Electrónica básica - Guía rápida

La materia está formada por moléculas que constan de átomos. Según la teoría de Bohr, "el átomo consta de un núcleo cargado positivamente y una serie de electrones cargados negativamente que giran alrededor del núcleo en varias órbitas". Cuando un electrón se eleva de un estado inferior a un estado superior, se dice que esexcited. Mientras se excita, si el electrón se elimina completamente del núcleo, se dice que el átomo está ionizado. Entonces, el proceso de elevar el átomo desde el estado normal a este estado ionizado se llamaionization.

La siguiente figura muestra la estructura de un átomo.

Según el modelo de Bohr, se dice que un electrón se mueve en una determinada Orbit, mientras que según la mecánica cuántica, se dice que un electrón está en algún lugar del espacio libre del átomo, llamado como Orbital. Se demostró que esta teoría de la mecánica cuántica era correcta. Por lo tanto, un límite tridimensional donde es probable que se encuentre un electrón se denomina comoAtomic Orbital.

Números cuánticos

Cada orbital, donde se mueve un electrón, difiere en su energía y forma. Los niveles de energía de los orbitales se pueden representar mediante un conjunto discreto de integrales y medias integrales conocidas como números cuánticos. Hay cuatro números cuánticos que se utilizan para definir una función de onda.

Número cuántico principal

El primer número cuántico que describe un electrón es el Principal quantum number. Su símbolo esn. Especifica el tamaño o el orden (nivel de energía) del número. A medida que aumenta el valor de n, la distancia promedio entre el electrón y el núcleo también aumenta, y la energía del electrón también aumenta. El nivel de energía principal puede entenderse como un caparazón.

Número cuántico de momento angular

Este número cuántico tiene lcomo su símbolo. Esta l indica la forma del orbital. Va de 0 a n-1.

l = 0, 1, 2… n-1

Para el primer caparazón, n = 1.

es decir, para n-1, l = 0 es el único valor posible de l cuando n = 1.

Entonces, cuando l = 0, se llama como Sorbital. La forma de S es esférica. La siguiente figura representa la forma de S.

Si n = 2, entonces l = 0, 1 ya que estos son los dos valores posibles para n = 2.

Sabemos que es un orbital S para l = 0, pero si l = 1, es P orbital.

El orbital P donde es más probable que se encuentren los electrones está en dumbbellforma. Se muestra en la siguiente figura.

Número cuántico magnético

Este número cuántico se denota por m_lque representa la orientación de un orbital alrededor del núcleo. Los valores de m _l dependen de l.

$$m_{l}= \int (-l\:\:to\:+l)$$

Para l = 0, m _l = 0 esto representa el orbital S.

Para l = 1, m _l = -1, 0, +1 estos son los tres valores posibles y esto representa el orbital P.

Por tanto, tenemos tres orbitales P como se muestra en la siguiente figura.

Número cuántico de giro

Esto está representado por m_sy el electrón aquí gira sobre el eje. El movimiento del giro del electrón podría ser en sentido horario o antihorario, como se muestra a continuación.

Los posibles valores para este número cuántico de espín serán como,

$$m_{s}= +\frac{1}{2}\:\:up$$

Para un movimiento llamado spin up, el resultado es la mitad positiva.

$$m_{s}= -\frac{1}{2}\:\:down$$

Para un movimiento llamado giro hacia abajo, el resultado es la mitad negativa.

Estos son los cuatro números cuánticos.

Principio de exclusión de Pauli

Según el principio de exclusión de Pauli, no two electrons in an atom can have the same set of four identical quantum numbers. Es decir, si dos electrones cualesquiera tienen los mismos valores de n, s, ml (como acabamos de comentar anteriormente), entonces el valor l definitivamente sería diferente en ellos. Por tanto, no hay dos electrones que tengan la misma energía.

Conchas electrónicas

Si n = 1 es una capa, entonces l = 0 es una subcapa.

Asimismo, n = 2 es una capa y l = 0, 1 es una subcapa.

Las capas de electrones correspondientes an = 1, 2, 3… .. están representadas por K, L, M, N respectivamente. Las subcapas o los orbitales correspondientes a l = 0, 1, 2, 3, etc. se indican mediante s, p, d, f, etc., respectivamente.

Echemos un vistazo a las configuraciones electrónicas de carbono, silicio y germanio (Grupo IV - A).

Se observa que la subcapa p más externa en cada caso contiene solo dos electrones. Pero el número posible de electrones es seis. Por tanto, hay cuatrovalence electronsen cada capa más externa. Entonces, cada electrón en un átomo tiene una energía específica. La disposición atómica dentro de las moléculas en cualquier tipo de sustancia es casi así. Pero el espacio entre los átomos difiere de un material a otro.

En las sustancias gaseosas, la disposición de las moléculas no es estrecha. En líquidos, la disposición molecular es moderada. Pero, en los sólidos, las moléculas están tan estrechamente dispuestas que los electrones de los átomos de las moléculas tienden a moverse hacia los orbitales de los átomos vecinos. Por lo tanto, los orbitales de los electrones se superponen cuando los átomos se unen.

Debido a la mezcla de átomos en sólidos, en lugar de niveles de energía individuales, se formarán bandas de niveles de energía. Este conjunto de niveles de energía, que están muy compactos, se denominanEnergy bands.

Banda de cenefa

Los electrones se mueven en los átomos en ciertos niveles de energía, pero la energía de los electrones en la capa más interna es mayor que la de los electrones de la capa más externa. Los electrones que están presentes en la capa más externa se denominanValance Electrons.

Estos electrones de cenefa, que contienen una serie de niveles de energía, forman una banda de energía que se llama Banda de Valence. losvalence bandes la banda con mayor energía ocupada .

Banda de conducción

Los electrones de valencia están tan débilmente unidos al núcleo que incluso a temperatura ambiente, pocos de los electrones de valencia dejan la banda libre. Estos se llaman comofree electrons ya que tienden a moverse hacia los átomos vecinos.

Estos electrones libres son los que conducen la corriente en un conductor y, por lo tanto, se denominan como Conduction Electrons. La banda que contiene electrones de conducción se llamaConduction Band. La banda de conducción es la banda que tiene la menor energía ocupada .

Espacio prohibido

La brecha entre la banda de valencia y la banda de conducción se denomina como forbidden energy gap. Como su nombre lo indica, esta banda es la prohibida sin energía. Por tanto, ningún electrón permanece en esta banda. Los electrones de valencia, mientras van a la banda de conducción, pasan a través de ella.

La brecha de energía prohibida, si es mayor, significa que los electrones de la banda de valencia están estrechamente unidos al núcleo. Ahora, para empujar los electrones fuera de la banda de valencia, se requiere algo de energía externa, que sería igual a la brecha de energía prohibida.

La siguiente figura muestra la banda de cenefa, la banda de conducción y el espacio prohibido.

Dependiendo del tamaño del espacio prohibido, se forman los Aisladores, los Semiconductores y los Conductores.

Aisladores

Los aislantes son materiales en los que la conducción no puede tener lugar, debido al gran espacio prohibido. Ejemplos: madera, caucho. La estructura de las bandas de energía en los aisladores se muestra en la siguiente figura.

Caracteristicas

Las siguientes son las características de los aisladores.

La brecha de energía Prohibida es muy grande.
Los electrones de la banda de cenefa están estrechamente unidos a los átomos.
El valor del gap de energía prohibido para un aislante será de 10eV.
Para algunos aisladores, a medida que aumenta la temperatura, pueden mostrar cierta conducción.
La resistividad de un aislante será del orden de 107 ohmios-metro.

Semiconductores

Los semiconductores son materiales en los que la brecha de energía prohibida es pequeña y la conducción tiene lugar si se aplica alguna energía externa. Ejemplos: silicio, germanio. La siguiente figura muestra la estructura de las bandas de energía en semiconductores.

Caracteristicas

Las siguientes son las características de los semiconductores.

La brecha de energía Prohibida es muy pequeña.
La brecha prohibida para Ge es 0,7 eV mientras que para Si es 1,1 eV.
Un semiconductor en realidad no es un aislante ni un buen conductor.
A medida que aumenta la temperatura, aumenta la conductividad de un semiconductor.
La conductividad de un semiconductor será del orden de 102 mho-metro.

Conductores

Los conductores son materiales en los que la brecha de energía prohibida desaparece a medida que la banda de valencia y la banda de conducción se acercan mucho y se superponen. Ejemplos: cobre, aluminio. La siguiente figura muestra la estructura de las bandas de energía en los conductores.

Caracteristicas

Las siguientes son las características de los conductores.

No existe ningún espacio prohibido en un conductor.
La banda de cenefa y la banda de conducción se superponen.
Los electrones libres disponibles para la conducción son abundantes.
Un ligero aumento de voltaje, aumenta la conducción.
No existe el concepto de formación de huecos, ya que un flujo continuo de electrones contribuye a la corriente.

Términos importantes

Es necesario discutir algunos términos importantes aquí antes de pasar a los capítulos siguientes.

Actual

Es simplemente el flujo de electrones. Un flujo continuo de electrones o partículas cargadas puede denominarse Corriente. Está indicado porI o i. Se mide enAmperes. Puede ser corriente alterna CA o corriente continua CC.

voltaje

Es la diferencia de potencial. Cuando se produce una diferencia de potencialidades, entre dos puntos, se dice que hay una diferencia de voltaje, medida entre esos dos puntos. Está indicado porV. Se mide enVolts.

Resistencia

Es la propiedad de oponerse al flujo de electrones. La posesión de esta propiedad puede denominarse resistividad. Esto se discutirá más adelante en detalle.

Ley de Ohm

Con los términos discutidos anteriormente, tenemos una ley estándar, que es muy crucial para el comportamiento de todos los componentes electrónicos, llamada Ley de Ohm. Esto establece la relación entre corriente y voltaje en un conductor ideal.

According to Ohm’s law, the potential difference across an ideal conductor is proportional to the current through it.

$$V\:\alpha\:\:I$$

Un conductor ideal no tiene resistencia. Pero en la práctica, cada conductor tiene cierta resistencia. A medida que aumenta la resistencia, también aumenta la caída de potencial y, por lo tanto, aumenta el voltaje.

Por lo tanto the voltage is directly proportional to the resistance it offers.

$$V\:\alpha\:\:R$$

$$V = IR $$

Pero el current is inversely proportional to the resistance.

$$V\:\alpha\:\:I\:\alpha\:\:\frac{1}{R}$$

$$I = V/R $$

Por lo tanto, en la práctica, la ley de Ohm se puede establecer como:

According to Ohm’s law, the current flowing through a conductor is proportional to the potential difference across it, and is inversely proportional to the resistance it offers.

