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La presente investigación fue creada por alumnos de la carrera de Ing. en Sistemas Computacionales de Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica. Representa el temario de la materia de Principios Eléctricos y Aplicaciones Digitales.
Integrantes:

• Gonzales Martinez Cesar Bladimir(Unidad 1)
• Cruz Jose Maria Xochitl (Unidad 2)
• Zumaya Lopez Juan Antonio(Unidad 3)
• Santiago Jimenez Carlos Raymundo (Unidad 4)

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UNIDAD I

UNIDAD II

UNIDAD III

UNIDAD IV

UNIDAD I

ELECTRÓNICA ANALÓGICA

1.1 CORRIENTE ALTERNA Y CORRIENTE DIRECTA
1.1.1 CARACTERISTICAS
¿Qué es la Corriente Alterna?
La Corriente Alterna abreviada comúnmente con las siglas AC, en la gráfica lo podemos observar, es la variación de las cargas eléctricas en dirección y tiempo con cambios periódicos de Voltaje y Corriente. Por ejemplo la energía eléctrica de tu casa es de Corriente Alterna.
¿Qué es la Corriente Directa?
DC es la abreviatura de Corriente Directa. Regresando a la gráfica. Es una corriente constante, no varía el voltaje, se mantiene con respecto a la dirección y el tiempo. Este tipo de energía la encontramos en Baterías 9V y de Baterías de polímero de Litio.
1.1.2 GENERACION DE CA Y CD
¿Cuál es la diferencia entre la Corriente Alterna y la Corriente Directa?
Para hacer este ejercicio comparativo se hace con 12V de DC y con 12V de AC. Revisaremos las pérdidas, el uso y seguridad a tomar en cuenta.
Pérdida.
La transmisión de DC genera pérdidas. Para largas distancias habrá pérdida de corriente.
La pérdida en la transmisión de AC es menor. Este tipo de corriente es apta para recorrer largas distancias.
Imagina un cable. La Corriente Directa va a tener pérdidas mientras el cable por donde fluye es más largo. Por otro lado, la Corriente Alterna no va a tener pérdidas aún y cuando el cable tenga una larga extensión.
Uso.
El voltaje en DC es estable, genera muy poco ruido, su uso es el adecuado en aparatos electrónicos, como la Televisión, la Radio, las computadoras.
Para que la corriente AC sea útil en aparatos electrónicos primero deberá pasar por rectificadores o fuentes de poder.
Seguridad.
12V DC es más seguro que 12V AC. La resistencia del cuerpo disminuye pudiendo causar hasta la muerte con 12V AC.
Picos.
12V DC no es lo mismo que 12V AC cuando hay un pico de voltaje. 12V DC es 12V. Mientras que un pico de 12V AC es igual a √2 × 12V.
Conversión.
Convertir 12V AC a 12V DC es relativamente sencillo. (Con Diodos, Capacitores y Reguladores).
Convertir 12V DC a 12V AC es más complejo. (Para los que están iniciando).
Utilizar 12V en la mayoría de los equipos.
Para equipos que trabajan a 12V DC con una fuente de 12V AC. Se queman.
Para equipos que trabajan a 12V AC con una fuente de 12V DC. No funcionará eficientemente.
Estos son de los factores más importantes a tomar en cuenta cuando se inicia en el desarrollo de proyectos. Puede haber conceptos más específicos, esos se irán aprendiendo conforme tus conocimientos se van fortaleciendo.
1.3 DISPOSITIVOS ACTIVOS
1.3.2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES
1.3.2.1 DIODOS
1.3.2.1.1 LED
Existen LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre otros.

Eléctricamente este componente se comporta igual que un diodo de silicio o germanio. Si se pasa una corriente a través del diodo semiconductor, se inyectan electrones y huecos en las regiones P y N, respectivamente.
Dependiendo de la magnitud de la corriente, hay recombinación de los portadores de carga (electrones y huecos). Hay un tipo de recombinaciones que se llaman recombinaciones radiantes (aquí la emisión de luz).
La relación entre las recombinaciones radiantes y el total de recombinaciones depende del material semiconductor utilizado (GaAs, GaAsP,y GaP). Dependiendo del material de que está hecho el LED, será la emisión de la longitud de onda y por ende el color.

El LED tiene un voltaje operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por él está entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los Leds de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros Leds. El LED tiene enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas.
El LED debe ser protegido. Una pequeña cantidad de corriente en sentido inverso no lo dañará, pero si hay picos inesperados puede dañarse. Una forma de protegerlo es colocarle en paralelo y apuntando en sentido opuesto un diodo de silicio común.
Aplicaciones que tiene el LED: Se utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situación específica de funcionamiento.
Ejemplos

• Se utilizan para desplegar contadores

· Para indicar la polaridad de una fuente de alimentación de corriente continua
· Para indicar la actividad de una fuente de alimentación de corriente alterna.

• En dispositivos de alarma, etc.

1.3.2.1.2 RECTIFICADORES
Cómo conectar un Subwoofer para PC como señal para amplificador de audio

Para que esto sea posible debe modificar el cableado de sus bafles o cajas acústicas. Conecte en paralelo los woofers o subwoofers que tenga y llamaremos a esa línea "entrada de bajos".
Los tweeters y las medias se conectan en paralelo también, sin olvidar sus protecciones individuales y a esta línea la llamaremos " entrada de medios y altos".
Un canal recibirá la señal de bajos del circuito mostrado arriba, y la variaremos con el control de volumen, el cual puede ser de 50 K. Esta señal no requiere PRE-AMPLIFICADOR ya que la tomamos directo del parlante de nuestro subwoofer. El control de volumen de éste, sirve para dosificar la cantidad de señal enviada a la entrada del amplificador LADELEC. Ojo: se requieren los dos controles de volumen, tanto el del subwoofer como el de la entrada al amplificador.

De paso esto explica por qué aumenta el rendimiento de nuestro amplificador ya que la señal de entrada tiene cerca de 500-700mV y hasta más, suficientes para excitar al máximo las tarjetas driver.

El otro canal del amplificador recibirá la señal de medios-altos del circuito mostrado arriba, el cual suma los sonidos del canal izquierdo y derecho por medio de la unión de las dos R de 47 OHM y la envía al canal de medios - altos. De esta manera no se pierde calidad en el sonido aunque se pierde el efecto stereo. Tampoco requiere PRE-AMPLIFICADOR ya que la tomamos directo de los parlantes de nuestro subwoofer.
1.3.2.1.3 ZENER
El diodo Zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente. Recordar que los diodos comunes, como el diodo rectificador común (en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa), conducen siempre en el sentido de la flecha.

