Este documento proporciona una introducción a la electrónica analógica y digital, los semiconductores y los componentes electrónicos básicos como diodos y transistores. Explica conceptos clave como bandas de energía en los átomos y semiconductores, y tipos de componentes como diodos rectificadores, LED, fotodiodos y diferentes tipos de transistores.

1. ELECTRONICAELECTRONICA
ANALÓGICA DIGITAL
tiempo
Señal
tiempo
Señal
Solo
2 valores
Cualquier
valor

2. ELECTRÓNICA ANALÓGICA
• SEMICONDUCTORES
• COMPONENTES ELECTRONICOS
• BLOQUES FUNCIONALES

3. SEMICONDUCTORES
Unión P-N
El átomo
Bandas de energía
El semiconductor
La circulación de corriente

4. El átomoEl átomo
Np = nº protones
núcleo
Ne = nº electrones
periferia
•Última = órbita de valencia
•Enlaces = f(órbita de valencia)
•Los electrones están distribuidos en
órbitas de distinta energía
•Para pasar de una a otra un electrón ha
de absorber o liberar la siguiente energía:
•E = hv h= constante de Plank
v = frecuencia de radiación
•Ne > Np
•Ne = Np
•Ne < Np •positivo
•neutro
•negativo
•Carga del átomo
•Distribución de electrones

5. •Cada órbita de electrones constituye una banda
energética en la que pueden estar los electrones.
• Entre las distintas órbitas hay bandas energéticas
en las que no pueden estar los electrones.
•Cada órbita de electrones constituye una banda
energética en la que pueden estar los electrones.
• Entre las distintas órbitas hay bandas energéticas
en las que no pueden estar los electrones.
B. conducción
B. prohibida
B. valencia Intervalo energético donde están los electrones de la
última órbita
•Energía que ha de adquirir un electrón de la banda de
valencia para poder moverse libremente por el material
Intervalo energético donde están aquellos electrones que
pueden moverse libremente
B. conducción
•B. prohibida
B. valencia
B. conducción
B. valencia
B. conducción
•B. prohibida
B. valencia

6. El semiconductor I
• B. prohibida <<
• 4 de valencia
• Enlaces covalentes
Conductor o
aislante
CARACTERÍSTICAS
Ge
S
i
AsGa Otros
Histórico Principal
Algunas
aplicaciones
específicas
Poco
usados

7. El semiconductor II
•Átomo de Si
•Electrón de valencia
•Enlace covalente

8. El semiconductor III
+ energía
•Térmica
•Luminosa
•Eléctrica
•Etc.
•Número electrones
=
•Numero de huecosElectrón
libre
Hueco
Par
electrón-hueco
•RUPTURA
Energía

9. El semiconductor IV
•Arsénico
•Antimonio
•Fósforo
•Etc.
Átomo con
5 electrones
de valencia
•Aluminio
•Boro
•Galio
•Etc.
Átomo con
3 electrones
de valencia
Tipo NTipo N Tipo PTipo P
Nº de portadores = Nº de impurezas

10. •La circulación tiene
lugar en la banda de
conducción
=
Los conductores
•La circulación tiene
lugar en la banda de
conducción
=
Los conductores
V+
V-

11. •La circulación tiene
lugar en la banda de
valencia
•La circulación tiene
lugar en la banda de
valencia
V+
V-

12. V+ V+V+
V- V- V-

13. P N
P N
mayoritarios
minoritarios

14. MUCHOS
P N P N
MUCHOS
P NP N

15. Al juntarse un y un desaparecen
ambos, apareciendo la zona
despoblada
P N
P N
Zona
despo-
blada

16. •Fuerza de la barrera de
potencial
•Fuerza de difusión
P N
•La barrera de
potencial se
opone al paso
de y
•Impureza
con 3
electrones
•Impureza
con 5
electrones
•EQUILIBRIO

17. Los minoritariosLos minoritarios
NO circulanNO circulan
P N
V
•Para que circulen
los portadores
mayoritarios ha de
ser V > la tensión
de la Barrera de
Potencial