Esta ley es útil para determinar los valores de parámetros desconocidos entre los tres que ayudan a analizar un circuito.

UN semiconductores una sustancia cuya resistividad se encuentra entre los conductores y los aislantes. La propiedad de resistividad no es la única que decide un material como semiconductor, pero tiene pocas propiedades como sigue.

Los semiconductores tienen una resistividad menor que los aisladores y mayor que los conductores.
Los semiconductores tienen coeficiente de temperatura negativo. La resistencia en semiconductores, aumenta con la disminución de temperatura y viceversa.
Las propiedades conductoras de un semiconductor cambian cuando se le agrega una impureza metálica adecuada, que es una propiedad muy importante.

Los dispositivos semiconductores se utilizan ampliamente en el campo de la electrónica. El transistor ha reemplazado a los voluminosos tubos de vacío, a partir de los cuales el tamaño y el costo de los dispositivos se redujeron y esta revolución ha seguido aumentando su ritmo dando lugar a nuevos inventos como la electrónica integrada. La siguiente ilustración muestra la clasificación de semiconductores.

Conducción en semiconductores

Después de tener algún conocimiento sobre los electrones, llegamos a saber que la capa más externa tiene la valence electronsque están débilmente unidos al núcleo. Tal átomo, que tiene electrones de valencia cuando se acerca al otro átomo, los electrones de valencia de ambos átomos se combinan para formar "Electron pairs”. Este vínculo no es tan fuerte y por lo tanto es unCovalent bond.

Por ejemplo, un átomo de germanio tiene 32 electrones. 2 electrones en la primera órbita, 8 en la segunda órbita, 18 en la tercera órbita, mientras que 4 en la última órbita. Estos 4 electrones son electrones de valencia del átomo de germanio. Estos electrones tienden a combinarse con los electrones de valencia de los átomos adyacentes, para formar los pares de electrones, como se muestra en la siguiente figura.

Creación de agujero

Debido a la energía térmica suministrada al cristal, algunos electrones tienden a moverse fuera de su lugar y romper los enlaces covalentes. Estos enlaces covalentes rotos dan como resultado electrones libres que deambulan al azar. Pero elmoved away electrons crea un espacio vacío o valencia detrás, que se llama como un hole.

Este agujero que representa un electrón faltante puede considerarse como una unidad de carga positiva, mientras que el electrón se considera como una unidad de carga negativa. Los electrones liberados se mueven aleatoriamente pero cuando se aplica algún campo eléctrico externo, estos electrones se mueven en dirección opuesta al campo aplicado. Pero los agujeros creados debido a la ausencia de electrones se mueven en la dirección del campo aplicado.

Corriente del agujero

Ya se entiende que cuando se rompe un enlace covalente, se crea un agujero. En realidad, existe una fuerte tendencia del cristal semiconductor a formar un enlace covalente. Entonces, un agujero no suele existir en un cristal. Esto se puede entender mejor en la siguiente figura, que muestra una red cristalina semiconductora.

Un electrón, cuando se desplaza desde un lugar A, se forma un agujero. Debido a la tendencia a la formación del enlace covalente, un electrón de B se desplaza a A. Ahora, nuevamente para equilibrar el enlace covalente en B, un electrón se desplaza de C a B. Esto continúa construyendo un camino. Este movimiento del agujero en ausencia de un campo aplicado es aleatorio. Pero cuando se aplica un campo eléctrico, el agujero se desplaza a lo largo del campo aplicado, que constituye elhole current. Esto se denomina corriente de hueco pero no corriente de electrones porque el movimiento de los huecos contribuye al flujo de corriente.

Los electrones y los huecos, mientras están en movimiento aleatorio, pueden encontrarse entre sí para formar pares. Esta recombinación da como resultado la liberación de calor, que rompe otro enlace covalente. Cuando aumenta la temperatura, aumenta la tasa de generación de electrones y huecos, por lo que aumenta la tasa de recombinación, lo que da como resultado un aumento de la densidad de electrones y huecos. Como resultado, la conductividad del semiconductor aumenta y la resistividad disminuye, lo que significa un coeficiente de temperatura negativo.

Semiconductores intrínsecos

Se dice que un semiconductor en su forma extremadamente pura es un intrinsic semiconductor. Las propiedades de este semiconductor puro son las siguientes:

Los electrones y los huecos se crean únicamente por excitación térmica.
El número de electrones libres es igual al número de huecos.
La capacidad de conducción es pequeña a temperatura ambiente.

Para aumentar la capacidad de conducción del semiconductor intrínseco, es mejor agregar algunas impurezas. Este proceso de agregar impurezas se llamaDoping. Ahora, este semiconductor intrínseco dopado se llama semiconductor extrínseco.

Dopaje

El proceso de agregar impurezas a los materiales semiconductores se denomina dopaje. Las impurezas añadidas son generalmente impurezas pentavalentes y trivalentes.

Pentavalent Impurities

los pentavalentLas impurezas son las que tiene cinco electrones de valencia en la órbita más externa. Ejemplo: bismuto, antimonio, arsénico, fósforo
El átomo pentavalente se llama como donor atom porque dona un electrón a la banda de conducción del átomo semiconductor puro.

Trivalent Impurities

los trivalentLas impurezas son las que tiene tres electrones de valencia en la órbita más externa. Ejemplo: galio, indio, aluminio, boro
El átomo trivalente se denomina como acceptor atom porque acepta un electrón del átomo semiconductor.

Semiconductor extrínseco

Un semiconductor impuro, que se forma dopando un semiconductor puro, se denomina como extrinsic semiconductor. Hay dos tipos de semiconductores extrínsecos según el tipo de impureza añadida. Son semiconductores extrínsecos tipo N y semiconductores extrínsecos tipo P.

Semiconductor extrínseco tipo N

Se agrega una pequeña cantidad de impureza pentavalente a un semiconductor puro para dar como resultado un semiconductor extrínseco tipo N. La impureza añadida tiene 5 electrones de valencia.

Por ejemplo, si se agrega un átomo de arsénico al átomo de germanio, cuatro de los electrones de valencia se unen a los átomos de Ge mientras que un electrón permanece como electrón libre. Esto es como se muestra en la siguiente figura.

Todos estos electrones libres constituyen la corriente de electrones. Por lo tanto, la impureza cuando se agrega a un semiconductor puro, proporciona electrones para la conducción.

En los semiconductores extrínsecos tipo N, dado que la conducción se realiza a través de electrones, los electrones son portadores mayoritarios y los huecos son portadores minoritarios.
Como no hay adición de cargas positivas o negativas, los electrones son eléctricamente neutros.
Cuando se aplica un campo eléctrico a un semiconductor tipo N, al que se le agrega una impureza pentavalente, los electrones libres viajan hacia el electrodo positivo. Esto se denomina conductividad negativa o tipo N.

Semiconductor extrínseco tipo P

Se agrega una pequeña cantidad de impureza trivalente a un semiconductor puro para dar como resultado un semiconductor extrínseco tipo P. La impureza añadida tiene 3 electrones de valencia. Por ejemplo, si se agrega un átomo de boro al átomo de germanio, tres de los electrones de valencia se unen a los átomos de Ge para formar tres enlaces covalentes. Pero, un electrón más en el germanio permanece sin formar ningún enlace. Como no queda ningún electrón en el boro para formar un enlace covalente, el espacio se trata como un agujero. Esto es como se muestra en la siguiente figura.

La impureza de boro cuando se agrega en una pequeña cantidad, proporciona una serie de agujeros que ayudan en la conducción. Todos estos agujeros constituyen la corriente del agujero.

En los semiconductores extrínsecos de tipo P, dado que la conducción tiene lugar a través de orificios, los orificios son portadores mayoritarios mientras que los electrones son portadores minoritarios.
La impureza agregada aquí proporciona agujeros que se denominan como acceptors, porque aceptan electrones de los átomos de germanio.
Como el número de orificios móviles sigue siendo igual al número de aceptores, el semiconductor tipo P permanece eléctricamente neutro.
Cuando se aplica un campo eléctrico a un semiconductor tipo P, al que se le agrega una impureza trivalente, los agujeros viajan hacia el electrodo negativo, pero con un ritmo más lento que los electrones. Esto se llama conductividad de tipo P.
En esta conductividad de tipo P, los electrones de valencia se mueven de un enlace covalente a otro, a diferencia del tipo N.

¿Por qué se prefiere el silicio en los semiconductores?

Entre los materiales semiconductores como el germanio y el silicio, el material ampliamente utilizado para fabricar varios componentes electrónicos es Silicon (Si). Se prefiere el silicio al germanio por muchas razones, tales como:

La banda prohibida de energía es de 0,7 ev, mientras que para el germanio es de 0,2 ev.
La generación de pares térmicos es menor.
La formación de la capa de SiO2 es fácil para el silicio, lo que ayuda en la fabricación de muchos componentes junto con la tecnología de integración.
Si se encuentra fácilmente en la naturaleza que Ge.
El ruido es menor en los componentes formados por Si que en Ge.

Por lo tanto, el silicio se utiliza en la fabricación de muchos componentes electrónicos, que se utilizan para hacer diferentes circuitos para diversos fines. Estos componentes tienen propiedades individuales y usos particulares.

Los principales componentes electrónicos incluyen: resistencias, resistencias variables, condensadores, condensadores variables, inductores, diodos, diodos de túnel, diodos varactores, transistores, BJT, UJT, FET, MOSFET, LDR, LED, células solares, termistor, varistor, transformador, interruptores. , relés, etc.

Efecto Hall lleva el nombre de Edwin Hall, su descubridor. Esto es algo similar a la regla de la mano derecha de Fleming. Cuando un conductor portador de corrienteI se coloca en un campo magnético transversal B, un campo eléctrico E se induce en el conductor perpendicular a ambos I y B. Este fenómeno se llama comoHall Effect.

Explicación

Cuando un conductor portador de corriente se coloca en un campo magnético transversal, este campo magnético ejerce cierta presión sobre los electrones que toman una trayectoria curva para continuar su viaje. El conductor con energía aplicada se muestra en la siguiente figura. También se indica el campo magnético.

A medida que los electrones viajan a través del conductor que se encuentra en un campo magnético B, los electrones experimentarán una fuerza magnética. Esta fuerza magnética hará que los electrones viajen más cerca de un lado que del otro. Esto crea una carga negativa en un lado y una carga positiva en el otro, como se muestra en la siguiente figura.

