1

Extracto de semiconductores Especiales

TRANSISTORES

En 1.947 los Fsicos Walter Brattain, William Shockley y John Bardeen, de los laboratorios Bell hacen el descubrimiento del transistor (Contraccin de los trminos Transfer Resistor).

Es un dispositivo electrnico empleado como amplificador de corriente y de voltaje, y consiste de materiales semiconductores que comparten lmites fsicos en comn. Los materiales ms comnmente empleados son el silicio y el germanio, en los cuales son agregadas las impurezas. En los semiconductores del tipo-n, hay un exceso de electrones libres, o cargas negativas, mientras que en los semiconductores del tipo-p hay una deficiencia de electrones y por consiguiente un exceso de cargas positivas.

Los transistores son un componente importante en los circuitos integrados son clasificados por lo general en bipolares y de efecto de campo. Un transistor bipolar consiste de tres capas: las capas superior y la inferior, llamadas emisor y colector son de un tipo de semiconductor, mientras que la del medio, llamada base es de del otro tipo de semiconductor. Las superficies que separan, los tipos diferentes de semiconductores son llamados juntura p-n. Los electrones pasan a travs de las junturas de una capa hacia otra. La accin del transistor es tal que si el potencial elctrico en los segmentos es determinado correctamente, una pequea corriente entre el emisor y la base produce en una gran corriente entre el emisor y el colector, producindose as la amplificacin de corriente.

Un transistor de efecto de campo funciona de manera similar excepto que la resistencia al flujo de electrones es modulada por un campo elctrico externo. En un juncin field-effect transistor (JFET), el campo elctrico controlador es producido por una polarizacin inversa en la juntura p-n (una en la cual el voltaje es aplicado, de tal manera que hace que el lado p sea negativo con respecto al lado n); en un MOSFET (metal oxido semiconductor field effect transistor), el campo elctrico es debido a una carga en un capacitor formado por un electrodo de metal y una capa aislante de oxido que separa el electrodo del semiconductor.

TIPOS DE TRANSISTORES Transistores Bipolares. (BJT). Transistores Bipolares de unin, BJT. (PNP o NPN) - BJT, de transistor bipolar de unin (del ingles, Bipolar Juncin Transistor). El trmino bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participan en el proceso de inyeccin hacia el material polarizado de forma opuesta. Transistores de efecto de campo. (JFET, MESFET, MOSFET) - JFET, De efecto de campo de unin (JFET): Tambin llamado transistor unipolar, fue el primer transistor de efecto de campo en la prctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto hmico, tenemos as un transistor de efecto de campo tipo N de la forma ms bsica. - MESFET, transistores de efecto de campo metal semiconductor. - MOSFET, transistores de efecto de campo de metal-oxido semiconductor. En estos componentes, cada transistor es formado por dos islas de silicio, una dopada para ser positiva, y la otra para ser negativa, y en el medio, actuando como una puerta, un electrodo de metal.

TRANSISTOR BJT (BIPOLAR JUCTION TRANSISTOR)

El BJT es un transistor Bipolar que puede ser del tipo NPN o del tipo PNP dependiendo de cmo se hayan colocado las impurezas. El principio es similar a dos diodos. El transistor esta compuesto por tres zonas de dopado, como se ve en la figura:

2

La zona superior es el "Colector", la zona central es la "Base" y la zona inferior es el "Emisor". El Emisor est muy impurificado, la Base tiene una impurificacin muy baja, mientras que el Colector posee una impurificacin intermedia. En este ejemplo concreto el transistor es un dispositivo npn, aunque tambin podra ser un pnp. El principio es similar a dos diodos Un transistor es similar a dos diodos, el transistor tiene dos uniones: una entre el emisor y la base y la otra entre la base y el colector. El emisor y la base forman uno de los diodos, mientras que el colector y la base forman el otro. Estos diodos son denominados: "Diodo de emisor" (el de la izquierda en este caso) y "Diodo de colector" (el de la derecha en este caso).

Los tres tipos de polarizaciones son: Polarizacin por Base. Polarizacin por Realimentacin del Colector. Polarizacion por Divisor de Tensin.

Hay 3 tipos de configuraciones: Base comn (BC). Emisor comn (EC). Colector comn (CC) o Seguidor Emisor.

Cada una de estas configuraciones a su vez puede trabajar en 4 zonas diferentes:

Zona ACTIVA: UE en Directa y UC en Inversa. AMPLIFICADORES Zona de SATURACIN: UE en Directa y UC en Directa. CONMUTACIN Zona de CORTE: UE en Inversa y UC en Inversa. CONMUTACIN Zona ACTIVA INVERTIDA: UE en Inversa y UC en Directa. SIN UTILIDAD

Con esto vemos que el transistor puede trabajar de 12 formas diferentes.

