Electronica Analogica.ppt

Electrónica analógica

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

2. ELECTRÓNICAANALÓGICA
•SEMICONDUCTORES
•COMPONENTES ELECTRONICOS
•BLOQUES FUNCIONALES

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

4. El átomo
N
p= nº protones
núcleo
N
e= 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
•N
e
> N
p
•N
e
= N
p
•N
e
< N
p •positivo
•neutro
•negativo
•Carga del átomo
•Distribución deelectrones

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.
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 Si 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 N Tipo P
Nº de portadores = Nº de impurezas

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

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

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

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

20. P
V
N
I
I
V
I = I
0*(exp(V/n*V
T) -1)
•V
T= KT/q
•I
0= 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
V
R
V
C
V
C = 0,7 en el Si
V
R = Tensión de ruptura

25. V
I
V
Z
V
Z = Tensión de funcionamiento
I
zmáx
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
V
Z
V
R
s
R
L
•ElzenerimpidequelatensiónenlaresistenciadecargaR
Lsupereelvalordesu
tensiónnominal.
•Elzenernopuedeimpedirquelatensiónbajepordebajodesutensiónnominal.
•Laregulaciónlaconsigueabsorbiendomásomenoscorriente,enfuncióndelas
característicasdelcircuito.Ladiferenciadetensiónentrelaalimentaciónylacargase
vaaR
S
V
I
V
Z
I
zmáx

27. •Enpolarizacióndirectasecomportacomoundiodonormal.
•Enpolarizacióninversasóloconducecuandoleincideluz.
•Alincidirlaluzserompenmuchosenlacesyportantoseincrementaelnúmerode
minoritariosquesonlosresponsablesdelacorrienteinversa.
Símbolo
Circuito típico
con fotodiodo
V
R
L
I
I
V
LuzLuz

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

29. V
R
L
I
V
R
L
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. NNP
E
B
C
Símbolo
Estructura
E
B
C
N PP
E
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
•Alestarpolarizadadirecta-
mentelauniónB-E,elE
inyectaelectroneslibresenla
base.
•AlllegarloselectronesdelE
alaBsonarrastrados,lama-
yoría,alC,debidoalapolari-
zacióninversadelauniónC-
Byaquelabaseesestrechay
estápocodopada.Solounos
pocosformanlacorrientede
B-E,muchomáspequeñaque
ladeE-C.
•Endefinitivalapolarización
B-E,gobiernalacorrienteen-
treE-C.
•Larelaciónentrelascorrien-
tesdeByCdeterminanlaga-
nanciadeltransistor.
•Existeneneltransistorotras
corrientesmenosimportantes
quenoestánreflejadaseneste
gráfico.
aislante aislante aislante

33. E
B
C
I
C
I
B
I
E
•Aplicando la 1ª ley de Kirchoff al transistor
obtenemos:
I
E= I
B+ I
C
•Eltransistortieneuncomportamientonolineal.
Existenvariosmodelosparadescribirlarelación
entrelastensionesycorrientesquecirculanporél.
ElmásusadoeseldeEverst-Mole:
I
C= ßI
B+ (1 + ß)I
C0
•NormalmenteI
C0esdespreciableconloquela
ecuaciónanteriorsesimplifica:
I
CßI
B
•Porotrapartecomoßsiempreesmayorde10se
deducequeI
BesdespreciablefrenteaI
C,porlo
que:
I
EI
C

34. I
C
V
CE
I
B7
I
B6
I
B5
I
B4
I
B3
I
B2
I
B1
V
CC
CURVAS DE SALIDA
Circuito típico de amplificación
con un transistor

35. E
B
C
I
C
I
B
I
E
E
B C
•Eltransistorbipolaresundispositivonolineal.Perocuandotrabajaenpequeñaseñalsucomportamientoes
aproximadamentelineal.
•Existendiversoscircuitosquerepresentanbienelcomportamientolinealdeltransistor,loscualespermiten
resolverloscircuitoscontransistoresmediantelaTeoríadeCircuitos.
•UnodelosmásusadoseselmodelosimplificadodeparámetrosHenemisorcomún,queserepresentaa
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 •EnelMosfetdeacumulaciónnoexisteinicialmente
canal.Estesecreamediantelapolarizaciónde
puertasurtidor.EneldecanalNestapolarizaciónes
positivayeneldecanalPesnegativa.

39. Despoblamiento
S DG
N N
P
aislante
conductor
S
S
D
D
G
G
Canal N
Canal P •EnelMosfetdedespoblamientoexistecanalinicial.
Estopermitedostiposdepolarizaciónenpuerta(+y
-).Conpolarizaciónpositivaseincrementaelcanal.
Conpolarizaciónnegativasedisminuye.

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 TransformadorRectificador 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
Z
C=
1
jwC
Z
L=jwL
Ejemplos

46. Tipos Básicos de Filtros
Circuitos analógicos
1
t
R
f
C2 f
C1
1
t
R
f
C2 f
C1
Filtro Paso Banda
1
t
R
f
C
1
t
R
f
C
Filtro Paso Alto
1
t
R
f
C
1
t
R
f
C
Filtro Paso Bajo

47. CUESTIÓN PREVIA
Circuitos analógicos
RS
e S
S=S
e* 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
f
C2 f
C1
Paso Alto
1
t
R
f
C
Paso Bajo
1
t
R
f
C
S
a( f < f
C1)
S
b(f
C1< f < f
C2)
S
c( f > f
C2)
S
a( f < f
C)
S
b( f > f
C)
S
a( f < f
C)
S
b( f > f
C)
S
a( f < f
C1)* 0 = 0
S
b(f
C1< f < f
C2)* 1 = S
b(f
C1< f < f
C2)
S
c( f > f
C2) )* 0 = 0
S
a( f < f
C)* 0 = 0
S
b( f > f
C)* 1 = S
b( f > f
C)
S
a( f < f
C)* 1 = S
a( f < f
C)
S
b( f > f
C)* 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
SeriesTransformada
=
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. S
S= A · S
e
G
VGanancia en tensión
G
IGanancia en intensidad
Esquema Básico
Circuitos analógicos
S
e S
S
A
Señal de
Entrada
V ó I
Señal de
Salida
V ó I
GANANCIA
A

54. Z
e-Impedancia de entrada
Z
s-Impedancia de salida
Esquema Básico
Circuitos analógicos
Z
e Z
S
A
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
A1 A2
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

56. Adaptación de impedancias
Circuitos analógicos
Transductor
de entrada
A1 A2
Transductor
de salida
Z
s1Z
e2
Z
s1= Z
e2

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
S
e’= S
e-B * S
s
B * S
s
S
e
S
s
S
s= S
e’· A
S
s= (S
e-B·S
s) ·A
A
1 + A · B
S
s
S
e
=
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.
S
s=
S
s=0
=
S
s
S
e


64. Amplificador Operacional
Circuitos analógicos
-Vcc
+Vcc
V
1-V
2
-
+
+Vcc
-Vcc
V
1
V
2 V
0
Ref

65. Usos del Amplificador Operacional
Circuitos analógicos
V
e= -R1·i
1
V
s= -R2·i
2
V
s
V
e
=
-R2
R1
i
1=i
2
R1
R2
i
1
i
2
V
e
V
s
-
+
R2
V
s
-
+
V
e
-Vcc
+Vcc
V
e
V
s

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