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Electrónica Básicaicat Unidad San Luis
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
La electricidad es una forma de Energía capaz deproducir calor, movimiento, luz y muchos otrosfenómenos físicos que proporcionan innumerablesbeneficios al hombre.
Los fenómenos eléctricos generalmente se utilizanpara obtener Potencia o Energía.
La electrónica es la rama de la electricidad queestudia el comportamiento de los electrones a través de elementos semiconductores como lo
son los diodos y los transistores
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Los cuerpos sólidos, líquidos y gaseosos estáncompuestos por moléculas, las cuales estánconstituidas por agrupaciones de elementos que a
su vez están formados por átomos.
El átomo está constituido por un gran número departículas entre las que se destacan por su
importancia los protones, los electrones y los
neutrones.
El núcleo está formado por los protones (+) y losneutrones (0). Los electrones (-) se encuentrangirando en órbita elíptica alrededor del núcleo del
átomo.
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
El átomo
protones (+)
Los electrones (-)
neutrones (0)
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Materiales con alta Conductividad
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Corriente EléctricaLa acción de una energía externa puede lograr eldesplazamiento de cierto número de electrones.
El movimiento de estas cargas eléctricas en unconductor da origen a una corriente eléctrica.
La unidad que se utiliza para indicar la cantidad decorriente eléctrica presente en un circuito es elampere o amperio, para lo cual se utiliza:
Miliampere 1 mA = 10–3 AMicroampere 1 μA = 10–6 A
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Las corrientes eléctricas pueden clasificarseatendiendo a la dirección de su movimiento en:
Corrientes Directas y Corrientes Alternas
Ejemplos de fuentes de Corriente Directa:Baterías, acumuladores y pilas.
Existen tres tipos de Corriente Directa:ContinuasVariablesPulsantes
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Corrientes Alternas
La corriente alterna (como su nombre lo indica)
circula por durante un tiempo en un sentido ydespués en sentido opuesto, volviéndose a repetirel mismo proceso en forma constante.
Ejemplos de fuentes deCorriente Alterna:
Generadores
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Voltaje o Tensión
La energía necesaria para poner en movimientouna corriente eléctrica se obtiene de diferentes
fuentes. Esta energía se conoce comúnmentecomo fuerza electromotriz, Voltaje o TensiónEléctrica.
La unidad de medida que se emplea para indicarla cantidad de tensión eléctrica existente en un
circuito es el volt o voltio.
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Voltaje o Tensión
El voltaje suele expresarse mediante múltiplos,tales como:
el kilovolt (kV) y el megavolt (MV), y tambiénmediante submúltiplos como el milivolt (mV) y elmicrovolt (μV), cuyas equivalencias son:
1 kV = 103 V1 MV = 106 V1 mV = 10–3 V1 μV = 10–6 V
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Resistencia
Podemos definir la resistencia como aquelcomponente que opone cierta dificultad al paso de
la corriente eléctrica.
Un componente pasivo eléctrico electrónico de dosterminales que se opone al flujo de corriente
eléctrica y produce una caída de voltaje en susterminales en concordancia con la Ley de Ohm.
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oncep os s cos e ec r c a yElectrónica
Resistencia
La unidad de medida de la resistencia eléctrica seexpresa en Ohms y se representa por la letra
griega omega (Ω).
En la industria se utilizan los siguientessubmúltiplos:
el miliohm (mΩ ) 1 = 10–3el microhm (µΩ ) 1 = 10–6
y los múltiplos:
el kilohm (kΩ ) 1 = 103
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Resistencia – Código de Colores
Cuando se va a leer el código de colores de unaresistencia, se debe colocar y leer de esta forma:
•La banda de color que está más cerca al bordees el primer número.
•Cada color representa un número en particularde acuerdo a las siguientes consideraciones:
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Resistencia – Código deColores
1.La primera bandarepresenta la primeracifra.
2.La segunda bandarepresenta la segundacifra.
3.La tercera banda
representa el número deceros que siguen a losdos primeros números.