• Si el diodo Zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo común y conduce.
• Si el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante.

En el gráfico se ve el símbolo de diodo zener (A – ánodo, K – cátodo) y el sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa. Se analizará el diodo como un elemento real, no como un elemento ideal y se debe tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor.

Curva característica del diodo Zener

Analizando la curva del diodo se ve que conforme se va aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy poco.

Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensión de Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse constante.
Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo, puede variar en un gran rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa. Esta es la característica del diodo zener que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene prácticamente constante para una gran variación de corriente. Ver el gráfico.

¿Qué hace un regulador con Zener?

Un regulador de voltaje con diodo zener ideal mantiene un voltaje predeterminado fijo a su salida, sin importar las variaciones de voltaje en la fuente de alimentación y/o las variaciones de corriente en la carga.
Nota: En las fuentes de voltaje ideales (algunas utilizan, entre otros elementos el diodo zener), el voltaje de salida no varía conforme varía la carga. Pero las fuentes no son ideales y lo normal es que el voltaje de salida disminuya conforme la carga va aumentado, o sea conforme la demanda de corriente de la carga aumente. (ver: resistencia interna de las fuentes de tensión).
1.3.2.2 TRANSISTORES
Un transistor es un dispositivo que regula el flujo de corriente o de tensión sobre un circuito actuando como un interruptor y/o amplificador para señales eléctricas o electrónicas (tensiones y corrientes).

Es un componente electrónico formado por materiales semiconductores, de uso muy habitual, pues lo encontramos presente en cualquiera de los aparatos de uso cotidiano como las radios, alarmas, automóviles, ordenadores, etc.

Gracias a ellos fue posible la construcción de receptores de radio portátiles llamados comúnmente "transistores", de televisores que se encendían en un par de segundos, de los televisores en color, etc.

Antes de aparecer los transistores, los aparatos a válvulas tenían que trabajar con tensiones bastante altas, tardaban más de 30 segundos en empezar a funcionar, y en ningún caso podían funcionar a pilas debido al gran consumo que tenían.
Los transistores son los elementos que han facilitado el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño. En la siguiente imagen podemos ver varios tipos de transistores diferentes.

Funcionamiento y Funciones Del Transistor


Es muy importante saber identificar bien las 3 patillas a la hora de conectarlo. En el caso de la figura, la 1 sería el emisor, la 2 el colector y la 3 la base.

En los catálogos puedes encontrar esta información, y si no tienes acceso al catálogo del transistor, sabiendo el tipo que viene marcado sobre el propio transistor, lo puedes buscar por internet.

Por cada patilla podemos tener una corriente, a las que llamaremos:

Ib o IB = la corriente o intensidad por la base
Ic o IC = corriente o intensidad por el colector
Ie o IE = corriente o intensidad por el emisor

El funcionamiento del transistor es muy sencillo: Si no hay corriente de base Ib, no hay corriente entre el colector y el emisor (Ic-e). Cuando le llega una corriente muy pequeña por la base Ib, tenemos una corriente entre el colector y el emisor (Ic-e) que será mayor que la Ib.
Podemos considerar la Ib como una corriente de entrada y la Ic-e como una de salida, entonces, cuando le llega una corriente muy pequeña de entrada por la base, obtenemos una corriente mucho mayor de salida (entre colector y emisor).

5.Bipolares:

El transistor vino a reemplazar a un dispositivo denominado tubo de vacío (los tubos de vacío aún se emplean en electrónica de potencia, cuando son necesarias elevadísimas ganancias, por ejemplo en amplificadores para trasmisión vía satélite) con las siguientes ventajas:
· Su consumo de corriente es mucho menor con lo que también es menor su producción de calor.
· Su tamaño es también mucho menor. Un transistor puede tener el tamaño de una lenteja mientras que un tubo de vacío tiene un tamaño mayor que el de un cartucho de escopeta de caza. Esto permite una drástica reducción de tamaño.
· Mientras que las tensiones de alimentación de los tubos estaban alrededor de los 300 voltios las de los transistores vienen a ser de 10 voltios con lo que los demás elementos de circuito también pueden ser de menor tamaño al tener que disipar mucho menos calor y soportar tensiones mucho menores.
· El transistor es un elemento constituido fundamentalmente por silicio o germanio.
El Transistor Bipolar
Un transistor bipolar está formado por dos uniones pn en contraposición. Físicamente, el transistor está constituido por tres regiones semiconductoras denominadas emisor, base y colector. Existen 2 tipos de transistores bipolares, los denominados NPN y PNP:

Condiciones de funcionamiento
Las condiciones normales de funcionamiento de un transistor NPN se dan cuando el diodo B-E se encuentra polarizado en directa y el diodo B-C se encuentra polarizado en inversa. En esta situación gran parte de los electrones que fluyen del emisor a la base consiguen atravesar ésta, debido a su poco grosor y débil dopado, y llegar al colector.
El transistor posee tres zonas de funcionamiento:
1. Zona de saturación: El diodo colector está polarizado directamente y es transistor se comporta como una pequeña resistencia. En esta zona un aumento adicionar de la corriente de base no provoca un aumento de la corriente de colector, ésta depende exclusivamente de la tensión entre emisor y colector. El transistor se asemeja en su circuito emisor-colector a un interruptor cerrado.
2. Zona activa: En este intervalo el transistor se comporta como una fuente de corriente , determinada por la corriente de base. Para trabajar en esta zona el diodo B-E ha de estar polarizado en directa, mientras que el diodo B-C, ha de estar polarizado en inversa.
3. Zona de corte: El hecho de hacer nula la corriente de base, es equivalente a mantener el circuito base emisor abierto, en estas circunstancias la corriente de colector es prácticamente nula y por ello se puede considerar el transistor en su circuito C-E como un interruptor abierto.