TIPOS DE TRANSISTORES En electrnica es muy habitual el hablar de transistores de baja potencia (pequea seal) y de transistores de potencia (gran seal). Es una forma muy sencilla de diferenciar a los transistores que trabajan con potencias relativamente pequeas de los transistores que trabajan con potencias mayores.

3

Transistores de baja potencia

Se le llama transistor de baja potencia, o pequea seal, al transistor que tiene una intensidad pequea (IC pequea), lo que corresponde a una potencia menor de 0,5 W.

Transistores de potencia

Se le llama transistor de potencia al transistor que tiene una intensidad grande (IC grande), lo que corresponde a una potencia mayor de 0,5 W

TRANSISTOR EFECTO DE CAMPO FET (FIELD EFFECT TRANSISTOR)

Tipos de FET Se consideran tres tipos principales de FET:

1. FET de unin (JFET) 2. FET metal xido semiconductor de empobrecimiento (MOSFET de empobrecimiento) 3. FET metal xido semiconductor de enriquecimiento (MOSFET de enriquecimiento)

Con frecuencia el MOSFET se denomina FET de compuerta aislada (IGFET, insulated-gate FET).

Ventajas y desventajas del FET frente a los BJT

Las ventajas del FET pueden resumirse como sigue:

1. Son dispositivos sensibles a la tensin con alta impedancia de entrada (del orden de 107 ). Como esta impedancia de entrada es considerablemente mayor que la de los BJT, se prefieren los FET a los BJT para la etapa de entrada de un amplificador multietapa.

2. Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT. 3. Los FET so ms estables con la temperatura que los BJT. 4. Los FET son, en general, ms fciles de fabricar que los BJT pues suelen requerir menos pasos de

enmascaramiento y difusiones. Es posible fabricar un mayor nmero de dispositivos en un circuito integrado (es decir, puede obtener una densidad de empaque mayor).

5. Los FET se comportan como resistores variables controlados por tensin para valores pequeos de tensin de drenaje a fuente.

6. La alta impedancia de entrada de los FET les permite almacenar carga el tiempo suficiente para permitir su utilizacin como elementos de almacenamiento.

7. Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes. Existen varias desventajas que limitan la utilizacin de los FET en algunas aplicaciones:

1. Los FET exhiben una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacitancia de entrada. 2. Algunos tipos de FET presentan una linealidad muy pobre. 3. Los FET se pueden daar al manejarlos debido a la electricidad esttica.

Operacin y construccin del JFET

Al igual que el BJT, el FET es un dispositivo de tres terminales, pero solo tiene una unin Pn en vez de dos, como en el BJT. El JFET de canal n se construye utilizando una cinta de material de tipo n con dos materiales

4

de tipo p difundidos en ella, uno en cada lado. El JFET de canal p tiene una cinta de material de tipo p con dos materiales de tipo n difundidos en ella.

Variacin de la tensin compuerta a fuente en el FET

El FET es un dispositivo controlado por tensin y se controla mediante vGS. Antes de analizar estas curvas, tmese nota de los smbolos para los JFET de canal n y de canal p. Estos smbolos son iguales excepto por la direccin de la flecha. Conforme se incrementa vGS (ms negativo para un canal n y ms positivo para un canal p) se forma la regin desrtica y se cierra para un valor menor que iD.

Caractersticas de transferencia del JFET De gran valor en el diseo con JFET es la caracterstica de transferencia, que es una grfica de la corriente de drenaje, iD, como funcin de la tensin compuerta a fuente, vGS, por encima del estrangulamiento. Por tanto, solo se necesita conocer IDSS y VP, y toda la caracterstica quedara determinada. Las hojas de datos de los fabricantes a menudo dan estos dos parmetros, por la que se puede construir la caracterstica de transferencia. El parmetro de control para el FET es la tensin compuerta-fuente en lugar de la corriente de base, como en el BJT. La regin entre el estrangulamiento y la ruptura por avalancha se denomina regin activa, regin de operacin del amplificador, regin de saturacin o regin de estrangulamiento. La regin ohmica (antes del estrangulamiento) a veces se denomina regin controlada por tensin. El FET opera en esta regin cuando se desea un resistor variable y en aplicaciones de conmutacin. La tensin de ruptura es funcin de vGS as como de vDS. Conforme aumenta la magnitud entre compuerta y fuente (ms negativa para el canal n y ms positiva para el canal p), disminuye la tensin por ruptura. Con vGS = VP, la corriente de drenaje es cero (excepto por una pequea corriente de fuga), y con vGS = 0, la corriente de drenaje se satura a un valor iD = IDSS Donde IDSS es la corriente de saturacin drenaje a fuente.