Esta separación de carga creará una diferencia de voltaje que se conoce como Hall Voltage or Hall EMF. El voltaje se acumula hasta que el campo eléctrico produce una fuerza eléctrica sobre la carga que es igual y opuesta a la fuerza magnética. Este efecto se conoce comoHall Effect.

$$\overrightarrow{F_{magnetic}}\:\:=\:\:\overrightarrow{F_{Electric}}\:\:=\:\:q\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:=\:\:q\:\:\overrightarrow{E_{H}}$$

V _D es la velocidad que experimenta cada electrón

$\overrightarrow{E_{H}}\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:$ Dado que V = Ed

Donde q = cantidad de carga

$\overrightarrow{B}$ = el campo magnético

$\overrightarrow{V_{D}}$ = la velocidad de deriva

$\overrightarrow{E_{H}}$ = el efecto eléctrico Hall

d = distancia entre los planos en un conductor (ancho del conductor)

$$V_{H}\:\:=\:\:\varepsilon_{H}\:\:=\:\:\overrightarrow{E_{H}}\:\:d\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:d$$

$$\varepsilon_{H}\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:d$$

Este es el Hall EMF

Usos

El efecto Hall se utiliza para obtener información sobre el tipo de semiconductor, el signo de los portadores de carga, para medir la concentración de electrones o huecos y la movilidad. De ese modo, también podemos saber si el material es conductor, aislante o semiconductor. También se utiliza para medir la densidad de flujo magnético y la potencia en una onda electromagnética.

Tipos de corrientes

En cuanto a los tipos de corrientes en los semiconductores, hay dos términos que deben discutirse. SonDiffusion Current y Drift Current.

Corriente de difusión

Cuando se realiza el dopaje, se produce una diferencia en la concentración de electrones y huecos. Estos electrones y huecos tienden a difundirse desde una concentración más alta de densidad de carga hasta un nivel de concentración más bajo. Como son portadores de carga, constituyen una corriente denominadadiffusion current.

Para conocer esto en detalle, consideremos un material de tipo N y un material de tipo P.

El material de tipo N tiene electrones como portadores mayoritarios y pocos huecos como portadores minoritarios.
El material de tipo P tiene huecos como portadores mayoritarios y pocos electrones como portadores minoritarios.

Si estos dos materiales se acercan demasiado para unirse, entonces pocos electrones de la banda de valencia del material de tipo N tienden a moverse hacia el material de tipo P y pocos huecos de la banda de valencia del material de tipo P tienden a moverse hacia Material tipo N. La región entre estos dos materiales donde tiene lugar esta difusión, se denomina comoDepletion region.

Por lo tanto, la corriente formada debido a la difusión de estos electrones y huecos, sin la aplicación de ningún tipo de energía externa, puede denominarse como Diffusion Current.

Corriente de deriva

La corriente formada debido a la deriva (movimiento) de partículas cargadas (electrones u huecos) debido al campo eléctrico aplicado, se denomina Drift Current. La siguiente figura explica la corriente de deriva, si el campo eléctrico aplicado marca la diferencia.

La cantidad de flujo de corriente depende de la carga aplicada. El ancho de la región de agotamiento también se ve afectado por esta corriente de deriva. Para que un componente funcione en un circuito activo, esta corriente de deriva juega un papel importante.

Resistir es la palabra que significa "oponerse". Resistancees la propiedad de oponerse al flujo de electrones, en un conductor o en un semiconductor. Una resistencia es un componente electrónico que tiene la propiedad de resistencia.

Símbolo y unidades

El símbolo de una resistencia se muestra a continuación.

Las unidades de resistencia son Ohms, que está indicado por Ω (omega).

La fórmula de la resistencia es

R = V/I

Dónde V es voltaje y Ies actual. Realmente sería difícil fabricar las resistencias con todos y cada uno de los valores. Por lo tanto, se eligen pocos valores y las resistencias de tales valores solo se fabrican. Estos se denominan "Preferred Values”. En la práctica, las resistencias con valores cercanos se eligen para que coincidan con las aplicaciones requeridas. Así es como se ve una resistencia práctica:

Codificación de color

Un proceso llamado color codingse utiliza para determinar el valor de resistencia de una resistencia, tal como se muestra en la figura anterior. Una resistencia está recubierta con cuatro bandas de color donde cada color determina un valor particular. La siguiente tabla muestra una lista de valores que indica cada color.

COLOR	DÍGITO	MULTIPLICADOR	TOLERANCIA
Negro	0	10 ⁰ = 1
marrón	1	10 ¹ = 10	1
rojo	2	10 ² = 100	2
naranja	3	10 ³ = 1000
Amarillo	4	10 ⁴ = 10000
Verde	5	10 ⁵ = 100000	0,5
Azul	6	10 ⁶ = 1000000	0,25
Violeta	7	10 ⁷ = 10000000	0,1
gris	8	10 ⁸ = 100000000
Blanco	9	10 ⁹ = 1000000000
Oro		10 ^-1 = 0,1	5
Plata		10 ^-2 = 0,01	10
(ninguna)			20

Las dos primeras bandas de color indican el primer y segundo dígito del valor y la tercera banda de color representa el multiplicador (número de ceros agregados). La cuarta banda de color indica el valor de tolerancia.

Tolerancees el rango de valor hasta el cual una resistencia puede soportar sin ser destruida. Este es un factor importante. La siguiente figura muestra cómo el código de color determina el valor de una resistencia.

Las resistencias de cinco bandas de color se fabrican con tolerancia de 2% y 1% y también para otras resistencias de alta precisión. En estas resistencias de cinco bandas, las primeras tres bandas representan dígitos, la cuarta indica multiplicador y la quinta representa tolerancia.

Veamos un ejemplo para comprender el proceso de codificación de colores.

Example 1 - Determine el valor de una resistencia con un código de color amarillo, azul, naranja y plateado.

Solution- El valor del amarillo es 4, el azul es 6, el naranja es 3, que representa el multiplicador. La plata es ± 10, que es el valor de tolerancia.

Por lo tanto, el valor de la resistencia es 46 × 10 ³ = 46kΩ

El valor de resistencia máximo para esta resistencia es

46kΩ o 46000Ω + 10% = 46000 + 4600 = 50600Ω = 50,6kΩ

El valor de resistencia mínimo para esta resistencia es

46kΩ o 46000Ω - 10% = 46000 - 4600 = 41400Ω = 41,4kΩ

Después de haber pasado por diferentes detalles sobre resistencias, tenemos algunos términos que aprender. También tenemos que lidiar con diferentes comportamientos de una resistencia para algunos tipos de conexiones.

Términos importantes

Hay algunos términos que debemos discutir antes de entrar en el tipo de resistencias que tenemos. Es necesario familiarizarse con estos términos en esta etapa y comprenderlos a medida que avanzamos.

Resistencia

La resistencia es la propiedad de una resistencia que se opone al flujo de corriente. Cuando la corriente alterna atraviesa una resistencia, se produce una caída de tensión que está en fase con la corriente.

Indicación - R
Unidades - Ohms
Símbolo - Ω

Junto con la resistencia, existen otros términos importantes, llamados reactancia e impedancia.

Resistencia reactiva

La resistencia ofrecida a la corriente alterna por las capacitancias e inductancias presentes en el circuito, puede entenderse como reactancia. Cuando la corriente alterna pasa por una reactancia pura, se produce una caída de tensión desfasada 90 ° con la corriente.

Dependiendo de la fase, es decir, + 90 ° o -90 °, la reactancia puede denominarse reactancia inductiva o reactancia capacitiva.

Indicación - X
Unidades - Ohms
Símbolo - Ω

Impedancia

La impedancia es la resistencia efectiva a la corriente alterna que surge de los efectos combinados de la resistencia óhmica y la reactancia. Cuando la corriente alterna atraviesa una impedancia, se produce una caída de voltaje que está en algún lugar entre 0 ° y 90 ° fuera de fase con la corriente.

Indicación - I
Unidades - Ohms
Símbolo - Ω

Conductancia

Ésta es la capacidad de un material para conducir electricidad. Es el recíproco de la resistencia.

Indicación - G
Unidades - Mhos
Símbolo - ℧

Una resistencia cuando se conecta en un circuito, esa conexión puede ser en serie o en paralelo. Ahora sepamos qué pasará con los valores totales de corriente, voltaje y resistencia si también están conectados en serie, cuando se conectan en paralelo.

Resistencias en serie

Observemos lo que sucede cuando hay pocas resistencias conectadas en serie. Consideremos tres resistencias con diferentes valores, como se muestra en la siguiente figura.

Resistencia

La resistencia total de un circuito que tiene resistencias en serie es igual a la suma de las resistencias individuales. Eso significa que en la figura anterior hay tres resistencias que tienen los valores 1KΩ, 5KΩ y 9KΩ respectivamente.

El valor de resistencia total de la red de resistencias es -

$$R\:\:=\:\:R_{1}\:+\:R_{2}\:+\:R_{3}$$

Lo que significa que 1 + 5 + 9 = 15KΩ es la resistencia total.

Donde R ₁ es la resistencia de la ^1ª resistencia, R ₂ es la resistencia de la ^2ª resistencia y R ₃ es la resistencia de la ^3ª resistencia en la red de resistencias anterior.

voltaje

El voltaje total que aparece en una red de resistencias en serie es la suma de las caídas de voltaje en cada una de las resistencias individuales. En la figura anterior tenemos tres resistencias diferentes que tienen tres valores diferentes de caídas de voltaje en cada etapa.

Voltaje total que aparece en el circuito -

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:+\:V_{2}\:+\:V_{3}$$

Lo que significa que 1v + 5v + 9v = 15v es el voltaje total.

Actual

La cantidad total de corriente que fluye a través de un conjunto de resistencias conectadas en serie es la misma en todos los puntos de la red de resistencias. Por lo tanto, la corriente es la misma 5A cuando se mide en la entrada o en cualquier punto entre las resistencias o incluso en la salida.

Actual a través de la red -

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:=\:I_{2}\:=\:I_{3}$$

Lo que significa que la corriente en todos los puntos es 5A.

Resistencias en paralelo

Observemos lo que sucede, cuando pocas resistencias están conectadas en paralelo. Consideremos tres resistencias con diferentes valores, como se muestra en la siguiente figura.

Resistencia

La resistencia total de un circuito que tiene resistencias en paralelo se calcula de manera diferente al método de red de resistencias en serie. Aquí, el valor recíproco (1 / R) de las resistencias individuales se agrega con la inversa de la suma algebraica para obtener el valor de resistencia total.

El valor de resistencia total de la red de resistencias es -

$$\frac{1}{R}\:\:=\:\:\frac{1}{R_{1}}\:\:+\:\:\frac{1}{R_{2}}\:\:+\frac{1}{R_{3}}$$

Donde R ₁ es la resistencia de la ^1ª resistencia, R ₂ es la resistencia de la ^2ª resistencia y R ₃ es la resistencia de la ^3ª resistencia en la red de resistencias anterior.