6.TRANSISTOR FET

TRANSISTOR FET (Introducción).
Los transistores más conocidos son los llamados bipolares (NPN y PNP), llamados así porque la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones pero tienen ciertos inconvenientes, entre los que se encuentra su impedancia de entrada bastante baja.
Existen unos dispositivos que eliminan este inconveniente en particular y que pertenece a la familia de dispositivos en los que existe un solo tipo de portador de cargas, y por tanto, son unipolares. Se llama transistor de efecto campo.
2) Explicación de la combinación de portadores.
Puesto que hay una tensión positiva entre el drenador y el surtidor, los electrones fluirán desde el surtidor al drenador (o viceversa según la configuración del mismo), aunque hay que notar que también fluye una corriente despreciable entre el surtidor (o drenador) y la puerta, ya que el diodo formado por la unión canal – puerta, esta polarizado inversamente.
En el caso de un diodo polarizado en sentido inverso, donde inicialmente los huecos fluyen hacia la terminal negativa de la batería y los electrones del material N, fluyen hacia el terminal positivo de la misma. Lo anteriormente dicho se puede aplicar al transistor FET, en donde, cuando se aumenta VDS aumenta una región con empobrecimiento de cargas libres

Cuando seleccionamos un transistor tendremos que conocer el tipo de encapsulado, así como el esquema de identificación de los terminales. También tendremos que conocer una serie de valores máximos de tensiones, corrientes y potencias que no debemos sobrepasar para no destruir el dispositivo. El parámetro de la potencia disipada por el transistor es especialmente crítico con la temperatura, de modo que esta potencia decrece a medida que aumenta el valor de la temperatura, siendo a veces necesaria la instalación de un radiador o aleta refrigeradora. Todos estos valores críticos los proporcionan los fabricantes en las hojas de características de los distintos dispositivos.
3) Explicación de sus elementos o terminales.
Un transistor de efecto campo (FET) típico está formado por una barrita de material p ó n, llamada canal, rodeada en parte de su longitud por un collar del otro tipo de material que forma con el canal una unión p-n.
En los extremos del canal se hacen sendas conexiones óhmicas llamadas respectivamente sumidero (d-drain) y fuente (s-source), más una conexión llamada puerta (g-gate) en el collar.

La figura muestra el croquis de un FET con canal N

Símbolos gráficos para un FET de canal N

Símbolos gráficos para un FET de canal P
Fundamento de transistores de efecto de campo:
Los transistores son tres zonas semiconductoras juntas dopadas alternativamente con purezas donadoras o aceptadoras de electrones. Su estructura y representación se muestran en la tabla.

Modelo de transistor FET canal n

Las uniones Puerta-Drenador y la Surtidor-Puerta están polarizadas en inversa de tal forma que no existe otra corriente que la inversa de saturación de la unión PN.
La zona n (en el FET canal n) es pequeña y la amplitud de la zona de deplexión afecta a la longitud efectiva del canal. La longitud de la zona de deplexión y depende de la tensión inversa (tensión de puerta).
Zonas de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET):

• ZONA ÓHMICA o LINEAL: En esta zona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente del valor de VGS. Un parámetro que aporta el fabricante es la resistencia que presenta el dispositivo para VDS=0 (rds on), y distintos valores de VGS.
• ZONA DE SATURACIÓN: En esta zona es donde el transistor amplifica y se comporta como una fuente de corriente gobernada por VGS

La operación de un FET de CANAL P es complementaria a la de un FET de CANAL N, lo que sigmifica que todos los voltajes y corrientes son de sentido contrario.

7. Transistores MOSFET

Los transistores MOSFET o Metal-Oxido-Semiconductor (MOS) son dispositivos de efecto de campo que utilizan un campo eléctrico para crear una canal de conducción. Son dispositivos más importantes que los JFET ya que la mayor parte de los circuitos integrados digitales se construyen con la tecnología MOS.
Existen dos tipos de transistores MOS:MOSFET de canal N o NMOS y MOSFET de canal P o PMOS. A su vez, estos transistores pueden ser de acumulación (enhancement) o deplexion (deplexion); en la actualidad los segundos están prácticamente en desuso y aquí únicamente serán descritos los MOS de acumulación también conocidos como de enriquecimiento. símbolos utilizados para describir los transistores MOS.

se describe la estructura física de un MOSFET de canal N con sus cuatro terminales: puerta, drenador fuente y substrato; normalmente el sustrato se encuentra conectado a la fuente.

La puerta, cuya dimensión es W·L, está separado del substrato por un dieléctrico (Si02) formando una estructura similar a las placas de un condensador. Al aplicar una tensión positiva en la puerta se induce cargas negativas (capa de inversión) en la superficie del substrato y se crea un camino de conducción entre los terminales drenador y fuente.
La tensión mínima para crear ese capa de inversión se denomina tensión umbral o tensión de threshold (VT) y es un parámetro característico del transistor. Si la VGS < VT, la corriente de drenador-fuente es nula; valores típicos de esta tensión son 0.5 V a 3 V.

8.Tristores:

Los tiristores están conformados por 3 terminales un ánodo, un cátodo y una compuerta o mejor conocida “gate”, su funcionamiento se asemeja al de un relevador o un interruptor mecánico, Ya que cuando aplicas una corriente a la terminal gate este se activa y obtiene la característica de dejar pasar a la electricidad.

Tipos de tiristor

Existe una gran variedad de tiristores cada uno tiene diferentes propiedades, características ventajas y desventajas.

De control de fase o comunicación rápida (SCR)

Este tipo es el más común y más utilizado, debido a que son capaces de conmutar rápidamente. Una de las características principales de este tiristor es que solo es capaz de conducir electricidad hacia una sola dirección (como un diodo cuando se polariza directamente), una vez activado este componente no importa si quitas la corriente de la puerta ya que este seguirá activo hasta que se cumpla una de dos condiciones posibles. Para desactivarlo tenemos que cortar el suministro de corriente o llevarla hasta un punto muy bajo que el tiristor sea incapaz de seguir conduciendo.

Bidireccionales controlados por face (BCT)

Este tipo corresponde a dos tiristores en un mismo encapsulado, aun que están juntos no interfieren entre si cada uno tiene sus terminales puerta para ser activados.

Fototiristor (LASCR)

Este como su nombre lo indica es un tiristor el cual se activa mediante la luz.

Triodo bidireccional (TRIAC)

Se usa para la corriente alterna ya que contiene dos tiristores juntos en un mismo encapsulados, en este ocasión solo cuentan con una terminal puerta y esta es capaz de activar a los dos componentes al mismo tiempo.

De conducción inversa (RCT)
Se podría decir que es un SCR con la integración de un diodo colocado en paralelo pero inversamente, esto se utiliza para evitar que corrientes parásitas generadas debido a inducciones circulen en contra flujo de la corriente.

De desactivación por compuerta (GTO)

Este tipo es una mejora del tiristor SCR ya que puede desactivarse travez de su puerta con la única condición de aplicar voltaje negativo.

Controlados por MOSFET (MCT)

Solo es una mejora del tiristor convencional utilizando Mosfet, solo que para encender se utiliza voltaje negativo y para apagar voltaje positivo.

Controlados por FET-CTH

Este tipo incorpora un tiristor y un transistor Mosfet en paralelo, el cual se encarga de generar la corriente de disparo para el tiristor. Este dispositivo es como los convencionales se puede activar pero no desactivar a menos que se quite la corriente del circuito o la corriente sea muy baja.

