CORRIENTE EL

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En la presentación que se inicia a continuación
solamente están recogidas las ideas principales,
por lo que deberías de complementarla con los
apuntes y tener presentes las explicaciones de
clase.
El símbolo indica que la diapositiva
presente permanecerá en pantalla hasta que se
presione la tecla INTRO, la barra espaciadora o
el botón izquierdo del ratón para permitir que
puedas leer el texto con calma y estudiar las
gráficas
2
Electrónica

• Fundamentos
• y
• Dispositivos básicos

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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

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Corriente continua
Cuando los electrones se mueven siempre en el
mismo sentido
Puede presentar intensidad constante
Cumple siempre la Ley de Ohm
V I.R
La potencia disponible se puede calcular como
P V.I I2.R V2/ 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
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Corriente alterna
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
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)
En nuestro país la frecuencia de la corriente
alterna es de 50 Hz
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La tensión también varía con el tiempo como la
intensidad y cuando dichas variaciones siguen
secuencias paralelas se dice que están en fase
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
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Cuando la intensidad y la tensión no siguen
secuencias paralelas decimos que existe un
desfase entre ellas
I y V DESFASADAS
I y V EN OPOSICIÓN
Los desfases están ocasionados por la presencia
de bobinas o de condensadores en el circuito
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En las bobinas se origina campo magnético de
intensidad variable que, a su vez, induce una
corriente que se opone a la principal,
ocasionando un desfase con la tensión
Cuando hay una bobina decimos que la intensidad
está retrasada respecto al potencial porque
cuando la tensión llega al máximo, la intensidad
aun no es máxima y llega a su máximo mas tarde y
lo mismo ocurre cuando la tensión se hace cero,
cambia de sentido, etc, que la intensidad pasa
por esos valores mas tarde.
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En el caso de los condensadores, se produce una
continua carga y descarga que ocasiona una
corriente suplementaria, lo que origina también
un desfase con la tensión
En este caso, la intensidad está adelantada
respecto de la tensión, lo que quiere decir que
cuando la tensión llega al máximo, la intensidad
ya había pasado antes por su valor máximo y
ocurre lo mismo con el paso por el valor cero o
el cambio de sentido antes la intensidad y mas
tarde la tensión.
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Conductores, aislantes y semiconductores
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 una magnitud
llamada conductividad.
Según el valor de la conductividad se pueden
distinguir tres tipos de materiales
Conductores Aislantes Semiconductores
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Conductores
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
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Aislantes
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
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Semiconductores
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
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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)
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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.
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La segunda forma es añadiendo un extraño, lo
cual se conoce con el nombre de dopaje.
Consiste en añadir , sin modificar
significativamente la estructura interna del
material, una pequeña cantidad de átomos de otro
elemento similar en tamaño pero con mas o con
menos electrones de valencia.
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 bollo resulta mas esponjoso
En nuestro caso, el efecto es un aumento en la
conductividad
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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)
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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)
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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.
En los semiconductores extrínsecos tipo N los
portadores mayoritarios son los electrones
En los semiconductores extrínsecos tipo P, los
portadores mayoritarios son los huecos
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La unión PN o diodo
Qué ocurriría si se juntase un trozo de material
tipo P con un trozo de material tipo N?
Algunos electrones de la zona fronteriza del
material tipo N pasan a la zona fronteriza del
material tipo P y rellenan sus huecos
Los electrones se van con los huecos debido a la
atracción propia de cargas opuestas, pero
entonces...
por qué sólo unos pocos?
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Una vez que se han pasado cierta cantidad de
electrones al otro bando comienza a haber una
concentración de electrones mayor de lo normal,
lo que provoca que estos empiecen a repelerse
entre ellos. Por tanto, se llega a un equilibrio
al haberse ido los suficientes electrones para
apaciguar la atracción hueco-electrón inicial
pero no tantos como para llegar a repelerse entre
ellos. Una vez alcanzado este equilibrio se dice
que se ha creado una barrera de potencial.
Esta situación permanecerá inalterable mientras
no hagamos nada externo para modificarla.
Podemos compensar el efecto de esa barrera de
potencial con otro potencial aportado
externamente, por ejemplo, por medio de una
batería
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Existen dos formas de conectar una batería a una
unión PN
POLARIZACIÓN DIRECTA
El polo negativo de la batería inyecta electrones
en la zona N y el polo positivo recibe electrones
de la zona P, con lo que se origina una corriente
eléctrica.
