Fundamentos de electrónica: Componentes y circuitos

Un circuito integrado (CI) es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía, y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso.

Tipos de circuitos integrados

Existen tres tipos de circuitos integrados:

  • Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
  • Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.
  • Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho, suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula (dados), transistores, diodos, etc., sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Las resistencias se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, tanto en cápsulas plásticas como metálicas, dependiendo de la disipación de potencia que necesiten. En muchos casos, la cápsula no está «moldeada», sino que simplemente consiste en una resina epoxi que protege el circuito. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para módulos de RF, fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

Clasificación de los circuitos integrados

  • SSI (Small Scale Integration): pequeño nivel, de 10 a 100 transistores.
  • MSI (Medium Scale Integration): nivel medio, de 101 a 1.000 transistores.
  • LSI (Large Scale Integration): gran nivel, de 1.001 a 10.000 transistores.
  • VLSI (Very Large Scale Integration): muy gran nivel, de 10.001 a 100.000 transistores.
  • ULSI (Ultra Large Scale Integration): ultra gran nivel, de 100.001 a 1.000.000 de transistores.
  • GLSI (Giga Large Scale Integration): giga gran nivel, más de un millón de transistores.

Bobinas

Son componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica. Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o al aire. Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional, pero se suelen emplear los submúltiplos mH y μH.

Tipos de bobinas

1. Fijas

Con núcleo de aire

El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este, quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas. Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias; en este caso, se pueden considerar como dos o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie. Igualmente, se utilizan para frecuencias elevadas.

Con núcleo sólido

Poseen valores de inductancia más altos que las anteriores debido a su elevado nivel de permeabilidad magnética. El núcleo suele ser de un material ferromagnético. Los más usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se desean eliminar son bajas, se utilizan núcleos parecidos a los de los transformadores (en fuentes de alimentación, sobre todo). Así, nos encontraremos con las configuraciones propias de estos últimos. Las secciones de los núcleos pueden tener forma de E-I, M, U-I y L.

Las bobinas de nido de abeja se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos de radio en las gamas de onda media y larga. Gracias a la forma del bobinado, se consiguen altos valores inductivos en un volumen mínimo. Las bobinas de núcleo toroidal se caracterizan porque el flujo generado no se dispersa hacia el exterior, ya que, por su forma, se crea un flujo magnético cerrado, dotándolas de un gran rendimiento y precisión. Las bobinas de ferrita arrolladas sobre un núcleo de ferrita, normalmente cilíndricos, con aplicaciones en radio, son muy interesantes desde el punto de vista práctico, ya que permiten emplear el conjunto como antena, colocándola directamente en el receptor. Las bobinas grabadas sobre el cobre, en un circuito impreso, tienen la ventaja de su mínimo coste, pero son difícilmente ajustables mediante núcleo.

Transformador

Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado «terciario», de menor tensión que el secundario.

Transistor

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistencia de transferencia»). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los artefactos domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores MP3, celulares, etc.

Diodo

Un diodo (del griego: dos caminos) es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección, con características similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella, como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.

Interruptor eléctrico

Un interruptor eléctrico es un dispositivo utilizado para desviar o interrumpir el curso de una corriente eléctrica. En el mundo moderno, las aplicaciones son innumerables: van desde un simple interruptor que apaga o enciende un bombillo, hasta un complicado selector de transferencia automático de múltiples capas controlado por computadora.

Su expresión más sencilla consiste en dos contactos de metal inoxidable y el actuante. Los contactos, normalmente separados, se unen para permitir que la corriente circule. El actuante es la parte móvil que, en una de sus posiciones, hace presión sobre los contactos para mantenerlos unidos.

Clasificación de los interruptores

Pulsadores

También llamados interruptores momentáneos. Este tipo de interruptor requiere que el operador mantenga la presión sobre el actuante para que los contactos estén unidos. Un ejemplo de su uso lo podemos encontrar en los timbres de las casas.

Cantidad de polos

Son la cantidad de circuitos individuales que controla el interruptor. Un interruptor de un solo polo es como el que usamos para encender una lámpara. Los hay de dos o más polos. Por ejemplo, si queremos encender un motor de 220 voltios y, a la vez, un indicador luminoso de 12 voltios, necesitaremos un interruptor de dos polos: un polo para el circuito de 220 voltios y otro para el de 12 voltios.

Cantidad de vías

Es la cantidad de posiciones que tiene un interruptor. Nuevamente, el ejemplo del interruptor de una sola vía es el utilizado para encender una lámpara: en una posición enciende la lámpara, mientras que en la otra se apaga. Los hay de dos o más vías. Un ejemplo de un interruptor de tres vías es el que podríamos usar para controlar un semáforo, donde se enciende un bombillo de cada color por cada una de las posiciones o vías.

Combinaciones

Se pueden combinar las tres clases anteriores para crear diferentes tipos de interruptores. En el gráfico inferior podemos ver un ejemplo de un interruptor DPDT.

Resistencia eléctrica

Se denomina resistencia eléctrica, simbolizada habitualmente como R, a la dificultad u oposición que presenta un cuerpo al paso de una corriente eléctrica para circular a través de él. En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en ohmios, que se designa con la letra griega omega mayúscula, Ω. Para su medida existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro.

Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia.

Según sea la magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.

Condensador eléctrico

En electricidad y electrónica, un condensador, capacitor o capacitador es un dispositivo que almacena energía eléctrica; es un componente pasivo. Está formado por un par de superficies conductoras en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra), generalmente en forma de tablas, esferas o láminas, separadas por un material dieléctrico (siendo este utilizado en un condensador para disminuir el campo eléctrico, ya que actúa como aislante) o por el vacío, que, sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.), adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra (siendo nula la carga total almacenada).

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