MTO

Este es una combinación entre un GTO y un FET, y supera la limitación de apagado de un GTO. Este componente tiene dos terminales de compuertas una para encendido y la otra para apagado.

ETO

Este es una combinación entre un GTO y un MOS, este tiristor también tiene dos compuertas una de encendido y otra de apagado pero funciona totalmente diferente a un MTO, ya que para activar el tiristor es necesario aplicar un voltaje positivo en las dos compuertas y para apagarlo se debe aplicar un voltaje negativo en la puerta de apagado.

Conmutados por compuerta integrada (IGCT)

Este es la evolución del GTO, su activación es por medio de su terminal puerta, para desactivarlo se utiliza la misma terminal solo que este componente incorpora una etapa de control para poder aplicar voltaje negativo muy elevado y muy rápido.

De inducción estática (SITH)

Este tiristor a simple vista podría parecer un diodo normal, aunque tiene una gran diferencia la cual es que para que este se active tiene que pasar del voltaje umbral por lo regular 30v, una vez que pasa el voltaje requerido deja pasar la corriente y cuando esta por debajo actúa como interruptor abierto.

Diodo bidireccional (DIAC)

Aunque este tiene dos terminales y es más parecido a un diodo normal también es considera un tiristor ya que cuando sobre pasa cierto voltaje este se activa, mientras tanto actúa como un interruptor abierto

9.Rectificador controlado de silicio (SCR)

El rectificador controlado de silicio SCR, es un semiconductor que presenta dos estados estables: en uno conduce, y en otro está en corte (bloqueo directo, bloqueo inverso y conducción directa).
El objetivo del rectificador controlado de silicio SCR es retardar la entrada en conducción del mismo, ya que como se sabe, un rectificador controlado de silicio SCR se hace conductor no sólo cuando la tensión en sus bornes se hace positiva (tensión de ánodo mayor que tensión de cátodo).
Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.

El SCR se asemeja a un diodo rectificador pero si el ánodo es positivo en relación al cátodo no circulará la corriente hasta que una corriente positiva se inyecte en la puerta. Luego el diodo se enciende y no se apagará hasta que no se remueva la tensión en el ánodo-cátodo, de allí el nombre rectificador controlado.

Funcionamiento básico del SCR

El siguiente gráfico muestra un circuito equivalente del SCR para comprender su funcionamiento.
Al aplicarse una corriente IG al terminal G (base de Q2 y colector de Q1), se producen dos corrientes: IC2 = IB1.
IB1 es la corriente base del transistor Q1 y causa que exista una corriente de colector de Q1 (IC1) que a su vez alimenta la base del transistor Q2 (IB2), este a su vez causa más corriente en IC2, que es lo mismos que IB1 en la base de Q1.
Este proceso regenerativo se repite hasta saturar Q1 y Q2 causando el encendido del SCR.

Operación controlada del rectificador controlado de silicio

Como su nombre lo indica, el SCR es un rectificador construido con material de silicio con una tercera terminal para efecto de control. Se escogió el silicio debido a sus capacidades de alta temperatura y potencia.
La operación básica del SCR es diferente de la del diodo semiconductor de dos capas fundamental, en que una tercera terminal, llamada compuerta, determina cuándo el rectificador conmuta del estado de circuito abierto al de circuito cerrado. No es suficiente sólo la polarización directa del ánodo al cátodo del dispositivo. En la región de conducción la resistencia dinámica el SCR es típicamente de 0.01 a 0.1

10.NTERRUPTOR CONTROLADO DE SILICIO (SCS)

Un interruptor de silicio controlado consiste en una estructura de cuatro capas cuyas cuatro regiones semiconductoras son accesibles. El dispositivo puede ser considerado como un circuito integrado con sendos transistores npn y pnp conectados como un par de realimentación positiva. Siendo accesibles las cuatro regiones, la realimentación positiva es fácilmente controlada, y el dispositivo puede ser accionado como un amplificador lineal de elevada ganancia de c.c. o como un interruptor.
l SCS es semejante en construcción al SCR. la compuerta del cátodo y la compuerta del ánodo. El SCS puede encenderse y apagarse usando cualquiera de sus terminales de compuerta. El SCR puede encenderse usando sólo su terminal de compuerta. Normalmente el SCS se encuentra disponible sólo en rangos de potencia menores que las del SCR.

La operación básica del SCS puede comprenderse refiriéndose al equivalente con transistores q. Se supone que ambos Q1 y Q2 están apagados y que, por lo tanto, el SCS no conduce. Un pulso positivo en la compuerta anódica lleva al Q2 hacia la conducción y proporciona así una trayectoria para la corriente de base al Q1. Cuando éste se enciende, su corriente de colector proporciona excitación de base al Q2, manteniendo así el estado encendido del dispositivo. Esta acción regenerativa es la misma en que el proceso de encendido del SCR y el diodo Shockley

Operación del SCS

El SCS también puede encenderse con un pulso negativo en la compuerta del ánodo. Esto energiza al Q1 hacia conducción, en el que a su vez proporciona corriente de base para el Q2. Una vez que el Q2 está encendido, proporciona una trayectoria para la corriente de base del Q1, sosteniendo así el estado encendido.
Para apagar SCS se aplica un pulso positivo a la compuerta del ánodo. Esta acción polariza e inversa a la unión base-emisor del Q1 y lo apaga. El Q2 a su vez, se apaga y el SCS deja de conducir como se muestra en la parte (b). El SCS tiene comúnmente un tiempo de apagado más rápido que el SCR.

Además del pulso positivo en la compuerta del ánodo o el negativo en la del cátodo, existen otros métodos para apagar un SCS. En cada caso, el transistor opera como un interruptor.

11.DIAC – Diodo de disparo bidireccional

El DIAC es un diodo de disparo bidireccional, especialmente diseñado para disparar TRIACs y Tiristores (es un dispositivo disparado por tensión).
l TRIAC tiene dos terminales: MT1 y MT2. Ver el diagrama. El DIAC se comporta como dos diodos Zener conectados en serie, pero orientados en formas opuesta. La conducción se da cuando se ha superado el valor de tensión del Zener que está conectado en sentido opuesto.