OPERACIN Y CONSTRUCCIN DEL MOSFET

Ahora se considera el FET de metal xido semiconductor (MOSFET). Este FET se construye con la compuerta aislada del canal con el dielctrico dixido de silicio (SIO2), y ya sea en modo de empobrecimiento o bien de enriquecimiento. Estos dos tipos se definen y consideran en las siguientes secciones:

MOSFET de empobrecimiento Ntese que el MOSFET de empobrecimiento puede operar tanto para valores positivos como negativos de VGS. La flecha apunta hacia adentro para un canal n y hacia afuera para un canal p.

Figura 6. MOSFET de empobrecimiento de canal n.

5

Figura 7. MOSFET de empobrecimiento de canal p.

MOSFET de enriquecimiento

El MOSFET de enriquecimiento difiere del MOSFET de empobrecimiento en que no tiene la capa delgada de material n sino que requiere de una tensin positiva entre la compuerta y la fuente para establecer un canal. Este canal se forma por la accin de una tensin positiva compuerta a fuente, vGS, que atrae electrones de la regin de sustrato ubicada entre el drenaje y la compuerta contaminados de tipo n. Una vGS positiva provoca que los electrones se acumulen en la superficie inferior de la capa de oxido. Cuando la tensin alcanza el valor de umbral, VT, han sido atrados a esta regin los electrones suficientes para que se comporte como canal n conductor. No habr una corriente apreciable iD hasta que vGS excede VT.

Figura 8. MOSFET de enriquecimiento de canal n.

Figura 9. MOSFET de enriquecimiento de canal p.

6

Polarizacin de los FET Los mismos circuitos bsicos que se utilizan para polarizar los BJT se pueden emplear para los JFET y los MOSFET de empobrecimiento, la polaridad de vGS puede ser opuesta a la de la fuente de tensin del drenaje. Cuando se selecciona el punto de operacin, no hay tensin de polaridad opuesta disponible de la fuente para cumplir con los requerimientos del circuito. Puede ser necesario descartar R2 de manera que solo se obtenga una tensin de la polaridad correcta. No siempre es posible encontrar valores de un resistor para lograr un punto Q en particular. En tales casos, seleccionar un nuevo punto Q puede proporcionar a veces una solucin al problema. Las Configuraciones para un FET son:

Source Comn. Drain Comn. Gate Comn.

EL THIRISTOR O SRC (Silicn-Controlled-Rectifiers)

Este semiconductor en conduccin virtualmente se comporta como un diodo comn, con su nodo y su ctodo, pero ciertamente no es un diodo comn, la diferencia fsica se localiza en su PIN de control o puerta (gate), que en su smbolo se representa por una conexin ms fina que, sale o entra con cierta inclinacin por un lado del ctodo. En el momento de conectar la tensin al SCR, ste no conduce, debido a la especial constitucin de la unin nodo-ctodo que, para su arranque necesita de una pequea corriente que los haga entrar en conduccin abrupta (en avalancha), cosa que no ocurre mientras no est activada la mencionada compuerta (gate), la cual requiere de una corriente de encendido muy baja en comparacin con la corriente que suele atravesar el conjunto nodo-ctodo del diodo. Una vez entra en conduccin el diodo, permanecer en conduccin mientras haya una corriente mnima circulando a travs de la unin. Por lo tanto, slo dejar de conducir cuando se de la siguiente circunstancia :El paso de corriente por la unin del SCR sea cero y esto puede lograrse por diversos motivos, estos son algunos de los motivos:

Cortar la corriente por un medio mecnico (por un interruptor) Mediante el cruce de la unin nodo-ctodo (por un pulsador)

Prueba de un SCR con un ohmmetro.

Si no existe corriente en la compuerta el SCR no conduce. Lo que sucede despus de ser activado el SCR, se queda conduciendo y se mantiene as. Si se desea que el tiristor deje de conducir, el voltaje +V debe ser reducido a 0 Voltios. Si se disminuye lentamente el voltaje (tensin), el tiristor seguir conduciendo hasta que por el pase una cantidad de corriente menor a la llamada "corriente de mantenimiento o de retencin", lo que causar que el SCR deje de conducir aunque la tensin VG (voltaje de la compuerta con respecto a tierra no sea cero. Como se puede ver el SCR, tiene dos estados:

Estado de conduccin, en donde la resistencia entre nodo y ctodo es muy baja Estado de corte, donde la resistencia es muy elevada

7

Los usos tpicos incluyen control de temperatura, control de iluminacin y velocidad

El SCR tambin es llamado un Circuito Candado por la forma en la cual estn los dos transistores que lo componen.