18. Los mayoritariosLos mayoritarios
NO circulan, SENO circulan, SE
REAGRUPAN.REAGRUPAN.
•Solo hay corriente
de minoritarios
•D = f(V)
P N
V
D

19. P N
V
d
C =
* S
d
•C es la capacidad
• es la constante dieléctrica
•S es la superficie
•d es la distancia
El ancho de la zona despoblada seEl ancho de la zona despoblada se
modifica con el valor de Vmodifica con el valor de V

20. P
V
N
I
I
V
I = I0*(exp(V/n*VT) -1)
•VT = KT/q
•I0 = corriente inversa de saturación
•q = carga del electrón: 1,6*10-19
culombios
•K = constante de Boltzman: 1,36*10-23
J/ºK
•T = Temperatura en grados Kelvin
•n = constante empírica ( 1-germanio; 2-silicio)

21. COMPONENTES
•El diodo ideal
•Diodos reales
•El diodo de unión P-N
•El diodo zener
•El fotodiodo
•El LED
•El Optoacoplador
•La función transistor
•El transistor bipolar
•Transistores de efecto de campo
-JFET
-MOSFET
DIODOS TRANSISTORES

22. I
V
I
V
Símbolo
POLARIZACIÓN DIRECTA
•R = 0
•Puede circular cualquier corriente
POLARIZACIÓN INVERSA
•R =
•No hay corriente
8

23. OTROS DIODOS
•De Gas
•De Selenio
•De Óxido de cobre
•De Puntas de contacto
•De Unión P-N
Diodo de vacío

24. I
V
I
V
Símbolo
P
V
N
I
V
I
VR
VC
VC = 0,7 en el Si
VR = Tensión de ruptura
Curva realCurva real
AproximaciónAproximación

25. V
I
VZ
VZ = Tensión de funcionamiento
AproximaciónAproximación
Izmáx
Zonade
funcionamiento
I
V
Símbolo
•El diodo zener está diseñado para trabajar en la zona de ruptura, siempre que no
se sobrepase su intensidad máxima.
•Existen en el mercado diodos zener con diversas tensiones de funcionamiento.

26. Circuito típico de regulación con zener
VZ
V
Rs
RL
•El zener impide que la tensión en la resistencia de carga RL supere el valor de su
tensión nominal.
•El zener no puede impedir que la tensión baje por debajo de su tensión nominal.
•La regulación la consigue absorbiendo más o menos corriente, en función de las
características del circuito. La diferencia de tensión entre la alimentación y la carga
se va a RS
V
I
VZ
Izmáx

27. •En polarización directa se comporta como un diodo normal.
•En polarización inversa sólo conduce cuando le incide luz.
•Al incidir la luz se rompen muchos enlaces y por tanto se incrementa el número de
minoritarios que son los responsables de la corriente inversa.
Símbolo
Circuito típico
con fotodiodo
V
RL
I
I
V
LuzLuz

28. Símbolo
Circuito típico
con LED
V
RL
I
Display de 7 segmentosDisplay de 7 segmentos
Light Emitting Diode

29. V
RL
I
V
RL
I
•La ventaja fundamental de un optoacoplador es el
aislamiento eléctrico entre el circuito de entrada y el
de salida.
•El único contacto que hay es un haz de luz.

30. •Actúa como un interruptor
•Se usa en electrónica digital
(ordenadores, etc)
•Amplifica la señal de entrada
•Se usa tanto en analógica
como en digital
entrada
salida
3 terminales

31. NN PE
B
C
Símbolo
Estructura
E
B
C
N PPE
B
C
Símbolo
Estructura
E
B
C
NPN PNP
•El transistor bipolar sustituyó con éxito a las válvulas de vacío.
•Sus principales ventajas son: más pequeño, más barato, más fiable, menos consumo y
mayor tiempo de vida.
•Ha sido desplazado por los FET en la mayor parte de las aplicaciones de electrónica digital,
pero sigue siendo competitivo en amplificación y en alta velocidad de conmutación.