El DIAC normalmente no conduce, sino que tiene una pequeña corriente de fuga. La conducción aparece cuando la tensión de disparo se alcanza.
Cuando la tensión de disparo se alcanza, la tensión en el DIAC se reduce y entra en conducción dejando pasar la corriente necesaria para el disparo del SCR o TRIAC. Se utiliza principalmente en aplicaciones de control de potencia mediante control de fase. La curva característica del DIAC se muestra a continuación.
En la curva característica se observa que cuando:
· +V o – V es menor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un circuito abierto
· +V o – V es mayor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un cortocircuito
Sus principales características son:

• Tensión de disparo.
• Corriente de disparo.
• Tensión de simetría (ver gráfico anterior).
• Tensión de recuperación.
• Disipación de potencia (Los DIACs se fabrican con capacidad de disipar potencia de 0.5 a 1 watt.)

12.El Triac

El triac es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El triac puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa.
Cuando el triac conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo la dirección de flujo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es mas positivo en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de MT1 a MT2. En ambos casos el triac se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el triac deja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales principales sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto actúa como un interruptor abierto.
CONSTRUCCION BASICA, SIMBOLO, DIAGRAMA EQUIVALENTE:
usamos un triac como interruptor para encender una lámpara o bombilla. Es un circuito muy básico, pero que nos sirve para entender su funcionamiento. Luego veremos como lo mejoramos.

El Triac es un desarrollo más avanzado del famoso SCR o tiristor , pero a diferencia del tiristor, que sólo es capaz de conducir en una dirección (desde el ánodo al cátodo).

1.3.3 Técnicas de diseño con semiconductores

Un semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.
Es un cristal de Silicio o Germanio cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas, a temperatura ambiente, son de 0,7 eV y 0,3 eV para el silicio y el germanio respectivamente.
Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones pueden caer, desde el estado energético correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A este fenómeno se le denomina recombinación. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la concentración global de electrones y huecos permanece invariable. Siendo "n" la concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas).
Las técnicas de diseño de los semiconductores se abordaron en la sección del diseño de los materiales N y P.

1.3.4 Aplicaciones con semiconductores

Los semiconductores son ampliamente utilizados como materia prima en el ensamblaje de elementos electrónicos que forman parte de nuestra vida cotidiana, como, por ejemplo, los circuitos integrados.

Uno de los principales elementos de un circuito integrado son los transistores. Estos dispositivos cumplen la función de proporcionar una señal de salida (oscilatoria, amplificada o rectificada) según una señal de entrada específica.
Además, los semiconductores también son el material primario de los diodos utilizados en circuitos electrónicos para permitir el paso de la corriente eléctrica en un solo sentido.
Para el diseño de diodos, se forman junturas de semiconductores extrínsecos tipo P y tipo N. Al alternar elementos portadores y donadores de electrones, se activa un mecanismo de equilibrio entre ambas zonas.
Así, los electrones y los huecos de ambas zonas se cruzan y se complementan donde sea necesario. Esto se da en dos vías:
· Ocurre el traslado de electrones de la zona tipo N a la zona P. La zona tipo N obtiene una zona de carga predominantemente positiva.
· Se presenta un paso de huecos portadores de electrones de la zona tipo P a la zona tipo N. La zona tipo P adquiere una carga predominantemente negativa.
Finalmente, se constituye un campo eléctrico que induce la circulación de la corriente en un solo sentido; es decir, desde la zona N hacia la zona P.
En adición, al emplear combinaciones de semiconductores intrínsecos y extrínsecos se pueden producir dispositivos que desempeñen funciones similares a un tubo de vacío que contiene su volumen cientos de veces.
Este tipo de aplicaciones aplica en circuitos integrados como, por ejemplo, chips microprocesadores que abarcan una cantidad considerable de energía eléctrica.
Los semiconductores se encuentran presentes en aparatos electrónicos que utilizamos en nuestra vida cotidiana, como equipos de línea marrón tales como televisores, reproductores de video, equipos de sonido; computadores y teléfonos celulares.
1.3.4.1 RECTIFICADORES
Los rectificadores son un tipo de circuito que consigue transformar corriente alterna en corriente continua. Para poder realizar esta acción se utilizan los diodos, un componente que permite realizar la conducción de corriente en una sola dirección.
Cuál es el funcionamiento de un rectificador
Los rectificadores se utilizan en una amplia variedad de dispositivos de electrónica de 1alterna para poder funcionar.
Ya hemos visto que la labor principal de los rectificadores es la de transformar la corriente variable en corriente continua. En este caso hablamos de “Rectificar la ondulación”. Para ello, primero se requiere de una etapa de rectificación en la que se utilizan diodos, y una etapa de filtrado, que sirve para eliminar las altas frecuencias.
¿Cuántos tipos de rectificadores existen?
Existen tres tipos de rectificadores monofásicos con diodos:
Rectificador de media onda
El rectificador de media onda es aquel que únicamente se utiliza en semiciclos de corriente, siendo el tipo de rectificador más básico. Está formado por un diodo entre la fuente de alimentación alterna y la de carga. Se encarga de eliminar la pare negativa o la parte positiva de una señal de corriente alterna.
Si la señal de entrada es positiva, el diodo se polariza en directo y es posible remplazar por un corto circuito. Si, por el contrario, la entrada es negativa, el diodo se polariza en inverso se puede sustituir por un circuito abierto.
Rectificador de onda completa y punto medio
El rectificador de onda completa es un circuito que se utiliza para poder aprovechar los dos semiciclos de corriente alterna u obtener una corriente directa. Aunque la labor puede parecer similar a la del rectificador de onda media, en este caso el nivel de intensidad es superior y la caída de tensión es menor.
La principal característica de este rectificador es que la parte negativa de la señal se convierte en positiva y viceversa en función de que se necesite una u otra. Para ello se utilizarán dos diodos o cuatro diodos.
Rectificador de Puente de Graetz
El Puente de Graetz o Puente Rectificador de doble onda está formado por cuatro diodos que van convirtiendo una única señal con diferentes partes negativas y positivas, en una única señal positiva. Los cuatro diodos actúan haciendo que la electricidad vaya en un único sentido. El resto de los componentes se encargarán de estabilizar la señal.
Los rectificadores son un componente esencial en los aparatos electrónicos pues es necesario que actúen transformando la corriente alterna en continua con el fin de alimentar los componentes internos.

1.3.4.2 Amplificadores

Los amplificadores son circuitos que se utilizan a aumentar (amplificar) el valor de la señal de entrada generalmente muy pequeña y así obtener una señal a la salida con una amplitud mucho mayor a la señal original.
Algunas veces la amplificación puede causar que la señal a la salida del amplificador salga distorsionada causada por una amplificación muy grande o por efectos propios del amplificador. Hay que tomar en cuenta que un amplificador no puede tener en su salida niveles de voltaje mayores a los que la fuente de alimentación le puede dar.

