Este documento presenta información sobre conceptos básicos de electrónica analógica como corriente directa, corriente alterna, generadores, resistencias, condensadores, bobinas y semiconductores. Explica las características de la corriente directa y alterna, los componentes de un generador, cómo leer el valor de una resistencia y las propiedades de los materiales tipo N y tipo P. El documento proporciona detalles sobre la estructura eléctrica del silicio y la unión PN en los semiconductores.

1. 07 / 04 / 2013
U1.- Electrónica analógica
Alumno:
Omar Margarito torres Montoya
Docente:
Federico Báez Ramos
Principios electrónicos y aplicaciones digitales

2. Corriente directa (CD) y corriente alterna (CA)
Hay dos tipos de corrientes eléctricas que pueden atravesar alambres: corriente directa (CD) y
corriente alterna (CA).
La corriente directa (CD) siempre fluye en la misma dirección en un circuito eléctrico. Los electrones
fluyen continuamente en el circuito del terminal negativo de la batería al terminal positivo. Incluso
cuando ninguna corriente está atravesando el conductor, los electrones en el alambre se están
moviendo a velocidades de hasta 600 millas (1 000 kilómetros) por segundo, pero en direcciones al
azar porque el alambre tiene una temperatura finita.
Puesto que un electrón se está moviendo hacia
atrás en el conductor al mismo tiempo que otro
se está moviendo hacia adelante, ninguna
carga neta se transporta a lo largo del circuito.
Si se conecta una batería a los extremos del
alambre, los electrones son forzados a lo largo
del conductor en la misma dirección . La
velocidad de los electrones a lo largo del
conductor es menor a una pulgada (pocos
milímetros) por segundo. De manera que un
electrón en específico tarda un largo tiempo en
ir alrededor del circuito. Hay tantos electrones
que todos están continuamente chocando
entre sí, como fichas de dominó, y hay un
cambio neto de cargas eléctricas alrededor del
circuito que pueden llegar a alcanzar la
velocidad de la luz.

3. En la corriente alterna (CA). Los
electrones en el alambre cambian de
dirección 60 veces por segundo. A los
dispositivos eléctricos que usamos no
les importa en qué dirección se están
moviendo los electrones, puesto que
la misma cantidad de corriente
atraviesa un circuito sin importar la
dirección de la corriente.
Las redes de distribución de energía
eléctrica que llevan electricidad a
nuestros hogares se diseñaron para
manejar corriente alterna.
Las tormentas de clima
espacial pueden causar flujos de
electricidad continua en la red
eléctrica.
Puesto que la red fue diseñada para
que usara electricidad CA, y no
electricidad CD, las corrientes
directas inducidas por los estados del
tiempo espacial pueden dañar o
destruir ciertos equipos como
los transformadores de voltaje.

4. 1.1.1 Características de la corriente directa y
alterna
Corriente directa Corriente alterna
 Siempre fluye en  Cambia su polaridad
una misma 60 veces por segundo.
dirección en un
circuito.
 Los electrones  La corriente fluye del
fluyen en el circuito polo negativo al
del terminal positivo
negativo al positivo.
 Los electrones se  No importa la
mueven a dirección de las
velocidades de polaridades ya que la
hasta 600 millas cantidad de corriente
(1000 km ) por es igual.
segundo .

5. 1.1.2 Generadores de corriente
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener
una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos
(llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía
mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la
acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos
dispuestos sobre una armadura (denominada también estator).
Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los
conductores y el campo, se generará una fuerza
electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de
Faraday.
Aunque la corriente generada es corriente
alterna, puede ser rectificada para obtener
una corriente continua.
En la imagen de al lado se observa la corriente
inducida en un generador simple de una sola NOTA, Tal ves necesite ver la presentación en
fase. La mayoría de los generadores de corriente forma completa para activar la animación de la
alterna son de tres fases. imagen.

6. Componentes:
Los principales
componentes de un
generador de
corriente alterna son
los que se muestran
a continuación:
 Estator.
 Rotor.
 Sistema de enfriamiento.
 Turbina
 Toma de tierra
 Rodamiento

7. 1.2 Dispositivos pasivos
resistencias
Desde el punto de vista de vista de la resistividad , podemos encontrar
materiales conductores (no presentan ninguna oposición al paso de la
corriente eléctrica), aislantes (no permiten el flujo de corriente), y resistivos
(que presentan cierta resistencia).
Dentro de este último grupo se
sitúan las resistencias.
El objetivo de una resistencia
es producir una caída de
tensión que es proporcional a la
corriente que la atraviesa.

