El funcionamiento del condensador consiste en lo siguiente: Este se
carga a través de la tensión continua pulsante que entrega el rectificador, una
vez que el condensador almacena un valor máximo de tensión, comienza su
descarga hasta que nuevamente la tensión continua pulsante alcance el valor
del condensador, comenzando nuevamente su carga

32



33

Se puede calcular el voltaje de rizado de pico a pico de cualquier
filtro con condensador a la entrada:

Vr =

I
fC

Donde:
•
•

•
•

Vr
I
f
C

= Tensión de rizado pico a pico (V)
= Corriente por la carga en continua (A)
= Frecuencia de rizado (Hz)
= Capacidad (F)

Como observación si se despeja en la fórmula la capacidad del condensador
para lograr un rizado igual a cero, se darán cuenta que el resultado es
infinito, por lo tanto no existe el condensador que nos permita una corriente
rectificada continua perfecta
El diodo además de rectificar, se puede utilizar como elemento de
protección, como por ejemplo asegurar el paso de corriente en un solo sentido.

El diodo además puede proteger de errores de polaridad.
OTROS TIPOS DE DIODOS:
Diodo Zener:
El diodo Zener es un tipo de diodo
diseñado
especialmente
para
conducir
satisfactoriamente el flujo de corriente en sentido
inverso. La principal característica de este tipo de
diodo, es que se le inyectan más impurezas de lo
normal durante su fabricación, con lo cual se obtiene un
gran número de hoyos (huecos) y electrones, lo que
permite al diodo Zener conducir corriente en sentido
inverso sin sufrir daño, si se usa en un circuito de
diseño adecuado.

33



34

La única característica de operación del diodo Zener es que no
conducirá la corriente en dirección inversa por debajo de cierto valor
predeterminado de voltaje inverso. Como por ejemplo, en un diodo Zener no
puede circular corriente si el voltaje de polarización inverso es bajo 6 [V], pero
cuando este voltaje llega a ser 6 [V] o más, el diodo conducirá repentinamente
corriente en sentido inverso.
Este tipo de diodo es utilizado en circuitos de control.

•
•
•

El diodo Zener:
Estabiliza la tensión.
Para trabajar la corriente (I) tiene que ser mayor que la corriente (Iz)
mínima.
Nunca debe pasar la Iz máxima.

El diodo Zener es un elemento estabilizador de tensión, que para
pequeños márgenes de variación de voltaje, trabaja con variaciones importantes
de corriente, para asegurar que el diodo Zener trabaje como estabilizador, debe
cumplir las siguientes condiciones:

34


•
•


35

Este diodo debe ser atravesado como mínimo por una corriente igual a Iz
mínimo (dato entregado por el fabricante).
No debe sobrepasar por ningún caso, la corriente Zener máxima (Iz máx.),
ya que puede producir daños en el componente.

35



36

Diodo LED (Emisor de luz):
Otro tipo de diodo utilizado son los diodos emisores de luz, que son
conocidos universalmente con el nombre de
“LED” , abreviatura que
corresponde a las iniciales de su nombre anglosajón (Light Emitter Diode).
Estos diodos funcionan por un complicado proceso físico, que en
definitiva, concluye con la particularidad que tienen determinados electrones de
desprender fotones cuando vuelve a su órbita de valencia.
La energía luminosa radiada
puede ser de color verde, si el
material del semiconductor ha
sido tratado con impurezas de
Galio – Fósforo.
Por otro lado, puede ser de
color rojo si el tratamiento se
ha llevado a cabo por medio
de Galio – Arsénico.
También existen de color
amarillo.
Por lo tanto hay varios tipos
básicos diferentes de LEDs,
cado uno de color indicado
según su construcción.

Estos diodos consiguen una luz
bastante viva, con la muy
importante particularidad de utilizar
una mínima cantidad de corriente
(pues solo gastan unas decenas de
miliamperios por hora) por lo que
resultan ideales en los circuitos de
control de luces testigos.

•
•
•
•
•
•

Aplicaciones:
Indicador posicionado de luces (color verde)
Testigo de funcionamiento del alternador (color rojo)
Indicador de funcionamiento de las bujías incandescentes (color amarillo)
Testigo de funcionamiento de las luces altas de carretera
Instrumentos de control
Etc.

36



37

37



38

Ejemplo: Determine el valor de la resistencia “R” del circuito que
se muestra a continuación.

R=

V Vf − VLED 12− 18
,
=
=
= 0,56kΩ]
[
I
ILED
18 10 3
× −

Los Fotodiodos:
El fotodiodo funciona de una manera inversa a lo que se ha visto en
los diodos emisores de luz. Se trata de un diodo semiconductor, en el cual la
corriente inversa varía con la iluminación que incide sobre su unión N – P.
Estos diodos trabajan al recibir una
radiación luminosa y se deben
polarizar en forma inversa.
Se pueden utilizar en medir la
velocidad angular de un motor, en
sistemas de encendido
transistorizado (reemplazando al
platino).
TRANSISTORES:
El transistor es un dispositivo electrónico utilizado para controlar el
flujo de corriente. En ésta sección la operación del transistor es descrita por
observación de las condiciones bajo las cuales el flujo de corriente NO permite el
paso de corriente.(transferencia de corriente a través de un resistor)

38



39

En la sección anterior se estudiaron los
conceptos fundamentales y la
construcción de los diodos.
Además se estudió que los diodos están
formados por una unión N – P. Cuando
se forma una segunda sección de
material TIPO P con la unión N – P, se
forma un “Transistor”.
El material “P” en el lado izquierdo es llamado “emisor”, el material
tipo “N” en el centro es la “base” y el material tipo “P” en el lado derecho es
llamado “colector”. Este arreglo es conocido como un transistor “PNP”
También es posible formar un transistor “NPN” usando dos áreas
de material “N” y una de material “P”. El transistor NPN es el tipo más
utilizado.

El emisor es la línea con la flecha, la línea gruesa es la base y la
línea sin flecha es el colector. Note que la flecha va en la dirección de la teoría
convencional del flujo de corriente de positivo a negativo en el circuito externo.
El transistor es de estructura simple, pero debe cumplir con ciertos
requisitos de “Dopado” y dimensiones especiales, que hacen que el dispositivo
no se comporte como dos diodos.

Modo de Funcionamiento:
Unión Base –
Emisor

Unión Base –
Colector

Modos de Funcionmaiento

Directa

Directa

Saturación
On

Interruptor

Inversa

Inversa

Corte

Interruptor

39



40

Off
Directa

•

Inversa

Activa

En saturación: Cuando el transistor conduce el máximo de Ic que puede
tolerar.
Esta disposición se utiliza cuando queremos el transistor
funcionando como interruptor

40



41

•

Transistor en corte: En serie con la base se conecta una resistencia de
polarización Rb. Si el diodo emisor – base está polarizado en inversa no
puede circular corriente alguna.

•

En activa: Al polarizar directamente el diodo emisor – base, circula una
pequeña corriente que depende del valor de Rb, la que hace que se
establezca otra mucho mayor entre el emisor y el colector (Ic)
proporcional a la corriente de base. De esta forma tenemos una corriente
en el circuito emisor – colector elevada que se puede controlar mediante
otra mucho menor, el transistor funciona como un amplificador de
corriente.