Señal de entrada

Señal de salida

Ejemplo: Si el amplificador es alimentado por 12 Voltios. La señal de salida no podrá tener un voltaje mayor a éste.
Nota: Para aumentar la potencia de salida de un amplificador normalmente se aumenta la cantidad de corriente que éste puede suministrar. Acordarse que: P (potencia) = V (voltaje) x I (corriente). Si no puede aumentar el voltaje hay que aumentar la corriente.
Un caso muy común de amplificador es el que usa transistores bipolares, hay otros que utilizan amplificadores operacionales, tubos o válvulas electrónicas, FETs, etc.. En el caso que se muestra en los diagramas, se ve que la señal de salida (diagrama inferior) es mayor que la de la entrada (diagrama inferior), pero adicionalmente está invertida. Caso que algunas veces se presenta en amplificadores y se llaman amplificadores inversores
Amplificadores muy conocidos por todos, son los amplificadores de audio. En estos casos lo que se logra es amplificar una señal de audio muy pequeña que se obtiene de un micrófono o fuente de sonido como CD o DVD.
Como el voltaje de la fuente de alimentación no es muy elevada (caso de amplificadores a transistores), lo que se amplifica es la corriente. (ver la fórmula de potencia anterior)
La salida del amplificador de audio se aplica a uno o más parlantes que transforman las señales eléctricas en ondas sonoras.

1.3.4.3 Conmutadores

En una instalación eléctrica, un conmutador es un dispositivo eléctrico o electrónico que permite modificar el camino que deben seguir los electrones. Son típicos los manuales, como los utilizados en las viviendas y en dispositivos eléctricos, y los que poseen algunos componentes eléctricos o electrónicos como el relé. Se asemejan a los interruptores en su forma exterior, pero los conmutadores, una vez que desconectan un circuito, conectan otro inmediatamente. Seguidamente se describen los tipos de conmutadores más usuales.

Símbolo eléctrico. El terminal común puede cambiar entre los terminales L1 y L2.

Conmutador pasivo
También denominado pasivo, porque no necesita de una alimentación propia para funcionar, dado que es un dispositivo puramente mecánico de accionamiento manual. El conmutador simple o de dos direcciones permite conmutar un contacto desde un borne fijo a otros dos alternos. Se utilizan de forma individual y en cascada para instalaciones de alcantarillados, bodegas, etc. Y por parejas siempre que haya que activar o desactivar un dispositivo desde dos lugares diferentes, como por ejemplo una lámpara de un pasillo o dormitorio. En las viviendas es típico encontrarlos en los salones, dormitorios o pasillos.

1.3.4.4 Fuentes de voltaje

Una fuente de alimentación es un dispositivo utilizado para alimentar los circuitos de los aparatos electrónicos, como pueden ser, televisiones, computadoras, impresoras, el cargador de tu celular, etc.
Existen diferentes tipos de fuentes de alimentación ya sea fijas o variables, o también pueden clasificarse por su tipo de funcionamiento. Cada con sus características, ventajas y desventajas.
§ Lineales
§ Conmutadas.

Fuentes de alimentación lineales:
Este tipo de fuentes tienen la característica de ser simples ya que principalmente cuentan con cuatro componentes esenciales.
Transformador
El transformador se encarga de modificar el voltaje de entrada a un voltaje con mayor o menor amplitud en su salida, dependiendo el tipo de fuente a utilizar. Estos dispositivos solo pueden trabajar con voltaje alterno y es uno de los elementos principales dentro de una fuente de alimentación.

Rectificador
El rectificador está construido por un puente de diodos, el cual recibe el voltaje del transformador y se encarga de convertirlo en voltaje de corriente directa.

Filtro
El filtro se encarga de disminuir la variación de voltaje, a través de capacitares. Con este filtrado se genera un fenómeno llamado efecto rizo.

Regulación
El regulador se encarga de recibir la señal proveniente del filtro para que en la salida se obtenga un voltaje continuo sin importar las variaciones de voltaje dependiendo el regulador es el voltaje de salida.

Fuentes de alimentación conmutadas:
Estas fuentes también se les conoce como Switching debido a su principio de funcionamiento, ya que se basa en la conmutación de un transistor. Las fuentes de alimentación conmutadas se desarrollaron para solucionar los problemas de disipación térmica que tienen las lineales.
Estos dispositivos cuentan con circuitos complejos y su composición varía mucho. Para poder entender su funcionamiento de este tipo de fuentes se dividen en bloques funcionales como son: Rectificación y filtrado, conmutación, rectificación y filtrado secundario y controlador.

Rectificación y filtrado
En este bloque se rectifica y filtra el voltaje de corriente alterna convirtiéndolo en una señal continua y pulsante.

Conmutación
Se encarga de convertir la señal pulsante en una onda cuadrada, la cual es introducida a un transformador. En este bloque existen diferentes tipos de configuraciones como son: Buck, Boost, Buck-Boost.

Rectificación y filtrado secundario:
Se vuelve a rectificar y filtrar la salida del bloque anterior, para poder entregar una señal continua más lineal.

Controlador
Se encargar de controlar la oscilación de la etapa de conmutación. Este bloque se compone de un oscilador de frecuencia fija, Un voltaje de referencia, un comparador de voltaje y un modulador de ancho de pulso (PWM). El modulador recibe el pulse del oscilador y modifica su ciclo según la señal que envía el comparador. Este comparador examina el voltaje de salida de la rectificaron secundaria con el voltaje de referencia.

1.4 AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Amplificador Operacional . Componente electrónico ampliamente utilizado en diversas aplicaciones de la electrónica analógica y digital. Permite realizar una amplia gama de operaciones tales como: suma, resta, integración y diferenciación. El mismo cuenta con dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor Ganancia (G).

Estructura
El símbolo de un amplificador es el mostrado en la siguiente figura:

Simbología
Los terminales son:

• V+: entrada no inversora
• V-: entrada inversora
• VOUT: salida
• VS+: alimentación positiva
• VS-: alimentación negativa

Los terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en los A.O basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los basados en BJT son VCC y VEE. Normalmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas eléctricos por claridad.
Los Amplificadores operacionales se pueden encontrar:

• 1 operacional en un encapsulado de 8 pines, como es el UA741.
• 2 operacionales en un encapsulado de 8 pines, como el LM1458.
• 4 operacionales en un encapsulado de 14 pines, como es la LM324.