Relay - Rel Relevador

El Rel es un interruptor operado magnticamente. Este se activa o desactiva (dependiendo de la conexin) cuando el electroimn (que forma parte del Rel) es energizado (le damos el voltaje para que funcione). Esta operacin causa que haya conexin o no, entre dos o ms terminales del dispositivo (el Rel).

Esta conexin se logra con la atraccin o repulsin, de un pequeo brazo llamado armadura, por el electroimn. Este pequeo brazo conecta o desconecta los terminales antes mencionados. Por ejemplo: Si el electroimn est activo jala el brazo (armadura) y conecta los puntos C y D. Si el electroimn se desactiva, conecta los puntos C y E. De esta manera se puede tener algo conectado, cuando el electroimn est activo, y otra cosa conectada, cuando est inactivo

Ventajas del Rel: - Permite el control de un dispositivo a distancia. No se necesita estar junto al dispositivo para hacerlo funcionar. -El Rel es activado con poca corriente, sin embargo puede activar grandes mquinas que consumen gran cantidad de corriente.

Con una sola seal de control, puedo controlar varios Rels a la vez.

.

8

TRANSISTORES BIDIRECCIONALES

Son aquellos dispositivos en los cuales la corriente puede circular en cualquier direccin.

DIAC

Es un elemento en el que la corriente puede circular en cualquier direccin, su circuito equivalente son dos diodos de cuatro capas en combinacin paralela inversa (antiparalelo), y nos muestra que este elemento permite el disparo en cualquier sentido.

Hay que recalcar una cosa que el Diac no conduce hasta que la tensin en sus extremos intenta exceder la tensin de cebado en cualquier direccin. Para cerrar un Diac se necesita que el voltaje sea mayor a la tensin de cebado en sus extremos ya sea en cualquier direccin y para abrir un Diac se necesite solo reducir la corriente mas debajo de la IH o corriente de mantenimiento este procedimiento se lo conoce como Bloqueo por Disminucin De Corriente.

TRIAC (TRIODE AC SEMICONDUCTOR)

El triac es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversin de la tensin o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El triac puede ser disparado independientemente de la polarizacin de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa.

Cuando el triac conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia de una Terminal a la otra, dependiendo la direccin de flujo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es mas positivo en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de MT1 a MT2. En ambos casos el triac se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el triac deja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales principales sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto acta como un interruptor abierto.

9

Debe tenerse en cuenta que si se aplica una variacin de tensin importante al triac (dv/dt) an sin conduccin previa, el triac puede entrar en conduccin directa.

CONSTRUCCION BASICA, SIMBOLO, DIAGRAMA EQUIVALENTE

FIGa FIG. b

La estructura contiene seis capas como se indica en la FIGa, aunque funciona siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido MT2-MT1 conduce a travs de P1N1P2N2 y en sentido MT1-MT2 a travs de P2N1P1N4. La capa N3 facilita el disparo con intensidad de puerta negativa. La complicacin de su estructura lo hace mas delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt y capacidad para soportar sobre intensidades. Se fabrican para intensidades de algunos amperios hasta unos 200 A eficaces y desde 400 a 1000 V de tensin de pico repetitivo.

Los triac son fabricados para funcionar a frecuencias bajas, los fabricados para trabajar a frecuencias medias son denominados alternistores En la FIG. b se muestra el smbolo esquemtico e identificacin de las terminales de un triac, la nomenclatura nodo 2 (A2) y nodo 1 (A1) pueden ser reemplazados por Terminal Principal 2 (MT2) y Terminal Principal 1 (MT1) respectivamente. El Triac acta como dos rectificadores controlados de silicio (SCR) en contra posicin (antiparalelo). A continuacin el diagrama de su circuito equivalente como se muestra en la fFig. este dispositivo es equivalente a dos latchs

10

El Scr1 conduce los semiciclos positivos , y el Scr2 los semiciclos negativos como decimos que los Triacs son conformados por Scrs caben destacar dos preguntas:

1. Un Scr puede reemplazar a un triac ?

La respuesta seria No porque un Scr es uinidireccional que quiere decir que conduce 1 en 1 sentido

2. Un Triac puede reemplazar a un Scr? 3. La respuesta seria Si porque un Triac conduce en dos, sentidos hasta es preferible utilizar un Triac que un Scr

Caractersticas resumidas:

Permanece en estado de apagado cuando no tiene pulso de compuerta, cuando la tensin de puerta es lo suficiente mente grande como para alimentar la corriente de disparo el Triac conduce, as que la forma mas habitual de cebar un Triac es mediante la aplicacin de un disparo de polarizacin directa.

