PREFACIO
El presente trabajo en su momento sirvió al autor como una guía para el estudio de las materias de análisis de circuitos electrónicos y como un medio para comprender los conceptos físicos que subyacen detrás de los elementos de circuito. En particular se repasan los siguientes elementos de circuito: diodos, transistores, amplificadores, y algunos circuitos integrados. Cada tema se presenta desde el punto de vista conceptual para posteriormente presentar el análisis matemático de los modelos que los representan.
La información contenida en el presente trabajo, ha sido resultado del minucioso estudio de diversas fuentes bibliográficas. En autor ha tenido la oportunidad de trabajar en la industria cuyo ramo es diseño/manufactura/ensamble de componentes electrónicos para la industria automotriz 1 ; entre sus funciones estuvieron el desarrollo de software para los ingenieros de probadores electrónicos, así como para ingenieros de proceso y control de cambios. Se hace notar al lector que muchos circuitos complejos incluyendo los circuitos integrados son la composición de los elementos básicos de circuito presentados aquí. Cabe destacar que la finalidad última de crear dispositivos inteligentes es proveer confort y seguridad a la sociedad.
CONVENCIONES Y CONCEPTOS CLAVE
A lo largo del presente trabajo se emplearan las siguientes convenciones y generalidades, consúltense a medida que se citen en el texto.
– Ánodo (+). En un dispositivo de dos terminales, se le llama así a la terminal con potencial más positivo. En un diodo es la terminal P
– Cátodo (-). En un dispositivo de dos terminales, se le llama así a la terminal con potencial más negativo. En un diodo es la terminal N
– En una grafica de características de un dispositivo, el eje de las abscisas (eje X) será el eje del voltaje, mientras que el eje de las ordenadas (eje Y) será el eje de corriente. Esta gráfica asocia dos variables para dispositivos de dos terminales (diodos); pero asocia tres variables para dispositivos de tres terminales (transistores), en este caso la gráfica completa se compone de un conjunto de curvas características que muestran los cambios de (V,I) cuando una tercer variable (por ejemplo IB) se mantiene fija.
– Flujo convencional de corriente. Tanto en electricidad como en electrónica, se ha adoptado el hecho de que la corriente eléctrica es producida por el flujo de cargas positivas, es decir cuando se conecta una carga (impedancia) en las terminales de una fuente de voltaje, las cargas positivas se dirigen de la terminal de mayor potencial (+) a la terminal de menor potencial (-). Sin embargo la naturaleza real de la corriente eléctrica exige que los portadores negativos (e-) se dirijan del cátodo (-) al ánodo (+).
– Notación de doble subíndice. Es una notación abreviada que expresa que:
Vab = Va – Vb, siendo Va y Vb los voltajes en los puntos a y b respecto al punto común (generalmente tierra), en una red cualquiera.
– Polarización. En su concepción más sencilla se refiere al hecho de aplicar una diferencia de potencial en los extremos de un dispositivo electrónico por medio de una fuente de voltaje que puede ser de cd o ca.
– Región de agotamiento. Dentro de un dispositivo electrónico semiconductor, es la región
(zona) que no presenta portadores libres y es, por lo tanto, incapaz de soportar la conducción a través de ella. Esta región es ensanchada (ampliada) o reducida cuando sus extremos se encuentran sometidos a una diferencia de potencial.
– Un punto de operación define un punto estable Q (o punto de trabajo) mediante la intersección de dos gráficas, la gráfica de características del dispositivo y la línea recta que representa la configuración del circuito, obtenida a partir de un análisis del circuito.
Capítulo 1. INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA
La electrónica es una disciplina aplicada derivada de la electricidad y la física que abarca un amplio rango de actividades relacionadas con la generación y transmisión de información por medio de señales eléctricas. La aplicación de las técnicas electrónicas da como resultado el desarrollo de sistemas electrónicos capaces de manipular señales y generar información. Los sistemas electrónicos están formados a partir de circuitos especializados que a su vez están constituidos por la asociación de elementos físicos que se denominan dispositivos eléctricos pasivos (resistencias, condensadores, bobinas) y dispositivos electrónicos activos (diodos, transistores, amplificadores, reguladores, decodificadores, microprocesadores, microcontroladores etc.)
1.1 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
En principio los dispositivos electrónicos se conocían como válvulas puesto que se diseñaban a partir de tubos al vacío (diodos, triodos, tetrodos, pentodos etc.) Actualmente los dispositivos se diseñan en estado sólido (circuitos integrados monolíticos) aprovechando la relativa facilidad que presentan los materiales semiconductores para cambiar su capacidad conductiva al ser sometidos a técnicas especiales de dopado.
