Electrónica de la aeronave.

Electrónica de la aeronave

UNIDAD I. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DE POTENCIA

1. Diodos
2. Transistores
3. Análisis de pequeñas señales BJT
4. Fuentes de alimentación
5. Dispositivos de dos terminales
6. PN – NP y otros dispositivos

UNIDAD II. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DIGITALES

1. Sistemas y códigos numéricos
2. Circuitos integrados

1. Compuertas lógicas y álgebra boleana
2. Circuitos combinatorios

1. Lógica secuencial
2. Introducción a los microprocesadores

UNIDAD III. MEDIOS PARA LA COMUNICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE LA AERONAVE

1. Fibra óptica
2. Pantallas electrónicas
3. Servomecanismos
4. Aplicación general

Electrónica analógica y digital.

En la electrónica analógica los valores de tensión e intensidad de un circuito varían infinitamente mientras que en la electrónica digital las variaciones en los valores se producen a saltos, es decir, sus variaciones son valores discretos.

Si la balsa se llena por una tubería, el nivel del agua aumenta gradualmente, paulatina y continuamente sin dar saltos de forma no uniforme, de esta manera, el volumen de agua aumenta analógicamente pasando por infinitos niveles intermedios desde el nivel inicial hasta el final.

En la figura 2.

[pic 1]

Si la balsa es llenada mediante una noria compuesta por una cantidad de cubetas repartidas por el perímetro de la rueda, el nivel de agua se incrementa en el tiempo a intervalos iguales a la capacidad de cada cubeta. El volumen de agua se incrementa digitalmente pasando por un número finito entre el nivel inicial y el final.

La electrónica digital no considera variaciones continuas en los valores de tensión e intensidad, pero si lo hace con condiciones discretas, es decir;  “ON” y “OFF”. El interruptor eléctrico es un ejemplo claro de un dispositivo digital, tiene solamente dos condiciones, conectado o desconectado; un potenciómetro en un circuito eléctrico es un ejemplo de un dispositivo analógico.

La electrónica de tipo digital, se utiliza para múltiples aplicaciones, debido al desarrollo de circuitos integrados y microprocesadores, los cuales son dispositivos digitales que incorporan un número abundante de elementos en un chip de Silicio.

Dispositivos semiconductores.

Éste tipo de dispositivo es el que a bajas temperaturas es un aislante pero que se convierte cada vez más conductor conforme aumenta la temperatura.

Son materiales semiconductores el Silicio, Germanio, Selenio, etc. Los semiconductores tienen una banda prohibida (Banda de energía comprendida entre la valencia y conducción) muy estrecha, por lo que al proporcionar energía térmica a los átomos, los electrones de la banda de valencia superan la brecha prohibida y pasan a ser libres incrementando la conductividad.

El número de valencia u oxidación de un átomo coincide por lo general con la cantidad de electrones que le faltan o le sobran al átomo para convertir su estructura en la de un gas noble, es decir, conseguir 8 electrones en su último nivel de energía.

Silicio donador tipo “N”

Si el Silicio se mezcla con algún otro elemento que contenga 5 electrones en la órbita exterior, en una cantidad de unas cuantas unidadandes por millón, habrá electrones libres después de conformar todos los enlaces covalentes.

A este proceso se le denomina dopaje y utiliza como elementos más comunes el Arsénico, el Bismuto, el Antimonio y el Fósforo. El Silicio contiene ahora electrones libres para moverse a través del material. Por éste motivo, se denomina tipo “N” o Silicio donador.

La estructura electrónica de los elementos dopantes del Silicio tipo “N” son:

• Fósforo: Ne 3s2 3p3
• Arsénico: [Ar] 4s2 3d10 4p3 
• Antimonio: Kr 4d10 5s2 5p3 
• Bismuto: Xe 4f14 5d10 6s2 6p3

Silicio receptor tipo “P”

Elementos tales como el Boro, el Aluminio, Galio y el Indio tienen solo 3 electrones de valencia. Cuando el Silicio se dopa con alguno de estos elementos en una cantidad de pocas unidades por millón, habrá zonas donde los enlaces covalentes no se puedan formar por falta de electrones.