8. Código de colores
Para caracterizar un resistor hacen falta tres valores: resistencia eléctrica,
disipación máxima y precisión o tolerancia. Estos valores se indican
normalmente en el encapsulado dependiendo del tipo de éste; para el tipo de
encapsulado axial, el que se observa en las fotografías, dichos valores van
rotulados con un código de franjas de colores.
El valor de la resistencia
eléctrica se obtiene leyendo
las cifras como un número de
una, dos o tres cifras; se
multiplica por el multiplicador y
se obtiene el resultado
en Ohmios (Ω).
El coeficiente de temperatura
únicamente se aplica en
resistencias de alta precisión o
tolerancia menor del 1%.

9. Como leer el valor de una resistencia
En una resistencia tenemos generalmente 4 líneas de colores, aunque podemos
encontrar algunas que contenga 5 líneas (4 de colores y 1 que indica tolerancia).
Vamos a tomar como ejemplo la más general, las de 4 líneas. Leemos las
primeras 3 y dejamos aparte la tolerancia que es plateada ( 10%) o dorada
( 5%).
La primera línea representa el dígito de las decenas.
La segunda línea representa el dígito de las unidades.
La tercera línea representa la potencia de 10 por la cual se multiplica el número.
Ejemplo:
La caracterización de una resistencia de 2.700.000 Ω
(2,7 MΩ), con una tolerancia de 10%, sería la
representada en la figura:
1ª cifra: rojo (2)
2ª cifra: violeta (7)
Multiplicador: verde (100000)
Tolerancia: plateado ( 10%

10. Resistencias variables
Estas resistencias pueden variar su valor dentro de unos límites.
Para ello se les ha añadido un tercer terminal unido a un contacto móvil
que puede desplazarse sobre el elemento resistivo proporcionando
variaciones en el valor de la resistencia.
Este tercer terminal puede tener un
desplazamiento angular (giratorio) o
longitudinal (deslizante).

11. CONDENSADORES
Un condensador consiste básicamente en dos placas metálicas
conductoras llamadas armaduras separadas entre si por un material
aislante, denominado dieléctrico. EN la siguiente tabla se muestran las
constantes dieléctricas de algunos materiales con respecto de la del
vació.
Se hacen formando un arrollamiento de película de
aluminio, e inicialmente separadas por una capa de
un material absorbente como tela o papel
impregnado con una solución o gel, aunque
modernamente se emplea óxido de aluminio o
tántalo. El conjunto se introduce en un contenedor
de aluminio, dando un aspecto de "bote".
Según la disposición de las patillas, existe la configuración axial y la
radial. Los condensadores electrolíticos modernos se fabrican utilizando un
electrolito dentro del propio condensador, y la acción de una tensión en
bornas del condensador refuerza la capa dieléctrica de óxido, de modo que
es imprescindible la correcta polarización del condensador. Si aplicamos una
polarización errónea, el dieléctrico se destruye y las placas entran en
contacto.

12. bobinas
Las bobinas son un tipo de elementos pasivos capaces de generar
un campo magnético cuando son atravesados por una corriente
eléctrica.
Para construirlas se utilizan núcleos
de materiales ferromagnéticos como
el hierro dulce, chapa magnética,
ferrita... Estos materiales conducen
muy fácilmente el flujo magnético,
aunque a veces en algunas
aplicaciones el núcleo utilizado es el
aire.

13. Características de los semiconductores
Los primeros semiconductores utilizados para fines técnicos fueron pequeños
detectores diodos empleados a principios del siglo 20 en los primitivos
radiorreceptores, que se conocían como “de galena”. Ese nombre lo tomó el
radiorreceptor de la pequeña piedra de galena o sulfuro de plomo (PbS) que hacía la
función de diodo y que tenían instalado para sintonizar las emisoras de radio.
La sintonización se obtenía moviendo una
aguja que tenía dispuesta sobre la
superficie de la piedra.
Aunque con la galena era posible
seleccionar y escuchar estaciones de radio
con poca calidad auditiva, en realidad
nadie conocía que misterio encerraba esa
piedra para que pudiera captarlas.

14. Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge)
y el selenio (Se), por ejemplo, constituyen elementos que
poseen características intermedias entre los cuerpos
conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni
una cosa, ni la otra.
Sin embargo, bajo
determinadas condiciones Semiconductor de
esos mismos elementos silicio.
permiten la circulación de la
corriente eléctrica en un
sentido, pero no en el
sentido contrario. Esa
propiedad se utiliza para
rectificar corriente alterna, Semiconductor de
detectar señales de radio, germanio
amplificar señales de
corriente eléctrica, funcionar
como interruptores o
compuertas utilizadas en
electrónica digital, etc.

