Conceptos Fundamentales
a) Voltaje, tensión o DDP: Indica la diferencia de energía entre dos puntos de un circuito. Se miden en voltios (V).
b) Intensidad o corriente (I): Cantidad de electrones que circulan por un conductor. Se mide en amperios (A).
c) Resistencia (R): La oposición que ofrece un material al paso de corriente. Se mide en ohmios (Ω).
Ley Fundamental de los Circuitos Eléctricos: Ley de Ohm
Potencia eléctrica: La energía que se consume o disipa en un tiempo determinado. Se mide en vatios (W).
En un circuito eléctrico siempre se cumple:
Potencia generada = Potencia consumida
Potencia generada = V x I (generador)
Potencia consumida = R x I2
Asociación en serie y en paralelo de resistencias (en serie: sumar; en paralelo: la inversa de la suma de las inversas).
Electrónica
En electrónica se emplean materiales semiconductores como el silicio y el germanio.
- Semiconductores tipo P: Dopados con cargas positivas.
- Semiconductores tipo N: Dopados con cargas negativas.
1. Diodo Semiconductor
Formado por dos cristales semiconductores, uno tipo P y otro tipo N.
Su símbolo es:
Formas de Funcionamiento
Polarización directa: Se produce cuando conectamos el ánodo de la pila al ánodo del diodo. En esta polarización, el diodo deja pasar la corriente.
Explicación: El polo positivo de la pila repele las cargas positivas del cristal P, acercándose estas a la zona de unión de ambos cristales. Lo mismo sucede con las cargas positivas del cristal N. Al estar cercanas las cargas negativas y positivas en la zona de unión de los cristales, y aplicando un voltaje umbral (0.7 V para silicio (Si) y 0.3 V para el germanio (Ge)), los electrones se pueden combinar con las cargas positivas, generando corriente eléctrica.
Polarización inversa: Se produce cuando unimos el ánodo de la pila con el cátodo del diodo. En este caso, el diodo no deja pasar la corriente.
Explicación: En esta polarización, los electrones y cargas positivas están alejados de la zona de unión de los cristales, con lo que no es posible que se produzca la corriente eléctrica.
2. Diodo LED
Se trata de un diodo que se ilumina cuando se polariza en directo. Los hay fijos e intermitentes. Se emplean para indicar el encendido (ON) y apagado (OFF). Dado que no soportan un voltaje superior a 1.2 V.
Transistor Bipolar
El componente que revolucionó la electrónica está formado por 3 cristales semiconductores, con dos uniones P-N. Existen dos tipos: transistores PNP y transistores NPN.
Tiene 3 terminales denominados: colector, base y emisor.
El símbolo de ambos transistores es:
NPN PNP
La parte más pequeña del transistor es la base, de aproximadamente 1 µm; posteriormente, el colector es un poco más grande y de mayor tamaño que el emisor.
El transistor tiene tres zonas de funcionamiento: zona de corte, zona de saturación y zonas activas.
2.1 Funcionamiento del Transistor como Interruptor
Zona de corte y zona de saturación.
En estas dos formas, el transistor actúa como un interruptor.
- Interruptor abierto: Zona de corte. Cuando a un transistor no le llega corriente a la base, no dejará pasar corriente desde el colector al emisor, actuando como un interruptor abierto.
- Interruptor cerrado: Zona de saturación. Se producirá cuando a la base del transistor se inyecta corriente eléctrica. El transistor actúa como un circuito cerrado, dejando pasar corriente desde el colector hasta el emisor.
Funcionamiento como amplificador: Si conseguimos que la corriente por la base del transistor sea muy pequeña, el transistor actúa como amplificador, aumentando la corriente que va de colector a emisor. Cada transistor tiene un factor de amplificación propio dado por el fabricante, denominado Beta (β), de tal modo que Ic = β x Ib
Los transistores bipolares se suelen usar para amplificar corrientes, generalmente con una configuración de emisor común (a la entrada y a la salida) para controlar de este modo la corriente de salida con una pequeña corriente por la base.
El voltaje de entrada (VBE) es pequeño, consiguiéndose que la intensidad por la base (Ib) sea pequeña. El transistor actuará en zona activa, consiguiéndose un voltaje de salida VCE mayor que provoca una intensidad de emisor mayor.
Un transistor bipolar con una beta de 100 trabaja en zona activa en las condiciones del problema.
Curvas características de los transistores bipolares.
El estudio del funcionamiento de los transistores es complejo porque, en realidad, cada uno de sus parámetros está relacionado con los demás. Para su estudio, se emplean sus curvas características.