ELECTRÓNICA ANALÓGICA

ELECTRÓNICA ANALÓGICA

DIODOS Y TRANSISTORES, AMPLIFICADORES Y OSCILADORES

INTRODUCCIÓN: Semiconductores

SEMICONDUCTOR: Material con características entre los conductores y los aisladores. Sirven como materiales básicos para construir los componentes más importantes.

¿Qué hacen los semiconductores?

La función primaria es controlar corrientes y voltajes. Los dispositivos semiconductores son muy pequeños, ligeros y consumen cantidades de energía muy pequeñas y son altamente eficientes y confiables.

Ventajas de los semiconductores

· Suelen conocerse como componentes de estado sólido.

· Los dispositivos de estado sólido no contienen filamentos o calefactores como los tubos de vacío.

· Su consumo de energía es mínimo.

· Operan con voltajes muy pequeños

· Son muy utilizados en equipo portátil por su tamaño pequeño

· Son más económicos que los tubos de vacío.

Desventajas de los semiconductores

· Son muy susceptibles a los cambios de temperatura

· Pueden ser fácilmente dañados si se excede su capacidad de disipación de calor

· Se pueden dañar si se les polariza de forma incorrecta.

Conductor, semiconductor, aislante

SEMICONDUCTORES

Germanio (Ge)

Silicio (Si)

CONDUCTORES

Oro

Plata

Cobre

aluminio

AISLADORES

Vidrio

Madera

Plásticos

Hule

Semiconductores N Y P

Semiconductor tipo N

Cuando un semiconductor puro es contaminado con un material pentavalente como el arsénico (As).

Si se aplica una tensión a un trozo de semiconductor tipo N se producirá una corriente eléctrica desde la terminal negativa de la pila hacia la positiva, pasando a través del trozo semiconductor.

Semiconductor tipo P

Cuando se dopa un material intrínseco con un material trivalente como el Galio (Ga).

Si aplicamos una tensión a través de un material tipo P, se establecerá una corriente eléctrica desde el terminal negativo de la pila, hacia el positivo, pasando obviamente a través del material semiconductor dopado.

DIODOS

Semiconductores

DIODO

Un diodo se construye uniendo íntimamente un trozo de material semiconductor tipo N con un tipo P. Cuando así se hace, se forma una unión en el punto donde ambas partes se tocan. En la unión se combinan electrones y huecos.

Un dispositivo como estos se conoce como diodo de unión (o simplemente diodo) y puede fabricarse con Germanio (Ge) o con Silicio (Si).

ZONA DE AGOTAMIENTO

Debido al movimiento de electrones libres aparece una región o zona de agotamiento alrededor de la unión. En la que desaparecen los electrones libres en la frontera del lado “N”, así como los huecos en la frontera del lado P.

En la región de agotamiento apareció un par de cargas eléctricas, positiva en el lado N (ya que perdió electrones), y negativa en el lado P (ya que ganó electrones que cedió la Parte N. A esto se le conoce como barrera de voltaje o barrera de potencial. En este fenómeno se crea una diferencia de potencial. Esta barrera tendrá usualmente un valor de algunas décimas de volt y dependerá del material del diodo. En los del Germanio suele estar alrededor de .3 volts, mientras que en los de Silicio se sitúa aproximadamente en 0.7 volts.

TENSIÓN UMBRAL

DIODOS MÁS COMUNES

DIODO PEQUEÑA SEÑAL

stos diodos están optimizados para utilizarlos a altas frecuencias y sus potencias máximas permitidas son menores que .5 wat estos diodos tienen un área de unión más.

DIODO ZENER

stos diodos están optimizados para utilizarlos a altas frecuencias y sus potencias máximas permitidas son menores que .5 wat estos diodos tienen un área de unión más.

TRANSISTORES

Tipos de Transistores

TRANSISTORES

BIPOLARES (BJT)

EFECTO DE CAMPO (FET)

UNIPOLAR

FOTO TRANSISTOR

NPN

PNP

UNIÓN (JFET)

ÓXIDO-METAL (MOSFET)

Canal N (JFET-N)

Canal P (JFET-P)

Canal N (MOSFET-N)

Canal P (MOSFET-P)

Transistores Bipolares BJT

BJT = Bipolar Junction Transistor (Transistor de Unión Bipolar)

PNP

NPN

Transistores JFET

JFET = Junction Field-Effect Transistor (Transistor de Efecto de Campo de Unión)

Transistores MOSFET

MOSFET= Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor

(Transistor de Efecto de Campo Metal-Óxido-Semiconductor)

AmplificadoresOperacionales

El Amplificador Operacional

Un amplificador operacional, a menudo conocido opamp por sus siglas en inglés (operational amplifier) es un dispositivo amplificador electrónico de alta ganancia acoplado en corriente continua que tiene dos entradas y una salida. En esta configuración, la salida del dispositivo es, generalmente, de cientos de miles de veces mayor que la diferencia de potencial entre sus entradas.