Por ejemplo, si se consideran los valores de resistencia del ejemplo anterior, lo que significa R ₁ = 1KΩ, R ₂ = 5KΩ y R ₃ = 9KΩ. La resistencia total de la red de resistencias en paralelo será:

$$\frac{1}{R}\:\:=\:\:\frac{1}{1}\:\:+\:\:\frac{1}{5}\:\:+\frac{1}{9}$$

$$=\:\:\frac{45\:\:+\:\:9\:\:+\:\:5}{45}\:\:=\:\:\frac{59}{45}$$

$$R\:\:=\:\:\frac{45}{59}\:\:=\:\:0.762K\Omega\:\:=\:\:76.2\Omega$$

Del método que tenemos para calcular la resistencia en paralelo, podemos derivar una ecuación simple para una red en paralelo de dos resistencias. Es

$$R\:\:=\:\:\frac{R_{1}\:\:\times\:\:R_{2}}{R_{1}\:\:+\:\:R_{2}}\:$$

voltaje

El voltaje total que aparece en una red de resistencias en paralelo es el mismo que las caídas de voltaje en cada resistencia individual.

El voltaje que aparece en el circuito -

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:=\:V_{2}\:=\:V_{3}$$

Donde V ₁ es la caída de voltaje de la ^1ª resistencia, V ₂ es la caída de tensión de la ^2ª resistencia y V ₃ es la caída de tensión de la ^3ª resistencia en la red de resistencias anterior. Por tanto, el voltaje es el mismo en todos los puntos de una red de resistencias en paralelo.

Actual

La cantidad total de corriente que ingresa a una red resistiva paralela es la suma de todas las corrientes individuales que fluyen en todas las ramas paralelas. El valor de resistencia de cada rama determina el valor de la corriente que fluye a través de ella. La corriente total a través de la red es

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:+\:I_{2}\:+\:I_{3}$$

Donde I ₁ es la corriente a través de la ^1ª resistencia, I ₂ es la corriente a través de la ^2ª resistencia e I ₃ es la corriente a través de la ^3ª resistencia en la red de resistencias anterior. Por lo tanto, la suma de las corrientes individuales en diferentes ramas obtiene la corriente total en una red resistiva en paralelo.

Una resistencia se usa particularmente como carga en la salida de muchos circuitos. Si no se usa la carga resistiva, se coloca una resistencia antes de una carga. La resistencia suele ser un componente básico en cualquier circuito.

Existen muchos tipos de resistencias según el tipo de material utilizado, el procedimiento de fabricación y sus aplicaciones. La clasificación es como se muestra a continuación.

Las resistencias lineales tienen características de VI lineales y las resistencias no lineales tienen características de VI no lineales. Las resistencias no lineales son las resistencias cuyas características de voltaje y corriente varían de forma no lineal. Los valores de voltaje y corriente varían dependiendo de otros factores como la temperatura y la luz, pero pueden no ser lineales.

Termistor

Térmica significa temperatura. En esta resistencia, la resistencia varía con la temperatura. Si aumenta el calor, la resistencia disminuye y viceversa. Se utiliza con fines de medición y control.

Los principales tipos de termistores son NTC y PTC.

NTC es Negative Temperature Coefficienty en tales dispositivos, la resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura. Se utilizan para proteger los dispositivos de condiciones de sobretensión.
PTC es Positive Temperature Coefficienty en tales dispositivos, la resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura. Estos se utilizan para proteger los dispositivos de condiciones de sobrecorriente.

La siguiente figura muestra un termistor NTC, junto con su símbolo.

Resistencia de foto

Foto significa luz. En esta resistencia, la resistencia varía con la luz. A medida que aumenta la luz, la resistencia disminuye y viceversa. También se utiliza con fines de medición y control. También se llama comoLDR (Resistencia dependiente de la luz)

Varistores

La resistencia de un varistor varía con el voltaje aplicado. A medida que aumenta el voltaje, la resistencia disminuye y si el voltaje disminuye, la resistencia aumenta. También se llama comoVDR (Resistencia dependiente del voltaje).

Montaje superficial

Estos se utilizan mucho desde la introducción de la tecnología de montaje en superficie. Estos pueden denominarse comochip resistors, lo que significa una capa resistiva integrada en un chip cerámico.

Estas resistencias de montaje en superficie son muy pequeñas en comparación con las resistencias normales y, por lo tanto, ocupan menos espacio. Son eficaces y disipan menos calor. La invención de estas resistencias ha cambiado el aspecto de una placa de circuito impreso (PCB) y ha reducido su tamaño en gran medida.

Las ventajas de las resistencias de montaje en superficie son:

Estos son de tamaño compacto.
Estos son muy estables.
Tienen buena tolerancia.
Son eficaces para reducir la disipación de calor.

La siguiente figura muestra las imágenes de resistencias de montaje en superficie.

Una resistencia lineal es aquella cuya resistencia no varía con el flujo de corriente a través de ella. La corriente a través de él siempre será proporcional al voltaje aplicado a través de él. Las resistencias lineales se clasifican además comoFixed and Variable resistors.

Resistencias variables

Las resistencias variables son aquellas cuyos valores se pueden variar manualmente, según el requerimiento. Se elige un valor particular de resistencia de un rango de valores de resistencia, con la ayuda de un eje conectado. El símbolo de una resistencia variable es como se muestra a continuación.

Estas resistencias se entienden mejor con la ayuda de la clasificación que tenemos. Las resistencias variables se dividen a su vez en potenciómetros, reóstatos y trimmers.

Potenciómetro

Un potenciómetro se llama simplemente como un Pot. Esta es una resistencia de tres terminales que tiene un eje que se desliza o gira. Este eje cuando se opera forma un divisor de voltaje ajustable. La siguiente figura muestra una imagen de un potenciómetro.

Un potenciómetro también mide el potential difference(voltaje) en un circuito. Se coloca internamente un camino de material resistivo con una resistencia de valor bajo a alto y se coloca un limpiaparabrisas de modo que conecte el material resistivo al circuito. Se utiliza principalmente como controlador de volumen en televisores y sistemas de música.

Reóstato

Un reóstato se puede llamar simplemente como una resistencia de alambre enrollado. UNResistive wirese enrolla firmemente alrededor de un núcleo cerámico aislante. UNWiperse desliza sobre estos devanados. Se realiza una conexión a un extremo del cable resistivo y la segunda conexión se realiza al limpiador o al contacto deslizante, para obtener la resistencia deseada.

El reóstato se utiliza para control current. Estos se utilizan principalmente en el control de velocidad de motores pesados. La resistencia obtenida por estos es del orden dekilo ohms. Los reóstatos están disponibles principalmente como reóstatos de un solo tubo y de doble tubo, como se muestra en la siguiente figura.

Como resistencia variable, a menudo se utilizan para sintonizar y calibrar en circuitos. Hoy en día, el uso de reóstatos fue reemplazado por dispositivos electrónicos de conmutación, ya que los reóstatos tienen menor eficiencia.

Recortadora

Trimmer es tanto una resistencia variable como un potenciómetro (mide la diferencia de potencial). Este potenciómetro de ajuste se llama, en resumen, comoTrim Pot. Si se utilizan como resistencias variables, se denominan resistencias predeterminadas.

Estas ollas de recorte son de diferentes tipos, como de una sola vuelta o de varias vueltas. Se trata de pequeñas resistencias variables que se utilizan para sintonizar y calibrar. Su vida útil es más corta que la de otras resistencias variables.

Las resistencias fijas son un tipo de resistencias lineales. Se dice que una resistencia es una resistencia fija, si su valor es fijo. El valor de la resistencia fija no se puede variar como una resistencia variable, ya que su valor se determina en el momento de la fabricación. Las siguientes figuras representan el símbolo de una resistencia fija.

Las resistencias fijas se clasifican en diferentes tipos, dependiendo de sus procesos de fabricación y de los materiales utilizados en su fabricación. La clasificación es la siguiente.

Composición de carbono

Las resistencias de composición de carbono son una mezcla de partículas de carbono, grafito y polvo cerámico mezclado con una sustancia aglutinante como la arcilla. Esta mezcla se trata con alta presión y temperatura. Una vez moldeado todo en una caja, se fijan los cables.

La masa térmica de la resistencia de composición de carbono es mayor para soportar pulsos de alta energía.
Estas resistencias tienen baja estabilidad y alto nivel de ruido, lo que es una desventaja.

La siguiente figura muestra una imagen de la resistencia de composición de carbono.

Las resistencias de composición de carbono se utilizan en protección contra sobretensiones, limitación de corriente y fuentes de alimentación de alto voltaje.

Alambre enrollado

Una resistencia de alambre enrollado se forma enrollando un alambre hecho de un material resistivo alrededor de un núcleo. El núcleo metálico actúa como un material no conductor mientras que el cable resistivo conduce, pero con cierta resistencia. La imagen de una resistencia de alambre enrollado se muestra a continuación.

Por lo general, se usa un alambre de nicromo o un alambre de manganina para enrollar el núcleo porque ofrecen una alta resistencia. Mientras que para el núcleo se utiliza plástico, cerámica o vidrio.

Las resistencias enrolladas de alambre son muy precisas.
Funcionan de manera excelente para valores de resistencia bajos y clasificaciones de alta potencia.

Estos son el tipo más antiguo de resistencias fijas, pero se están utilizando incluso ahora.

Película gruesa

Las resistencias de película tienen una capa resistiva sobre una base cerámica, cuyo espesor define el tipo al que pertenecen. El espesor de la capa resistiva en las resistencias de película gruesa es mucho mayor que en las resistencias de película delgada. Las resistencias de película gruesa se producen mediante la cocción de una pasta especial, que es una mezcla de vidrio y óxidos metálicos, sobre el sustrato.

Hay tres tipos principales de resistencias de película gruesa, como resistencias fusibles, resistencias de película Cermet y resistencias de película de óxido metálico.

Resistencias fusibles

Las resistencias fusibles son similares a las resistencias de alambre enrollado. Pero estas resistencias, además de proporcionar resistencia, actúan como un fusible. La imagen de una resistencia fusible se muestra a continuación.

En esta resistencia, la corriente fluye a través de una conexión cargada por resorte, que se coloca cerca del cuerpo de la resistencia. La mancha que está unida al cable de resorte de la resistencia toma el calor generado por la resistencia debido al flujo de corriente. Si este calor aumenta, el apego al blob se derrite y abre la conexión.