32. E B
C
NPN
•Al estar polarizada directa-
mente la unión B-E, el E
inyecta electrones libres en la
base.
•Al llegar los electrones del E
a la B son arrastrados, la ma-
yoría, al C, debido a la polari-
zación inversa de la unión C-
B y a que la base es estrecha y
está poco dopada. Solo unos
pocos forman la corriente de
B-E, mucho más pequeña que
la de E-C.
•En definitiva la polarización
B-E, gobierna la corriente en-
tre E-C.
•La relación entre las corrien-
tes de B y C determinan la ga-
nancia del transistor.
•Existen en el transistor otras
corrientes menos importantes
que no están reflejadas en este
gráfico.
aislante aislante aislante

33. E
B
C
IC
IB
IE
• Aplicando la 1ª ley de Kirchoff al transistor
obtenemos:
IE = IB + IC
• El transistor tiene un comportamiento no lineal.
Existen varios modelos para describir la relación
entre las tensiones y corrientes que circulan por él.
El más usado es el de Everst-Mole:
IC = ßIB + (1 + ß)IC0
• Normalmente IC0 es despreciable con lo que la
ecuación anterior se simplifica:
IC ßIB
• Por otra parte como ß siempre es mayor de 10 se
deduce que IB es despreciable frente a IC, por lo
que:
IE IC

34. ICC
VCECE
IB7B7
IB6B6
IB5B5
IB4B4
IB3B3
IB2B2
IB1B1
VCC
CURVAS DE SALIDA
Circuito típico de amplificación
con un transistor

35. E
B
C
IC
IB
IE
E
B C
• El transistor bipolar es un dispositivo no lineal. Pero cuando trabaja en pequeña señal su comportamiento es
aproximadamente lineal.
• Existen diversos circuitos que representan bien el comportamiento lineal del transistor, los cuales permiten
resolver los circuitos con transistores mediante la Teoría de Circuitos.
• Uno de los más usados es el modelo simplificado de parámetros H en emisor común, que se representa a
continuación:

36. FET: Field Effect Transistor
FET
JFET
MOSFET
Canal n
Canal n
Canal n
Canal p
Canal p
Canal p
•El FET es un dispositivo controlado en V
•Se denominan transistores unipolares porque tienen un solo portador de carga
•Tienen una gran impedancia de entrada
•Producen poco ruido
•Ocupan poco espacio
•Tienen problemas a altas frecuencias
acumulación
despoblamiento

37. G
D
S
N
P P
S
G
D
Canal N
G
D
S
P
N N
S
G
D
Canal P
G
D
S
•El JFET, al contrario que el bipolar, tiene la unión G-S
polarizada en inverso. Esto determina que la corriente de
entrada sea mucho más pequeña. Es tanto como decir que es
un dispositivo con una gran impedancia de entrada.
•El surtidor emite los portadores de carga y el drenador los
recibe.
•La polarización inversa de puerta permite hacer el canal más
ancho o más estrecho.

38. Acumulación
S DG
N N
P
aislante
conductor
S
S
D
D
G
G
Canal N
Canal P •En el Mosfet de acumulación no existe inicialmente
canal. Este se crea mediante la polarización de
puerta surtidor. En el de canal N esta polarización es
positiva y en el de canal P es negativa.

39. Despoblamiento
S DG
N N
P
aislante
conductor
S
S
D
D
G
G
Canal N
Canal P •En el Mosfet de despoblamiento existe canal inicial.
Esto permite dos tipos de polarización en puerta (+ y
- ). Con polarización positiva se incrementa el canal.
Con polarización negativa se disminuye.