Características
El A.O ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero.
Parámetro Valor ideal Valor real Zi ∞ 1 MΩ Zo 0 100 Ω Bw ∞ 1 MHz Av ∞ 100.000 Ac 0
Nota: Los valores reales dependen del modelo, estos valores son genéricos y son una referencia. Si van a usarse amplificadores operacionales, es mejor consultar el datasheet o características del fabricante.
Comportamiento en corriente continua (DC)
Lazo abierto
Si no existe realimentación la salida del A. O. será la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100.000 (que se considerará infinito en cálculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las dos tensiones es de 1V la salida debería ser 100.000V. Debido a la limitación que supone no poder entregar más tensión de la que hay en la alimentación, el A. O. estará saturado si se da este caso. Esto será aprovechado para su uso de comparador analógico]], como se verá más adelante. Si la tensión más alta es la aplicada a la patilla + la salida será la que corresponde a la alimentación VS+, mientras que si la tensión más alta es la del pin - la salida será la alimentación VS-.
Lazo cerrado o realimentado
Se conoce como lazo cerrado a la realimentación en un circuito. Aquí se supondrá realimentación negativa. Para conocer el funcionamiento de esta configuración se parte de las tensiones en las dos entradas exactamente iguales, se supone que la tensión en la pata + sube y, por tanto, la tensión en la salida también se eleva. Como existe la realimentación entre la salida y la pata -, la tensión en esta pata también se eleva, por tanto, la diferencia entre las dos entradas se reduce, disminuyéndose también la salida. Este proceso pronto se estabiliza, y se tiene que la salida es la necesaria para mantener las dos entradas, idealmente, con el mismo valor. Siempre que hay realimentación negativa se aplican estas dos aproximaciones para analizar el circuito: · V+ = V- (lo que se conoce como principio del cortocircuito virtual). · I+ = I- = 0 Cuando se realimenta negativamente un amplificador operacional, al igual que con cualquier circuito amplificador, se mejoran algunas características del mismo como una mayor impedancia en la entrada y una menor impedancia en la salida.
La mayor impedancia de entrada da lugar a que la corriente de entrada sea muy pequeña y se reducen así los efectos de las perturbaciones en la señal de entrada.
La menor impedancia de salida permite que el amplificador se comporte como una fuente eléctrica de mejores características. Además, la señal de salida no depende de las variaciones en la ganancia del amplificador, que suele ser muy variable, sino que depende de la ganancia de la red de realimentación, que puede ser mucho más estable con un menor coste. Asimismo, la frecuencia de corte superior es mayor al realimentar, aumentando el ancho de banda. Asimismo, cuando se realiza realimentación positiva (conectando la salida a la entrada no inversora a través de un cuadripolo determinado) se buscan efectos muy distintos. El más aplicado es obtener un oscilador para el generar señales oscilantes.
Comportamiento en corriente alterna (AC)
En principio la ganancia calculada para continua puede ser aplicada para alterna, pero a partir de ciertas frecuencias aparecen limitaciones. (Ver sección de limitaciones) Un ejemplo de amplificador operacional es el 741op
Análisis
Para analizar un circuito en el que haya A.O. puede usarse cualquier método, pero uno habitual es: 1. Comprobar si tiene realimentación negativa 2. Si tiene realimentación negativa se pueden aplicar las reglas del apartado anterior 3. Definir las corrientes en cada una de las ramas del circuito 4. Aplicar el método de los nodos en todos los nodos del circuito excepto en los de salida de los amplificadores (porque en principio no se puede saber la corriente que sale de ellos) 5. Aplicando las reglas del apartado 2 resolver las ecuaciones para despejar la tensión en los nodos donde no se conozca.

1.4.1 Configuraciones

CONFIGURACIÓN DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL EN LAZO ABIERTO
La configuración del amplificador operacional en lazo abierto es una de las más usadas. En esta configuración partimos de que la ganancia esta ajustada a un valor muy alto (aproximadamente 200,000 veces). Esta ganancia el lazo abierto se le conoce como AOL y está en función a la diferencia de las entradas del Op-Amp. Las entradas, se les conoce como inversora y no inversora, o más y menos. En este caso vamos a nombrar la no inversora como E1 (+) y la inversora como E2 (-). A continuación, tenemos una configuración de un Amplificador Operacional en configuración de lazo abierto.

Tenemos que considerar que +V y -V son la fuente de alimentación positiva y negativa. Estas están conectadas a las fuentes V1 y V2 respectivamente. Revisar la hoja de datos para revisar el valor de voltaje máximo que soportan estos pines. En este caso vamos a considerar 15V en ambas polaridades. Analizando los circuitos de la figura 1 tenemos. En el lado izquierdo que la entrada E1 tiene un voltaje de 2.1V y la entrada E2 tiene un voltaje de 2.2V. En el lado derecho la entrada E1 tiene un voltaje de 2.1V y la entrada E2 2.0V. Entonces las ecuaciones quedan de la siguiente manera.




CONFIGURACIÓN DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL EN LAZO CERRADO (GANANCIA CONTROLADA)
Un amplificador operacional o opamp en ganancia controlada, considera una retroalimentación de la salida respecto a la entrada. Las dos configuraciones más básicas son la del inversor y no inversor.
CONFIGURACIÓN DE UN AMPLIFICADOR EN MODO NO INVERSOR
A continuación, podemos observar la configuración del operacional en modo no inversor. La entrada a amplificar entra directamente a la entrada de voltaje E1 o «+». La entrada E2 o «-» está conectada con una retroalimentación de la salida en donde el voltaje se divide a través de las resistencias R1 y R2. La ganancia de voltaje de esta configuración depende de estas resistencias. La siguiente expresión define la ganancia.

En donde la ganancia la multiplicamos por el voltaje de entrada y tenemos el voltaje de salida.


Resolviendo para el caso del ejemplo tenemos que:


AMPLIFICADOR OPERACIONAL OP-AMP EN MODO INVERSOR
A continuación, podemos observar la configuración del operacional en modo inversor. La entrada a amplificar entra a través de la retroalimentación de la entrada E2 o «-«. La entrada E1 o «+» se pone a tierra o GND. La ganancia de voltaje de esta configuración depende de la relación de R2 y R1. La siguiente expresión define la ganancia.

En donde la ganancia la multiplicamos por el voltaje de entrada y tenemos el voltaje de salida.



En conclusión, como puedes observar, este tutorial apenas comienza con la temática de los amplificadores operacionales.
1.4.1.1 SEGUIDOR UNITARIO
El seguidor de tensión es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensión que a la entrada, independientemente de la carga que se le acopla, que es tanto como decir, independientemente de la intensidad que se demande. Esta aplicación es importante en la amplificación de señales que teniendo un buen nivel de tensión son de muy baja potencia y por tanto se atenuarian en el caso de conectarlas a amplificadores de mediana o baja impedancia de entrada.

