SESION02_ECD

7/21/2019 SESION02_ECD

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Asignatura: Electrónica y

Circuitos Digitales

ESCUEL PROFESION L DE

INGENIERI DE SISTEM S

Sistemas electrónicos analógicos (transductores) y

sistemas digitales, diodos, transistores, Circuitos

integrados.

ESCUEL PROFESION L DE

INGENIERI DE SISTEM S

Representaciones Numéricas

Representación analógicaEn una representación analógica una cantidad sedenota por medio de otra que es proporcional a laanterior.

El Velocímetro de un automóvil

El termómetroEl micrófonoLos Parlantes

Ejemplos

CONTROL MANUAL DE NIVEL DE AGUA

Sistema de audio

Representaciones Numéricas

• Representaciones Digitales

En la representaciones digitales las cantidades no

se denotan por valores proporcionales, si no porsímbolos denominados dígitos, estos valoresvarían en cantidades discretas.

ejemplos:

El Reloj (cronometro) Digital

Tipos de señales

Sistemas electrónicos analógicos

Este sistema contiene componentes electrónicos quemanipulan cantidades físicas representadas en formaanalógica, En este sistema las cantidades varían sobreun intervalo continuo de valores.Ejemplo

El receptor de una radio

Sistema telefónico Equipos de grabación en cintas magnéticas

Sistemas electrónicos Digitales

Es una combinación de dispositivos diseñados para manipular

cantidades físicas o información que estén representadas enforma digital, Generalmente estos dispositivos sonelectrónicos , pero también pueden ser Mecánicos,Magnéticos, Neumáticos

Sistemas analógicos y digitales

Sistema analógico:

•Requieren menos componentes que un sistema digital•Mas difíciles de implementar en un C.I. Analógico•Son mas sensibles al ruido (Ruido: Perturbación no deseada añadida a la señal).•El ruido tiende a acumularse en las señales analógicas cada vez que son procesadas

Sistema digital:

•Requieren más componentes•Son más sencillos de implementar en un Circuito Integrado•Son mas complejos pero mas económicos y de mayores prestaciones•Más inmunes al ruido•Velocidad limitada por el procesado digital y la velocidad de muestreo del conversorA/D•No pueden trabajar con señales analógicas con muy gran ancho de banda

Sistemas industriales de eventos discretos

Ventajas de las Técnicas Digitales

• Los sistemas digitales son mas fáciles de diseñar

• Facilidad para almacenar la información

• Mayor exactitud y precisión

• Programación de operaciones• El ruido afecta en forma mínima a los circuitos digitales

• Mayor integración de circuitos digitales sobre las pastillas deCircuitos Integrados (CI)

Limitaciones de las técnica digitales

“El mundo real esfundamentalmente analógico”

Comunicación

• “Transmisión de señales mediante un código común del emisor al receptor ”

• Es la transferencia de información. • Generalmente el transmisor y el receptor están separados una distanciaconsiderable, que va desde unos cuantos metros hasta miles de kilómetros.

Sistema de Comunicación

• Se trata del conjunto de dispositivos que se encargan de la transferencia dela información entre un transmisor y un receptor.• Su objetivo es entregar al receptor las señales del mensaje de tal forma quedifieran lo menos posible de las entregadas por el transmisor.

• Simplex (SX)

– Aquellos que permiten comunicación solo en un sentido. Ejemplo: TV, Radio, etc…

• Half Duplex (HDX)

– Aquellos que permiten comunicación en dos sentidos pero no al mismo tiempo.Ejemplos: Radios de comunicación.

• Full Duplex (FDX)

– Aquellos que permiten comunicación en dos sentidos y al mismo tiempo. Ejemplo:Teléfonos.

Tipos de Sistemas de Comunicación

• Transductores. • Transmisor. • Medio de Transmisión, también llamado Canal de Comunicación. En élSIEMPRE habrán interferencias.• Receptor.

Elementos de un Sistema de Comunicación

Transductor

• Se encarga de la conversión de las señales del mensaje original en señaleseléctricas que lleven el mismo mensaje.

• Ejemplos: micrófono, sensores de temperatura, sensores de luz, teclados,etc…

Transmisor

• Se encarga de adaptar la señal original entregada por el transductor

(señal en banda base) al medio de transmisión• Funciones: amplificar, filtrar, codificar, modular (proceso más importante).

Receptor

• Se encarga de extraer del medio de transmisión la señal que se transmite yefectuar las operaciones contrarias a las del transmisor (decodificar,demodular) para regresar la señal a su condición inicial.• Para contrarrestar la atenuación la señal también se debe amplificar.

Medio de Transmisión

• Es el enlace físico entre el transmisor y el receptor.• Existen medios guiados y no guiados.