Hemos conseguido disminuir o vencer la barrera de
potencial
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POLARIZACIÓN INVERSA
En este caso no hay corriente en ningún sentido
porque los huecos libres de la zona P se
recombinan con los electrones procedentes del
polo negativo de la batería y los electrones
libres de la zona N son absorbidos por el polo
positivo de la batería, alejándose tanto huecos
como electrones de la zona de unión
El efecto ha sido el de aumentar la barrera de
potencial
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En realidad en la polarización inversa si que
hay una pequeña corriente y una gráfica real de
la intensidad según la polarización es de la
forma
El símbolo y polaridad del diodo en forma directa
es
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EL TRANSISTOR
La ampliación mas sencilla que se puede hacer de
la unión PN es añadirle otra nueva zona N o P.
Resulta así el transistor, que puede ser de dos
tipos
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En el transistor hay dos uniones PN que se pueden
polarizar de formas distintas mediante una
batería.
Según tengamos polarizadas estas uniones el
transistor se comporta de forma diferente.
Diremos entonces que está trabajando en una u
otra zona y las posibilidades son tres
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Con el transistor en la zona de SATURACIÓN los
electrones circulan a través de las dos uniones
PN en el sentido indicado y a través de la base
hay corriente
Con el transistor en la zona de CORTE, las dos
uniones PN están polarizadas de forma inversa y
no hay paso de electrones a través de ninguna de
las dos, por lo que no hay corriente
El transistor ha funcionado como un interruptor
(ON-OF)
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Cómo es el funcionamiento en la ZONA ACTIVA?
Si sólo tenemos conectada la batería A en la
forma indicada, los electrones (portadores
mayoritarios) pasan del emisor (N) a la base (P)
originando una corriente bastante intensa.
Equivale a decir que la resistencia en la unión
PN es pequeña
Si desconectamos la batería A y conectamos la B
en la forma indicada, la unión PN base-colector
está polarizada de forma inversa y no se produce
paso de corriente.
Equivale a decir que la resistencia en la unión
PN es GRANDE
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Pero, qué ocurre al conectar las dos baterías a
la vez?
En la unión BE polarizada de forma directa, la
barrera de potencial es pequeña, pero en la BC,
polarizada de forma inversa, la barrera de
potencial es grande.
Los electrones empiezan a desplazarse desde el
emisor (de tipo N) a la base (de tipo P)
aproximándose al colector (de tipo N) y consiguen
atravesar la unión base-colector gracias a la
gran atracción que ejerce el el borne muy
positivo de la batería B al que está conectado el
colector.
Por qué no se recombinan los electrones y los
huecos de la base?
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La base es mucho más estrecha que el emisor y el
colector y también está mucho menos " dopada ",
por lo que los huecos libres (portadores
mayoritarios) son muy escasos.
Así que es muy difícil que un electrón
encuentre un hueco para recombinarse, por lo
que seguirá su camino atraído por el potencial.
La corriente de base va ser pequeña al haber
pocos electrones y huecos que se recombinen, la
del emisor y el colector será más grandes al
producirse electrones en el borne negativo de la
batería unida con el emisor, que van a
atravesar a éste, para pasar después por la base
y acabarán atravesando al colector para ir a
parar al borne positivo de la otra batería.
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Si el potencial de la base aumenta, el paso de
electrones aumenta y la corriente del colector
también.
Si el potencial de la base disminuye o se hace
(-), pasan menos electrones (o ninguno) y la
corriente del colector disminuye (o desaparece).
La polarización de la base permite que los
electrones pasen del emisor a la base y el mayor
potencial del colector los obliga a pasar hacia
él, favorecido por las dimensiones y
características de la base.
La base, pues, actúa como elemento de control
para la corriente de colector
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En el comportamiento descrito, el transistor ha
funcionado como si la unión EB tuviese una gran
resistencia y la unión BC una resistencia pequeña.
Justamente lo contrario que cabría esperar!
Luego ha habido una transferencia de resistencia
de la Salida a la Entrada del mismo.
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De esta transferencia le viene, precisamente, el
nombre
TRANS fer res ISTOR
TRANSISTOR
El funcionamiento de los transistores PNP es
igual al de los anteriores pero los que se mueven
en este caso son los huecos y las polaridades son
de signo contrario al de los NPN
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Resumiendo
En un transistor existen dos uniones PN agrupada
como N-P-N P-N-P
Puede funcionar como un interruptor - zona de
corte interruptor abierto - zona de saturación
interruptor cerrado
Funcionando en la zona activa se consigue
amplificar una corriente pequeña en la base,
obteniendo una corriente grande en el colector
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Transistores MOS
Partiendo de una lámina de semiconductor (p.ej.