4.La cuarta bandarepresenta la tolerancia.Esta es usualmente
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Clases de Resistencias:
Las resistencias se clasifican de acuerdo con la formade estar construidas, y también de acuerdo con losmateriales con los se lleva a cabo esta construcción.
•Resistencias aglomeradas.
•Resistencias de capa o película.
•Resistencias Bobinadas.
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Clases de Resistencias:
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Clases de Resistencias:
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Clases de Resistencias:
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónicaCondensadores
Los condensadores son dispositivos capaces dealmacenar una determinada cantidad de
electricidad
Se componen de dos superficies conductoras,llamadas armaduras, puestas frente a frente y
aisladas entre sí por un material aislante que es
llamado dieléctrico
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónicaCondensadores - Funcionamiento
Frente a la corriente continua el condensador secomporta como un depósito que solamente seabre cuando la presión de alimentación (tensión)
varía.
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Condensadores - Clasificación
La primera clasificación que se puede hacer delos condensadores es la relativa a su capacidaden cuanto a si ésta es permanente, o fija; o bien
es variable, lo que da origen a estas grandesramas constructivas, es decir:
Condensadores fijos
Condensadores variables
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Condensadores – Tipos
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónicaCondensadores - Fijos
Los Condensadores Fijos pueden dividirse, a suvez, desde el punto de vista de los materialesempleados en su construcción en condensadores
de:PapelPoliésterPoliestireno
Poliéster metalizadoCerámicosElectrolíticos.
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónicaCondensadores – Valor Capacitivo
La capacidad de almacenamiento de electricidad deun condensador se expresa en una unidad de medidaa la que se le da el nombre de faradio.
UnidadesMicrofaradio (μF)1μF = 1 / 1, 000000 = 0.000001 = 10 -6 F
Nanofaradio (nF)
1nF = 1 / 1, 000000000 = 0,000000001 = 10 -9 F
Picofaradio (PF)1pF = 1 / 1, 000.000.000.000 = 0,000000000001 =
10 -12 F
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Condensadores - Variables
Los condensadores variables son aquellos que, comosu propio nombre lo indica, pueden variar sucapacidad.
Se les puede clasificar en:
Trimmers
De Sincronización
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Condensadores – Código de Colores
LETRA Tolerancia
"M" +/- 20%
"K" +/- 10%
"J" +/- 5%
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Condensadores – Código 101
El código 101 es muy utilizado en capacitorescerámicos y tienen su valor impreso en el cuerpo.
Donde:uF = microfaradiopF = picoFaradio y se expresa con una cifra de
3 números. Los dos primeros números expresan susignificado por sí mismos, pero el tercero expresa elvalor multiplicador de los dos primeros.Ver la siguiente tabla.
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Condensadores – Código 101
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Condensadores – Valor Nominal
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Condensadores – Cálculo
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Inductancias - Bobinas
Las bobinas, también llamadas inductancias, sonlos elementos que varían en su diseñoprobablemente más que cualquier otro
componente.
En su concepción más elemental, una bobinaconsiste simplemente con un hilo conductor
arrollado sobre un material aislante.
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Inductancias – Unidad de Medida La inductancia de una bobina se mide en
HENRIOS y se representa por la letra H o Hr
En la práctica se mide en
milihenrios (mH)
microhenrios (µ Η ).
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Inductancias – Partes Bobinado:Es el arrollamiento de alambre de cobretotalmente aislado, en forma de espiras.
Núcleo:Es el dispositivo eléctrico del inductor, encargadode incrementar el flujo magnético en el bobinado.
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Inductancias – Tipos Fijas y Variables
Y se subdividen en por su NúcleoDe HierroDe AireDe Ferrita
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Conceptos Básicos de Electricidad yElectrónica
Comportamiento de
Resistencias, Capacitores e Inductancias
Componente Periodo transitorio Periodo estacionario
Resistencia Diferencias entre ambos periodos.