• Ejemplos: cables, fibra óptica, aire, agua, vacío, etc… • En él es donde se presentan la mayoría de obstáculos en la transmisión,llamados interferencias, además de la atenuación.

Interferencias

• Son todas aquellas señales no deseadas que se mezclan con la señal deinformación provocando su deformación:

–Distorsión

–Diafonía –Ruido

Distorsión

• Es la deformación de la señal y se debe a la imperfección o limitación delcanal de comunicación en cuanto a la forma en que responde a la señal puestaen él.

Diafonía• Son las perturbaciones que sufre la señal por efecto de señales ajenas alsistema.• Estas otras señales, por lo general son producto de otros equipos fabricadospor el hombre.

• Ejemplo: interferencia en la radio debido a motores, interferencia entreteléfonos, etc…

• Son señales aleatorias o impredecibles que se agregan a la señal de

información provocando su deformación parcial o total.• Generalmente es producto de fenómenos naturales tanto del sistema comofuera de él.Ejemplo: ruido térmico.

Atenuación

• Es el decremento progresivo de la amplitud de la potencia con la distancia.• Se debe a la absorción de la energía de la señal por parte del medio de

transmisión.• Es una características de TODOS los medios de transmisión.

Señales en un circuito electrónico

Señal analógica:

Puede tomar cualquier valor de amplitud.

Variación continua de amplitud en eltiempoNormalmente la señal obtenida por eltransductor es analógica

Señal digital:

Solo toma un numero finito de amplitudes

En lógica binaria dos valores.Usualmente cambia la amplitud eninstantes espaciados uniformemente

Sistemas analógicos y digitales

Sistema analógico:

•Requieren menos componentes que un sistema digital•Mas difíciles de implementar en un C.I. Analógico•Son mas sensibles al ruido (Ruido: Perturbación no deseada añadida a la señal).•El ruido tiende a acumularse en las señales analógicas cada vez que son procesadas

Sistema digital:

•Requieren más componentes•Son más sencillos de implementar en un Circuito Integrado•Son mas complejos pero mas económicos y de mayores prestaciones•Más inmunes al ruido•Velocidad limitada por el procesado digital y la velocidad de muestreo del conversorA/D•No pueden trabajar con señales analógicas con muy gran ancho de banda

Efecto del ruido sobre una señal analógica y una digital

La señal analógica no se podrá reconstruir La señal digital si se puede reconstruir

Tendencia de la tecnología hacia los circuitos digitales

Sin embargo los circuitos analógicos son necesarios ya que muchas de lasentradas y salidas de los sistemas electrónicos son analógicas

Esquema de un sistema electrónico con bloques analógicos y digitales

Sensor(micrófono)

ConversorA/D

Procesador ConversorD/A

Actuador(altavoz)

AmplificadorAnalógico

Memoria

Convenio de signos para las señales eléctricas

Magnitudes de señal directa dc IA , VC

Magnitudes increméntales de señal ia (t), vc (t)

Valor instantáneo total: iA (t) = IA + ia (t); vC (t) = VC + vc (t)

Magnitud de la amplitud de la señal ac: Ia

Propiedades de una onda sinusoidal

Valor eficaz o Valor Root Mean Square (RMS)

Ej: Tensión en la red: 220V eficaces = Señal seno de amplitud

va(t) = Va·sen(t + )

Donde Va es la amplitud de la señal Es la frecuencia angular = 2··f (rad/seg)siendo f la frecuencia lineal f = 1/T Es el ángulo de fase de la señal en el origen (en la figura es cero)

V V V a

3112220

Componentes electrónicos

semiconductores

La tecnología digital moderna esta basada en loscomponentes electrónicos semiconductores, sepuede nombrar a los principales componentes

electrónicos semiconductores de los cuales se derivauna gama muy alta de componentes electrónicos,estos son:

El diodoEl transistorLos Circuitos Integrados

DIODO SEMICONDUCTOR

Es un dispositivo electrónico de material desilicio o Germanio diseñado para comportarsecomo un conductor o un aislante.

Este dispositivo contiene dos electrodosdenominados Ánodo (A) y Cátodo (K).

Simbología del DIODO

Símbolo

Física

Características. Símbolo

• Diodo semiconductor: union PN. Referencia: diodos de silicio (Si)

• Elemento biterminal. Terminales diferentes.

+CátodoÁnodo

Polarización directa Polarización inversa

Diodo rectificador

• En P.D. conduce corriente. En P.I. no conduce.

Diodo LED

• En P.D. conduce corriente y emite luz.

• En P.I. no conduce corriente y no emite luz.

