presentacion.ppt [modo de compatibilidad] · malvino, “principios de electrónica” 2000 fiore,...
TRANSCRIPT
21/04/2010
1
UNIVERSIDAD AUTONOMA “TOMÁS FRÍAS”DIRECCIÓN DE POSTGRADO
Maestría en Ingeniería Electrónica de Potencia y
Electricidad de Potencia Electricidad de Potencia
Electrónica Digital y Electrónica Analógica
ASIGNATURA Nº4
MAE Ing. Felix Pinto Macedo
Magister en Administración de Empresas
Diplomado en Telecomunicaciones
Diplomado en Educación
ATT. Superintendencia de
Telecomunicaciones Viva - Nuevatel PCS Telecel
InstrucciónInstrucción ExperienciaExperiencia
Diplomado en Educación Superior
Diplomado en Administración de Redes y Telecomunicaciones
Titulo en Ingeniería Electrónica esp. Telecomunicaciones
Técnico Superior en Telecomunicaciones
Telecel Marconi Mexico Nokia Brasil Telcel Mexico Comcel - Ericsson Guatemala Ericsson – Telemovil M.P.I. Entel Móvil
Introducción
Objetivo General
Objetivos Específicos
Introducción
Electrónica Analógica
Componentes electrónicos
Semiconductores
Diodos semiconductores
Transistores bipolares
Teoría de Circuitos Teoría de Circuitos
Electrónica Digital
Circuitos integrados
Amplificadores operacionales
Fuentes de alimentación
Familias lógicas TTL
Familias lógicas ECL, MOS, CMOS
Introducción al diseño secuencial
Temporizadores
21/04/2010
2
NILSSON, James, “Circuitos eléctricos” 2001. DORF, Richard, “Circuitos eléctricos” 2003. BOYLESTAD Robert, NASHELSKY Louis. “Fundamentos de Electrónica”, Ed.
Prentice Hall, 2003. QUEZADA, Hugo, “Electrónica básica” 1997 MALVINO, “Principios de electrónica” 2000 FIORE, James, “Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales” FIORE, James, “Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales”
2002. DONALD L. Schilling, BELOVE Charles. “Circuitos Electrónicos Discretos e
Integrados”. Ed. McGraw-Hill, Madrid, 1992. EDMINGTER Joseph. “Teoría y Problema de Circuitos Eléctricos”, Serie de
Compendios Shaum, 1995. HUESLMAN Wait – Korn, “Introducción al Amplificador Operacional”. RUIZ de AQUINO José, “Laboratorio integral de electrónica”.
Evaluación continua Participación en clase 10 puntos. Control de Lecturas (Evaluación Teórica) 30
puntos.puntos. Prácticas individuales 30 puntos.
Evaluación final Examen Final 30 puntos.
Electricidad y electrónica se basan en el movimiento de electrones.
Y se diferencian en que:
LA ELECTRICIDAD precisa de un uso masivo de
electrones
LA ELECTRÓNICA maneja y controla el flujo de
electrones
El movimiento de electrones constituye la corriente eléctrica que puede
ser de dos tipos :
- Corriente continua- Corriente alterna
21/04/2010
3
Cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido
Puede presentar intensidad constante
t
I
Cumple siempre la Ley de Ohm: V = I.R
Puede circular a través de las resistencias (desprende calor)
Puede circular a través de las bobinas (las convierte en un imán)
No puede circular a través de un condensador
La potencia disponible se puede calcular como:
P = V.I = I2.R = V2/ R
Los electrones cambian de sentido de movimiento cada cierto tiempo
La intensidad no es constante y en el caso mas frecuente y sencillo varía
como indica la gráfica
I
T
t
T
Al tiempo que tarda en repetir la señal se llama PERIODO (T)
Al número de veces que la señal se repite cada segundo se llama
FRECUENCIA (f) y se mide en Hertzios (Hz)
La tensión también varía con el tiempo como la intensidad y cuando dichas
variaciones siguen secuencias paralelas se dice que están en fase
I
tT
V
tT
Cuando en el circuito sólo hay resistencias la intensidad y la tensión están en fase
Las resistencias se comportan de la misma manera con la
corriente alterna que con la corriente continua
Cuando la intensidad y la tensión no siguen secuencias paralelas decimos que
existe un desfase entre ellas
I y V
DESFASADAS
I
t
T
V
I
I y V
EN OPOSICIÓN
Los desfases están ocasionados por la presencia de bobinaso de condensadores en el circuito
I
t
T
V
21/04/2010
4
Corriente Directa (DC) Corriente Alterna (AC)
Componentes Básicos de Circuito Elétrico
Fuentes de Voltaje
Corriente Directa (DC) Corriente Alterna (AC)
Bombilla Interruptores
Cable
3V
Circuito interruptor y bombilla
Conceptos:
- Componentes básicos
- Corriente solo fluye en circuitos cerrados
Corriente Directa (DC) Corriente Alterna (AC)
Corriente alterna vs. directa
Fuentes de Voltaje
Corriente Directa (DC) Corriente Alterna (AC)
- Baterías
- Paneles solares
- AEE
- Generador
Generación de corriente alterna
De click sobre la figura amarilla para ver animación.
