Electrónica analógica

Enviado por Douglas Alfredo Dominguez Ruiz

La electrónica analógica considera y trabaja con valores continuos pudiendo tomar valores infinitos, podemos acotar que trata con señales que cambian en el tiempo de forma continua porque estudia los estados de conducción y no conducción de los diodos y los transistores que sirven para diseñar cómputos en el algebra con las cuales se fabrican los circuitos integrados.

La Electrónica Analógica abarca muchos campos como por ejemplo, la electrónica analógica dinámica que trata de un circuito que traslada hondas o vibraciones a un sistema eléctrico, la analógica hidráulica la cual es existente entre una corriente del agua de superficie plana o un flujo bidimensional como ejemplo un reloj, el cual tiende a tene4r engranaje de diferentes tipos los cuales son movidos por un conductor el mueve los engranajes que son diferentes tamaños pero cada uno para una función especifica como la de los segundos, minutos y horas.

También podemos decir que la electrónica analógica define campos más específicos tales como:

Conducción de semiconductores.
Diodos
Circuitos con diodos.
Transistor biopolar
Etapas transistoradas.
Transistores de efecto de campo.
Amplificación y retroalimentación.
Amplificador operacional (I).
Amplificador operacional (II).
Otros sistemas amplificadores
Otros sistemas analógicos
Filtros activos.

DIODOS

Es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea el sentido contrario,

Funcionamiento del diodo ideal: El funcionamiento del diodo ideal es un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido y resistencia infinita en otro sentido.

V = 10V, R = 1K, D = diodo, i = 10 mA.

Conducción del diodo en sentido directo (diodo cerrado)

V = 10V, R = 1K, D = diodo, I = 0mA.

b) Conducción del diodo en sentido inverso (diodo abierto)

Diodo de unión:

El diodo es un elemento semiconductor debido a la función de las uniones, de características opuestas, es decir, uno de tipo N y otro de tipo P. las uniones de ambas forman del diodo de unión (construido con materiales Germano y Silicio)

Tenemos que en el momento que son unidos los dos materiales, los electrones y huecos en la región de la unión se combinan, dando por resultado una falta de portadores en la región cercana a la unión.

Disposición de huecos – electrones en la región de unión:

Existe la curva característica de operación del diodo de Unión. Existen tres regiones de conducción; a) región directa, región inversa y región de ruptura.

El diodo de unión opera en dos regiones tales:

región directa
región inversa.

Curva característica del diodo:

Condición de polarización directa. Donde Ri = [V(máx) – Vz] / [Iz (máx) + Il (min)], sustituyendo valores Ri = [(24) – 10] / [(140) + (20)] = 87,5 Q

Al considerar diversas combinaciones de V y Ri podemos determinar que la corriente del diodo permanece dentro del intervalo 14 < Iz > 140 mA, como se estableció en la teoría.

Ejercicios propuestos.

diseñe un regulador de voltaje, utilizando el circuito en el capitulo anterior. Suponga que el diodo Tener tiene un voltaje de ruptura de Vz = 10V, la corriente de carga esta varia 100 < IL > 200 mA, la fuente de voltaje esta en el intervalo 14V < V > 20V. Hallar Ri y valor de potencia máxima requerido del diodo Tener.
Diseñe un regulador de voltaje utilizando el circuito mostrado anteriormente. Según el diodo Tener, tiene un voltaje de ruptura de Vz = 9V en la carga, la corriente de la carga esta varia 400 < IL > 800 mA, la fuente del voltaje esta en el intervalo

14v < V < 20V. Hallar Ri y valor de la potencia mínima requerida del diodo Tener.

Respuestas: a) y b)

APLICACIÓN DE LOS DIODOS

Análisis mediante la recta de la carga.

Circuito sencillo con un diodo, b) curva característica (Id – Vd)

Solucion: Aplicando Kirchhoff al circuito

E – Vd – Vr = 0 (a). E = Vp + Ip x R (b), se tiene que las variables ( Vd, Id) son las mismas, para graficar existen dos condiciones. Graficando los puntos sobre las ejes. a) Símbolo del diodo Tener y b) Característica V – I de un diodo tener.

Símbolo del Diodo Zener y el diodo PN.