Por lo tanto, podemos decir que estas resistencias limitan la corriente, pero si la potencia nominal del circuito excede un valor especificado, estas resistencias actúan como un fusible para abrir o romper el circuito. El valor de estas resistencias suele ser inferior a 10 ohmios. Estas resistencias se utilizan generalmente en televisores, amplificadores y otros circuitos electrónicos costosos.

Resistencias de película cermet

Las resistencias de película Cermet son las resistencias de película hechas de un material especial llamado Cermet. Cermet es una aleación compuesta hecha combinandoCeramic y MetAlabama. Esta combinación proporciona las ventajas en ambos materiales como la resistencia a altas temperaturas y la resistencia al desgaste de la cerámica junto con la flexibilidad y la conductividad eléctrica de un metal.

Una capa de película metálica se envuelve alrededor de un material resistivo y se fija en un sustrato de cerámica o cermet. Se toman cables para facilitar las conexiones mientras se fijan en una PCB. Ofrecen una alta estabilidad ya que la temperatura no puede afectar su rendimiento.

Resistencias de película de óxido metálico

Una resistencia de película de óxido metálico se forma oxidando una película gruesa de cloruro de estaño sobre una varilla de vidrio calentada, que es un sustrato. Tienen estabilidad a alta temperatura y se pueden usar a altos voltajes. Estas resistencias tienen un ruido de funcionamiento bajo.

Las resistencias de película de óxido metálico se diferencian de las de película metálica solo en cuanto al tipo de película recubierta. Metal oxidees un compuesto metálico como el estaño con oxígeno para formar óxido de estaño, que se recubre como una película sobre la resistencia. La resistividad de esta resistencia depende de la cantidad de óxido de antimonio agregada altin oxide.

Película delgada

Las resistencias de película delgada tienen una capa resistiva de 0,1 micrómetros de ancho o menos en la base de cerámica. Las resistencias de película delgada tienen una película metálica que se deposita al vacío sobre un sustrato aislante.

Las resistencias de película delgada son más precisas y tienen un mejor coeficiente de temperatura y son más estables. Las resistencias de película delgada se dividen además en dos tipos, como:

Resistencias de película de carbono
Resistencias de película metálica

Resistencia de película de carbono

Una resistencia de película de carbono se fabrica depositando una capa de película de carbono sobre un sustrato cerámico. La película de carbono actúa como material resistivo a la corriente y la sustancia cerámica actúa como sustancia aislante. Las tapas metálicas se fijan en ambos extremos y se extraen los cables de cobre.

La siguiente figura muestra la construcción de una resistencia de película de carbono.

Las principales ventajas de estas resistencias son su alta estabilidad, amplio rango operativo, bajo nivel de ruido y bajo costo. Las resistencias de película de carbono son las más preferidas sobre las resistencias de composición de carbono debido a su bajo nivel de ruido.

Resistencias de película metálica

El revestimiento de película marca la diferencia entre las resistencias de película de óxido metálico y las resistencias de película metálica. Se usa una película delgada de sustancia metálica como níquel cromo para recubrir la resistencia en una resistencia de película metálica, mientras que se usa una película de óxido metálico como óxido de estaño para recubrir la resistencia en una resistencia de óxido metálico.

Las resistencias de película metálica tienen un coeficiente de resistencia a baja temperatura, lo que significa que la resistencia se ve menos afectada por la temperatura.

Potencia

Mientras usa una resistencia, si el flujo de corriente aumenta, la resistencia disipa algo de calor. Si este valor cruza un cierto valor crítico, la resistencia puede dañarse. La potencia nominal de una resistencia está impresa en algunas resistencias de mayor valor para evitar tal situación.

El vataje es la cantidad de energía eléctrica expresada en vatios. La energía eléctrica es la tasa de transferencia de energía eléctrica.

Poder P = VI = I²R

Un condensador es un componente pasivo que tiene la capacidad de almacenar la energía en forma de diferencia de potencial entre sus placas. Resiste un cambio brusco de voltaje. La carga se almacena en forma de diferencia de potencial entre dos placas, que se vuelven positivas y negativas dependiendo de la dirección de almacenamiento de la carga.

Una región no conductora está presente entre estas dos placas que se denomina como dielectric. Este dieléctrico puede ser vacío, aire, mica, papel, cerámica, aluminio, etc. El nombre del condensador viene dado por el dieléctrico utilizado.

Símbolo y unidades

Las unidades estándar de capacitancia son Faradios. Generalmente, los valores de los condensadores disponibles estarán en el orden de micro-faradios, pico-faradios y nano-faradios. El símbolo de un condensador se muestra a continuación.

La capacitancia de un capacitor es proporcional a la distancia entre las placas e inversamente proporcional al área de las placas. Además, cuanto mayor sea la permitividad de un material, mayor será la capacitancia. lospermittivityde un medio describe cuánto flujo eléctrico se genera por unidad de carga en ese medio. La siguiente imagen muestra algunos capacitores prácticos.

Cuando dos placas que tienen la misma área A y el mismo ancho se colocan paralelas entre sí con una separación de distancia d, y si se aplica algo de energía a las placas, entonces la capacitancia de ese condensador de placas paralelas se puede denominar como:

$$C\:\:=\:\:\frac{\varepsilon_{0}\:\:\varepsilon_{r}\:\:d}{A}$$

Dónde

C = Capacitancia de un condensador

$\varepsilon_{0}$ = permitividad del espacio libre

$\varepsilon_{r}$ = permitividad del medio dieléctrico

d = distancia entre las placas

A = área de las dos placas conductoras

Con algo de voltaje aplicado, la carga se deposita en las dos placas paralelas del capacitor. Esta deposición de carga ocurre lentamente y cuando el voltaje a través del capacitor es igual al voltaje aplicado, la carga se detiene, ya que el voltaje que ingresa es igual al voltaje que sale.

La tasa de carga depende del valor de la capacitancia. Cuanto mayor sea el valor de la capacitancia, más lenta será la tasa de cambio de voltaje en las placas.

Funcionamiento de un condensador

Un condensador puede entenderse como un componente pasivo de dos terminales que almacena energía eléctrica. Esta energía eléctrica se almacena en un campo electrostático.

Inicialmente, las cargas negativa y positiva en dos placas del capacitor están en equilibrio. No hay tendencia a que un condensador se cargue o descargue. La carga negativa está formada por la acumulación de electrones, mientras que la carga positiva está formada por el agotamiento de los electrones. Como esto sucede sin ninguna carga externa dada, este estado eselectrostaticcondición. La siguiente figura muestra el condensador con cargas estáticas.

La acumulación y el agotamiento de electrones de acuerdo con los ciclos positivos y negativos variables del suministro de CA, se puede entender como "flujo de corriente". Esto se llama comoDisplacement Current. La dirección de este flujo de corriente sigue cambiando ya que es CA.

Carga de un condensador

Cuando se proporciona un voltaje externo, la carga eléctrica se convierte en carga electrostática. Esto sucede mientras se carga el condensador. El potencial positivo de la fuente atrae los electrones de la placa positiva del condensador, haciéndola más positiva. Mientras que el potencial negativo de la fuente, fuerza a los electrones a la placa negativa del capacitor, haciéndolo más negativo. La siguiente figura explica esto.

Durante este proceso de carga, los electrones se mueven a través del suministro de CC pero no a través del dielectric que es un insulator. Este desplazamiento es grande cuando el condensador comienza a cargarse pero se reduce a medida que se carga. El capacitor deja de cargarse cuando el voltaje a través del capacitor es igual al voltaje de suministro.

Veamos qué le sucede al dieléctrico cuando el capacitor comienza a cargarse.

Comportamiento dieléctrico

A medida que las cargas se depositan en las placas del condensador, se forma un campo electrostático. La fuerza de este campo electrostático depende de la magnitud de la carga en la placa y la permitividad del material dieléctrico.Permittivity es la medida del dieléctrico si hasta qué punto permite que las líneas electrostáticas lo atraviesen.

El dieléctrico es en realidad un aislante. Tiene electrones en la órbita más externa de los átomos. Observemos cómo se ven afectados. Cuando no hay carga en las placas, los electrones en el dieléctrico se mueven en órbita circular. Esto es como se muestra en la siguiente figura.

Cuando tiene lugar la deposición de carga, los electrones tienden a moverse hacia la placa con carga positiva, pero aún así siguen girando como se muestra en la figura.

Si la carga aumenta más, las órbitas se expanden más. Pero si aún aumenta, el dieléctricobreaks downcortocircuito del condensador. Ahora, con el condensador completamente cargado, está listo para descargarse. Es suficiente si les proporcionamos un camino para viajar de la placa negativa a la positiva. Los electrones fluyen sin ningún suministro externo, ya que hay demasiados electrones en un lado y apenas electrones en el otro. Este desequilibrio es ajustado por eldischarge del condensador.

Además, cuando se encuentra una ruta de descarga, los átomos del material dieléctrico tienden a alcanzar su nivel normal. circular orbity por lo tanto fuerza a los electrones a descargarse. Este tipo de descarga permite que los condensadores entreguen altas corrientes en un corto período de tiempo, como en el flash de una cámara.

Codificación de color

Para conocer el valor de un condensador, generalmente se etiqueta como se muestra a continuación:

n35 = 0.35nF o 3n5 = 3.5nF o 35n = 35nF y así sucesivamente.

A veces, las marcas serán como 100K, lo que significa que k = 1000pF. Entonces el valor será 100 × 1000pF = 100nF.

Aunque estas marcas numéricas se utilizan hoy en día, hace mucho tiempo que se desarrolló un esquema de codificación de colores internacional para comprender los valores de los condensadores. Las indicaciones de codificación de colores son las que se indican a continuación.

Color de la banda	Dígito A y B	Multiplicador	Tolerancia (t)> 10pf	Tolerancia (t) <10pf	Coeficiente de temperatura
Negro	0	× 1	± 20%	± 2.0pF
marrón	1	× 10	± 1%	± 0,1 pF	-33 × 10 ^-6
rojo	2	× 100	± 2%	± 0,25 pF	-75 × 10 ^-6
naranja	3	× 1000	± 3%		-150 × 10 ^-6
Amarillo	4	× 10,000	± 4%		-220 × 10 ^-6
Verde	5	× 100.000	± 5%	± 0,5 pF	-330 × 10 ^-6
Azul	6	× 1,000000			-470 × 10 ^-6
Violeta	7				-750 × 10 ^-6
gris	8	× 0,01	+ 80%, -20%
Blanco	9	× 0,1	± 10%	± 1.0pF
Oro		× 0,1	± 5%
Plata		× 0,01	± 10%

Estas indicaciones se utilizaron para identificar el valor de los condensadores.