Se le llama circuito discreto a aquel circuito que se forma a partir de dispositivos básicos (resistencias, capacitores diodos y transistores) y cuyos componentes se obtienen por separado y se sueldan entre sí en una tarjeta de circuito impreso. Se denominan circuitos integrados a aquellos circuitos (analógicos, digitales o análogo-digitales) cuya presentación es en forma de un encapsulado hermético y del cual solo se observan sus terminales. Existe una gran variedad de CI de todo tipo y los hay desde los más simples (compuertas, amplificadores integrados, hasta los más complejos, temporizadores, microprocesadores, microcontroladores, etc.)
1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS
Un circuito Integrado (CI) se fabrica al unir dispositivos individuales tales como transistores, diodos, capacitores y resistencias en un solo chip de silicio, estos componentes son conectados entre si mediante finos alambres de aluminio depositados en la superficie del chip, todos estos componentes se encapsulan en un solo componente dando una apariencia semejante a la mostrada en la figura 1.1.
1.2.1 TIPOS DE CIRCUITOS INTEGRADOS
De acuerdo al tipo de señal con que operan, los circuitos integrados se clasifican en CI analógicos y CI digitales y CI análogo-digitales. Una señal analógica es cualquier señal cuya forma de onda es continua, tiene un máximo y un mínimo y no es quebrada, por ejemplo una señal senoidal. Una señal digital es una señal discontinua en forma de pulsos por ejemplo una onda cuadrada.
CI analógicos. También llamados circuitos lineales, producen, amplifican o responden a voltajes variables, es decir en este tipo de CI interesa la magnitud de la señal de entrada como la de salida. Todos los CI lineales están fabricados a partir de transistores. Los CI analógicos incluyen amplificadores, temporizadores, osciladores y reguladores de voltaje.
CI digitales. También denominados circuitos lógicos responden a, o producen señales que tienen únicamente dos niveles de voltaje, nivel alto y nivel bajo. Todos los CI lógicos están fabricados a partir de compuertas lógicas, estas compuertas lógicas son circuitos formados a partir de la combinación de resistencias y diodos o bien resistencias y transistores. Los CI digitales incluyen microprocesadores, microcontroladores, memorias etc.
CI análogo-digitales. Combinan en un solo chip tanto circuitos analógicos como digitales. Ejemplos de ellos son: comparadores, convertidores digital/analógico, circuitos de interfase, temporizadores, osciladores controlados por voltaje (VCO) y lazos de seguimiento de fases.
1.2.2 ENCAPSULADO DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS
Los tipos de encapsulados más comunes en que se presentan los circuitos integrados se listan a continuación:
Encapsulado DIP. Es el encapsulado más común, consiste en dos hileras paralelas de terminales distribuidas a los lados del CI, en este encapsulado las patillas del CI atraviesa la tarjeta de circuito impreso (TCI) y se sueldan en la parte inferior. Véase la figura 1.2 (a).
Encapsulado SMT. Se denomina tecnología de montaje de superficie (SMT) y consiste en encapsulados cuyas patillas no atraviesan la TCI por lo que se sueldan en la superficie. De acuerdo al número de terminales se clasifican en encapsulado de contorno pequeño SO (8, 14 y 16 terminales) y SOL (16, 18, 20, 24, y 28 terminales). Se fabrican tanto en plástico (más económico) como en cerámica (más robusto). Véase la figura 1.2 (b).
Encapsulado TO-5. Este tipo de encapsulado se fabrica de metal y es muy robusto, sin embargo su uso está limitado por el espacio disponible en la TCI. Véase la figura 1.2 (c).
Encapsulado LCC. Consiste en un CI de cerámica que no tiene terminales que sobresalgan para conectarlo a la TCI, por esta razón se denomina portador de pastilla sin terminales (LCC). La conexión LCC se hace tanto mecánica como eléctricamente mediante soldadura. La figura 1.2 (d) muestra la forma correcta de conectar un LCC sobre la TCI
Encapsulado PLCC. Este tipo de encapsulado fue introducido en1980 como alternativa al LCC, consiste en terminales salientes doblabas hacia arriba en forma de J invertida, los hay de 20, 28, 44, 52 y 84 terminales en encapsulado de plástico. Véase la figura 1.2 (e).
EL PRESENTE TEXTO ES SOLO UNA SELECCION DEL TRABAJO ORIGINAL. PARA CONSULTAR LA MONOGRAFIA COMPLETA SELECCIONAR LA OPCION DESCARGAR DEL MENU SUPERIOR.