Silicio) de tipo P, pobremente dopado, que
llamaremos SUSTRATO, se oxida fuertemente para
formar sobre ella una capa de óxido de silicio
Por técnicas químicas se abren en la capa de
óxido unas ventanas a través de las cuales se
introducen impurezas de tipo N en el sustrato
formando dos islas de semicon- ductor tipo N
fuertemente dopado a las que se llama FUENTE y
DRENADOR.
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Sobre las ventanas de fuente y drenador se
depositan contactos metálicos.
Sobre el óxido y encima del espacio que separa
fuente y drenador se deposita un contacto
metálico que denominamos como PUERTA.
De esta forma se tiene un dispositivo formado por
tres capas sucesivas, una de las cuales es de
Metal, debajo una de Oxido y debajo una de
Semiconductor un transistor MOS.
Pero ... cómo funciona?
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Al darle un potencial positivo a la puerta, los
electrones de la FUENTE son atraídos y, como no
pueden llegar a ella pues se lo impide la capa de
óxido, se quedan debajo, de modo que si el
DRENADOR es también positivo pueden pasar hacia
él estableciéndose una corriente de la fuente al
drenador.
Es como si se hubiese formado un canal de tipo N
entre la fuente y el drenador
Por este motivo a este transistor se le llama
transistor Mos de canal N de incremento
Si la puerta no tiene potencial o es negativa,
evidentemente, no se forma el canal anterior y no
hay corriente de fuente a drenador.
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También se puede tener un transistor formado a
partir de un sustrato de tipo N en el que se
forman dos islas de tipo P. Los portadores
mayoritarios serán ahora los huecos y las
polaridades de funcionamiento contrarias al caso
anterior.
Este transistor recibe el nombre de transistor
MOS de canal P de incremento.
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Los transistores MOS de canal N y de canal P son
complementarios porque el mismo potencial pone a
uno en estado de conducción y al otro en estado
de corte.
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Existe una evidente analogía en cuanto al
funcionamiento entre los transistores MOS y los
que hemos explicado inicialmente (bipolares)
BIPOLAR
MOS
FUENTE
EMISOR
PROPORCIONA LOS e-
BASE
PUERTA
CONTROLA LOS e-
COLECTOR
DRENADOR
RECIBE LOS e-
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Una aplicación sencilla LA FUENTE DE
ALIMENTACIÓN
La forma en que está disponible la energía
eléctrica de nuestros hogares no es la adecuada
para los aparatos que todos conocemos, ya
que la mayor parte de estos aparatos necesitan
corriente continua para funcionar, mientras que
de la que disponemos en nuestros enchufes es de
corriente alterna .
Tenemos dos soluciones, la primera es usar pilas
o baterías, pero esto nos saldría muy caro y la
segunda es transformar la corriente alterna en
continua.
Esta transformación recibe el nombre técnico de
"rectificación".
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Una fuente de alimentación se encarga de
rectificar la corriente y mejorar las
características de la corriente rectificada hasta
aproximarla lo mas posible a una corriente
continua estable y uniforme. Para ello se basa en
el comportamiento de los diodos y de algunos
otros componentes como los condensadores y,
ocasionalmente las bobinas.
En una fuente de alimentación, la primera etapa
consiste en reducir el potencial de la corriente
alterna de entrada que, generalmente, es
demasiado elevado para su empleo en los
dispositivos que se pretende alimentar. Esta
reducción de tensión se lleva a cabo por medio de
un aparato llamado transformador.
Símbolo de un transformador
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El rectificador mas elemental es el rectificador
de media onda
Tiene el inconveniente de que desaprovecha la
mitad de la corriente de entrada
El aprovechamiento de la onda completa se logra
añadiendo un segundo diodo
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De una forma mas completa se lleva a cabo usando
un puente de cuatro diodos
Pero aun existe un problema
La tensión que entrega un rectificador no es
del todo útil debido a su constante variación a
lo largo del tiempo. Además, sus oscilaciones
van desde un valor tope, o máximo, hasta "cero "
y este es otro inconveniente ya que en el
momento en que la tensión es cero, no se entrega
energía alguna.
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Gracias al uso de un filtro conseguiremos
"alisar" esas ondulaciones en la tensión, a fin
de obtener una tensión lo más parecida a una
constante además el valor mínimo no será cero
sino que tendrá un valor algo positivo.
El filtro mas sencillo consiste en añadir un
condensador
El efecto logrado con el condensador es debido a
que el condensador cuando se carga almacena
energía que luego le entrega al circuito en el
momento adecuado y se consigue así que la
corriente no sea cero en ningún momento.
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Añadiendo otros componentes se logra estabilizar
de una forma casi total la tensión de salida.
En resumen