En estos condensadores de cinco bandas, las dos primeras bandas representan dígitos, la tercera indica multiplicador, la cuarta para tolerancia y la quinta representa voltaje. Veamos un ejemplo para comprender el proceso de codificación de colores.

Example 1 - Determine el valor de un condensador con un código de color amarillo, violeta, naranja, blanco y rojo.

Solution- El valor de amarillo es 4, violeta es 7, naranja es 3 que representa multiplicador. El blanco es ± 10, que es el valor de tolerancia. El rojo representa el voltaje. Pero para conocer la clasificación de voltaje, tenemos otra tabla, de la cual se debe conocer la banda particular a la que pertenece este capacitor.

Por lo tanto, el valor del capacitor es 47nF, 10% 250v (voltaje para la banda V)

La siguiente tabla muestra cómo se determina el voltaje según las bandas a las que pertenecen los condensadores.

Color de la banda	Clasificación de voltaje (V)
	TYPE J	TYPE K	TYPE L	TYPE M	TYPE N
Negro	4	100		10	10
marrón	6	200	100	1,6
rojo	10	300	250	4	35
naranja	15	400		40
Amarillo	20	500	400	6.3	6
Verde	25	600		dieciséis	15
Azul	35	700	630		20
Violeta	50	800
gris		900		25	25
Blanco	3	1000		2.5	3
Oro		2000
Plata

Con la ayuda de esta tabla, la clasificación de voltaje para cada banda de condensadores se conoce de acuerdo con el color dado. El tipo de tensión nominal también indica el tipo de condensadores. Por ejemplo, los de TIPO J son condensadores de tantalio sumergidos, los de TIPO K son condensadores de mica, los de TIPO L son condensadores de poliestireno, los de TIPO M son condensadores de banda electrolítica 4 y los de TIPO N son condensadores de banda electrolítica 3. En estos días, la codificación de colores ha sido reemplazada por una simple impresión del valor de los condensadores como se mencionó anteriormente.

Reactancia capacitiva

Este es un término importante. La reactancia capacitiva es la oposición que ofrece un capacitor al flujo de corriente alterna, o simplemente corriente alterna. Un condensador resiste el cambio en el flujo de corriente y, por lo tanto, muestra cierta oposición que se puede denominar comoreactance, ya que la frecuencia de la corriente de entrada también debe considerarse junto con la resistencia que ofrece.

Symbol: X_C

En un circuito puramente capacitivo, la corriente I_C leads la tensión aplicada en 90 °

Coeficiente de temperatura de los condensadores

El cambio máximo en Capacitancede un condensador, en un rango de temperatura especificado, se puede conocer por el coeficiente de temperatura de un condensador. Establece que cuando la temperatura excede un cierto punto, el cambio de capacitancia de un capacitor que pudiera ocurrir se entiende como eltemperature coefficient of capacitors.

Todos los condensadores se fabrican habitualmente considerando una temperatura de referencia de 25 ° C. Por lo tanto, se considera el coeficiente de temperatura de los condensadores para los valores de temperaturas que están por encima y por debajo de este valor.

En un circuito, un condensador se puede conectar en serie o en paralelo. Si se conecta un conjunto de condensadores en un circuito, el tipo de conexión de condensador se ocupa de los valores de voltaje y corriente en esa red.

Condensadores en serie

Observemos lo que sucede cuando hay pocos condensadores conectados en serie. Consideremos tres condensadores con diferentes valores, como se muestra en la siguiente figura.

Capacidad

Cuando se considera la capacitancia de una red cuyos capacitores están en serie, se suma el recíproco de las capacitancias de todos los capacitores para obtener el recíproco de la capacitancia total. Para tener esto más claro,

$$\frac{1}{C_{T}}\:\:=\:\:\frac{1}{C_{1}}\:\:+\:\:\frac{1}{C_{2}}\:\:+\:\:\frac{1}{C_{3}}$$

Siguiendo la misma fórmula, si simplemente dos condensadores están conectados en serie, entonces

$$C_{T}\:\:=\:\:\frac{C_{1}\:\:\times\:\:C_{2}}{C_{1}\:\:+\:\:C_{2}}$$

Donde C ₁ es la capacitancia a través de la 1 ^st condensador, C ₂ es la capacitancia a través de la 2 ^nd condensador y C ₃ es la capacitancia a través de la 3 ^rd condensador en la red anterior.

voltaje

El voltaje en cada capacitor depende del valor de las capacitancias individuales. Lo que significa

$$V_{C1}\:\:=\:\:\frac{Q_{T}}{C_{1}}\:\:V_{C2}\:\:=\:\:\frac{Q_{T}}{C_{2}}\:\:V_{C3}\:\:=\:\:\frac{Q_{T}}{C_{3}}$$

El voltaje total a través del circuito de condensadores en serie,

$$V_{T}\:\:=\:\:V_{C1}\:\:+\:\:V_{C2}\:\:+\:\:V_{C3}$$

Donde V _c1 es el voltaje a través de la 1 ^st condensador, V _c2 es el voltaje a través de la 2 ^nd condensador y V _c3 es el voltaje a través de la 3 ^rd condensador en la red anterior.

Actual

La cantidad total de corriente que fluye a través de un conjunto de condensadores conectados en serie es la misma en todos los puntos. Por lo tanto, los condensadores almacenarán la misma cantidad de carga independientemente de su valor de capacitancia.

Actual a través de la red,

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:\:=\:\:I_{2}\:\:=\:\:I_{3}$$

Donde ₁ es la corriente a través de la 1 ^st condensador, I ₂ es la corriente a través de la 2 ^nd condensador y I ₃ es la corriente a través de la 3 ^rd condensador en la red anterior.

Como la corriente es la misma, el almacenamiento de carga es el mismo porque cualquier placa de un capacitor obtiene su carga del capacitor adyacente y, por lo tanto, los capacitores en serie tendrán la misma carga.

$$Q_{T}\:\:=\:\:Q_{1}\:\:=\:\:Q_{2}\:\:=\:\:Q_{3}$$

Condensadores en paralelo

Observemos lo que sucede, cuando se conectan pocos condensadores en paralelo. Consideremos tres condensadores con diferentes valores, como se muestra en la siguiente figura.

Capacidad

La capacitancia total del circuito es el equivalente a la suma de las capacitancias individuales de los capacitores en la red.

$$C_{T}\:\:=\:\:C_{1}\:\:+\:\:C_{2}\:\:+\:\:C_{3}$$

voltaje

El voltaje medido al final del circuito es same como el voltaje en todos los capacitores que están conectados en un circuito paralelo.

$$V_{T}\:\:=\:\:V_{1}\:\:=\:\:V_{2}\:\:=\:\:V_{3}$$

Donde V _c1 es el voltaje a través de la 1 ^st condensador, V _c2 es el voltaje a través de la 2 ^nd condensador y V _c3 es el voltaje a través de la 3 ^rd condensador en la red anterior.

Actual

La corriente total que fluye es igual a la suma de las corrientes que fluyen a través de cada condensador conectado en la red en paralelo.

$$I_{T}\:\:=\:\:I_{1}\:\:+\:\:I_{2}\:\:+\:\:I_{3}$$

Donde ₁ es la corriente a través de la 1 ^st condensador, I ₂ es la corriente a través de la 2 ^nd condensador y I ₃ es la corriente a través de la 3 ^rd condensador en la red anterior.

Existen muchos tipos de condensadores según su función, el material dieléctrico utilizado, su forma, etc. La clasificación principal se realiza según condensadores fijos y variables.

Tipos de condensadores

La clasificación es como se muestra en la siguiente figura.

La clasificación principal es como la anterior. Los condensadores fijos son aquellos cuyo valor se fija en el momento de la propia fabricación y los variables nos brindan la opción de variar el valor de la capacitancia.

Condensadores variables

Háganos saber algo sobre los condensadores variables cuyo valor cambia cuando varía, ya sea electrically o mechanically. Los condensadores variables en general consisten en conjuntos entrelazados de placas metálicas en las que una es fija y la otra variable. Estos condensadores proporcionan los valores de capacitancia para variar entre10 to 500pF.

El condensador agrupado que se muestra aquí es una combinación de dos condensadores conectados entre sí. Se utiliza un solo eje para rotar los extremos variables de estos condensadores que se combinan en uno. La línea de puntos indica que están conectados internamente.

Hay muchos usos de estas resistencias variables, como para sintonizar circuitos LC de receptores de radio, para igualar la impedancia en antenas, etc. Los principales tipos de condensadores variables son los condensadores de ajuste y los condensadores de ajuste.

Condensadores de sintonización

Los condensadores de sintonización son un tipo popular de condensadores variables. Contienen un estator, un rotor, un marco para soportar el estator y un condensador de mica. Los detalles de construcción de un condensador de sintonización se muestran en la siguiente figura.

El estator es una parte estacionaria y el rotor gira por el movimiento de un eje móvil. Las placas del rotor cuando se mueven a las ranuras del estator, se acercan para formar placas de un condensador. Cuando las placas del rotor se asientan completamente en las ranuras del estator, entonces el valor de capacitancia es máximo y cuando no lo hacen, el valor de capacitancia es mínimo.

La figura anterior muestra un ganged tuning capacitortener dos condensadores de sintonización conectados en grupo. Así es como funciona un condensador de sintonización. Estos condensadores generalmente tienen valores de capacitancia desde unos pocos Pico Faradios hasta unas pocas decenas de Pico Faradios. Estos se utilizan principalmente en circuitos LC en receptores de radio. Estos también se denominan comoTuning Condensers.

Condensadores de ajuste

Los condensadores de ajuste se modifican con un destornillador. Los condensadores de ajuste generalmente se fijan en un lugar donde no hay necesidad de cambiar el valor de la capacitancia, una vez fijados.

Hay tres cables de un condensador de ajuste, uno conectado a la placa estacionaria, uno a rotativo y el otro es común. El disco móvil es de forma semicircular. Un condensador de ajuste se vería como los de la siguiente figura.

Hay dos placas conductoras paralelas presentes con un dieléctrico en el medio. Dependiendo de este dieléctrico utilizado, existen condensadores de ajuste de aire y condensadores de ajuste cerámicos. Los detalles de construcción de un condensador de ajuste se muestran a continuación.

Una de las dos placas es móvil, mientras que la otra es fija. El material dieléctrico está fijo. Cuando se mueve la placa móvil, opuesta al área entre el electrodo móvil y fijo, entonces se puede cambiar la capacitancia. La capacitancia será mayor si el área opuesta se agranda, ya que ambos electrodos actúan como dos placas de un capacitor.

Los condensadores de ajuste se fijan fácilmente en una PCB (placa de circuito impreso) y se utilizan principalmente para la calibración de equipos.