15. TABLA DE ELEMENTOS
SEMICONDUCTORES
Número Nombre del Grupo en la Electrones en la Números de
Categoría
Atómico Elemento Tabla Periódica última órbita valencia
48 Cd (Cadmio) IIa Metal 2 e- +2
5 B (Boro) Metaloide 3 e- +3
13 Al (Aluminio)
IIIa
31 Ga (Galio) Metal
49 In (Indio)
14 Si (Silicio) 4 e- +4
IVa Metaloide
32 Ge (Germanio)
15 P (Fósforo) No metal 5 e- +3, -3, +5
33 As (Arsénico) Va
Metaloide
51 Sb (Antimonio)
16 S (Azufre) 6 e- +2, -2 +4, +6
No metal
34 Se (Selenio) VIa
52 Te (Telurio) Metaloide

16. Estructura eléctrica del silicio
El silicio es el segundo elemento del planeta más
abundante, el primero es el oxígeno. Pertenece a la
familia de los carbonoideos en la tabla periódica. Tiene
14 electrones y 14 protones, pero en términos de interés,
solo nos interesan los 4 electrones que dispone en su
zona de valencia.
Como podemos observar en el dibujo,
el átomo de silicio presenta un enlace
covalente, esto quiere decir que cada
átomo está unido a otros cuatro
átomos y compartiendo sus
electrones de valencia.

17. El enlace covalente lo forman todos los elementos del grupo
IV de la tabla periódica, al cual pertenece el silicio.
Al aplicarle energía externa, ya sea de calor o de luz, se rompen los
enlaces quedando un electrón libre por cada enlace roto, pero a su
vez, se tiene un hueco vacío, el que ocupaba el electrón.
De esta forma se obtiene corriente
eléctrica, por el movimiento de los
electrones hacía los potenciales
positivos y del movimiento de los
huecos hacía los potenciales
negativos.
Esto sucede así siempre que se utiliza
al silicio como un semiconductor
intrínseco. Cuando queremos usar el
silicio como semiconductor
extrínseco, se colocan impurezas en
el enlace covalente, lo cual hace que
sea más fácil ganar o perder un
electrón. Pero esto, lo veremos en la
página destinada a la unión N-P.

18. Materiales tipo N y tipo P
Cuando al dopar introducimos átomos con tres electrones de
valencia en un elemento de átomos con cuatro estamos
formando un semiconductor tipo P, viniendo su nombre del
exceso de carga aparentemente positiva (porque los
átomos siguen siendo neutros, debido a que tienen igual
número de electrones que de protones) que tienen estos
elementos.
Estos átomos "extraños"
que hemos añadido se
recombinan con el resto pero
nos queda un hueco libre que
produce atracción sobre los
electrones que circulan por
nuestro elemento. También
se produce una circulación de
estos huecos colaborando en
la corriente.

19. Si los átomos añadidos tienen cinco electrones en su última capa el
semiconductor se denomina de tipo N, por ser potencialmente
más negativo que uno sin dopar.
En este tipo de materiales tenemos
un quinto electrón que no se
recombina con los demás y que, por
tanto, está libre y vaga por el
elemento produciendo corriente. Para
hacerse una idea de las cantidades
que entran en juego en esto del
dopaje se podría decir que se
introduce un átomo extraño por cada
doscientos millones de átomos del
semiconductor.

20. Unión P-N
Se denomina unión PN a la estructura fundamental de los componentes
electrónicos comúnmente denominados semiconductores,
principalmente diodos y transistores BJT.
Está formada por la unión
metalúrgica de dos cristales,
generalmente de Silicio (Si),
aunque también se fabrican
de Germanio (Ge), de
naturalezas P y N según su
composición a nivel atómico.
Estos tipos de cristal se
obtienen al dopar cristales de
metal puro
intencionadamente con
impurezas, normalmente con
algún otro metal o
compuesto químico.

21. Asi se ve implementada en un circuito
Polarización directa del diodo p-n
Polarización inversa de la unión P - N
En este caso, el polo negativo de la batería se conecta a la zona
p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la zona de
carga espacial, y la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el
valor de la tensión de la batería
Polarización inversa del diodo pn.