En esencia, al rotar un
conductor dentro de un campo
magnético, producimos
corriente alterna en el
conductor.
21/04/2010
5
Otras fuentes de corriente alterna
Fuentes de corriente directa.
Conversión DC AC
INVERTIDOR
Conversión AC DC
POWER
SUPPLIES
Corriente
Voltaje
Resistencia Resistencia
21/04/2010
6
Movimiento de cargas eléctricas. Electrones
Iones
Se mide en Amperes (A).
22
La materia esta formada por átomos, que a su vez están formados por: Electrones: carga (-), alrededor del
núcleo, no confieren masa.
23
núcleo, no confieren masa.
Protones: carga (+), adentro del núcleo, confieren masa.
Neutrones: carga 0, adentro de núcleo, confieren masa.
Los protones tienen carga eléctrica +e. Los electrones tienen carga eléctrica –e.
e= 1.6x10-19 c Se dice que un cuerpo:
24
Se dice que un cuerpo: tiene carga + cuando tiene deficiencia de electrones.
Tiene carga – cuando tiene exceso de electrones.
UNIDADES: Coulombio (c)
21/04/2010
7
25
Cuando se enfrentan 2 cargas, se pueden observar ciertos efectos: Las cargas del mismo signo se
repelen.
26
repelen.
Las cargas de signos contrarios se atraen.
Esto implica la presencia de fuerzas: FUERZAS ELECTROSTÁTICAS
El valor de la fuerza electrostática se puede calcular con la ley de Coulomb:
F= ke.q1.q2
r2
27
r2
Ke=8,99.109 N.m2/c2
r= distancia entre las cargas (m) q1 y q2= cargas (c)
"La fuerza de atracción o repulsión entre dos
cargas eléctricas es directamente proporcional
al producto de las cargas e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que
28
proporcional al cuadrado de la distancia que
las separa".
21/04/2010
8
F12 y F21 son pares acción reacción, por lo tanto:
F12 = -F21 F12 es la fuerza que ejerce la carga
q1 sobre q2
29
q1 sobre q2 F21 es la fuerza que ejerce la carga
q2 sobre q1 Ambas fuerzas se encuentran en
la recta de acción que une ambas cargas.
30
Una partícula cargada genera una serie de Fuerzas en el espacio en el que se encuentra, se genera así lo que se llama un CAMPO DE FUERZAS, en este caso un CAMPO ELÉCTRICO.
Si en un punto cualquiera del espacio, se coloca una carga de
31
Si en un punto cualquiera del espacio, se coloca una carga de prueba, esta sentirá una fuerza de atracción o repulsión.
El campo de fuerza viene dado por:E= F
qUNIDADES:
32
UNIDADES:[E]=[F]/[q]= Newton/culombio
21/04/2010
9
DEFINICIÓN:el potencial eléctrico en un punto, es el trabajo
necesario para trasladar una carga positiva unitaria desde el infinito hasta cierto punto.
V= W
33
V= Wq0
Unidades: [V]=[W]/[q]= J/c = VOLTIOS (V)
1 voltio = 1 Joule/1coulomb
Medida de energía potencial de un campo eléctrico para causar una corriente en un conductor.