Si MT2 es mas positivo con respecto a MT1 y le damos un pulso en gate el Triac se prende y lo mismo sucede de la manera contraria.

Una vez prendido el Triac puede apagarse si la corriente de MT2 o MT1 baja a un valor inferior a IH corriente de mantenimiento.

El Triac puede prenderse con voltajes de Gate que sean bien positivos o bien sean negativos. El Triac puede manejar corrientes muy altas igual que el Scr. Los Triacs fabricados para funcionar a frecuencias medias (400 Hz a 2 KHz) se llaman alternistores.

FORMAS DE ONDA DE LOS TRIACS

La relacin en el circuito entre la fuente de voltaje, el triac y la carga se representa en la FIG. La corriente promedio entregada a la carga puede variarse alterando la cantidad de tiempo por ciclo que el triac permanece en el estado encendido. Si permanece una parte pequea del tiempo en el estado encendido, el flujo de corriente promedio a travs de muchos ciclos ser pequeo, en cambio si permanece durante una parte grande del ciclo de tiempo encendido, la corriente promedio ser alta.

Un triac no esta limitado a 180 de conduccin por ciclo. Con un arreglo adecuado del disparador, puede conducir durante el total de los 360 del ciclo. Por tanto proporciona control de corriente de onda completa, en lugar del control de media onda que se logra con un SCR.

Las formas de onda de los triacs son muy parecidas a las formas de onda de los SCR, a excepcin de que pueden dispararse durante el semiciclo negativo.

11

En la FIG.8 se muestran las formas de onda tanto para el voltaje de carga como para el voltaje del triac (a travs de los terminales principales) para dos condiciones diferentes. En la FIG.8 (a), las formas de onda muestran apagado el triac durante los primeros 30 de cada semiciclo, durante estos 30 el triac se comporta como un interruptor abierto, durante este tiempo el voltaje completo de lnea se cae a travs de las terminales principales del triac, sin aplicar ningn voltaje a la carga. Por tanto no hay flujo de corriente a travs del triac y la carga. La parte del semiciclo durante la cual existe esta situacin se llama ngulo de retardo de disparo.

Despus de transcurrido los 30 , el triac dispara y se vuelve como un interruptor cerrado y comienza a conducir corriente a la carga, esto lo realiza durante el resto del semiciclo. La parte del semiciclo durante la cual el triac esta encendido se llama ngulo de conduccin.

La FIG.8 (b) muestran las mismas formas de ondas pero con ngulo de retardo de disparo mayor.

FIG.8

TRANSISTOR MONOUNIN (UJT)

El transistor monounin (UJT) se utiliza comnmente para generar seales de disparo en los SCR, mediante un circuito conocido como oscilador de relajacin,

El oscilador de relajacin genera impulsos de disparo cuya forma de onda del voltaje el RB1 es idntica a la forma de onda de la corriente de descarga del capacitor CE; este voltaje debe disearse tan grande como para activar al SCR.

El periodo de oscilacin de la seal de salida controlarse a partir de la variacin de la constante de tiempo formada por RE y CE. Estos circuitos se disean para un propsito especfico,

El fabricante del UJT proporciona los siguientes valores para los parmetros principales del dispositivo, cuando se supone que el voltaje interbases (VBB) es igual al voltaje de alimentacin del oscilador, es decir 20 V.

12

La relacin intrnseca () es de 0.7 Corriente de pico (IP) de 1 A Corriente de valle (IV) de 4.5 mA Voltaje de valle (VV) de 1.66 V Resistencia interbases (RBB) de 6.9 kohms Voltaje VF de 0.49 V @ 25 C Voltaje de pico de 14.49 V

CIRCUITO PRACTICO PARA DISPARO

FIG.5

En la FIG. 5 se muestra un circuito prctico de disparo de un triac utilizando un UJT. El resistor RF es un resistor variable que se modifica a medida que las condiciones de carga cambian. El transformador T1 es un transformador de aislamiento, y su propsito es aislar elctricamente el circuito secundario y el primario, para este caso asla el circuito de potencia ca del circuito de disparo.