Fotodiodo

• Opuesto al anterior. En P.I. absorbe luz detectada

y conduce corriente

Diodo Zener• En P.D. como el diodo rectificador

• En P.I., si se supera cierta tensión (tensión Zener)

conduce también.

Tipos de diodos

Diodo rectificador

• Relación exponencial

Curva característica corriente/tensión

+ – V

I.P. D.P.

0,7 VV

• P.I. corriente de saturación (pocos nA)• P.D. tensión umbral

• P.I.: ruptura

Diodo Zener

• Peculiaridad en P.I: superada Vz, “ruptura Zener”

conduce corriente sentido inverso

Curva característica corriente/tensión

+ – V D

Primera aproximación: diodo ideal

• P.D. conduce como un cortocircuito

• P.I. no conduce

• Aproximación más alejada

Aproximaciones lineales del diodo rectificador

D.P.I.P.

+ – V D

D. P. : A B + – V D 0

I. P. : A B + –

Condición Ecuación

I D 0 V D 0

Segunda aproximación (más frecuente)

• P.D. conduce a partir de 0,7V

• P.I. no conduce

• Tiene en cuenta la tensión umbral

D. P. :

Condición Ecuación

A B + –

V D 0, 7 V

I. P. : A B + –

I D 0 V D 0, 7 V

V D 0, 7 V I

Tercera

• P.D. conduce a partir de 0,7V, pero la tensión aumenta si la corrienteaumenta

• P.I. no conduce

D. P. :

CondiciónEcuación

I. P. :

( r = 0,5 - 1 ) –

r resistencia interna

A B + – V

I D 0 V

D 0 , 7 V

0 , 7 + rI D

V D 0 , 7 + rI

D I D 0

• Sólo una aproximación (se pueden hacer más)• Similar a la 2ª aprox. del diodo rectificador

• En P.D. se comporta igual, también a partir de 0,7V

• En P.I. al llegar a la tensión Zener, conduce corriente en sentidocontrario

Aproximaciones lineales del diodo Zener

región Zener

región normal

D. P. : Condición Ecuación

I. P. :

región normal:

región Zener:

parámetro conocido

– V D

V D 0, 7 V

I D 0 I

+ – V D

D 0, 7 V

– V D V

I Z 0 I

• Punto de operación del diodo• Recta de carga

Resolución gráfica de circuitos con diodos

I.P. D.P.

0,7 VV

V D I D E Th

D DThTh V I R E +

D V R R

• Intersección: punto de operación del diodo

Resolución gráfica de circuitos con diodos

Q Punto de operación

, I Q ( )

•Generador de tensión continua o fuente de alimentación

Una aplicación del diodo: el rectificador

220 V50 Hz

Fuente de alimentación

T r a n s f o r m a d

R e c t i f i c a d o r

F i l t r o

R e g u l a d o r

Transformador

señal dec.a. señal de c.a.más pequeña

Transformador

2.a Rectificador de media onda

c.a.(positiva ynegativa)

c. pseudocontinua

Rectificador

Entrada Salida

Rectificador

– –

v E v S v

1.- V E> 0 i > 0 0 ≤ t ≤ T /2

– –

R L v S v E 0v

2.- V E < 0 i < 0 T /2≤ t ≤ T D

E 0 i 0 v

– >0

http://www.etitudela.com/Electrotecnia/electronica/01d56994c00dc4601/01d56994c00df600b.html

2.b Rectificador de onda completa: primera opción

– –

v EA v

v EB v

1.- V EA> 0 y V EB < 0

2.- V EA< 0 y V EB > 0

v EA v

3. Filtro

Entrada Salida

+ Rectificador

Filtro

C – –

v E v C v E v C

T 4 3T

v EA v

• Filtro con rectificador de media onda

• Filtro con rectificador de onda completa

4. Regulador

Entrada Salida

Regulador

• Regulador con rectificador de media onda

• Regulador con rectificador de onda completa

INTRODUCCIÓNEn 1951 William Schockley inventó el primertransistor de Unión, un dispositivo semiconductor

que permite amplificar señales electrónicas talescomo señales de radio y televisión.

El Transistor ha llevado a muchas otras invencionesbasadas en semiconductores, incluyendo losCircuitos Integrados (que contiene miles detransistores miniaturizados).

Los Transistores

¿Qué es el Transistor?

Un Transistor es un dispositivo semiconductor (silicio, germanio), quepermite amplificar señales de voltaje, es decir, utilizando pequeñasseñales, puede controlar elementos que requieren mayor señal.

Un transistor es similar a dos diodos contrapuestos: Formado por treszonas de dopado.