Medido en voltios (V).
35
Los electrones mas externos de un átomo se llaman “electrones de valencia” y determinan diferentes tipos de materiales cuyo comportamiento
es distinto frente a la corriente eléctrica.
La facilidad con que un material deja pasar la corriente eléctrica se mide con
conductividad.una magnitud llamada conductividad.
Según el valor de la conductividad se pueden distinguir tres tipos de
materiales:
* Conductores
* Aislantes
* Semiconductores
21/04/2010
10
En los conductores, los electrones de valencia se liberan fácilmente y se
pueden mover, con lo que se conduce bien la corriente eléctrica ( y el calor)
Un conductor es algo similar a una tubería por la que puede fluir agua
libremente
Ejemplos de conductores son todos los metales y sus aleaciones
En un aislante es dificilísimo el movimiento de los electrones, impidiendo,
por ello, el paso de corriente.
Es como si en nuestra tubería pusiéramos un tapón en la entrada
Ejemplos de aislantes son la madera, el vidrio, los plásticos, etc
Un semiconductor es un caso intermedio a los dos anteriores: es posible el
paso de electrones, pero no tan fácilmente como en el caso de los
conductores
Sería como el caso de la tubería con una rejilla de goma que pudiésemos
cerrar o abrir a voluntad.
Esa posibilidad de control hace que sean los materiales idóneos para fabricar
los dispositivos electrónicos
Los ejemplos típicos de semiconductores son el germanio y el silicio
Los semiconductores son materiales moderadamente estables.
Si nada les perturba, no conducen la corriente eléctrica. Pero basta que les
“molestemos” un poco para que algunos de los electrones de valencia que
contiene cada átomo salten y “se vayan a la aventura” formando una
corriente eléctrica.
Hay dos formas de “molestar” a los electrones de los átomos
La primera es aportándole una cierta cantidad de energía
por ejemplo, por calentamiento (o iluminación)
21/04/2010
11
Un aumento de temperatura hace que los electrones tengan mas energía y
algunos pueden saltar del átomo quedando libres. Pero, al hacerlo, dejan un
hueco.
Y el átomo, que antes era neutro, ahora tiene exceso de carga positiva, lo
que le lleva a buscar un electrón para volver a ser estable. Ese electrón se
lo roba a un átomo vecino, con lo que le traslada el hueco... Y vuelta a
empezar: de nuevo hay un hueco buscando un electrón.
Este movimiento de electrones y huecos constituye corriente eléctrica.
La segunda forma es “añadiendo un extraño”, lo cual se conoce con el
nombre de “dopaje”.
Consiste en añadir , sin modificar significativamente la estructurainterna del material, una pequeña cantidad de átomos de otroelemento similar en tamaño pero con mas o con menoselectrones de valencia.
El efecto es similar a lo que ocurre cuando a un montón de harina le El efecto es similar a lo que ocurre cuando a un montón de harina le
añadimos un pellizquito de levadura, lo mezclamos bien y lo metemos al
horno. A simple vista no se nota el añadido, pero sus efectos son bien
visibles en el resultado final: el pan resulta mas esponjoso
En nuestro caso, el efecto es un aumento en la conductividad
Cuando al dopar introducimos átomos con tres electrones de valencia (los
semiconductores tienen cuatro electrones de valencia), estos átomos se
combinan con el resto pero nos queda un “hueco” libre y a través del
movimiento de estos huecos se conduce corriente.
SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO (P)
El semiconductor así formado es un semiconductor extrínseco y se llama
“semiconductor de tipo P” (A pesar del nombre, es neutro, pues también el
átomo dopante tiene un protón menos en el núcleo)
Cuando los átomos añadidos tienen cinco electrones, al recombinarse con los
demás les queda un electrón que no comparten con ningún átomo y queda
libre. Precisamente a través de estos electrones se produce la conducción de
corriente
SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO (N)
El semiconductor extrínseco así obtenido se conoce como
“semiconductor de tipo N” (y también es neutro pues el átomo dopante
tiene también un protón mas en el núcleo)
21/04/2010
12
Según hemos visto, cuando existe corriente en un material es debido al
movimiento de electrones hacia un lado y de huecos en sentido contrario.