La onda senoidal de ca del secundario de T1 es aplicada a un rectificador en puente y la salida de este a una combinacin de resistor y diodo zener que suministran una forma de onda de 24 v sincronizada con la lnea de ca. Esta forma de onda es mostrada en la FIG. 6 (a). Cuando la alimentacin de 24 v se establece, C1 comienza a cargarse hasta la Vp del UJT, el cual se dispara y crea un pulso de corriente en el devanado primario del transformador T2. Este se acopla al devanado secundario, y el pulso del secundario es entregado a la compuerta del triac, encendindolo durante el resto del semiciclo. Las formas de onda del capacitor( Vc1), corriente del secundario de T2 ( Isec) y voltaje de carga (VLD), se muestran en la FIG. 6 (b), (c),(d). La razn de carga de C1 es determinada por la razn de RF a R1, que forman un divisor de voltaje, entre ellos se dividen la fuente de cd de 24 v que alimenta al circuito de disparo. Si RF es pequeo en relacin a R1, entonces R1 recibir una gran parte de la fuente de 24 v , esto origina que el transistor pnp Q1 conduzca, con una circulacin grande de corriente por el colector pues el voltaje de R1 es aplicado al circuito de base, por lo tanto C1 se carga con rapidez. Bajo estas condiciones el UJT se dispara pronto y la corriente de carga promedio es alta.

Por otra parte se RF es grande en relacin a R1, entonces el voltaje a travs de R1 ser menor que en el caso anterior, esto provoca la aparicin de un voltaje menor a travs del circuito base-emisor de Q1 con la cual disminuye su corriente de colector y por consiguiente la razn de carga de C1 se reduce, por lo que le lleva

13

mayor tiempo acumular el Vp del UJT. Por lo tanto el UJT y el triac se disparan despus en el semiciclo y la corriente de carga promedio es menor que antes.

FIG.6

DISEO DEL CIRCUITO PRCTICO Para el circuito de la FIG. 5, suponga las siguientes condiciones, R1 = 5 k , Rf = 8 k ,

R2=2,5k , C1=0,5 F, = 0,58.

Supngase que R1 y Rf estn en serie,

, luego

, de la ecuacin

,

El capacitor debe cargarse hasta el Vp del UJT, que esta dado por,

El tiempo requerido para cargar hasta ese punto puede encontrarse en

, permite que simbolice el ngulo de retardo de disparo. Dado que

360 grados representan un periodo de un ciclo, y el periodo de una fuente de 60 HZ es de 16.67 ms, se puede establece la proporcin

14

, Para un ngulo de retardo de disparo de 120 grados, el tiempo entre

el cruce por cero y el disparo seta dado por la proporcin

, El punto pico del UJT es aun 14.5 V, por lo que para retardar el

disparo durante 5.55 ms, la razn de acumulacin de voltaje debe ser,

, luego

que nos da , entonces podemos encontrar Rf

, trabajando con esta ecuacin y resolviendo Rf se obtiene

, por tanto, si la resistencia de realimentacin fuera incrementada a 25K, el Angulo de retardo de disparo se incrementa a y la corriente de carga se reducir proporcionalmente

15

Es un circuito integrado clasificado como de aplicacin especfica. Su mayor aplicacin es como temporizador, generador de seales, modulacin... El primer modelo apareci en 1971, fabricado por Signetics Corporation como SE555/NE555 con tecnologa TTL, posteriormente Motorola lo fabric con tecnologa CMOS con la denominacin MC1455. Por ser un componente que se hizo indispensable en muchos circuitos otros fabricantes decidieron construirlo. La tabla siguiente relaciona fabricantes actuales de este circuito y la denominacin caracterstica de cada uno.

Fabricante Denominacin ECG Philips ECG 955M

Exar XR-555 Fairchild NE555

Harris HA555 Intersil SE555/NE555

Lithic Systems LC555 Motorola MC1455/MC1555 National LM1455/LM555C

NTE Sylvania NTE955M Raytheon RM555/RC555

RCA CA555/CA555C Texas Instruments SN52555/SN72555

DESCRIPCION DE PINES DEL CIRCUITO INTEGRADO 555

La descripcin de los pines de un 555 se refiere al de encapsulado DIP-8, el ms comn, aunque igualmente dicha disposicin, tambin es vlida para los SOIC-8.

PIN 1.- Masa (GND). En ella se conecta el polo positivo de la fuente de alimentacin. PIN 2.- Entrada de disparo (Trigger). Es la entrada del circuito. Introduce las seales para excitarlo. PIN 3.- Salida (Output). Activada proporciona una tensin aproximadamente igual a la de alimentacin.

