UNIDAD 3 ELECTRONICA INDUSTRIAL BASICA

UNIDAD 3 ELECTRONICA INDUSTRIAL BASICA

3.1 Introducción a la electrónica industrial (analógica y digital).

Introducción.

Ya los hombres primitivos asignaban a las tormentas eléctricas la cualidad divina, y si una persona es alcanzada por un rayo, ésta se convertía en un individuo sagrado, con poderes, por supuesto, en caso que sobreviviera.

Antes de pasar a ver el uso de la electricidad y sus posibilidades en gran escala, nos adentraremos en los diferentes tipos de electricidad.

Una diferencia notoria entre la electrónica analógica y la digital reside en que la digital se basa en 2 estados de tensión (que representan al 0 y al 1), mientras que la analógica trabaja con valores no discretos, sino continuos. Por esta razón se presenta líneas abajo los tipos de corriente eléctrica, incluyendo a continuación los ámbitos de aplicación de la electrónica analógica.

Electrónica analógica.

La electrónica analógica es una parte de la electrónica que estudia los sistemas en los cuales sus variables; tensión, corriente, varían de una forma continua en el tiempo, pudiendo tomar infinitos valores (teóricamente al menos). En contraposición se encuentra la electrónica digital donde las variables solo pueden tomar valores discretos, teniendo siempre un estado, perfectamente definido. Pongamos un ejemplo: Disponemos de una medida real concreta; la longitud total de un coche, por ejemplo. En un sistema digital esta medida podría ser de 4 metros o de 4 metros y 23 centímetros. Podremos darle la precisión que queramos pero siempre serán cantidades enteras. En un sistema analógico la medida sería la real; es decir 4,233648596.

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 álgebra 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 tener 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 específica 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

Los ámbitos más generales de aplicación son de la electrónica analógica son:

1- La electrónica industrial: Es una parte muy extensa de la electrónica y comprende todos los procesos industriales, desde la instrumentación hasta la robótica. Está relacionada con el resto de ramas de la electrónica, por ejemplo, con la Electro medicina o el láser, de gran evolución en los últimos años.

2- La electrónica de comunicaciones: Se trata del campo de la electrónica que ha evolucionado más rápidamente y que más ha influido en las técnicas de comunicación e información. Comprende básicamente las telecomunicaciones y la informática, Como ejemplos más característicos podemos citar la radiotelegrafia, radiotelefonía, radar, radiotelescopios, electroacústica o televisión.

3- Electrónica de consumo: El mercado de consumo ofrece gran variedad de productos electrónicos, que se pueden agrupar en tres apartados:

• Aparatos audiovisuales autónomos (ordenadores, aparatos reproductores y grabadores de vídeo, reproductores y grabadores de sonido)

• Medios de difusión (radio y televisión)

• Medios de telecomunicación (teléfono, videoteléfono, comunicación por vía informática)

Electrónica digital.

La electrónica digital es una parte de la electrónica que se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada en dos únicos estados. A dichos estados se les puede llamar "verdadero" o "falso", o más comúnmente 1 y 0, refiriéndose a que en un circuito electrónico digital hay dos niveles de tensión. Electrónicamente se les asigna a cada uno un voltaje o rango de voltaje determinado, a los que se les denomina niveles lógicos, típicos en toda señal digital. Por lo regular los valores de voltaje en circuitos electrónicos pueden ir desde 1.5, 3, 5, 9 y 18 voltios dependiendo de la aplicación, así por ejemplo, en una radio de transistores convencional las tensiones de voltaje son por lo regular de 5 y 12 voltios al igual que se utiliza en los discos duros IDE de computadora.

Se diferencia de la electrónica analógica en que, para la electrónica digital un valor de voltaje codifica uno de estos dos estados, mientras que para la electrónica analógica hay una infinidad de estados de información que codificar según el valor del voltaje.

Esta particularidad permite que, usando Álgebra Booleana y un sistema de numeración binario, se puedan realizar complejas operaciones lógicas o aritméticas sobre las señales de entrada, muy costosas de hacer empleando métodos analógicos.

La electrónica digital ha alcanzado una gran importancia debido a que es utilizada para realizar autómatas y por ser la piedra angular de los sistemas micro programador como son los ordenadores o computadoras.

Los sistemas digitales pueden clasificarse del siguiente modo:

• Sistemas cableados

• Combinacionales

• Secuenciales

• Memorias

• Convertidores

• Sistemas programados

• Microprocesadores

• Microcontroladores

3.2 ELEMENTOS BASICOS DE ELECTRONICA ANALOGICA (DIODO, DIODO EMISORDE LUZ, TRANSISTOR, SCR Y TRIAC.)

Diodo.

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un único sentido; en el sentido contrario no lo permite. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest. Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulas termoiónicas constituidas por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.

Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) através del cual circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (el ánodo), produciéndose así la conducción. Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no podrá ceder electrones.

Por esa razón, los circuitos que utilizaban válvulas de vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad.

Un diodo semiconductor de estado sólido consta de dos partes, formadas por cristales de silicio (Si) de diferente polaridad. Un cristal de silicio en estado puro constituye un elemento químico tetravalente por estar compuesto por átomos de valencia +4, pero para obtener dos cristales semiconductores de polaridad diferente es necesario “doparlos” durante el proceso de producción del diodo, añadiéndole a la estructura molecular de cada uno de esos cristales cierta cantidad de impurezas pertenecientes a átomos de otros elementos químicos (también semiconductores), pero de valencias diferentes para cada una de las partes que formarán el diodo, con sus correspondientes polaridades.

Para fabricar un diodo, primeramente uno de los cristales de silicio se dopa añadiéndole, como impureza, un elemento químico de valencia +3 (trivalente) como el galio (Ga), por ejemplo. Al final del proceso se obtiene un semiconductor “tipo-p”, con polaridad positiva (P), que presentará defecto o falta de electrones en la última órbita de los átomos de galio añadidos como impurezas. En esas órbitas se formarán “huecos” en aquellos lugares que debían

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