Amplifica voltaje a partir de voltaje ó potencia a partir de potencia.

El Amplificador Operacional IDEAL

Infinita ganancia en lazo abierto.

Infinita resistencia de entrada.

Corriente de entrada cero.

Voltaje de desequilibrio de entrada cero.

Infinito rango de voltaje disponible en la salida.

Infinito ancho de banda con desplazamiento de fase cero.

Rapidez de variación de voltaje infinita.

Resistencia de salida cero.

Ruido cero.

Infinito rechazo de modo común (CMRR)

Infinito factor de rechazo a fuente de alimentación (PSRR).

El Amplificador Operacional REAL

Ganancia en lazo abierto, para corriente continua, desde 100.000 hasta más de 1.000.000.

Resistencia de entrada finita, desde 0,3 MΩ en adelante.

Resistencia de salida no cero.

Corriente de entrada no cero, generalmente de 10 nA en circuitos de tecnología bipolar.

Voltaje de desequilibrio de entrada no cero, en ciertos dispositivos es de ±15 mV

Rechazo de modo común no infinito, aunque grande, en algunos casos, de 80 a 95 dB.

Rechazo a fuente de alimentación no infinito.

Características afectadas por la temperatura de operación.

Deriva de las características, debido al envejecimiento del dispositivo.

Ancho de banda finito, limitado a propósito por el diseño o por características de los materiales.

Presencia de ruido térmico.

Presencia de efectos capacitivos en la entrada por la cercanía de los terminales entre sí.

Corriente de salida limitada.

Potencia disipada limitada.

LAZO ABIERTO

Amplificador operacional en modo de lazo abierto, configuración usada como comparador.

La magnitud de la ganancia AOL es, generalmente, muy grande, del orden de 100.000 veces o más y, por lo tanto, una pequeña diferencia entre las tensiones V+ y V- hace que la salida del amplificador sea de un valor cercano al de la tensión de alimentación, situación conocida como saturación del amplificador. La magnitud de AOL no es bien controlada por el proceso de fabricación, así que es impráctico usar un amplificador en lazo abierto como amplificador diferencial.

Si la entrada inversora es conectada a tierra (0 V) de manera directa o mediante una resistencia R y el voltaje de entrada Vin aplicado a la otra entrada es positivo, la salida será la de la máxima tensión positiva de alimentación; si Vin es negativo, la salida será el valor negativo de alimentación. Como no existe realimentación, desde la salida a la entrada, el amplificador operacional actúa como comparador

LAZO CERRADO

Si se desea un comportamiento predecible en la señal de salida, se usa la realimentación negativa aplicando una parte de la tensión de salida a la entrada inversora. La configuración de lazo cerrado reduce notablemente la ganancia del dispositivo, ya que ésta es determinada por la red de realimentación y no por las características del dispositivo. Si la red de realimentación es hecha con resistencias menores que la resistencia de entrada del amplificador operacional, el valor de la ganancia en lazo abierto AOL no afecta seriamente la operación del circuito. En el amplificador no inversor de la imagen, la red resistiva constituida por RF y RG determina la ganancia en lazo cerrado.

GANANCIA DE TENSIÓN EN UN A.O.

FACTOR DE RECHAZO EN MODO COMÚN (CMRR)

La mayor parte de las señales estáticas como las interferencias u otra clase de señales electromagnéticas son señales en modo común.

CMRR = Common mode rejection ratio.Es el FACTOR DE RECHAZO AL MODO COMÚN.

(Cuanto mayor sea el CMRR, mejor eficiencia en el opamp).

En decibeles.

A.O. INVERSOR

Este es el circuito amplificador mas básico, utiliza realimentación negativa para estabilizar la ganancia total de tensión; el resultado de esto es una ganancia de tensión inestable para cualquier uso si no se usa realimentación la señal de salida estará desfasada 180 grados lo cual se nos indica con el signo negativo de la fórmula.

A.O. NO INVERSOR

Este es otro circuito operacional básico utiliza realimentación negativa para estabilizar la ganancia total de tensión

...