Configuraciones de un transistor como Amplificador
Estas dependen del terminal que se elija común a la entrada y a la
salida.

Donde:

Vi = Voltaje de entrada

41



42

Vo = Voltaje de salida

MA0112-41

42



43

Funciones principales de un transistor:
En lo que respecta al automóvil se destaca la importancia del
transistor en la utilización como Relé y amplificador.

a) Como Relé: Para que funcione de esta forma basta solo conseguir dar
órdenes a la base del transistor, a través de una débil polarización, para
conseguir el paso de una gran corriente entre emisor – colector. La gran
ventaje en este caso, con respecto a un Relé mecánico, es que el transistor
no posee contactos ni resortes o mecanismos que se deterioren con el tiempo
y la temperatura y que fácilmente pierden sus cualidades iniciales.
Basado en este principio, el transistor tiene un amplio campo de
aplicación en el automóvil y un ejemplo de ello es el sistema de encendido,
como se muestra en la figura

La corriente principal proviene de la batería, chapa de contacto y
emisor (E) del transistor. i los contactos del ruptor se encuentran abiertos,
interrumpiendo el paso de corriente de base (B), de modo que el transistor
queda bloqueado. Cuando los contactos del ruptor se unen polarizando a
masa (corriente negativa) la base (B) del transistor, entonces éste se vuelve
conductor, dando paso a la corriente de emisor (E) a colector (C), hasta el
arrollamiento primario de la bobina de encendido. Este se alimenta y cuando
se produce una nueva separación de los contactos del ruptor, el transistor se
bloquea y se induce una corriente de alta tensión en el arrollamiento
secundario (no se muestra en la figura) de la bobina de encendido, lo que
produce el salto de la chispa en la bujía.
En el caso de la figura, se observa que el transistor trabaja como un
Relé, porque una pequeña corriente de base (B) permite el paso de una gran
corriente entre emisor (E) y colector (C).

43



44

El transistor permanece bloqueado hasta que se polarice la base
del mismo y circule una pequeña corriente de base, la cual controla el
transistor y lo vuelve conductor “encendiendo la ampolleta”.

b) Como Amplificador: Estos se utilizan cuando se trata de recibir
señales procedentes de sensores o captadores, los cuales trabajan
con señales muy bajas.
Para que estas señales puedan ser
incorporadas a dispositivos electrónicos, tales como: módulos de
encendido, unidad de control electrónica de inyección u otro
microprocesador, deben amplificar las señales.
En resumen un amplificador es un dispositivo por medio del
cual una débil corriente producida por una fuente, hace provocar
una fuerte corriente en la salida.
En la fig se muestra un ejemplo simplificado de cómo un transistor
puede realizar las funciones de un amplificador.

44



45

Canal N
Enriquecimiento
Canal P
Dispositivo de
Fuerza instalado

Canal N

(MOSFET)
Transistores de

Deflexión

Efecto de

Canal P

Campo

MESFET
Dispositivo de

TRANSISTOR

Puerta de Unión
JFET
NPN
Transistores
Bipolares
PNP

FORMA DE PROBAR UN TRANSISTOR BIPOLAR
1º) Utilizando el libro ECG
2º) Utilizando un multitester:
Por ejemplo si no se conoce nada del TRX, entonces se le asignan numeros o letras a los pines del
TRX, luego se construye una tabla de la siguiente forma;

Sonda
positiva

_

_

_

1

2

Sonda
negativa

3

+

1

_

0,172

inf

+

2

0,166

_

inf

+

3

inf

0,788

_

realizadas las mediciones ( con el tester en escala de ohms), llenar los recuadros en blanco
En este caso la base se encuentra en el pin 2 ( ya que es común para pin 1 y 3), el emisor es el pin
3, (ya que 0,788>0,172), considerando la siguiente relación Resistencia base emisor > resistencia
base colector

45



46

Transistor Darlington

46



47

En electrónica, el transistor Darlington es un dispositivo semiconductor que combina
dos transistores bipolares en un tándem (a veces llamado par Darlington) en un único dispositivo.
La configuración (originalmente realizada con dos transistores separados) fue inventada por el ingeniero
de los Laboratorios Bell Sidney Darlington. La idea de poner dos o tres transistores sobre un chip fue
patentada por él, pero no la idea de poner un número arbitrario de transistores que originaría la idea
moderna de circuito integrado.

Comportamiento
Esta configuración sirve para que el dispositivo sea capaz de proporcionar una gran ganancia de
corriente y, al poder estar todo integrado, requiere menos espacio que dos transistores normales en la
misma configuración. La ganancia total del Darlington es el producto de la ganancia de los transistores
individuales. Un dispositivo típico tiene una ganancia en corriente de 1000 o superior.
También tiene un mayor desplazamiento de fase en altas frecuencias que un único transistor, de ahí
que pueda convertirse fácilmente en inestable. La tensión base-emisor también es mayor, siendo la
suma de ambas tensiones base-emisor, y para transistores de silicio es superior a 1.2V.

•En resumen

se utilizan ampliamente en circuitos en donde es necesario controlar cargas
grandes (corrientes grandes), con corrientes muy pequeñas.
Algunos códigos de circuitos integrados con configuración Darlington son: NTE2077,
NTE2078, NTE2084, NTE2079, NTE2082, NTE2083, NTE2087 y NTE2088.
El TIP120 es un ejemplo de par Darlington, tiene un encapsulado del tipo TO220 como el de
la figura.

47



48

TIRISTORES:
Son dispositivos semiconductores que tienen tres terminales
(conectores), una corriente débil en una de sus terminales (compuerta) permite
que una corriente mucho mayor fluya a través de los otros dos conductores. La
corriente controlada está encendida o apagada; estos no amplifican señales
como los transistores, sino que actúan como interruptores de estado sólido.
Existen dos familias:

48



49

a) Rectificador controlado de Silicio (S.C.R.): Éste es similar a un transistor

bipolar con una cuarta capa, como lo muestra el dibujo siguiente
(configuración interna)

Funcionamiento de un SCR:
Si el ánodo se hace más positivo que el cátodo en un tiristor, las
uniones externas (dos) se polarizan, sin embargo la unión P-N del centro se
polariza de forma inversa y la corriente no puede fluir. Una corriente pequeña en
la compuerta polariza la unión P-N del centro permitiendo que una corriente
mucho mayor fluya a través del dispositivo.

La ampolleta solo funciona cuando el interruptor se cierra y circula
una pequeña corriente, que es limitada por esta resistencia,(R).

49



50

La gráfica siguiente nos muestra el comportamiento de un SCR,
para profundizar el funcionamiento del SCR es conveniente observar su curva
característica:

Puede conducir de - 1 [A] hasta más de 2500 [A]
De acuerdo a la gráfica y observando se ve que existe una
característica de bloqueo en el momento que pasa la corriente (polarización
directa), que viene presentado por la letra A, aquí existe un crecimiento de la
tensión directa sin que el SCR permita el paso de la corriente; pero cuando este
alcanza un punto determinado conocido con el nombre de tensión de operación
(VBo), el tiristor SCR permite el paso de la corriente representado por la letra B,
con una línea ascendente.