PIN 4.- Reset. Permite la interrupcin del ciclo de trabajo. Cuando no se usa se conecta al positivo de la alimentacin.

PIN 5.- Tensin de Control (Control Voltaje). Esta tensin debe ser 1/3 de la de alimentacin. Cuando no se usa, se debe conectar un condensador de 10nF entre este y tierra.

PIN 6.- Umbral (Threshold). Esta tensin debe ser 2/3 de la de alimentacin. Permite finalizar el ciclo de trabajo. PIN 7.- Descarga (Discharge). En este pin se conecta el condensador exterior que fija la duracin de la temporizacin.

PIN 8.- Alimentacin (V+ o Vcc). Conexin de la alimentacin de 4,5 a 16v, respecto de masa.

16

Encapsulado DIP-8 del 555 Esquema de bloques interno del circuito integrado

ENCAPSULADOS El encapsulado ms popular es el DIP-8. Existen otras versiones de 555 en DIP14, debido a que en su interior aloja dos 555 independiente uno de otro, su denominacin es 556.

Encapsulado DIP8 Encapsulado para SMD SOIC-8 Encapsulado DIP14 del 556 y SOIC14

APLICACIONES MS USUALES Quizs la aplicacin ms popular de este circuito integrado sea la de temporizador ya que segn su diseo se pueden controlar desde microsegundos hasta horas, pero tiene ms aplicaciones y todas ellas muy importantes: oscilador, divisor de frecuencia, modulador de frecuencia, generador de seales...

Detector de oscuridad Alarma con fotoclula

17

Metrnomo Oscilador Morse

Temporizador hasta 10minutos

Sirena bitonal

18

RESUMEN INTRODUCTORIO DE OPERACIONALES Y SU APLICACION .

El estudio de operacionales se basa en un modelo (probablemente el ms comn y el ms fcil de encontrar), el 741, construido por varios fabricantes. El estudio de este modelo permite conocer a los amplificadores operacionales en general, es decir que si logramos entender adecuadamente este modelo no nos ser difcil entender los modelos en general.

Smbolo de los amplificadores operacionales

Encapsulado bsico del 741

DESCRIPCIN DE LOS TERMINALES PIN 1.- OFFSET. Junto con el del PIN 5 sirve para corregir el offset del operacional.

PIN 2.- - IN. Entrada inversora. Presenta una impedancia de entrada igual a 0 o muy baja. Las seales que se aplican en esta entrada aparecen a la salida con polaridad invertida.

PIN 3.- + IN. Entrada no inversora. Presenta una muy alta impedancia y suministra a la salida tensiones de la misma polaridad que las aplicadas a la entrada.

PIN 4.- V-. Se aplica el terminal negativo de la alimentacin.

PIN 5.- OFFSET. Junto con el de la PIN 1 sirve para corregir el offset del operacional.

PIN 6.- OUTPUT. Es la salida del amplificador operacional.

PIN 7.- V+. Se aplica el terminal positivo de la alimentacin.

PIN 8.- NC. Sin conexin.

CARACTERSTICAS TCNICAS BSICAS Entre todas las caractersticas que se suelen encontrar en las hojas de datos de este tipo de componentes, los ms importantes, podemos sealar las siguientes:

Ganancia en lazo abierto (A0).- Relacin que existe entre la tensin de salida y la tensin de entrada, cuando no se utiliza realimentacin (puede alcanzar los 100000).

19

Impedancia de entrada.- Resistencia que se ve desde los terminales de entrada. Sus valores se dan en Megohmios.

Impedancia de salida.- Es la resistencia existente entre el Terminal de salida y masa, los valores de esta oscilan alrededor de unos cientos de ohmios.

Tensin de alimentacin.- En general, se necesitan tensiones simtricas.

Tensin de offset.- La tensin de salida debera ser nula cuando la tensin de las entradas es cero; esto no ocurre en los operacionales reales. Se define la tensin de offset como la tensin que es necesario aplicar entre los terminales de entrada para conseguir que la tensin a la salida sea nula.

Frecuencia de transicin.- En un operacional la ganancia depende de la frecuencia. Al aumentar esta la ganancia disminuye. Por ello es necesario disminuir la ganancia y obtener un ancho de banda ms amplio. Esto se consigue con la realimentacin, que es el modo de uso ms comn con los amplificadores operacionales. La frecuencia de transicin del operacional es la unidad (0dB).