Estas áreas se denominan huecos y se caracterizan por aceptar muy fácilmente electrones de otros átomos. A éste material dopado se le denomina Silicio tipo “P” o Silicio receptor.

Las estructuras electrónicas de los elementos dopantes del Silicio tipo “N” son:

• Boro: [He] 2s2 2p1
• Aluminio: [Ne] 3s2 3p1
• Galio: Ar 3d10 4s2 4p1 
• Indio: Kr 4d10 5s2 5p1

Componentes electrónicos.

Los componentes electrónicos basados en los semiconductores han dado un vuelco completo a la electrónica y todas las disciplinas relacionadas con ella. El componente más sencillo es el diodo que resulta de la unión de sólo dos semiconductores, con tres semiconductores se obtiene un transistor y así sucesivamente se van volviendo elementos cada vez más complejos.

Diodo semiconductor.

Es la unión de dos piezas, una de Silicio tipo “N” (o Germanio)y otra de Silicio tipo “P”. Los huecos de un material tipo “P” atraen a los electrones del material tipo “N” y la unión combinada de ambos deja un área de deplexion (agotado) donde no hay electrones libres ni huecos libres.

[pic 2]

Cuando los electrones del material tipo N se mueven hacia la unión, el lado N asume una ligera carga positiva por la carencia de electrones. Cuando los huecos de la parte P se mueven hacia la unión,  ésta parte asume una ligera carga negativa, éstas cargas forman una barrera de potencial, cuya intensidad es proporcional a la anchura del área de deplexion. Si se aplica una fuente de potencial a un diodo semiconductor con el terminal positivo conectado al material tipo P y su terminal negativa al tipo N, se dice que el diodo está polarizado directamente y los electrones pueden fluir a través de él.

[pic 3][pic 4]

Polarización directa e indirecta.

La tensión negativa de la batería, forza a los electrones hacia la unión, mientras que la tensión positiva también forza los huecos hacia ella. En la unión, los electrones y huecos se combinan haciendo espacio para que entren más electrones en la parte N, en el área de DEPLEXION, los huecos y los electrones se están combinando continuamente y el área se vuelve demasiado estrecha. Esto provoca que el diodo tenga una resistencia muy baja si la fuente de energía se invierte poniendo su terminal positiva conectada al material tipo N y su terminal negativa al material tipo P, los electrones y los huecos serán atraídos hacia afuera de la unión y el área de deplexion se agradará, lo que a su vez hará que aumente la resistencia entre ambas zonas, hasta tal punto que virtualmente no se combinarán ni electrones, ni huecos y habrá por tanto, ningún flujo de electrones en el circuito exterior. En esta condición se dice que la unión está polarizada inversamente.

[pic 5]

[pic 6]

Curva característica del elemento “Diodo”

[pic 7]

[pic 8]

Diodo zener.

La aplicación principal del diodo zener es mantener entre sus extremos una tensión constante e independiente de la intensidad que lo atraviesa.se suele utilizar en los circuitos con la misión de protegerlos de sobretensiones y prevenir picos de tensión inducidos, cuyo resultado puede series deterioro de los circuitos y componentes. Su propiedad de conseguir cambios bruscos de corriente con pequeños cambios de voltaje lo hacen ideal para estabilizar la tensión, ya que absorbe las variaciones de corriente de la carga, es decir, conservando la misma tensión entre sus terminales y trabajan dentro de un amplio margen de intensidades.

La forma física de este diodo es que son iguales que los diodos de Silicio, pero con frecuencia su referencia suele empezar con la letra “Z”.

[pic 9]

Diodo LED (Light Emitting Diode).[pic 10]

El diodo LED es un diodo emisor de luz que cuando se polariza directamente, emite radiaciones luminosas, mientras que cuando lo hace inversamente no emite luz pero aguanta grandes tensiones.

Los diodos emisores de luz tienen en los equipos aeronáuticos una de sus aplicaciones más populares, no obstante se suelen utilizar muy comúnmente en instrumentos de visualización digital, calculadoras, relojes, etc.

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