Según los símbolos de dirección de conducción se comprenda junto con la polarización. Algunos diodos se diseñan para aprovechar la tensión inversa de ruptura con una curva característica mostrada anteriormente. Esto se consigue básicamente a través del control de los dopados con ellos se logran tensiones de ruptura de 1,8 V a 200 V y potencias máximas desde 0,5 W a 50 W.

La curva característica de un diodo Zener, teóricamente no se diferencia mucho del diodo ideal aunque la filosofía de empleo es la distinta; el diodo zener se utiliza para trabajar en la zona de ruptura, ya que mantiene constante la tensión entre sus terminales (tensión zener, Vz).

Una aplicación muy usual es la estabilización de tensión. Los parámetros comerciales son iguales al diodo normal, Iz (máx) = corriente máxima en inversa. Hay que tener en cuenta que el fabricante nos da los valores de Vz e Iz (máx) en valor absoluto.

Al resolver un problema, no hay que olvidar que los valores son negativos con el criterio de signos establecidos por el símbolo del componente mostrado. Sin embargo el zener actúa en los tres estados.

Conducción directa (Diodo normal).
Conducción inversa (Diodo normal)
Conducción en Polarizacion Inversa, V = Vz = Cte e Iz (máx) esta entre 0 y Iz (máx).

CIRCUITO CON DIODO ZENER

Anteriormente vimos que el voltaje de ruptura de un diodo Zener era casi constante sobre un amplio intervalo de corrientes de polarización inversa. Esto hace que el diodo zener se utiliza en un circuito regulador de voltaje o en un circuito de referencia de voltaje, en esta parte trataremos un circuito de referencia de voltaje ideal.

Circuito de referencia de voltaje ideal:

Este es el voltaje de salida, debe permanecer cantante, incluso cuando la resistencia de carga de salida varíe en un intervalo bastante amplio y cuando el voltaje de entrada varíe en un intervalo especifico. Un circuito de voltaje con diodo Zener.

Para determinar la resistencia de entrada (Ri) se considera (Ri limita la corriente a través del diodo Zener y disminuye el voltaje V). Podemos escribir: Ri = (V –Vz) / (Iz – IL); despejando I = (Iz + IL). Se asume resistencia Zener es cero del diodo ideal. Iz = V – Vz / Ri) – IL. Donde IL = Vz / Rl y las variables son la fuente de voltaje de entrada V y la corriente de carga IL. Para la operación apropiada de este circuito, el diodo debe permanecer en la región de ruptura y la disposición de potencia en el diodo no debe exceder y su valor nominal.

En otras palabras.

La corriente en el diodo es mínima, Iz (min) cuando la corriente de carga es máxima, IL (máx) y el voltaje de la fuente es mínima, V (min).}
La corriente en el diodo es máxima, Iz (máx), cuando la corriente de carga es mínima, Iz (min) y el voltaje de la fuente es máxima, v (máx). luego se obtiene:

Ri = [V (min) – Vz] / [Iz (min) + IL (máx)]

Ri = [V (máx) – Vz] / [Iz (máx) + IL (min)]

Igualando estas dos ecuaciones se obtiene

[V (min) – Vz] x [Iz (máx) + IL (min)] = [V (máx) – Vz] / [Iz (min) + IL (máx)]

Como existen dos incógnitas Iz (min), empleando la ecuación siguiente:

Iz (máx) = (IL (máx) x [V(máx) – Vz)] – IL(min)x [V (min) – 0,9 Vz – 0,1 V (máx). ejemplo:

Diseñe un regulador de voltaje utilizando el circuito mostrado. Suponga que el diod Zebner tiene un voltaje de ruptura de Vz = 10V, la fuente de voltaje está en el intervalo 20v < V < 24V y la resistencia de carga varia de 100 a 500. Determine Ri y el valor de potencia requerido del diodo Zener.