50



51

Cuando la corriente directa desciende su valor bajo el punto C,
llamado o conocido como corriente de mantenimiento o de retención (IH), el SCR
se bloquea y por consiguiente deja de conducir.
En el sentido inverso el SCR se comporta como un diodo normal.
La forma más efectiva para apagar un SCR es reducir la corriente
de ánodo bajo el valor de (IH) o bajar el voltaje bajo el valor (VX), la primera con
una resistencia y la segunda con una fuente variable.
A continuación se muestra un diagrama en bloque de un circuito
SCR:

51



52

Valores típicos:

2 N 4 4 4 1
Posee una corriente de mantenimiento
Una corriente de disparo de
Una tensión de bloqueo directa de
Una tensión de disparo típica de

:
:
:
:

6 mA
10 mA
50 V
0.75 V

Estos valores indican que la fuente que alimenta al SCR
tiene que ser capaz de suministrar al menos 10 mA a 0,75 V. para que
el SCR se mantenga cerrado. Con respecto a la corriente de
mantenimiento, si disminuye a menos de 6 mA el SCR se convertirá en
un circuito abierto.
La tensión de bloqueo de 50 V, nos indica que a menos de
este valor el SCR no puede cerrarse y la única forma de hacerlo sería
aplicando un pulso a la compuerta.
Aplicaciones del SCR :
Tiene variedad de aplicaciones entre ellas están las siguientes:
• Controles de relevador.
• Circuitos de retardo de tiempo.
• Fuentes de alimentación reguladas.
• Interruptores estáticos.
• Controles de motores.
• Recortadores.
• Inversores.
• Cicloconversores.
• Cargadores de baterías.
• Circuitos de protección.
• Controles de calefacctión.
• Controles de fase.
En la figura se muestra un interruptor estático es serie de medida
de media onda. Si el interruptor está cerrado, como se presenta en la figura (b),
la corriente de compuerta fluirá durante la parte positiva de la señal de entrada,
encendiendo al SCR. La resistencia R1 limita la magnitud de la corriente de
compuerta.
Cuando el SCR se enciende, el voltaje ánodo a cátodo (VF) caerá al
valor de conducción, dando como resultado una corriente de compuerta muy
reducida y muy poca pérdida en el circuito de compuerta. Para la región
negativa de la señal de entrada el SCR se apagará, debido a que el ánodo es
negativo respecto al cátodo. Se incluye al diodo D1 para prevenir una inversión
en la corriente de compuerta.
Las formas de onda para la corriente y voltaje de carga resultantes
se muestran en la figura séte (b). El resultado es una señal rectificada de media
onda a través de la carga. Si se desea conducción a menos de 180º, el
interruptor se puede cerrar en cualquier desplazamiento de fase durante la parte

52



53

positiva de la señal de entrada. El interruptor puede ser electrónico,
electromagnético, dependiendo de la aplicación.

a)

b)

En la figura anterior (a) se muestra un circuito capaz de establecer
un ángulo de conducción entre 90º y 180º. El circuito es similar al de la figura
anterior (a), con excepción de la resistencia variable y la eliminación del
interruptor. La combinación de las resistencias R y R1 limitará la corriente de
compuerta durante la parte positiva de la señal de entrada. Si R1 está en su
valor máximo, la corriente de compuerta nunca llegará a alcanzar la magnitud
de encendido. Conforme R1 disminuye desde el máximo, la corriente de
compuerta se incrementará a partir del mismo voltaje de entrada.
De esta forma se puede establecer la corriente de compuerta
requerida para el encendido en cualquier punto entre 0º y 90º, como se muestra
en la figura sgte (b). Si R1es bajo, el SCR se disparará de inmediato y resultará la
misma acción que la obtenida del circuito de la figura anterior (b), el control no
puede extenderse más allá de un desplazamiento de fase de 90º, debido a que
la entrada está a su valor máximo en este punto. Si falla para disparar a éste y a
menores valores del voltaje de entrada en la pendiente positiva de la entrada, se
debe esperar la misma respuesta para la parte de pendiente negativa de la
forma de onda de la señal. A esta operación se le menciona normalmente en
términos técnicos como control de fase de media onda por resistencia variable.
Es un método efectivo para controlar la corriente rms y, por tanto, la potencia se
dirige hacia la carga.

53


a)


54

b)

54



55

b) TRIAC ( triode alternating current): Este dispositivo es equivalente a
dos SCR conectados en paralelo en oposición como lo muestran las
siguientes figuras:

Símbolo:

Estos dispositivos trabajan de forma bilateral tanto en el semiciclo
positivo como en el semiciclo negativo y pueden controlar tanto motores como
otros dispositivos eléctricos.

55



56

Termistor

Símbolo genérico de un termistor.

Símbolo NTC.

Símbolo PTC.

Un termistor es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en la variación de
la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura. El término termistor proviene
de Thermally Sensitive Resistor. Existen dos tipos de termistor:



NTC (Negative Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura negativo



PTC (Positive Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura positivo

Son elementos PTC los que la resistencia aumenta cuando aumenta la temperatura, y elementos NTC
los que la resistencia disminuye cuando aumenta la temperatura.

56



57

57

Fundamentos de Electrónica Integrada

UNIDAD II

Unidad II
58

FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA INTEGRADA

INTRODUCCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL TIMER 555
El temporizador 555 fue introducido al mercado en el año
1971, (hace más de 30 años..), por la empresa Signetics Corporation
con el nombre: SE555 / NE555 y fue llamado “The IC Time Machine” (el
circuito integrado máquina del tiempo), que en esos momentos era el
único integrado de su tipo disponible.
Este C.I.
fue para los
experimentados y aficionados un dispositivo barato con el cual podían
hacer muchos proyectos. Este C.I. es tan versátil que se puede utilizar
para modular una señal en frecuencia modulada (F.M.).
En estos días se fabrica una versión CMOS del 555 original,
como el motorota MC1455, que es muy popular. Pero la versión original
sigue produciéndose con mejoras y algunas variaciones a sus circuitos
internos (claro está para hacerlo mejor).
El dispositivo 555 es un circuito integrado muy estable cuya
función primordial es la de producir pulsos de temporización con una
gran precisión y que, además, puede funcionar como oscilador.
Sus características más destacables son:

•
o
o

•
o
o
o
o
o

•

Temporización desde microsegundos hasta horas.
Modos de funcionamiento:
Monoestable.
Astable.
Aplicaciones:
Temporizador.
Oscilador.
Divisor de frecuencia.
Modulador de frecuencia.
Generador de señales triangulares.