Los condensadores cuyo valor se fija durante la fabricación y no se puede modificar posteriormente se denominan Fixed Capacitors. La clasificación principal de los condensadores fijos se realiza en polarizados y no polarizados. Echemos un vistazo a los condensadores no polarizados.

Condensadores no polarizados

Estos son los condensadores que tienen no specific polarities, lo que significa que se pueden conectar en un circuito, de cualquier manera sin preocuparse por la ubicación del cable derecho y el cable izquierdo. Estos condensadores también se denominanNon-Electrolytic Capacitors.

La clasificación principal de los condensadores no polarizados se realiza como se muestra en la siguiente figura.

Entre los tipos de condensadores, veamos primero los condensadores cerámicos.

Condensadores cerámicos

Los condensadores comunes que se utilizan entre los de tipo fijo son los condensadores cerámicos. Los condensadores cerámicos son condensadores fijos que tienenceramic material como dieléctrico.

Estos condensadores cerámicos se clasifican además como clase 1 y clase 2 según sus aplicaciones. Por ejemplo,Class1 tiene alta estabilidad y funciona mejor para aplicaciones de circuitos resonantes, mientras class2 tiene una alta eficiencia y ofrece lo mejor para aplicaciones de acoplamiento.

Un tubular hueco o un material cerámico similar a una placa, como titanium dioxide y barium titanateEstá recubierto con una deposición de compuesto de plata en ambas paredes, de modo que ambos lados actúan como dos placas de condensadores y la cerámica actúa como dieléctrico. Los conductores se extraen de estas dos superficies y todo este conjunto está encapsulado en un revestimiento a prueba de humedad.

Los condensadores cerámicos modernos más utilizados son Multi-Layer Chip Capacitors (MLCC). Estos condensadores están fabricados con tecnología de montaje en superficie y se utilizan principalmente debido a su pequeño tamaño. Estos están disponibles en el orden de 1ηF a 100 µF.

Condensadores de película

Los condensadores de película son los que tienen una sustancia de película como material dieléctrico. Según el tipo de película utilizada, se clasifican comoPaper y Metal film condensadores.

Estos condensadores de película son condensadores dieléctricos de papel, mientras que un condensador de papel utiliza un waxed papel mientras que un condensador de película metálica utiliza un metallizedpapel. La disposición es casi la misma que se muestra a continuación.

Condensadores de papel

Los condensadores de papel utilizan papel como material dieléctrico. Se toman dos hojas finas de papel de aluminio y se colocan entre hojas delgadas de papel encerado o engrasado. Este papel actúa como dieléctrico. Hoy en día, el papel está siendo reemplazado por plástico.

Estas hojas se intercalan y se enrollan en forma cilíndrica y se encapsulan en un recinto de plástico. Se extraen los cables. La siguiente figura muestra un ejemplo de condensadores de papel.

Los condensadores de papel están disponibles en el orden de 0,001 µF a 2 µF y la clasificación de voltaje puede llegar hasta 2000 voltios. Estos condensadores son útiles en aplicaciones de alta tensión y corriente.

Condensadores de película metálica

Los condensadores de película metálica son otro tipo de condensadores de película. Estos también se denominan condensadores de lámina metálica o condensadores de papel metalizado, ya que el dieléctrico utilizado aquí es un papel recubierto con una película metálica.

A diferencia de los condensadores de papel, una película de aluminio o zinc se recubre sobre un papel para formar un dieléctrico en estos condensadores de película metálica. En lugar de colocar hojas de aluminio entre papeles, el papel en sí se recubre directamente aquí. Esto reduce el tamaño del condensador.

Se prefiere el revestimiento de aluminio sobre el revestimiento de zinc para to avoid destructiondel condensador debido a la reducción química. Las láminas recubiertas de Aluminio se enrollan en forma de cilindro y se toman los cables. Todo esto está encapsulado con cera o resina plástica para proteger el condensador. Estos condensadores son útiles enhigh voltage and current aplicaciones.

Otros condensadores

Estos son los condensadores diversos que reciben el nombre de los materiales dieléctricos utilizados. Este grupo incluye condensadores de mica, condensadores de aire, condensadores de vacío y condensadores de vidrio, etc.

Condensadores de mica

Los condensadores de mica se fabrican utilizando láminas delgadas de mica como materiales dieléctricos. Al igual que los condensadores de papel, las láminas de metal delgadas se intercalan con láminas de mica en el medio. Finalmente, las capas de láminas de metal se conectan en ambos extremos y se forman dos conductores. Luego, todo el conjunto se encierra en una cápsula de plástico de baquelita. La siguiente imagen muestra cómo se ve un condensador de Mica.

Los condensadores de mica están disponibles en el rango de 50pF a 500pF. Los condensadores de Mica tienen un alto voltaje de trabajo de hasta 500 voltios. Estos son los condensadores más utilizados para circuitos electrónicos, como filtros de ondulación, circuitos resonantes, circuitos de acoplamiento y transmisores de transmisión de RF de alta potencia y alta corriente.

Condensadores de aire

Los condensadores de aire son los que tienen air as dielectric. Los condensadores de aire más simples son los que tienen placas conductoras con aire en el medio. Esta construcción es exactamente la misma que lavariable tuning capacitordiscutido anteriormente. Estos condensadores pueden ser fijos y variables también, pero los fijos se utilizan muy raramente ya que hay otros con características superiores.

Condensadores de vacío

Los condensadores de vacío utiliza high vacuum as dielectricen lugar de aire o algún otro material. Estos también están disponibles en modos fijo y variable. La construcción de estos condensadores es similar a los tubos de vacío. Se ven principalmente en forma de cilindro de vidrio que contiene cilindros concéntricos entrelazados.

La siguiente imagen muestra un condensador de vacío variable.

La siguiente imagen muestra cómo se ve un condensador de vacío fijo:

Los condensadores de vacío variables están disponibles en un rango de 12pF a 5000pF y se utilizan para aplicaciones de alto voltaje como 5kV a 60kV. Se utilizan en equipos principales comohigh power broadcast transmitters, RF amplifiers y largo antenna tuners.

Condensadores de vidrio

Los condensadores de vidrio son muy exclusivos con muchas ventajas y aplicaciones. Como todos los tipos anteriores, aquíglasses la sustancia dieléctrica. Junto con el dieléctrico de vidrio, los electrodos de aluminio también están presentes en estos condensadores. El encapsulado de plástico se realiza después de sacar los cables. Los cables pueden ser cables axiales o cables tubulares.

Hay muchas ventajas de un condensador de vidrio como:

El coeficiente de temperatura es bajo.
Estos son condensadores sin ruido.
Producen resultados de alta calidad con bajas pérdidas.
Tienen la capacidad de manejar altas temperaturas de operación.
Estos condensadores pueden manejar grandes corrientes de RF.

Hay muchas aplicaciones para estos condensadores de vidrio, tales como:

Se utiliza en circuitos que necesitan estar en zonas de alta temperatura.
Se utiliza en circuitos que necesitan una Q alta.
Se utiliza en circuitos de manipulación de alta potencia.
Se utiliza para circuitos que necesitan altas tolerancias.

Los condensadores polarizados son los que tienen polaridades positivas y negativas específicas. Al utilizar estos condensadores en circuitos, siempre se debe tener cuidado de que estén conectados enperfect polarities. La siguiente imagen muestra la clasificación de condensadores polarizados.

Comencemos la discusión con los condensadores electrolíticos.

Condensadores electrolíticos

Los condensadores electrolíticos son los condensadores que indican con el nombre que se utiliza algún electrolito en ellos. Son condensadores polarizados que tienen ánodo (+) y cátodo (-) con polaridades particulares.

Un metal en el que insulating oxide layer formas por anodizado se llama como un Anode. Un sólido o no sólidoelectrolyte que cubre la superficie de la capa de óxido, funciona como un cathode. Los condensadores electrolíticos tienen mucho másCapacitance-Voltage (CV) value que los demás, debido a su superficie de ánodo más grande y su fina capa de óxido dieléctrico.

Condensadores electrolíticos de aluminio

Los condensadores electrolíticos de aluminio son los tipos más comunes entre los condensadores electrolíticos. En estos, un puroAluminum foil con una superficie grabada actúa como un Anode. Una fina capa de metal, que tiene un espesor de unos pocos micrómetros, actúa comodiffusion barrier, que se coloca entre dos metales para separarse eléctricamente. Por tanto, la barrera de difusión actúa como undielectric. loselectrolyte actúa como un cathode que cubre la superficie rugosa de la capa de óxido.

La siguiente figura muestra una imagen de diferentes tamaños de condensadores electrolíticos de aluminio disponibles.

Dependiendo del electrolito, existen tres tipos de condensadores electrolíticos de aluminio. Ellos son -

Condensadores electrolíticos de aluminio húmedo (no sólidos)
Condensadores electrolíticos de aluminio de dióxido de manganeso (sólidos)
Condensadores electrolíticos de polímero de aluminio (sólidos)

La principal ventaja de estos condensadores electrolíticos de aluminio es que tienen low impedancevalores incluso a frecuencia de red y son más baratos. Estos se utilizan principalmente enPower supply circuits, SMPS (Fuente de alimentación de modo conmutado) y DC-DC Converters.

Condensadores electrolíticos de tantalio

Estos son otro tipo de condensadores electrolíticos cuyo anode se compone de tantalum sobre el que un aislante muy fino oxide layerse forma. Esta capa actúa comodielectric y el electrolyte actúa como un cátodo que recubre la superficie de la capa de óxido.

La siguiente figura muestra cómo se ven los condensadores de tantalio.

El tantalio proporciona una capa dieléctrica de alta permitividad. El tantalio tiene alta capacidad por volumen y menor peso. Pero estos son más costosos que los condensadores electrolíticos de aluminio, debido a la frecuente falta de disponibilidad del tantalio.

Condensadores electrolíticos de niobio

Un condensador electrolítico de niobio es el otro tipo de condensadores electrolíticos en el que un metal de niobio pasivado o monóxido de niobio se considera como ánodo y se agrega una capa de pentóxido de niobio aislante al ánodo, de modo que actúa como dieléctrico. Se deposita un electrolito sólido sobre la superficie de la capa de óxido que actúa como cátodo. La siguiente figura muestra cómo se ven los condensadores de niobio.

Los condensadores de niobio están comúnmente disponibles como condensadores de chip SMD (dispositivos de montaje en superficie). Estos se colocan fácilmente en una placa de circuito impreso. Estos condensadores deben funcionar con polaridades perfectas. Cualquier tipo de voltaje inverso o corriente de ondulación más alta que la especificada eventualmentedestroy the dielectric y el condensador también.