Solución:

La corriente de carga máxima y minima son:

IL (máx) = Vz / RL (min) = 10 v / 100 = 100 mA

IL (min) = Vz / RL (máx) = 10 v / 150 = 20 mA

Empleando la ecuación de la Iz (máx) se tiene:

Iz (máx) = (IL (máx)x [V(máx) – (Vz)] – IL(min)x[V(min) – Vz) / V(min) – 0,9Vz -0,1v (máx). sustituyendo los valores:

Iz (máx) = (100)x [V(24) – (10)] (20)x[(20) – 0,9 (10)- 0,1(24)] = 140mA

La máxima disipación de potencia en el diodo Zener es:

Pz (máx) = Iz (máx). Vz = (0.14). (10) = 1.4W

Luego de las ecuaciones siguientes se escoge cualquiera de las dos:

Ri = [V (min) – Vz] / [Iz(min) + IL(máx)]

Ri = [V (máx) – Vz] / [Iz(máx) + IL(min)]

Ejemplo: Sea el circuito sujetador que incluye una fuente de voltaje independiente Vb con un diodo. Hallar la forma de onda de la salida.

Solución:

En este circuito suponemos por simplicidad que Vd = 0v (ideal) la salida está desplazada de nivel en Vb. Se muestra una señal de entrada Vi (t) de onda cuadrada y de la señal resultante del voltaje de salida Vo. Cuando la polaridad de Vb es como se muestra, la salida se desplaza en una dirección negativa del voltaje.

Circuito y b) Señal de entrada y salida de onda cuadrada.

TRANSITOR EN CORRIENTE CONTINUA

El Transistor de unión bipolar (BJT): Se inicia con una descripción de la estructura básica del transistor y con una descripción cualitativa de su operación. Para su descripción se utilizará los conceptos básicos de las uniones PN de los diodos. El transistor bipolar (BJT) esta formada por tres regiones dopadas separadamente.

Tipos de transistores: existen dos tipos de transistores el NPN y el PNP.

ESTRUCTURA DEL TRANSISTOR

Funcionamiento:

Un transistor sin polarizar es igual a los diodos contrapuestos, cada uno tiene una barrera, donde las tres regiones y sus terminales se demoniza emisor (E), base (B) y colector (C), el flujo de electrones, se obtienen corrientes a través de las diferentes partes del transistor.

Electrones del emisor:

Aquí se muestra un transistor polarizado, los signos menos representan electrones libres. El emisor esta fuertemente dopado su función consiste emitir o inyectar electrones libres a la base. La base ligeramente dopada deja pasar hacia el colector la mayor parte de los electrones inyectados por el emisor. El colector se llama así, porque colecta o recoge la mayoría de los electrones provenientes de la base emisor. El colector se llama así, porque colecta o recoge la mayoría de los electrones provenientes de la base.

Electrones en la base:

En el instante en que la polarización directa se aplica al diodo emisor. Los electrones del emisor no han entrado en la zona de la base.

TRANSISTORES DE EFECTO CAMPO (FET)

Un transistor de unión bipolar (BJT), es un dispositivo controlado por corriente en el que participan tanto la corriente de electrones como la corriente de huecos. El transistor de efecto de campo (FET); es un dispositivo unipolar, opera como un dispositivo controlado por voltaje, ya sea con corriente de electrones en un FET de canal N o con corriente de huecos en un FET de canal P. ambos tipos de FET se controlan por una tensión entre la compuerta y la fuente.

Los dispositivos BJT o los FET pueden emplearse para operar un circuito amplificador (o en otros circuitos electrónicos similares). Con consideraciones de polarización diferentes.

Características:

Tiene una resistencia de entrada extremadamente alta (casi 100M).
No tiene un voltaje de unión cuando se utiliza Conmutador (Interruptor).
Hasta cierto punto inmune a la radiación.
Es menos ruidoso.
Puede operarse para proporcionar una mayor estabilidad térmica.

EL TRANSISTOR A BAJA FRECUENCIA

Para explicar el transistor a baja frecuencia tendremos que explicar lo que es Cuadripolo. Este es un circuito que se comunica con el mundo exterior solo a través de los puertos de entrada (IN) y salida (OUT).

Las ecuaciones del cuadripolo viene dada en:

V1 = H11I1 + H12V2

I2 = H21I1 + H22V2

Donde V1 y I2, son variables dependientes, mientras que I2 Y V2 son variables independientes. Los valores de h11, h12, h21 y h22 se llaman parámetros híbridos (h), porque no tiene dimensiones homogénicas.