Pasemos ahora a mostrar las especificaciones generales del 555
(Vc = disparo):
Especificaciones generales del 555
Vcc
Frecuencia máxima
(Astable)
Nivel de tensión Vc
(medio)
Error de frecuencia
(Astable)
Error de temporización
(Monoestable)
Máximo valor de Ra + Rb
Valor mínimo de Ra
Valor mínimo de Rb

5 – Volt

10 –
Volt

15 –
Volt

500 kHz a
2 MHz

3,3 V

6,6 V

10,0 V

~5%

~5%

~5%

~1%

~1%

~1%

3,4 Meg
5k
3k

6,2 Meg
5k
3k

Notas
Varía con el Mfg
y el diseño
Nominal

10 Meg
5k
3k

Temperatura
25 ºC
Temperatura
25 ºC

58

Reset VH / VL (pin 4)

0,4 / < 0,3

Corriente de salida (pin
3)

~200 ma

Unidad II
59
0,4 / <
0,3
~200
ma

0,4 / <
0,3
~200
ma

A continuación podemos ver la configuración de pines o patillas. Se
puede ver en la figura, que independientemente del encapsulado la numeración
de los pines es la misma (en sentido antihorario).
El 556 es un C.I. con dos temporizadores tipo 555 en una
sola unidad de 14 pines y el 558 es un C.I. con 4 temporizadores tipo
555 en una sola unidad de 14 pines.

PIN
1

2

3

4

5

Descripción y conexión de los pines del Timer 555:
Tierra o masa
Disparo: Es en este pin, donde se establece el inicio del tiempo
de retardo, si el 555 esta configurado como monostable. Este
proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo de
1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta
duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo, la salida
se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto
otra vez.
Salida: Aquí veremos el resultado de la operación del
temporizador, ya sea que este conectado como monostable, o
astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el
voltaje de aplicación (Vcc) menos 1,7 [V]. Esta salida se puede
obligar a estar en casi 0 [V] con la ayuda del pin 4 (reset).
Reset: Si se pone a un nivel por debajo de 0,7 [V], pone el pin
de salida 3 a nivel bajo. Si por algún motivo este pin no se
utiliza hay que conectarlo a Vcc para evitar que el 555 se
resetee.
Control de Voltaje: Cuando el temporizador se utiliza en el
modo de controlador de voltaje, el voltaje es este pin puede
variar casi desde Vcc. (en la práctica Vcc menos 1 [V]) hasta
casi 0 [V] (app. 2 [V]). El voltaje aplicado a este pin puede
variar entre un 45 y un 90% de Vcc en la configuración
monostable. Cuando se utiliza en la configuración astable, el
voltaje puede variar desde 1,7 [V] hasta Vcc. Si este pin no se
utiliza se recomienda instalar un condensador de 0,01 µF para
evitar las interferencias.

59


6
7
8

Unidad II
60

Umbral: Es una entrada a un comparador interno que tiene el
555 y se utiliza para poner la salida del (pin 3) a nivel bajo.
Descarga: Utilizado para descargar con efectividad el
condensador externo utilizado por el temporizador para su
funcionamiento.
V+ : También llamado Vcc, es el pin donde se conecta el voltaje de
alimentación que va desde 4,5 [V] hasta 16 [V] (máximo). Hay
versiones militares de este integrado que llegan a 18 [V].

A continuación se mostrarán los modos de funcionamiento que
posee este circuito integrado. En los esquemas se hace referencia al patillaje del
elemento, al igual que a las entradas y salidas de cada montaje.

60


Unidad II
61

FUNCIONAMIENTO MONOSTABLE DEL TIMER 555
En este caso el circuito entrega a su salida un pulso de un ancho
establecido por el diseñador (tiempo de duración). El esquema de conexión es el
mostrado en la figura sgte

Cuando la señal de disparo está a nivel alto (Ej. 5 [V] con Vcc 5 [V])
la salida se mantiene a nivel bajo (0 [V]), que es el estado de reposo.
Una vez se produce el flanco descendente de la señal de disparo y
se pasa por el valor de disparo, la salida se mantiene a nivel alto (Vcc) hasta
transcurrido el tiempo determinado por la ecuación:

T = 1.1 * Ra * C (en segundos)
Donde:

T = tiempo en [ms]
Ra = Resistencia [kΩ]
C = Capacidad del condensador [μF]

Por ejemplo: En un circuito en condición monostable, se tiene una
resistencia de 22 [kΩ] y la capacidad del condensador es de 0,068 [μF].
Determinar el tiempo de ancho de pulso, que emite el timer 555.
T = 1,1 * (22 [kΩ]) * (0,068 [μF]) = 1,65 [ms]
Es recomendable, para no tener problemas de sincronización que el
flanco de bajada de la señal de disparo sea de una pendiente elevada, pasando
lo más rápidamente posible a un nivel bajo (idealmente 0 [V]). Observe que es
necesario que la señal de disparo, sea de nivel bajo y de muy corta duración en
el pin 2 del C.I. para iniciar la señal de salida.
NOTA: en el modo monoestable, el disparo debería ser puesto
nuevamente a nivel alto antes que termine la temporización.
61


Unidad II
62

OPERACION DEL TIMER 555 COMO MONOESTABLE

Funcionamiento:
• Cuando la señal que pasa por trigger baja de 1/3 Vcc, el condensador
comienza su proceso de carga puesto que el transistor interno esta con su
base desenergizada. Salida alta.
• El condensador esta conectado al pin 6 (umbral) y cuando este alcanza
un valor de 2/3 Vcc, internamente se activa el comparador B, se descarga
el condensador y la salida del timer es cero.
• El tiempo en que la salida es alta depende del tiempo de carga del
condensador.
T = 1,1×R×C
FUNCIONAMIENTO ASTABLE DEL TIMER 555
Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma
de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido por el diseñador
del circuito. La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo T1 y en un nivel
bajo un tiempo T2. Los tiempos de duración dependen de los valores de Ra y Rb.
La figura siguiente muestra el esquema y comportamiento gráfico
del timer 555 en función Astable o Biestable.

62


Unidad II
63

En este modo se genera una señal cuadrada oscilante de
frecuencia:
f = 1/T = 1.44 / [C*(Ra+2*Rb)]
La señal cuadrada tendrá como valor alto Vcc (aproximadamente) y
como valor bajo 0 [V].
Si se desea ajustar el tiempo que está a nivel alto y bajo se deben
aplicar las fórmulas:
•
•

Salida a nivel alto: T1 = 0.693*(Ra+Rb)*C
Salida a nivel bajo:
T2 = 0.693*Rb*C

La salida es una onda rectangular, como la constante de tiempo de
carga es mayor que la de descarga, la salida no es simétrica.
Operación del timer 555 como astable (biestable):
• Posee 2 estados de estabilidad.
• El objetivo es determinar los tiempos de cada estado de estabilidad en
función de la carga y descarga de un condensador.
• El ejemplo de un 555 como astable es el funcionamiento de un reloj.