40. •Rectificadores
•Filtros
•Amplificadores
•Realimentación
•Operacional
•Generadores de señal

41. ¿Por qué?
V
125/220
t
V
t
V
t
V
t
variación
V
t
variación
Alimentación
de red
Es preciso
convertir
C.A./C.C.
Circuitos
electrónicos
¿Cómo?
C.A.C.C.
Red Transformador Rectificador Filtro Regulador
Circuitos analógicos

42. Rectificador
v
t
Circuitos analógicos
v
t
v
t
v
t
Media Onda
Onda Completa
Son los que
se usan en
la práctica
Poco interés
práctico

43. En el semiciclo
positivo si hay
corriente
En el semiciclo
negativo no hay
corriente
V
125/220
t
V
t
V
t
Rectificador de media onda
+
-
+
-
125/220
125/220
Circuitos analógicos

44. El puente de diodos está constituido por cuatro diodos encapsulados juntos.
El transformador deberá tener la relación de transformación adecuada a la
tensión continua que se desee.
V
125/220
t
V
t
Rectificador de onda completa
Circuitos analógicos
V
t
125/220 Puente de
diodos
~
~ +
-

45. Filtros
Circuitos analógicos
Son circuitos electrónicos
que permiten seleccionar,
atenuar o eliminar señales
de una determinada
frecuencia.
=
Esto se consigue usando
componentes cuya respuesta
sea función de la frecuencia
ZC=
1
jωC
ZL=jωL
Ejemplos

46. Tipos Básicos de Filtros
Circuitos analógicos
1
t
R
fC2fC1
1
t
R
fC2fC1
Filtro Paso Banda
1
t
R
fC
1
t
R
fC
Filtro Paso Alto
1
t
R
fC
1
t
R
fC
Filtro Paso Bajo

47. CUESTIÓN PREVIA
Circuitos analógicos
RSe SS = Se * R
Cuando una señal pasa por un circuito, la señal de
salida se obtiene multiplicando la señal de entrada
por la función de transferencia o respuesta del
circuito.

48. ¿Cómo actúa un filtro?
Circuitos analógicos
Paso Banda
1
t
R
fC2fC1
Paso Alto
1
t
R
fC
Paso Bajo
1
t
R
fC
Sa ( f < fC1 )
Sb (fC1 < f < fC2 )
Sc ( f > fC2 )
Sa ( f < fC )
Sb ( f > fC )
Sa ( f < fC )
Sb ( f > fC )
Sa ( f < fC1 )* 0 = 0
Sb (fC1 < f < fC2 )* 1 = Sb (fC1 < f < fC2 )
Sc ( f > fC2 ) )* 0 = 0
Sa ( f < fC )* 0 = 0
Sb ( f > fC )* 1 = Sb ( f > fC )
Sa ( f < fC )* 1 = Sa ( f < fC )
Sb ( f > fC )* 0 = 0

49. Descomposición de señales
Circuitos analógicos
Cualquier señal
se puede
descomponer en la
suma de una señal
continua y un
conjunto de señales
senoidales
V
t
Fourier
Series Transformada
=
V
t

50. Ejemplo de descomposición de una señal periódica
Circuitos analógicos
=
V
t
V
t
V
t
V
t
V
t
++ + +

51. Filtros + Descomposición de Señales
Circuitos analógicos
V
t
Rectificador
F. Paso-bajo
V
t
Señal Teórica
V
t
Señal Real
Extraer una señal
de una determinada
frecuencia.

52. Filtros + Descomposición de Señales
Circuitos analógicos
t
V
t
V
Filtro
Paso-Alto
Filtro
Paso-Bajo
Modificar las
características
de una señal.
t
V

53. SS= A · Se
GV Ganancia en tensión
GI Ganancia en intensidad
GV Ganancia en tensión
GI Ganancia en intensidad
Esquema Básico
Circuitos analógicos
Se SS
A
Señal de
Entrada
V ó I
Señal de
Salida
V ó I
GANANCIAGANANCIA
AA

54. Ze - Impedancia de entrada
Zs - Impedancia de salida
Esquema Básico
Circuitos analógicos
Ze ZS
A
Otros Parámetros
Importantes
Otros Parámetros
Importantes
Los amplificadores son circuitos básicos en la transmisión
de señales electrónicas, pues permiten elevar el nivel de las
mismas, bien para transmitirlas o bien para recuperar
señales con unos niveles muy bajos de tensión.