Zonas de Dopaje

Un transistor tiene tres zonas de dopaje,como en el caso de los diodos estáhecho de semiconductores dopadospara tener mayor número deelectrones libres o huecos.

La zona superior es el "COLECTOR“. La zona central es la "BASE"La zona inferior es el "EMISOR".

El Emisor está muy impurificado, la Basetiene una impurificación muy baja,mientras que el Colector posee unaimpurificación intermedia.

TIPOS DE TRANSISTORES

Según el orden como se combinanlas zonas de dopaje, existen dostipos de Transistores BJT.

Transistor NPNTransistor PNP

NOTA: Las siglas P y N, tienen el mismo

significado que en los diodos, esdecir: N (negativo: mayor número deelectrones libres); y P (positivo:mayor número de huecos).

SÍMBOLO ELÉCTRICOA los transistores se losrepresenta con la letra Q(mayúscula); y su símboloeléctrico es el siguiente:

ALGUNAS APLICACIONES

Corrientes pequeñas controlan corrientes grandes:

Ejemplo: Un microprocesador desea controlar el encendido de una lámpara:

1. Uso Incorrecto 2. Uso correcto con transistores

ALGUNAS APLICACIONES

Amplifican pequeñas señales como: señales desonido, o voltajes pequeños.

CONFIGURACIÓN EN B.C

Se llama Base Común, porque la base es el punto común entrelas dos fuentes de voltaje.

CONFIGURACIÓN EN E.C

Se llama configuración en Emisor Común, porque el emisor esel punto común entre las dos fuentes de voltaje. Es laconfiguración más usada, y la que se estudiará con mayorprofundidad.

CORRIENTES EN UN TRANSISTOR

IE = IC + IB

Se considera que IC ≈ IE

Y que la corriente de base es mucho más pequeña que lacorriente de colector. IB << IC

GANANCIA DE CORRIENTE βdc

βdc se define como la ganancia de corriente de un transistor. Es larelación entre la corriente de colector y la corriente de base.

La ganancia de corriente es una gran ventaja de un transistor y ha

llevado a todo tipo de aplicaciones.

Para transistores de baja potencia (menores a 1W, la ganancia decorriente es típicamente de 100 a 300.

Los transistores de alta potencia (por encima de 1W) normalmentetienen ganancias de entre 20 y 100.

Tipos de transistores por su tamaño

TRANSISTORES

UNIPOLARES

TRANSISTORES UNIPOLARES

• Conocido también como transistor FET

(Transistor Efecto de Campo) Se denominaUnipolar porque el control de corriente detransferencia es controlado por el voltaje delelectrodo gate.

¿Qué es el JFET?

• Este transistor esta compuesto por un bloquede material P o N de silicio. Por ejemplo si elbloque es material N, entonces la juntura es

de material P; ahora si se aplica un voltajenegativo al material P, en el bloque delmaterial N se induce un campo eléctrico el

cual forma un canal en el bloque del materialN.

TRANSISTORES JFET

I >>>0 I >0

MOSFET

¿Qué el MOSFET?

• Conocido también como FET de compuertaasilada (IGFET) El MOSFET fue diseñado paratrabajar como amplificador de señalesanalógicas y dispositivos de conmutación, porlo tanto estos se han dividido en dos familiaslos cuales se dominan: MOSFET porEstrangulamiento (para señal analógica) y por

Ensanchamiento (para señal digital).

TRANSISTORES MOSFET

S S O S OS

Continua ….

• Los MOSFET que controlan la corriente porestrangulamiento se utilizan para laintegración de transistores en chip analógico,

también son transistores tipo PMOS y NMOS.

• También se identifican por canales pero paradiferenciarla con los JFET, se le indica comoNMOS y PMOS. En la práctica también se

pueden conectar el PMOS y NMOS paraformar el modelo CMOS.

CELDA DE LA MEMORIA DRAM

Almacena un

CIRCUITOS

INTEGRADOS

CIRCUITOS INTEGRADOS

• Se denominan así a los circuitoselectrónicos digitales y analógicos que seencuentran comprimidos dentro de un

CHIP, es decir que los dispositivos ycomponentes electrónicos se encuentranintegrados dentro de la cápsula.

TIPOS DE CHIPS

CHIPS DIGITALES

• Los chips digitales contienen solamente transistoresintegrados de ambas tecnologías, los cuales sonaplicados en: las compuertas lógicas, contadoresdigitales, registros digitales, decodificadores,

multiplexores, memorias semiconductoras, CPU, etc.• La mayoría. De los chips digitales están compuestos

por transistores del tipo CMOS.

• En el diagrama adjunto se muestran los circuitos

integrados usados en las tarjetas electrónicas

OTROS CHIPS

Calcule V01, V02, I

Determine Vo

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