63


•
•
•
•

•

•
•

Unidad II
64

El funcionamiento interno del integrado sigue siendo el mismo, lo que
cambia son las conexiones externas.
La conexión de trigger y umbral están unidas y dependen solo del voltaje
y del condensador.
Cuando el condensador se esta cargando y llega a un voltaje 2/3 Vcc, la
salida del integrado se hace cero, la base del transistor interno se
energiza y el condensador se descarga a través de RB por el pin 7.
Una vez que el voltaje del condensador llegue a 1/3 Vcc, se activa el
comparador A pues la señal de trigger baja de 1/3 Vcc. La base del
transistor se desenergiza por lo que el condensador ahora comienza a
cargarse pero a través de las resistencias RA y RB.
En este caso la salida del integrado es Vcc.

El NE555 se alimenta con tensiones que van desde los 4.5 a los 18
voltios, aunque existen versiones no muy fáciles de conseguir que se
alimentan con solo 2 voltios.
Si la tensión de alimentación se fija en 5.0 voltios, sus señales de salida son
compatibles con la lógica de familia TTL.

64


Unidad II
65

65


Unidad II
66

CONDENSADORES
Un condensador está constituido por dos o más placas, las cuales
están separadas entre si por un material dieléctrico (aislante). Cuando se aplica
un voltaje a través de las placas del condensador, la corriente fluye de una placa
66


Unidad II
67

hacia la otra, pasando a través de la fuente de voltaje. En términos ideales, no
existe un flujo de corriente a través del dieléctrico, que separa las placas del
condensador.
La carga, en el condensador, se almacena en el campo eléctrico
que establecen las placas cargadas opuestamente. Si el voltaje aplicado es de
corriente continua DC, el condensador se carga con el valor del voltaje aplicado.
Si el voltaje aplicado es de corriente alterna AC, el condensador sigue
esencialmente los cambios de polaridad del voltaje aplicado, cargándose y
descargándose alternativamente en direcciones opuestas, cada medio ciclo
(semiciclo), con ello se establece efectivamente el flujo de corriente alterna.
Función y Clasificación:
Los condensadores son dispositivos que tienen la propiedad de
almacenar energía eléctrica, siendo de vital importancia en los circuitos
electrónicos.
La energía eléctrica almacenada por el condensador, es retenida en
el material dieléctrico. Los materiales dieléctricos, normalmente utilizados, son:
aire, papel encerado, materiales plásticos, mica y materiales cerámicos.
Para el almacenamiento de la carga, las moléculas dieléctricas,
pueden ser consideradas en forma equivalente al electroestático de barras
imantadas, pero teniendo polos eléctricos positivo y negativo. Cuando el
condensador esta descargado, los polos de las moléculas se anulan unos con
otros, de manera tal que no existe energía almacenada. Cuando se aplica un
voltaje estable, entre las placas del condensador, la fuerza eléctrica actúa sobre
las moléculas, alineándose con el campo eléctrico, apuntando en la misma
dirección de éste. En este instante, la placa que esta conectada al polo positivo
de la fuente, tiene deficiencia de electrones, mientras que la placa que esta
conectada al polo negativo, se encuentra con un exceso de éstos. Cuando se
desconecta la fuente, las moléculas del dieléctrico permanecen en un estado
tensión y, esta energía es almacenada dentro del condensador.
Después de haber desconectado la fuente de alimentación del
condensador, puede medirse una diferencia de potencial entre los terminales de
éste. Dicho diferencial, se mantiene constante por un determinado período de
tiempo, el cual puede variar entre unos minutos y varios días. La permanencia
de la diferencial de potencial depende de la resistencia de fuga del dieléctrico.
Los condensadores que poseen un valor capacitivo elevado, deben
ser descargados al momento de manipular, de otro modo el usuario se expone a
sufrir una descarga eléctrica.
Además, en el caso de reemplazar un
condensador, se debe tener en cuenta la capacidad de éste, ya que si funciona
fuera de su régimen, existe el riesgo de que estalle, debido a la posibilidad de
generación de gas en su interior.
En el caso de condensadores, la propiedad de almacenar carga
eléctrica se conoce como capacidad “C”. La unidad que permite cuantificar la
capacidad de un condensador es el Faradio (F).
El Faradio es una unidad de capacidad muy grande y, en la
práctica, se utilizan submúltiplos, tales como: microfaradio [μF], nanofaradio
[ηF] y picofaradio [ρF].

1 μF = 10
1 ηF = 10

-6
-9

F = 0,000001
F = 0,000000001
67


1 ρF = 10

-12

Unidad II
68

F

= 0,000000000001

68


Unidad II
69

Matemáticamente, la capacidad de un condensador, esta dada por
la siguiente expresión:

C=Q/V
Donde : C = Capacidad, se mide en Faradio (F)
Q = Carga almacenada, se mide en Coloumb (Q)
V = Diferencia de potencial, se mide en Volt (V)
Normalmente, los valores de la capacidad de un condensador
vienen impresos en el propio componente. Cuando la impresión es un número
entero del 1 al 1000, la unidad de medida es el “ρF”, por el contrario, si la
impresión comprende números decimales (0,001 – 0,047), la unidad de medida
es el “μF”. En el caso de condensadores electrolíticos, la capacidad del
condensador viene impresa en faradio.
Carga y descarga de condensadores:

1.
2.

3.
4.
5.
6.

7.

Se tiene un circuito con un conmutador que varia su posición
de a – b
Se asume un condensador totalmente descargado
t1 = Tiempo inicial en que el switch se conecta al punto “a”
Al conectar el circuito la corriente es máxima y posteriormente
decrece
El voltaje en el condensador comienza desde cero hasta que
iguala el voltaje de la fuente
Cuando el voltaje del condensador se iguala al voltaje de la
fuente, el voltaje en la resistencia se hace cero
En t2 se cambia al conectar a la posición “b”

69


Unidad II
70

Tiempo de carga y descarga de un condensador:
T = 4,6 × δ
δ=R×C
δ = Constante de tiempo, tiempo que demora el condensador en
cargarse a un 63% de su valor máximo, se mide en segundos.
Ejemplo: ¿Cuánto demora un condensador de100 µF en cargarse y
que esta conectado a una resistencia de 10 KΩ?

Se puede observar prácticamente de dos formas:
•
•

Colocar un amperímetro en serie y observar el momento donde la
corriente deja de circular. (según el grafico cuando la corriente deja de
circular, es porque el condensador ya se cargo)
Se puede colocar un voltímetro en paralelo con la resistencia y observar
cuando el voltaje llegue a cero.

70


•
•

Unidad II
71

Al hacerlo de esa forma se observara que jamás llegara a cero, pues
siempre habrá una pequeña corriente de fuga que pasa por el voltímetro.
Es recomendable hacerlo con un amperímetro y mas aun con un
amperímetro análogo.

Conclusión:

Podemos controlar el tiempo de carga y descarga de un
condensador controlando el valor de resistencia y capacidad del condensador.