Condensador Permite un crecimientoprogresivo de su tensiónentre bornes
Alcanza la tensión de lafuente a la que estabaconectado
Bobina Permite un crecimientoprogresivo de laintensidad a través deella.
Alcanza la intensidadmáxima permitida por laresistencia y la fuente.
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Ley deOhm
Georg SimonOhm (1789-1854)
físico ymatemático
alemán
Establece una relación entre
ladiferencia de potencial (v)
y laintensidad de corriente (I)al pasar a través de una
resistencia (R)
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Ley de
Ohm
En un conductor recorridopor una corriente eléctrica
La intensidad de la corrienteeléctrica (I) que circula es
directamente proporcional a ladiferencia de potencial (V)aplicada e inversamenteproporcional a la resistencia
(R)
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Ley de
Ohm
En unidades del Sistema internacional:
I = Intensidad en Amper (A)V = Diferencia de potencial en Volt (V)
R = Resistencia en Ohms (Ω)
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Ley de
Ohm
Un conductor cumple la ley de Ohm si larelación entre V e I es CONSTANTE e igual
a R
de la relaciónanterior
CIRCUITOS EN SERIE:
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Ley de
Ohm
IR
V=
CIRCUITOS EN SERIE:
Dos o más resistencias se encuentran conectadas en
serie cuando al aplicar al conjunto una diferencia depotencial, todas ellas son recorridas por la mismacorriente
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Circuito Serie
La intensidad de lacorriente (I) es la
misma en todos lasresistencias del
circuito
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La Corriente Iproduce unadisminución de
potencial V1 y V2 en
cada resistenciaV = V1 + V2
EL VALOR DE LA CORRIENTE ES ELMISMO EN TODOS LOS PUNTOS DE UN
CIRCUITO EN SERIE
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Teniendo en cuenta
la Ley de Ohm:
V = I x R
V1 = I1 x R1
V2 = I2 x R2
Tenemos:
V = V1 + V2
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Podemos calcular una
resistenciaequivalente:
R t = R1 + R2
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Circuito
Paralelo
R1
VR2
V1 V
2
Dos o másresistencias se
encuentran enparalelo cuandotienen dosterminales comunes
de modo que alaplicar al conjuntouna diferencia depotencial, todas la
resistencias tienen lamisma caída detensión.
V = V1 = V2
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La corriente total (It)se puede encontrarsumando las
corrientes en cadaramal, esto es debidoa que no puedecircular más
corriente de la queentrega la batería.
Esto está expresado
en la:LEY DE KIRCHHOFF
I t = I1 + I2Circuito
Paralelo
It R1
V
I1 I2
R2
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LEY DE KIRCHHOFFDetermina que:
LA SUMA DE LAS CORRIENTES QUE ENTRAN A UN PUNTO ES IGUAL A LA SUMA DE LASCORRIENTES QUE SALEN DE DICHO PUNTO
It R1
V
I1
I2
R2
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Podemos calcularuna resistencia
equivalente:
Circuito
Paralelo
R1
VR2
V1 V
2
R1
1R2
1+R t =
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Conexión Serie -
Paralelo
+
-V R2
R1
R3
RESISTENCIAS EN SERIE Y DIVISOR DE
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RESISTENCIAS EN SERIE Y DIVISOR DEVOLTAJE
El divisor de voltaje es una herramientafundamental utilizada cuando se desean conocervoltajes de resistencias específicas, y se conoce
el voltaje total que hay en dos resistencias
+
-V
V1R1
I
I R2 V2
R1 + R2
V2 = R2 V
R1 + R2
V1 =R1 V
L d W tt
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Ley de Watt La ley de Watt, establece que la potencia en un
aparato eléctrico se puede determinar mediantela siguiente fórmula:
Es decir, si se conoce el voltaje aplicado y laintensidad de corriente que circula por el circuito,se puede calcular la potencia desarrollada en el
equipo.
P = V . I
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El MultímetroUn Multímetro nos permite medir
tensiones, intensidades yresistencias en un circuito eléctrico.