55. Cadena de Amplificación
Circuitos analógicos
Transductor
de entrada
Transductor
de entrada
A1 A2
Transductor
de salida
Transductor
de salida
Aunque la señal que manejan los amplificadores es electrónica,
las señales inicial y final pueden ser cualquier tipo de señal física
(presión, temperatura, humedad, óptica, etc.). Los transductores
se encargan de hacer las correspondientes conversiones. Esto
permite usar la electrónica en el procesamiento de cualquier
magnitud física.
Pueden colocarse tantos ampli-
ficadores como sea necesario
Pueden colocarse tantos ampli-
ficadores como sea necesario

56. Adaptación de impedancias
Circuitos analógicos
Transductor
de entrada
Transductor
de entrada
A1 A2
Transductor
de salida
Transductor
de salida
Zs1 Ze2
Zs1 = Ze2

57. Concepto
Circuitos analógicos
Consiste en combinar una muestra de la señal de
salida de un proceso con la entrada, para modificar
las características del proceso en la forma deseada

58. Ejemplo de Sistema Realimentado
Circuitos analógicos
Mando a
distancia GRUA
Posición de
la carretilla
3º piso
La señal de salida viene
dada por la posición de
la carretilla. La señal de
entrada está determinada
por el piso al que se
desea subir la carretilla.
El operario, con su vista,
compara ambas señales y
si no coinciden, actúa
sobre el mando a distancia
hasta hacerlas coincidir.

59. Circuito Básico
Circuitos analógicos
B
+
-
A
MEZCLADOR
DE SEÑALES AMPLIFICADOR
RED DE
REALIMENTACIÓN

60. Análisis
Circuitos analógicos
B
+
-
A
Se’ = Se - B * Ss
B * Ss
Se
Ss
Ss = Se’ · A
Ss = (Se - B·Ss) ·A
A
1 + A · B
Ss
Se
=
Característica de
transferencia del sistema Ar
=

61. Tipos de Realimentación
Circuitos analógicos
NEGATIVA Ar < A

62. Tipos de Realimentación
Circuitos analógicos
POSITIVA Ar > A
Esta Realimentación favorece los cambios bruscos
El sistema es muy inestable
Interesa cuando se desean obtener transiciones muy
bruscas de una señal, como por ejemplo al generar una
onda cuadrada: V
t

63. Tipos de Realimentación
Circuitos analógicos
OSCILADORES Ar = A
El sistema puede proporcionar una señal de salida sin
tener señal de entrada
Interesa esta realimentación para los generadores de
señal. Se usa en los osciladores.
Ss =∞
Ss = 0
=
Ss
Se
∞

64. Amplificador Operacional
Circuitos analógicos
-Vcc
+Vcc
V1-V2
-
+
+Vcc
-Vcc
V1
V2 V0
Ref

65. Usos del Amplificador Operacional
Circuitos analógicos
Ve= -R1·i1
Vs= -R2·i2
Vs
Ve
=
-R2
R1
i1=i2
R1
R2
i1
i2
Ve
Vs
-
+
R2
Vs
-
+
Ve
-Vcc
+Vcc
Ve
Vs

66. Tipos de Generadores
Circuitos analógicos
Señal de entrada
Oscilador
V
t
Señal de salida
senoidal

67. Multivibradores
Circuitos analógicos
Aestable
V
t
El circuito bascula solo del nivel bajo
al alto, y viceversa.
Pueden regularse los tiempos en ambos
estados.
No tiene ningún estado estable.

68. Multivibradores
Circuitos analógicos
V
t
El circuito sólo cambia de un estado al
otro.
Para salir del segundo estado precisa
una señal externa.
Tiene un solo estado estable.
Monoestable
Señales de Cambio

69. Multivibradores
Circuitos analógicos
V
t
Para salir de cualquiera de los dos
estados precisa una señal externa.
Tiene dos estados estables.
Biestable
Señales de Cambio