71


UNIDAD III FUNDAMENTOS DE LA ELECTRÓNICA DIGITAL
Existen dos familias que trabajan dentro de los circuitos integrados,
dos tecnologías ampliamente utilizadas:

 TTL: Corresponde a la familia 7400, fue introducida por la Texas
Instruments en el año 1964. Estos circuitos han ido evolucionando,
conduciendo a nuevas subfamilias las cuales están disponibles en la
National Semiconductor.
-

Lógica
Lógica
Lógica
Lógica
Lógica
Lógica

TTL
TTL
TTL
TTL
TTL
TTL

standard
baja potencia
Schohky
Schohky baja potencia
Schohky avanzada
Schohky avanzada baja potencia
74AL504

7404
74L04
74504
74L504
74A504

Las características de tensión en todas las subfamilias TTL son las
mismas (Vcc + 5 [V]), sin embargo, cambian sus características de velocidad y
de potencia.
Las marcas en los circuitos integrados TTL varían según el
fabricante, a continuación se muestra una figura de ejemplo:

Una característica importante de las entradas TTL es que si no se
conectan (flotante), el dispositivo asume un nivel alto designado con un 1.

 Circuitos integrados CMOS (Metal Óxido complementario): Fue
introducido por la RCA en el año 1968, su popularidad deriva a que tienen
un extremado bajo consumo de potencia, alta inmunidad al ruido y pueden
funcionar con una fuente económica no regulada.
Los fabricantes producen 3 familias de circuitos integrados CMOS, que
incluyen la antigua serie o familia 4000, la familia 74C00 y la familia
74HC00.
Héctor Alejandro Del Pino Muñoz; Enrique Pulgar Orellana
Ingenieros (E) Mec. Automotriz

72


A continuación se muestra un ejemplo para un código usado para
un CMOS:

CD 4028 B E
Código

del

fabricante
Disp. plástico
Función del
dispositivo
Código del
Fabricante para CMOS digital
Los fabricantes sugieren que al trabajar con dispositivos CMOS, se
consideren los siguientes datos; para evitar daños provenientes de descargas
estáticas y tensiones transitorias, se debe seguir el siguiente procedimiento:

1)
2)
3)
4)
5)
6)

Almacenar los circuitos integrados CMOS en espumas conductoras
especiales.
Desconectar la alimentación cuando se vayan a quitar los CI o se
cambien las conexiones en un circuito impreso.
Asegurar que las señales de entrada no excedan la tensiones de la
fuente de alimentación.
Desconectar las señales de entrada antes de desconectar la
alimentación del circuito
Conectar todas las entradas no utilizadas al polo positivo o tierra de la
fuente de alimentación
No manipular el dispositivo, sólo usando los elementos
correspondientes (guantes)

Circuitos integrados digital (compuertas lógicas)
La compuerta lógica es un elemento básico en los sistemas
digitales. Las compuertas lógicas operan con números binarios.
Todos los volts usados en las compuertas serán altos o bajos.
Un alto volt significara un 1 binario y un bajo volt significara un 0
binario.
No importa lo complicado que sean los circuitos integrados digitales
todos ellos están hechos a partir de bloques de construcción sencillos, llamados
compuertas. Todos los sistemas digitales se construyen a partir de tres
compuertas lógicas básicas, que son:
1. La compuerta AND
2. La compuerta OR
3. La compuerta NOT

73



74


a)

Compuerta AND: La compuerta AND llamada “Todo o nada” en los
esquemas se muestran su símbolo y el circuito AND usando
conmutadores:

Símbolo

Circuito Análogo

Tabla de
Verdad

La expresión Booleana que define una compuerta o condición AND,
es la siguiente:

S = A∗ B
b)

Compuerta OR: La compuerta OR llamada “Cualquiera a todo” en
los esquemas se muestran su símbolo y el circuito OR usando
conmutadores:

Símbolo

Circuito Análogo

Tabla de
Verdad

La expresión Booleana que define una compuerta o condición lógica
OR, es la siguiente:

S = A+ B
c)

Compuerta NOT: La compuerta NOT se conoce también como un
inversor. La compuerta NOT tiene solamente una entrada y una salida,
en los esquemas se muestran su símbolo y el circuito NOT usando
conmutadores:

Símbolo

Circuito Análogo


Tabla de
Verdad
75


La expresión Booleana que define una compuerta o condición lógica
NOT es la siguiente:

A= A
Las leyes que condicionan una compuerta lógica NOT son las que
se definen:

0 =1
Si A = 1, entonces A = 0
Si A = 0, entonces A = 1
Combinaciones de compuertas:

Circuito Integral Digital

Expresión Booleana

Tabla de Verdad

Circuito Integral Digital

Expresión Booleana

Tabla de Verdad


76



77


Dada las siguientes expresiones Booleanas:

•
•
•

S = ABC + ABC + ABC
S = A BC + AB C + ABC
S = A BC + AB + ABC + AB C

Realizar:
•
•

Los circuitos lógicos combinacionales
La tabla de verdad

Otras compuertas lógicas:

Se pueden hacer otras cuatro compuertas lógicas a partir de las
fundamentales y son:
a)
b)
c)
d)

a)

Compuerta
Compuerta
Compuerta
Compuerta

NAND
NOR
OR EXCLUSIVA
NOR EXCLUSIVA

Compuerta NAND: Esta se puede alterar a través de una compuerta
AND y una compuerta NOT, como se ve en el esquema:

Combinación

Circuito Análogo

Símbolo

Tabla de Verdad

Expresión Booleana


78


b)

Compuerta NOR: Dicha compuerta se obtiene a través de una
compuerta OR y una compuerta NOT, como se ve en la siguiente
figura:

Combinación

Circuito Análogo

Símbolo

Tabla de Verdad

Expresión Booleana


79


d)

Compuerta OR exclusiva: La compuerta OR exclusiva se conoce
como la compuerta “alguno para no todos”, el termino OR exclusivo
se abrevia X OR.
La siguiente figura muestra el circuito lógico que realiza la función X
OR:

Combinación

Símbolo

Tabla de Verdad

Expresión Booleana


80


d)

Compuerta NOR Exclusiva: También se llama X NOR la compuerta
NOR produce la expresión A ⊕ B . Al invertir esta, se forma la
expresión Booleana:

Combinación

Símbolo

Tabla de Verdad

Expresión Booleana

Las compuertas que se han nombrado se denominan circuitos
lógicos ya que toman decisiones lógicas, las compuertas tienen con frecuencia
mas de dos entradas; un aumento de ellas (N° de entradas) implica un mayor
poder de toma de decisiones.
Las compuertas se utilizan individualmente o conectadas para
formar una red.

81


Circuitos lógicos combinacionales: Estos responden a los datos que
entran y pueden ser (0 ó 1)


82


SISTEMAS LÓGICOS SECUENCIALES
Un ejemplo de este sistema se muestra a través del siguiente
diagrama en bloques:

a) Unidades Electrónicas de Control.
Estas tienen la función de ser “el cerebro”, para comandar los
diferentes elementos en el automóvil. Estos elementos reciben
información de sensores y luego pueden calcular y elegir en el mínimo
de tiempo, la decisión más conveniente.
Esquema del principio de mando de una unidad electrónica de
control: Todo aquello que deba controlarse en cuyo funcionamiento
pueden producirse alternativas puede ser regulado con gran facilidad
por una unidad electrónica de control.
El procedimiento externo se muestra a continuación:

Con el tiempo se pretende llegar a construir un automóvil capaz de
conseguir una centralización total de las órdenes cursadas al
automóvil. Dentro del campo de la electrónica existen los dispositivos
para lograr estos fines sin mayores problemas.