22. Dispositivos semiconductores
El dispositivo semiconductor mas simple es el diodo. Como se muestra
en la figura 1.1 abajo a la derecha, está hecho por la unión de un
material semiconductor de tipo N y otro de tipo P. Nos ocuparemos solo
de los diodos de silicio. Hay diodos construidos de otros materiales tales
como el germanio y el arseniato de galio, pero su forma de operar es
esencialmente la misma.
Diodo LED
LED (de las siglas en inglés Light-Emitting Diode,
diodo emisor de luz en español) se refiere a
un componente optoelectrónico pasivo, más
concretamente un diodo que emite luz.
Símbolo del diodo
Partes del diodo

23. Diodo rectificador
El rectificador es el elemento o circuito
que permite convertir la corriente
alterna en corriente continua. Esto se
realiza utilizando diodos rectificadores, ya
sean semiconductores de estado
sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas
como las de vapor de mercurio.
Diodo rectificador
Rectificación completa de una onda
sinodal

24. diodo Zener
El diodo Zener es un diodo de cromo que se ha construido para
que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su
inventor, el Dr.Clarence Melvin Zener. El diodo Zener es la parte
esencial de los reguladores de tensión casi constantes con
independencia de que se presenten grandes variaciones de la
tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.
Son mal llamados a veces diodos de
avalancha, pues presentan
comportamientos similares a estos,
pero los mecanismos involucrados
son diferentes.
Símbolo del diodo
zener

25. Características
Si a un diodo Zener se le aplica una corriente
eléctrica del ánodo al cátodo (polarización directa) toma las
características de un diodo rectificador básico, pero si se le
suministra corriente eléctrica de cátodo a ánodo (polarización
inversa), el diodo solo dejara pasar un voltaje constante.
En conclusión: el diodo Zener debe ser polarizado al revés para que
adopte su característica de regulador de tensión.
Su símbolo es como el de un diodo normal pero tiene dos terminales
a los lados. Este diodo se comporta como un diodo convencional en
condiciones de alta corriente porque cuando recibe demasiada
corriente se quema.

26. Transistor
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple
funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El
término transistor es la contracción en inglés de transfer
resistor (resistencia de transferencia).
Actualmente se encuentran
prácticamente en todos
los aparatos electrónicos de
uso
diario: radios, televisores, repr
oductores de audio y
video, relojes de cuarzo, etc.
Símbolo eléctrico

27. Transistor bipolar
es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en
dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso
de la corriente a través de sus terminales.
están formados de tres regiones:
Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar
fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su
nombre se debe a que esta terminal funciona
como emisor de portadores de carga.
Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor
del colector.
Colector, de extensión mucho mayor.
La técnica de fabricación más común es la deposición epitaxial. En su
funcionamiento normal, la unión base-emisor está polarizada en directa, mientras
que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor
atraviesan la base, porque es muy angosta, hay poca recombinación de
portadores, y la mayoría pasa al colector.

28. Transistor de efecto campo
El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor o FET, en inglés) es una familia
de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un
"canal" en un material semiconductor. Los FET pueden plantearse como resistencias
controladas por diferencia de potencial.
La mayoría de los FET están hechos usando las técnicas de procesado
de semiconductores habituales, empleando la oblea mono cristalina
semiconductora como la región activa o canal.
Características:
 Tiene una resistencia de entrada
extremadamente alta (casi 100MΩ).
 No tiene un voltaje de unión cuando se
utiliza como conmutador (interruptor).
 Hasta cierto punto es inmune a la
radiación.
 Es menos ruidoso.
 Puede operarse para proporcionar una
mayor estabilidad térmica. símbolo

29. Transistor MOSFET
El "transistor de efecto de campo metal óxido
semiconductor" o MOSFET (en inglés Metal-oxide-semiconductor Field-
effect transistor) es un transistor utilizado para amplificar o
conmutar señales electrónicas.
Existen dos tipos de transistores MOSFET,
ambos basados en la estructura MOS.
Los MOSFET de empobrecimiento tienen un canal conductor en su
estado de reposo, que se debe hacer desaparecer mediante la
aplicación de la tensión eléctrica en la compuerta, lo cual ocasiona
una disminución de la cantidad de portadores de carga y una
disminución respectiva de la conductividad.4

30. Los MOSFET de enriquecimiento se basan en la creación de un canal entre
el drenador y el surtidor, al aplicar una tensión en la compuerta.
La tensión de la compuerta atrae portadores minoritarios hacia el canal, de
manera que se forma una región de inversión, es decir, una región con
dopado opuesto al que tenía el sustrato originalmente.
De este modo un transistor NMOS se construye con un sustrato tipo p y
tiene un canal de tipo n, mientras que un transistor PMOS se construye con
un sustrato tipo n y tiene un canal de tipo p.
Modos de operación
La operación de un transistor MOSFET se puede dividir en tres
diferentes regiones de operación, dependiendo de las tensiones
en sus terminales. En la presente discusión se utiliza un modelo
•algebraico que es válido para las tecnologías básicas antiguas,
y se incluye aquí con fines didácticos. En los MOSFET modernos
se requieren modelos computacionales que exhiben un
comportamiento mucho más complejo.