1.- Primero seleccionamos función DC(continua) ó función AC (alterna).
2.- Después con la perilla selectora la
escala que más convenga (V, mV, A,mA, Ω).
3.- La punta de prueba negra SIEMPREse insertará en el puerto COM(común).
4.- Si se va a medir tensiones oresistencias se insertará la punta deprueba roja en el puerto V/Ω (a laderecha del puerto COM).
5.- Si se va a medir intensidades
insertamos la punta de prueba roja
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Diodos
Semiconductor tipo N
Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a caboun proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo deátomos al semiconductor para poder aumentar el
número de portadores de carga libres (en este caso,negativas).El propósito deldopaje tipo N esel de producir
abundancia deelectronesportadores en elmaterial
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Diodos
Semiconductor tipo N
Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a caboun proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo deátomos al semiconductor para poder aumentar el
número de portadores de carga libres (en este casopositivos).El propósito deldopaje tipo P es elde crear
abundancia dehuecos
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Diodos
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Diodos
Aceptadores Y DonadoresSe denomina semiconductor puro aquél en que los
átomos que lo constituyen son todos del mismo tipo(por ejemplo de germanio), es decir no tiene ninguna
clase de impureza.
Si a un semiconductor puro como el silicio o elgermanio, se le añade una pequeña cantidad de
átomos distintos (por ejemplo arsénico, fósforo…). Setransforma en un semiconductor impuro.
A las impurezas se las clasifica en donadoras yaceptadoras.
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Diodos
Son componentes fabricados con material
semiconductor y tienen dos elementos llamados ánodoy cátodo.
Su principal función es permitir el paso de la corriente
en una sola dirección y por esta razón su aplicaciónmás importante es la de convertir corriente alterna en
continua.Los principales tiposson:
Rectificador Zener
Emisor de Luz oLED
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Diodos
Símbolo deldiodo.Si en un diodo aplicamos el borne negativo sobre el
cristal P y el borne positivo sobre el cristal N
El resultado será una concentración de huecos hacia elpolo negativo y de electrones libres hacia el polopositivo, con lo cual la zona Z aumentará todavía mássu resistencia hasta el punto de que, al estabilizar las
órbitas exteriores de la zona Z en una amplia gama,esta parte se comportará como el germanio nodopado, es decir como un cuerpo muy mal conductorde la corriente.
Así se ha formado una capa de bloqueo que impide el
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Diodos
Símbolo deldiodo.
Si en un diodo aplicamos el borne positivo al cristal P, yel borne negativo al cristal N.
El paso de corriente se produce perfectamente la zonade resistencia Z se hace muy pequeña; los electronesdel cristal N son repelidos por el potencial negativo dela fuente de alimentación y atraviesan la zona Z
ocupando los huecos del cristal P, el cual cedecontinuamente electrones al polo positivo.
La intensidad atravesada es ahora tanta como laproporcionada con el generador de acuerdo con la
ca acidad de aso del diodo
i d
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Diodo LED
El LED (Light-Emitting Diode: Diodo Emisor de Luz), es
un tipo especial de diodo que trabaja como un diodocomún, pero que al ser atravesado por la corriente
eléctrica, emite luz.
Este dispositivo semiconductor está comúnmenteencapsulado en una cubierta de plástico de mayorresistencia que las de vidrio que usualmente seemplean en las lámparas incandescentes. Aunque elplástico puede estar coloreado, es sólo por razones
estéticas, ya que ello no influye en el color de la luzemitida.
Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta
con diferentes partes, razón por la cual el patrón de
i d i i
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Diodo LED - Funcionamiento
En los materiales semiconductores, un electrón al pasar
de la banda de conducción a la de valencia, pierdeenergía; esta energía perdida se puede manifestar enforma de un fotón desprendido, con una amplitud, unadirección y una fase aleatoria.El que esa energía se manifieste en(calor por ejemplo) va a depender
principalmente del tipo de materialsemiconductor.