A la vista del circuito de la figura y aplicando el concepto de cortocircuito virtual tenemos que I1=0 y la tensión en el terminal no inversor es igual que la tensión en el terminal inversor, con lo que podemos afirmar que Vi=Vo. También podemos decir que I2=0 con lo cual la carga demandará la corriente por I3 únicamente, permaneciendo aisladas la entrada y la salida del amplificador operacional.

1.4.1.2 COMPARADOR

Tienen como misión comparar una tensión variable con otra, normalmente constante, denominada tensión de referencia, dándonos a la salida una tensión positiva o negativa. Se basan en hacer trabajar a saturación los A.O. dando a la salida una tensión Vcc. Existen dos tipos básicos de comparadores:

- Transferencia de salida en un circuito inversor.
Se observa que:

- Transferencia de salida en un circuito no inversor.
Se observa que:

Circuitos limitadores de la tensión de salida.

- Comparador inversor con histéresis o comparador regenerativo.

En este comparador la señal de entrada Ve puede oscilar entre una gama de valores antes que la salida cambie de estado. En principio si Ve < 0, la salida Vo satura a positivo. Si queremos cambiar de estado la salida deberemos aplicar una Ve mayor que VR2. Esta tensión deberá ser:

Una vez superada Vp, el operacional saturara a negativo por lo cual para volver a cambiar su estado deberemos aplicar una tensión más negativa que la VR2. Es decir:

El resultado es que mientras la señal de entrada esté entre los valores de Vv y Vp la salida no cambiará de estado. - Comparador no inversor con histéresis.

Supongamos:
Vsal = + Vsat

1.4.1.3 MULTIPLICADOR

Un Multiplicador analógico es un dispositivo que toma dos señales eléctricas analógicas y produce una salida cuyo valor es el producto de las entradas. Dichos circuitos pueden ser utilizados para implementar funciones relacionadas tales como los cuadrados (aplica la señal a ambas entradas) y las raíces cuadrada.

1.4.1.4 SUMADOR

EL sumador es un circuito digital que realiza la adición de números. En muchas computadoras y otros tipos de procesadores se utilizan sumadores en las unidades aritméticas lógicas. También se utilizan en otras partes del procesador, donde se utilizan para calcular direcciones, índices de tablas, operadores de incremento y decremento y operaciones similares.
Aunque los sumadores se pueden construir para muchas representaciones numéricas, tales como decimal codificado en binario o exceso-3, los sumadores más comunes funcionan en números binarios. En los casos en que se utiliza el complemento a dos o el complemento a uno para representar números negativos, es trivial modificar un sumador para convertirlo en un sumador-restador. Otras representaciones de números con signo requieren más lógica alrededor del sumador básico.

1.4.1.5 Restador

Restador: En la diferencia, cada bit del sustraendo se resta de su correspondiente bit del minuendo para formar el bit de la diferencia. El préstamo ocurre cuando el bit del minuendo es menor al bit del sustraendo, de tal forma que se presta un 1 de la siguiente posición significativa.

La resta se implementa mediante un sumador. El método consiste en llevar al minuendo a una de las entradas y el sustraendo en complemento 2 a la otra entrada.
Restador Medio: El circuito combinacional que realiza la resta de dos bits se denomina Restador medio. El circuito tiene dos entradas binarias y dos salidas. En el circuito las entradas son A(minuendo) y B(sustraendo) y la salida S corresponde a la diferencia y C_o al préstamo de salida.

1.4.1.6 INTEGRADOR

Integrador con Amplificador Operacional
Área bajo la curva

Integrador con un amplificador operacional

Un circuito integrador realiza un proceso de suma llamado “integración”. La tensión de salida del circuito integrador es proporcional al área bajo la curva de entrada (onda de entrada), para cualquier instante.
En el primer gráfico (izquierda) se puede ver una señal de entrada (línea recta) de 3 voltios que se mantiene continuo con el pasar del tiempo. En el segundo gráfico (derecha) se muestra que el área bajo la curva en un momento cualquiera es igual al valor de la entrada multiplicado por el tiempo. Vsal = Vent x t

Onda de entrada y de salida del integrador con amplificador operacional

Por ejemplo:
· al terminar el primer segundo, el área bajo la curva es Vent x t = 3 x 1 = 3
· al terminar el siguiente segundo, el área bajo la curva es Vent x t = 3 x 2 = 6
· al terminar el tercer segundo, el área bajo la curva es Vent x t = 3 x 3 = 9
· al terminar el cuarto segundo, el área bajo la curva es Vent x t = 3 x 4 = 12
Dando los valores de resistor R = 1 MΩ y capacitor C = 1 uF al primer gráfico, el valor de la tensión de salida es: Vsal = – (1/RC) x Vent x t.
La ganancia de este amplificador en este caso es: -1 / (1 x 106 x 1 x 10-6) = -1
El signo negativo se debe a que el amplificador operacional está configurado como amplificador inversor. Así:
· Al terminar el primer segundo,Vsal = – Vent x t = – 3 x 1 = – 3
· Al terminar el siguiente segundo,Vsal = – Vent x t = – 3 x 2 = – 6
· Al terminar el tercer segundo, Vsal = Vent x t = – 3 x 3 = – 9
· Al terminar el cuarto segundo, Vsal =Vent x t = – 3 x 4 = – 12
Esta tensión de salida no crece indefinidamente (en sentido negativo). Hay un momento, como se puede ver el último gráfico en que esta línea se mantiene a un valor constante. Esto sucede cuando el amplificador llega a su tensión de saturación.

1.4.2 Aplicaciones

Como su nombre lo indica, el amplificador operacional es un dispositivo que puede aumentar cualquier tipo de señal, sea de voltaje o de corriente, de corriente alterna o de corriente directa.
El Amplificador Operacional como comparador

Una de las funciones principales del amplificador operacional es la de comparador. Una de las condiciones que se debe cumplir para utilizar el amplificador operacional es que el voltaje entre la entrada inversora y no inversora debe ser cero.
Si establecemos un voltaje fijo en la terminal inversora, pero en la pata no inversora tenemos un voltaje menor a dicho potencial, la salida del amplificador será nula, es decir, no habrá voltaje en la salida.

Si igualamos el voltaje en las terminales inversora y no inversora, la salida de voltaje será efectiva.

Esta función es utilizada en los comparadores lógicos que conforman los conversores de Análogo a Digital.
Los voltímetros y por extensión la mayoría de los instrumentos de medición digitales están basados en comparadores lógicos y conversores de análogo a digital. También pueden ser utilizados para comparar niveles de voltajes o en protecciones contra sobre corriente. Los usos que le podamos dar al comparador los podremos estudiar a profundidad en futuros aportes.