ENCAPSULADOS

Aunque podemos ver encapsulados variados para los amplificadores operacionales el ms utilizado es el DIP-8 para un solo operacional, pero tambin podemos encontrarlos para DIP-14, segn modelos que pueden llevar hasta 4 operacionales insertados. Tambin existe la versin para montaje superficial tanto para ocho Pines como para 14.

Encapsulados DIP-8 y SOIC-8) Encapsulados DIP-14 y SOIC-14

APLICACIONES

Las aplicaciones de este dispositivo son mltiples, de entre las ms importantes se destacan: filtros, transformador de impedancias, amplificadores, mezcladores, comparadores, diferenciadores, integradores..... Esta son las aplicaciones generales ms bsicas que corresponden con las configuraciones tpicas de los amplificadores operacionales.

Otras aplicaciones basadas en las configuraciones anteriores pero ms prcticas pueden ser: termmetros, preamplifcadores, amplificadores, filtros, en fuentes de alimentacin, trmolos, distorsionadores, interruptores accionados por sonido, interruptores crepusculares, exposmetros

Transformador de impedancia

20

Amplificador inversor

Amplificador no inversor

Diferencial

Integrador

Sumador

21

Diferenciacin analgica

Filtro paso banda

Filtro paso altos

22

Filtro paso bajos

Interruptor crepuscular

23

Distorsionador para guitarra elctrica

Generador de sonido de lluvia

24

Exposmetro para ampliadora de fotografa

Monitor de batera para automviles

25

OPTOACOPLADORES/ OPTOAISLADORES

Tambin se denominan optoaisladores o dispositivos de acoplamiento ptico. Basan su funcionamiento en el empleo de un haz de radiacin luminosa para pasar seales de un circuito a otro sin conexin elctrica. Fundamentalmente este dispositivo est formado por una fuente emisora de luz, y un foto sensor de silicio, que se adapta a la sensibilidad espectral del emisor luminoso.

TIPOS Existen varios tipos de optoacopladores cuya diferencia entre s depende de los dispositivos de salida que se inserten en el componente. Segn esto tenemos los siguientes tipos: Fototransistor Conmuta una variacin de corriente de entrada en una variacin de tensin de salida. Se utiliza en acoplamientos de lneas telefnicas, perifricos, audio... Optotiristor Diseado para aplicaciones donde sea preciso un aislamiento entre una seal lgica y la red. Optotriac Al igual que el optotiristor, se utiliza para aislar una circuiteria de baja tensin a la red.

En general pueden sustituir a rels ya que tienen una velocidad de conmutacin mayor, as como, la ausencia de rebotes.

Smbolo del optotransistor Smbolo de un optotransistor en configuracin Darlington

Smbolo de un optotransistor de encapsulado ranurado

Smbolo del Optotiristor Smbolo Optotriac

ENCAPSULADOS

El encapsulado varia en funcin del tipo de optoacoplador y de su aplicacin, as como del nmero de unidades que se encuentren en su interior. En el caso de optoacopladores sencillos la cpsula, de tipo DIL, suele tener 6 patillas, siendo estos los ms utilizados (observa en la figura su construccin interna). Los dobles, tambin de tipo DIL tienen 8 pines; algunos pueden tener hasta cuatro unidades en cpsulas DIL de 16 patillas. Normalmente, los pines del elemento emisor estn a un lado de la cpsula y los del sensor en el lado opuesto. Existen unos encapsulados diferentes en los que, fsicamente se puede interrumpir el haz luminoso (usados para control de posicin, n de revoluciones, cerraduras...). De esta forma el encapsulado presenta una ranura entre el emisor y el receptor. Se les denomina de cpsula ranurada o fotoclulas de herradura.

26

Optotransistor insertado en cpsula tipo DIL Dos tipos de optoacopladores de cpsulas ranuradas

Aspecto de un encapsulado DIL de 6 patillas (pdf) Encapsulados DIP-8 y DIP-14

BIBLIOGRAFA - Boylestad Robert y Nashelsky Louis. Electrnica. Teora de Circuitos. Editorial Prentice Hall

Hispanoamericana, Mxico, 1998. - Maloney J. Timothy. Electrnica Industrial. Dispositivos y Sistemas. Editorial Prentice Hall

Hispanoamericana, Mxico, 2000 - Manual de reemplazos ECG. Silvania, USA, 2000 - Williams, Arthur. Microprocesadores, dispositivos optoelectrnicos, perifricos y de interfaz. Serie

de circuitos integrados. Mc Graw Hill, Mxico, 1989.