Los electrones y los huecos son los llamados portadores y las cantidades
de ambos no tienen que ser iguales siempre.
A los portadores que contribuyen en mayor cantidad a la corriente se les
llama portadores mayoritarios.llama portadores mayoritarios.
En los semiconductores extrínsecos tipo N los portadores mayoritarios son los
electrones
En los semiconductores extrínsecos tipo P, los portadores mayoritarios son los
huecos
La corriente eléctrica es el movimiento de cargas eléctrica a través de un cable metálico o cualquier otro conductor eléctrico.
La intensidad de la corriente eléctrica (I) se define como la cantidad de cargas (q) que circula en cierto tiempo (t) en un
46
se define como la cantidad de cargas (q) que circula en cierto tiempo (t) en un conductor.
I = q/t
UNIDADES[I]=[q]/[t]=c/seg = AMPERE (A)
1 A = c/seg
Instrumento para medir corriente.
48
21/04/2010
13
Se denomina resistencia eléctrica a la dificultad que ofrece un material para conducir la corriente.
La resistencia de un conductor depende de la longitud del mismo (L ), de su sección (A), del tipo de material y de la temperatura. Si consideramos la temperatura constante (20 ºC), la resistencia viene dada por la siguiente expresión:
49
ºC), la resistencia viene dada por la siguiente expresión:R = ρ. L
A R: resistencia (Ω) r= resistividad específica (Ω.m) L=longitud del conductor (m) A=sección del conductor (m2)
Medida de la oposición que ofrece un objeto al flujo de corriente a través de él.
Se mide en Ohms (Ω)
Componente eléctrico utilizado para limitar la corriente en un circuito o en partes del circuito.
52
21/04/2010
14
I = VR
La intensidad de corriente (I) que circula por un conductor es directamente proporcional a la DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) aplicada en sus
53
DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) aplicada en sus extremos e inversamente proporcional a la RESISTENCIA (R).
UNIDADES: [I]= Ampere (A)
[V]= Voltios (V)
[R]= Ohms (Ω)
Ley de Ohm
I = V / R
I = corriente (medida en amperes)
R = resistencia al flujo de corriente
(medida en Ohms)
Cuanta corriente?
(medida en Ohms)
Son una serie de elementos eléctricos conectados eléctricamente entre si para generar, transportar o modificar señales eléctricas.
ELEMENTOS: Conector: Hilo conductor de resistencia
despreciable (idealmente cero) que une
55
despreciable (idealmente cero) que une eléctricamente dos o más elementos.
Generador o fuente: Elemento que produce electricidad.
Nudo o nodo: Punto de un circuito donde concurren varios conductores distintos.
Rama: Conjunto de todos los elementos de un circuito comprendidos entre dos nudos consecutivos.
Circuito: Red con al menos una línea cerrada por la que puede circular la corriente.
La corriente circula espontáneamente desde zonas de mayor potencial a menor potencial
Conexión en serie
Experimento: Comparación serie y paralelo
Proyecto 5 (pg. 17)
21/04/2010
15
Conexión en paralelo
¿Qué diferencias observó en el comportamiento de los circuitos?
Para formular las leyes necesitamos de finir algunos conceptos:
Malla : Se llama malla en un circuito a cualquier Malla : Se llama malla en un circuito a cualquier camino cerrado
Nodo o Nudo: Se llama nudo en un circuito a cualquier punto en el que concurren más de dos ramas.
Rama: Es el fragmentó del circuito eléctrico
establece que la sumaalgebraica de los voltajesalrededor cualquier buclecerrado es igual a cero.cerrado es igual a cero.La suma incluye fuentesindependientes de tensión,fuentes dependientes detensión y caídas de tensióna través de resistores.
Sumatoria de Fuentes de Tensión = Sumatoria de caídas de tensión
establece que la sumaalgebraica de todas lascorrientes que entran enun nodo es igual a cero.Esta suma incluye lasEsta suma incluye lasfuentes de corrientesindependientes, lasfuentes de corrientedependientes y lascorrientes a través de loscomponentes.
La suma de corrientesque entran en un nodo esigual a cero