83


La pregunta o inquietud que resalta es ¿Cómo una máquina con
dispositivos electrónicos puede tomar decisiones?, la respuesta no es
simple, sin embargo se puede hacer una analogía con el pensamiento
humano:

Unidad de Control Electrico. ECU
La unidad de control recibe informaciones de los diferentes captadores y sondas, las analiza
en función de su programa y gobierna los diferentes órganos de encendido e inyección. Se
puede nombrar como: ECC, ECM, ECU, ECCS, CPU, etc.

La ECU utiliza microprocesadores para reunir información, procesarla y enviar señales a los
transistores excitados para que activen los diferentes circuitos actuadores. Los tres
procesadores principales son el RAM (memoria temporal), el ROM (programa básico de
computadora) y el PROM (programa de sintonía fina), estos tres microprocesadores son el
corazón de la CPU.

Módulo Electrónico de Control
El “electronic control module”(modulo electrónico de control), o ECM, es el cerebro del
sistema de inyección de combustible y está dividido en las siguientes memorias: la ROM; la
RAM y en algunos tipos el PROM.
*La ROM, o memoria sólo para leer, es la sección del ECM que contiene el conjunto
principal de instrucciones que sigue la computadora. Esta es la sección que dice: “cuando veo
que esto sucede, tengo que hacerlo que suceda”. El microprocesador que contiene estas
instrucciones de la ROM es un chip no volátil. Esto significa que el programa diseñado en él
no se puede borrar al desconectar la energía.
*La RAM, o memoria de acceso aleatorio, es la sección que tiene tres funciones principales
en el ECM. La primera función actúa como la libreta de apuntes del ECM; siempre que se
necesite hacer un cálculo matemático, el ECM utiliza la RAM. La segunda función es
almacenar información en el sistema multiplicador de aprendizaje a bloques (BLM) cuando
el motor está apagado o funciona en lazo abierto. La tercera función es almacenar los códigos
de diagnóstico cuando se ha detectado una falla del sistema. Estos códigos son almacenados
por cincuenta rearranques del motor o hasta que la potencia de la batería se retira del ECM. A
diferencia del ROM y PROM, los chips del RAM son memorias volátiles
*El PROM, o memoria programable soló para leer, es la sección de calibración del chip en el
ECM. El PROM funciona junto con el ROM para las funciones del ajuste fino del control de

84


combustible y del tiempo de encendido para la aplicación específica. El PROM es también
una memoria no volátil. Contiene la información acerca del tamaño del motor, tipo de
transmisión, tamaño y peso del auto, resistencia de rodamiento, coeficiente de arrastre y
relación final de tracción.

La ECU realiza las siguientes funciones:
BLOQUE
PUERTA E/S

FUNCION
puerta E/S es la abreviatura de puerta de entrada-salida en que el
microprocesador convierte señales de varios sensores en códigos,
además convierte los resultados de operación en señales para el
funcionamiento del inyector, los transistores de energía, etc.

MEMORIA

ROM (memoria de lectura / exclusiva y RAM (memoria de acceso
aleatorio) son las memorias del microcomputador. La ROM
almacena los datos ideales para el enriquecimiento de combustible,
puesta a punto del encendido, etc., y el computador solo puede leer
estos datos de la memoria. La RAM permite los resultados de
calculo de varios datos enviados desde los sensores por ser
almacenados temporalmente. Los datos previamente almacenados
pueden ser borrados de esta memoria.

CPU

CPU (unidad de procesamiento central) es el cerebro del sistema
total del microcomputador y controla las distintas funciones del
computador. Procesa las señales enviadas desde la puerta E/S
mientras controla la ROM y la RAM, además transmite los
resultados computados de la puerta E/S al inyector, transistor de
potencia y así sucesivamente.

¿Que es un control digital?
Otra característica del computador es que su unidad de control corresponde a un sistema de control
digital. La resistencia del sensor de temperatura de enfriamiento varía constantemente con la
temperatura, y este tipo de señal se denomina “análoga”. Además de esta señal el ECU emplea
señales análogas del medidor de flujo de aire y otros.
Mientras tanto la señal del sensor del ángulo del giro del cigüeñal, por ejemplo, no es continua, es
discontinua y se denomina señal digital. En términos generales, la señal digital representa valores
discontinuos de un punto a otro, y su precisión es más baja que aquella de la señal análoga. Sin
embargo, la precisión puede aumentarse, reduciendo la separación entre los puntos de muestreo.
Las razones principales para adoptar entre sistema de control digital son las siguientes:
La unidad de control puede controlar un sistema complicado.
*La unidad de control puede hacerse compacta.
*Puesto que la señal está compuesta de pulsaciones ON-OFF, el funcionamiento de la ECU puede
limitarse al funcionamiento 0,1 y sus combinaciones; lo anterior lleva a reducidos errores de
computación y buena durabilidad. En el caso del tipo análogo, el ruido eléctrico y las diferentes
características de semi-conductor en sí, por ejemplo, la resistencia interna del transistor, es diferente
entre los mismos modelos que fácilmente pueden causar error.
Con el objeto de cambiar la señal análoga a digital la unidad de control utiliza el convertidor AD
(análogo – digital).
85


FUNCIONES DE LA ECU
La ECU es capaz de controlar diversas funciones. Además es capaz de proporcionar un control más
preciso y sofisticado. Las funciones que pueden ser controladas por la ECU son las siguientes:
Control de inyección de combustible.
Este control es básicamente idéntico a aquel del sistema E.F.I. sin embargo la ECU proporciona un
control más minucioso. Por ejemplo, se utiliza un sistema de control de aprendizaje para mantener
en todo momento una proporción óptima de mezcla ralentí.
Control de puesta a punto del encendido.
Corresponde a una función nueva. La puesta a punto óptima del encendido es determinada al recibir
las señales de distintos sensores.
Control bomba de combustible.
La ECU controla, el voltaje aplicado a la bomba de combustible, este reduce el voltaje aplicado a la
bomba de combustible para así reducir el ruido de la bomba de combustible y el consumo de
energía eléctrica en ralentí.
Auto-Diagnostico.
Verifica si los sistemas de señales de entrada y de salida hacia y desde la unidad de control son
normales.
Control de régimen de marcha en vacío.
Recibe señales de diversos sensores y regula el motor a régimen de marcha en vacío óptimo de
acuerdo a la carga del motor.
Control Ralentí.
Aumenta el régimen de marcha en vacío cuando el voltaje de la batería es bajo, o cuando hay
muchos interruptores de carga accionados.
Control regulador de presión
Aumenta temporalmente la presión de combustible cuando se pone en marcha el motor con elevada
temperatura de refrigerante. Existe otro módulo además de la unidad de control.
Control regulador de aire.
En el sistema convencional el regulador de aire normalmente se excitaba con el interruptor de
encendido en posición ON. En otros casos el regulador de aire es excitado sólo cuando la bomba de
combustible está en funcionamiento, con el objeto de reducir el consumo de energía eléctrica.
Otros.
También se utiliza el control E.G.R. (recirculación de gas de escape), control A.V.I. (válvula
indicadora de aire), etc.
La unidad de almacenamiento tanto en discos como en cintas y en memoria de trabajo (RAM) es el
Byte. Un Byte está constituido por 8 pulsos o señales, llamados bits (abreviatura de binary digit =
dígito binario). Cada símbolo interpretable, que se puede almacenar en la computadora: letras del
alfabeto, signos de puntuación, etc., está formado por un byte. La capacidad de almacenamiento
(fijo o temporal) se mide de acuerdo a la cantidad de bytes que pueden contener los dispositivos, y
suelen utilizarse las siguientes unidades de medida:


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87



88



89


APUNTES VARIOS ( PRACTICOS)

1.