31. Tiristor
El tiristor (gr.: puerta) es un componente electrónico constituido por
elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para
producir una conmutación. Los materiales de los que se compone son
de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la
que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como
conductores.
Funcionamiento básico
El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el
equivalente electrónico de los interruptores mecánicos;
por tanto, es capaz de dejar pasar plenamente o
bloquear por completo el paso de la corriente sin tener
nivel intermedio alguno, aunque no son capaces de
soportar grandes sobrecargas de corriente.
Símbolo eléctrico

32. aplicaciones
Normalmente son usados en diseños donde hay corrientes o voltajes
muy grandes, también son comúnmente usados para controlar corriente
alterna donde el cambio de polaridad de la corriente revierte en la
conexión o desconexión del dispositivo
Fabricación
Técnica de Difusión-Aleación: La parte principal del tiristor está
compuesta por un disco de silicio de material tipo N, 2 uniones se
obtienen en una operación de difusión con galio, el cual dopa con
impurezas tipo P las 2 caras del disco. En la cara exterior se forma una
unión, con un contacto oro-antimonio. Los contactos del ánodo y cátodo
se realizan con molibdeno. La conexión de puerta se fija a la capa
intermedia (tipo P) usando aluminio.

33. Técnica "Todo Difusión": Se trata de la técnica más usada, sobre
todo en dispositivos de mediana o baja intensidad, el problema
principal de esta técnica reside en los contactos, cuya construcción
resulta más delicada y problemática que en el caso de difusión-
aleación.
Técnica de Barrera Aislante: Esta técnica es una variante de la
anterior. Se parte de un sustrato de silicio tipo N que se oxida por las
dos caras, después en cada una de las 2 caras se hace la difusión con
material tipo P. Una difusión muy duradera y a altas temperaturas
produce la unión de las 2 zonas P.

34. SCR (Rectificador controlado de silicio)
Tiristor es un elemento semiconductor muy
utilizado para controlar la cantidad de potencia
que se entrega a una carga, Analizando el
símbolo:
- A = ánodo
- G = compuerta o Gate
- C = cátodo, también representado por la
letra K
Normalmente el SCR se comporta como un circuito abierto
hasta que activa su compuerta (GATE) con una pequeña
corriente (se cierra el interruptor S) y así este conduce y se
comporta como un diodo en polarización directa

35. tiristor DIAC
Los DIAC son una clase de tiristor, y se usan normalmente para
disparar los triac, otra clase de tiristor.
Es un dispositivo semiconductor
de dos terminales, llamados
ánodo y cátodo. Actúa como un
interruptor bidireccional el cual
se activa cuando el voltaje entre
sus terminales alcanza el voltaje
de ruptura, dicho voltaje puede
estar entre 20 y 36 volts según
la referencia.

36. Existen dos tipos de DIAC:
DIAC de tres capas: Es similar a un transistor bipolar sin conexión de
base y con las regiones de colector y emisor iguales y muy dopadas. El
dispositivo permanece bloqueado hasta que se alcanza la tensión de
avalancha en la unión del colector. Esto inyecta corriente en la base que
vuelve el transistor conductor, produciéndose un efecto regenerativo. Al ser
un dispositivo simétrico, funciona igual en ambas polaridades,
intercambiando el emisor y colector sus funciones.
DIAC de cuatro capas. Consiste en dos diodos Shockley conectados
en anti paralelo, lo que le da la característica bidireccional

37. Tiristor Triac
Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición
que formarían dos SCR en direcciones opuestas.
Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la
denominación de ánodo y cátodo) y puerta. El disparo del TRIAC
se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta.

38. Aplicaciones más comunes
 Su versatilidad lo hace ideal para el control de corrientes alternas.
 Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo
muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y
los relés.
 Funciona como interruptor electrónico y también a pila.
 Se utilizan TRIACs de baja potencia en muchas aplicaciones
como atenuadores de luz, controles de velocidad para motores
eléctricos, y en los sistemas de control computarizado de muchos
elementos caseros. No obstante, cuando se utiliza con cargas
inductivas como motores eléctricos, se deben tomar las
precauciones necesarias para asegurarse que el TRIAC se apaga
correctamente al final de cada semiciclo de la onda de Corriente
alterna.
 Debido a su poca estabilidad en la actualidad su uso es muy
reducido.