Modelo hibrido del transistor:

Para llegar al modelo lineal en corriente alterna pura de un transistor o de su circuito equivalente, vamos a suponer básicamente que las variaciones alrededor del punto de trabajo son pequeñas.

Polarización de los JET y MOSFET:

Considerando un amplificador en la configuración fuente – común (FC). Los métodos de polarización son similares para los MOSFET.

Operación en AC del FET:

El circuito equivalente en AC del FET. Ahora puede emplearse en el análisis de diversas configuraciones de amplificadores FET con respecto a la ganancia de voltaje y las resistencias de entradas y salidas. El voltaje de salida en AC es:

Como Vi = la ganancia de voltaje del circuito es:

La impedancia en AC vista hacia el amplificador es:

Y la impedancia en AC vista desde la carga hacia la Terminal de salida del amplificador es:

Características de transferencia:

Es una curva de corriente de drenaje, como función del voltaje de compuerta – fuerte, para un valor constante del voltaje Drenaje – Fuerte. La característica de transferencia puede observarse directamente sobre un trazo de curvas, obtenida de la medición de la operación del dispositivo, dibujada en la característica de drenaje.

TRANSITORES EFECTOS DE CAMPO

Tipos de Fet:

Los FET (Transistor de efecto de campo), JFET (Transistor de efecto de campo de unión) de vaciamiento. MOSFET (Transistor de efecto de campo oxido semiconductor) de vaciamiento. Pueden emplearse para amplificar señales pequeñas, variables en el tiempo. Al comparar el FET con el BJT se aprecia que el drenaje (D) es análogo al colector, tanto que la fuente (S) es análoga al emisor. Un tercer contacto, la compuerta (G) es análogo a la base.

Configuraciones:

Así como existen las configuraciones del BJT, lo existen para los JFET.

(FC) Fuente común.
(GC) Compuerta común.
(DC) Drenaje común

AMPLIFICADORES EN GENERAL, REALIMENTACIÓN OPERACIONAL I Y II

Un sistema amplificador consiste en un transductor recolector de señales; seguido por un amplificador de señal pequeña, un amplificador de señal grande y un dispositivo transductor de salida. La señal del transductor de entrada es, por lo general, pequeña y debe amplificarse lo suficiente de manera que se pueda utilizar para operar un dispositivo de salud.

Los amplificadores de voltaje proporcionan una señal de voltaje lo bastante grande para las etapas amplificadoras de señal grande a fin de operar esos dispositivos de salida como altavoces y motores.

Un amplificador de señal grande debe operar en forma eficiente y ser capaz de manejar grandes cantidades de potencia (en watios).

Los amplificadores de potencia se clasifican de acuerdo con el porcentaje de tiempo que la corriente de colector es diferente de cero.

Existen cuatro clasificaciones principales: Clase A, Clase B, Clase AB, Clase C. en este modulo se analiza los dos primeros.

Operación en Clase A:

Fue considerado al inicio de los transistores (BJT), donde los amplificadores reproducen totalmente la señal de entrada. La corriente de colector es distinta de cero todo el tiempo. Esta clase es ineficiente, porque sin señal de entrada, existe uno que es diferente de cero y el transistor disipa potencia en condiciones estática o de reposo.

Circuitos amplificadores de potencia en Clase A:

En general los circuitos amplificadores de potencia contienen transistores capaces de manejar alta potencia. Estos operan normalmente a tensiones mayores que los transistores de baja potencia y, por tanto requieren a menudo una fuente de tensión separada.

Por ejemplo las tensiones de los transistores de potencia pueden exceder los 450 V. las capacidades de corriente son elevadas con frecuencia superiores a 10ª de corriente continua (DC). Como estos transistores necesitan disipar potencias elevadas, se diseñan en forma diferente de los transistores de baja potencia y pueden incluir circuitos de protección para limitar la corriente. También se considera en forma adicional la disipación de calor que se produce durante la operación.

Integrantes:

Harbin Zambrano

Jomar Araque

Jorge Hernández

Enviado por:

Douglas Alfredo Dominguez Ruiz

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio de Educación Superior

Proceso Socio – Tecnológico

Ingeniería Electrónica