Medicion de voltaje en sensor de temperatura (NTC)

En frio = 3 Volts ( al hacer funcionar y dejar un rato , baja a 2,2 o 1,8
volts)
Si la resitencia delsensor de tº es muy alta, el computador manda un
mayor ancho de pulso, por lo tanto la mezcla que manda es muy rica y el motor
se ahoga ( tira humo negro)
En simulación: el motor parte cada vez mejor en la medida que se
varia la resistencia y por ende la temperatura del motor.
Sensor tº ntc; Temperatura alta  resistencia baja
R aprox 3000 ohms a 20ºC y si la tº varia a 90ºC  resistencia =
250 ohms
( mide tº del agua del motor, llamado ECT)
Motor frio 4,8 v
Motor a 20ºC  12 v
El ventilador funciona aproximadamente en los 98,87 ºC
2.
Sensor CKP ( si no entrega señal, el motor no parte), entrega un
VCA, es un sensor inductivo, su rango de medicion aprox 0,29 vca
medicion de resistencia en la bobina = 1,6 ohms.
3.
medicion en sensor TPS (v)
motor detenido, con contacto, entonces debe medir 5v -5,8v- 0.4v
( 0,28( aleta cerrada) – 0,45(aleta abierta)) = voltaje en Valenti
( ohms)
4.

Inyectores
Multipunto, trabaja con 12 volts
Monopunto, trabaja con otro voltaje ( 1 inyector)
Entrada de combustible aprox a 45 psi
Resistencia de inyector aprox 15 ohms, caso de multipunto puede ser
de 13,7 ohms
Si al medir el inyector , por ejemplo marca 5 v y deberia marcar 9 0 10
volts, entonces el inyector debe tener baja resistencia o sea esta
defectuoso
Nota:
Un motor puede tener el IAT y el MAP juntos o no, en el segundo caso,
los tienen separado, o sea el IAT en la tapa filtro de aire y el MAF
adosado a la garganta.
MAF: puede tener un hilo de alambre caliente, mide la cantidad de aire
que entra al motor (actua por enfriamiento) tº =70 ºC
En los motores bencineros, el inyector se mantiene un tiempo
accionado.
Sistema DIS entrega dos chispas
Sistema tandem= 2 inyectores al mismo tiempo
Sistema mixto = 4 inyectores al mismo tiempo
90


5.

Sonda de oxigeno:
Motor en circuito cerrado = significa que el sensor de oxigeno esta
trabajando bien
Tipos:
4 cables  dos son para alimentación a calefactor ( 12 volts), otros 2
son del sensor
3 cables 1 tierra comun
2 cables entrada y salida del sensor
1 cable señal sensor y masa

El voltaje en el sensor de Oxigeno, oscila entre 1000 mv y 0 mv
1000 mv ( mezcla rica)
500 mv ( si se mantiene a este rango, el sensor esta defectuoso)
0 mv ( mezcla pobre)
(La señal que entrega el sensor de oxigeno oscila entre 0 y 1 volt)
tiene un rango de 2000 mv
Si se comprueba que la mezcla es pobre entonces la manguera del
MAP puede estar rota
MAP: señal del sensor de presion absolutadel multiple de admisión
ECU: unidad de control electronica o ECM
Factor de trabajo = (V. ancho de pulso) / (V.onda completa)
Ancho de pulso
Ejs Inyector

100 v
12 v

Inyector
cerradao

Inyector
abierto

0v

OBD1: monitoreo sensores
OBD2 : mem ram o cam ( encienden las luces de fallas)
IAC = valvula de control de aire en valenti ( se mide con motor RUN) ,
solo entrega aire para el Valenti, o sea No entra aire por la toma
principal.
IAT : sensor de tº termocupla
MAP : sensor de presion
TPS : sensor de posición de la mariposa
CKP : sensor de posición del cigüeñal
ECT: tº refrigerante del motor ) sensor tº motor

91


CANISTER: Acumula gases del estanque
motor

y luego los aprovecha el

Claves de falla tipicas: DTC = codigo falla almacenada, FSS1= sensor
de oxigeno
En análisis, siempre medir tensión de positivo a tierra de batería

Divisores de Tensión y Corriente
Los divisores de Tensión se usan frecuentemente en el diseño de circuitos porque son útiles para generar un voltaje de referencia, para la
polarización de los circuitos activos, y actuando como elementos de realimentación.
Los divisores de corriente se ven con menos frecuencia, pero son lo suficientemente importantes como para que los estudiemos.
Las ecuaciones para el divisor de tensión, en donde suponenos que no hay ninguna carga conectada a nuestro circuito se ven en la Figura 4.

FIGURE 4. DIVISOR DE TENSION
Las ecuaciones del divisor de corriente, suponiendo que la carga es sólamente R2, vienen dadas en la Figura 5.


92


FIGURE 5. DIVISOR DE CORRIENTE


93



94


Sensores de temperatura PTC y NTC

Los sensores de temperatura se aplican en varios lugares:- En el circuito del
liquido refrigerante, para poder determinar la temperatura del motor a partir de la
temperatura del liquido refrigerante.- en el canal de admisión para medir la
temperatura del aire aspirado.- en el aceite del motor para medir la temperatura
del aceite (opcional).- en el retorno del combustible para medir la temperatura del
combustible (opcional).
Sensor de temperatura del motor Esta montado en el circuito del liquido
refrigerante, con el fin de determinar la temperatura del motor a partir de la
temperatura del liquido refrigerante, Así es posible que el control del motor se
adapte exactamente a la temperatura del servicio del motor. El margen de
temperaturas se sitúa en -40....+130 ºC.
Sensor de temperatura de aire
Esta montado en el conductor de admisión. Al tenerse en cuenta la temperatura del
aire se admisión es posible determinar con exactitud, en combinación con un sensor
de presión de sobrealimentación, la masa de aire de aspirada. Ademas de ello se
pueden adaptar los valores teóricos para los circuitos reguladores a la temperatura del
aire (como ejemplo: retroalimentación de gases de escape, regulación de la presión
de sobrealimentación). El margen de temperaturas se sitúa en -40ºC.......+120 ºC.
Sensor de temperatura del aceite del motorLa señal del sensor de temperatura del
aceite del motor se emplea para calcular los intervalos de servicio. El margen de
temperaturas se sitúa en -40 .....+170 ºC.


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