Al polarizar directamente un diodo
LED conseguimos que por la uniónPN sean inyectados huecos en elmaterial tipo N y electrones en elmaterial tipo P, es decir los huecosde la zona P se mueven hacia la
zona N y los electrones de la zona N
Di d LEDDentro del
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Diodo LED
Terminales
Cubierta Plástica
Haz de Luz Emitido
Diodo
Diodo Emisorde Luz (LED)
Transistor
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Transistor es
Q1
Base
Emisor
Colector
VBE
VBC
Transistor N NP
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Transistor es
N NP
E
B
C
IE
Flujo deCorriente
Convencional
Flujo deCorriente deElectrones
IBICIC
IB
IE
Transistor
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Transistor esExisten varios tipos que dependen de su proceso de
construcción y de las aplicaciones a lasque sedestinan.
Transistor bipolar de unión(BJT)
Transistor de efecto de campo,de union (JFET)
Transistor de efecto de campo,de metal oxidosemiconductor(MOSFET)
Transistores -
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Transistores TiposTransistor de punta decontacto
Primer transistor queobtuvo ganancia, inventadoen
1947 por J. Bardeen y W.Brattain.Consta de una base de germanio sobre la que se apoyan,muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el
emisor y el colector.
La corriente de emisor es capaz de modular laresistencia que se "ve" en el colector, de ahí el nombre
de "transfer resistor".
Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en sudía. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a
Transistores – El
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Transistores El Primero
Transistores -
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Tipos
Transistor de unión bipolar
BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamentesobre un monocristal de Germanio, Silicio o Arseniurode Galio, que tienen cualidades de semiconductores,
estado intermedio entre conductores como los metalesy los aislantes como el diamante.
Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma
muy controlada tres zonas, dos de las cuales son delmismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dosuniones NP.
Transistor
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esObservemos que sucede desde el punto de vistaeléctrico, si unimos dos diodos entre si, es decir siunimos un conjunto P-N con otro N-P, dorso contradorso; o bien si unimos un N-P con otro P-N, en lasmismas condiciones.
Debido a que las dos secciones centrales poseen elmismo dopado, se confunden entre si, de modo quenos queda una unión real que equivale, en el primercaso, a P-N-P y en el segundo a N-P-N.
En 1949, alguien realizando pruebas se dio cuenta deque se hallaba ante un nuevo dispositivosemiconductor de enormes posibilidades, y lo bautizócon el nombre de transistor sacado de transfer resistor
(resistencia de transferencia, en inglés) porque el
Transistor
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es
Transistor
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es
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N
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
P N N P
Si la zona central es muy ancha el comportamiento es el dosdiodos en serie: el funcionamiento de la primera unión no
afecta al de la segunda
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N
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
PP
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N
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
PP
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N
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
PP
El terminal central (base) maneja una fracción de la corrienteque circula entre los otros dos terminales (emisor y colector):
EFECTO TRANSISTOR
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Principio de funcionamiento del transistor bipolar
N PP
El terminal de base actúa como terminal de control manejando
una fracción de la corriente mucho menor a la de emisor y elcolector.
El emisor tiene una concentración de impurezas muy superior ala del colector: emisor y colector no son intercambiables
Emisor
Base
ColectorTransistor PNP
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P
Principio de funcionamiento del transistor bipolar
NN
Se comporta de forma equivalente al transistor PNP, salvo quela corriente se debe mayoritariamente al movimiento deelectrones.
En un transistor NPN en conducción, la corriente por emisor,colector y base circula en sentido opuesto a la de un PNP.
Transistor NPNTransistor NPN
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Principio de funcionamiento del transistor bipolar
P NN
La mayor movilidad que presentan los electrones hace que las
características del transistor NPN sean mejores que las de unPNP de forma y tamaño equivalente. Los NPN se emplean enmayor número de aplicaciones.
Emisor
Base
ColectorTransistor NPN
Transistor NPNTransistor NPN
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Fin del Curso
José Alfredo Tovar ColungaIngeniero Mecánico Electricista
2009