Supercondensadores

Los condensadores electroquímicos de alta capacidad con valores de capacitancia mucho más altos que los otros condensadores, se denominan como Super Capacitors. Estos se pueden clasificar como un grupo que se encuentra entre los condensadores electrolíticos y las baterías recargables. Estos también se denominan comoUltra Capacitors.

Hay muchas ventajas con estos condensadores, tales como:

Tienen un alto valor de capacitancia.
Pueden almacenar y entregar la carga mucho más rápido.
Pueden manejar más ciclos de carga y descarga.

Estos condensadores tienen muchas aplicaciones como:

Se utilizan en coches, autobuses, trenes, ascensores y grúas.
Se utilizan en frenado regenerativo.
Se utilizan para realizar copias de seguridad de la memoria.

Los tipos de supercondensadores son de doble capa, pseudo e híbridos.

Condensadores de doble capa

Los condensadores de doble capa son condensadores electrostáticos. La deposición de carga se realiza en estos condensadores según el principio de doble capa.

Todas las sustancias sólidas tienen carga negativa en la capa superficial cuando se desechan en un líquido.
Esto se debe al alto coeficiente dieléctrico del líquido.
Todos los iones positivos se acercan a la superficie del material sólido para formar una piel.
La deposición de iones positivos cerca del material sólido se afloja con la distancia.
La carga creada en esta superficie debido a la deposición de aniones y cationes conduce a algún valor de capacitancia.

Este fenómeno de doble capa también se denomina doble capa de Helmholtz. La siguiente figura explica el procedimiento del fenómeno de doble capa, cuando el condensador está cargado y cuando se descarga.

Estos condensadores se denominan simplemente condensadores eléctricos de doble capa (EDLC). Usan electrodos de carbono para lograr la separación de carga entre la superficie del electrodo conductor y el electrolito. El carbono actúa como dieléctrico y los otros dos como ánodo y cátodo. La separación de carga es mucho menor que en un condensador convencional.

Pseudocondensadores

Estos condensadores siguen el electrochemicalproceso para la deposición del cargo. Esto también se llamafaradaic process. En un electrodo, cuando alguna sustancia química se reduce u oxida, se genera algo de corriente. Durante dicho proceso, estos condensadores almacenan la carga eléctrica por transferencia de electrones entre el electrodo y el electrolito. Este es el principio de funcionamiento de los pseudocondensadores.

Se cargan mucho más rápido y almacenan la carga tanto como lo hace una batería. Se operan a un ritmo más rápido. Se utilizan junto con las baterías para mejorar la vida útil. Estos se utilizan en aplicaciones de red para manejar fluctuaciones de energía.

Condensadores híbridos

Un condensador híbrido es una combinación de EDLC y pseudocondensador. En los condensadores híbridos, el carbón activado se usa como cátodo y el material de carbón predopado actúa como ánodo. El condensador de iones de litio es el ejemplo común de este tipo. La siguiente figura muestra diferentes tipos de condensadores híbridos.

Tienen una alta tolerancia en una amplia gama de variaciones de temperatura desde -55 ° C a 200 ° C. Los condensadores híbridos también se utilizan en aplicaciones aéreas. Aunque el costo es alto, estos capacitores son altamente confiables y compactos. Son resistentes y pueden tolerar golpes, vibraciones y presiones extremas del medio ambiente. Los condensadores híbridos tienen mayor densidad de energía y mayor potencia específica que cualquier condensador electrolítico.

Permítanme presentarles otro componente importante en el campo de la Electrónica y la Electricidad, el Inductor. El inductor es un componente pasivo de dos terminales que almacena temporalmente energía en forma de campo magnético. Generalmente se le llama comocoil. La principal propiedad de un inductor es queopposes any change in current.

Inductor

De acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday, cuando cambia la corriente que fluye a través de un inductor, el campo magnético variable en el tiempo induce un voltaje en el conductor. Según la ley de la lente, la dirección de los campos electromagnéticos inducidos se opone al cambio en la corriente que los creó. Por lo tanto,induced EMF is opposite to the voltageaplicado a través de la bobina. Esta es la propiedad de un inductor.

La siguiente figura muestra cómo se ve un inductor.

Un inductor bloquea cualquier componente de CA presente en una señal de CC. El inductor a veces se envuelve sobre un núcleo, por ejemplo, un núcleo de ferrita. Entonces se ve como en la figura siguiente.

La siguiente figura muestra un inductor con varias partes etiquetadas.

Simbolos

Los símbolos de varios tipos de inductores se indican a continuación.

Almacenamiento de energía

Una de las propiedades básicas del electromagnetismo es que la corriente cuando fluye a través de un inductor, se crea un campo magnético perpendicular al flujo de corriente. Esto sigue creciendo. Se estabiliza en algún momento, lo que significa que la inductancia no se acumulará después de eso. Cuando la corriente deja de fluir, el campo magnético disminuye.

Esta energía magnética se convierte en energía eléctrica. Por lo tanto, la energía se almacena en este temporalmente en forma de campo magnético.

Funcionamiento de un inductor

Según la teoría de la inducción electromagnética, cualquier corriente eléctrica variable que fluya en un conductor produce un campo magnético alrededor de él, que es perpendicular a la corriente. Además, cualquier campo magnético variable produce corriente en el conductor presente en ese campo, mientras que la corriente es perpendicular al campo magnético.

Ahora, si consideramos un inductor que está formado por una bobina conductora y cuando pasa algo de corriente a través del inductor, se crea un campo magnético perpendicular a él. La siguiente figura indica un inductor con un campo magnético a su alrededor.

Ahora, aquí tenemos un campo magnético variable, que crea algo de corriente a través del conductor. Pero esta corriente se produce de manera que se opone a la corriente principal, que ha producido el campo magnético.

Si esta corriente se denomina Im, lo que significa que la corriente producida debido al campo magnético y el campo magnético se indica con β, la siguiente figura lo indica.

Esta corriente opuesta gana fuerza con el campo magnético variable, que gana energía por la frecuencia de suministro de entrada. Por lo tanto, a medida que la corriente de entrada se vuelve cada vez más CA con alta frecuencia, la corriente opuesta resultante también gana su fuerza en la dirección opuesta a la causa que la produce. Ahora, esta corriente opuesta, intenta detener la CA de alta frecuencia para que pase a través del inductor, lo que significa "bloqueo de CA".

La propiedad de un inductor para obtener el voltaje inducido por el cambio de flujo de corriente se define como inductancia. La inductancia es la relación entre el voltaje y la tasa de cambio de la corriente.

La tasa de cambio de la corriente produce un cambio en el campo magnético, que induce un EMF en dirección opuesta a la fuente de voltaje. Esta propiedad de inducción de EMF se denomina comoInductance.

La fórmula de la inductancia es

$$Inductance\:\:=\:\:\frac{volatge}{rate\:of\:change\:of\:current}$$

Units −

La unidad de inductancia es Henry. Está indicado porL.
Los inductores están disponibles en su mayoría en mH (mili Henry) y μH (micro Henry).

Se dice que una bobina tiene una inductancia de one Henry cuando un EMF de one volt se autoinduce en la bobina donde la corriente que fluye cambia a una tasa de one ampere per second.

Autoinductancia

Si se considera una bobina en la que fluye algo de corriente, tiene algún campo magnético, perpendicular al flujo de corriente. Cuando esta corriente sigue variando, el campo magnético también cambia y este campo magnético cambiante induce un EMF, opuesto al voltaje de la fuente. Este EMF opuesto producido es elself-induced voltage y este método se llama como self-inductance.

La corriente i_s en la figura indique la fuente de corriente mientras i_indindica la corriente inducida. El flujo representa el flujo magnético creado alrededor de la bobina. Con la aplicación de voltaje, la corrientei_sse crean flujos y flujo. Cuando la corrientei_s varía, el flujo se vuelve variado produciendo i_ind.

Este EMF inducido a través de la bobina es proporcional a la tasa de cambio en la corriente. Cuanto mayor sea la tasa de cambio en la corriente, mayor será el valor de EMF inducido.

Podemos escribir la ecuación anterior como

$$E\:\:\alpha\:\:\frac{dI}{dt}$$

$$E\:\:=\:\:L\:\:\frac{dI}{dt}$$

Dónde,

E es el EMF producido
dI/dt indica la tasa de cambio de la corriente
L indica el coeficiente de inductancia.

La autoinducción o coeficiente de autoinducción se puede denominar como

$$L\:\:=\:\:\frac{E}{\frac{dI}{dt}}$$

La ecuación real se escribe como

$$E\:\:=\:\:-L\:\:\frac{dI}{dt}$$

El menos en la ecuación anterior indica que the EMF is induced in opposite direction to the voltage source según la ley de Lenz.

Inductancia mutua

Como la bobina portadora de corriente produce un campo magnético a su alrededor, si se acerca otra bobina, de modo que esté en la región de flujo magnético del primario, entonces el flujo magnético variable induce un EMF en la segunda bobina. Si esta primera bobina se llama comoPrimary coil, el segundo se puede llamar como Secondary coil.

Cuando se induce el EMF en la bobina secundaria debido al campo magnético variable de la bobina primaria, este fenómeno se denomina como Mutual Inductance.

Con la aplicación de voltaje, la corriente i_sse crean flujos y flujo. Cuando la corrientei_s varía, el flujo se vuelve variado produciendo i_ind en la bobina secundaria, debido a la propiedad de inductancia mutua.

El cambio se produjo así.

$$V_{p}\:\:I_{p}\rightarrow\:\:B\:\:\rightarrow\:\:V_{s}\:\:I_{s}$$

Dónde,

V_p i_p Indique el voltaje y la corriente en la bobina primaria respectivamente
B Indica flujo magnético
V_s i_s Indique el voltaje y la corriente en la bobina secundaria respectivamente

Inductancia mutua M de los dos circuitos describe la cantidad de voltaje en el secundario inducido por los cambios en la corriente del primario.

$$V(Secondary)\:\:=\:\:-M\frac{\Delta I}{\Delta t}$$

Dónde $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ la tasa de cambio de la corriente con el tiempo y Mes el coeficiente de inductancia mutua. El signo menos indica que la dirección de la corriente es opuesta a la fuente.

Units −

Las unidades de inductancia mutua son

$$volt\:\:=\:\:M\frac{amps}{sec}$$

(De la ecuación anterior)

$$M\:\:=\:\:\frac{volt.\:sec}{amp}$$

$$=\:\:Henry(H)$$

Dependiendo del número de vueltas de las bobinas primaria y secundaria, varía el enlace de flujo magnético y la cantidad de EMF inducida. El número de vueltas en primaria se indica con N1 y en secundaria con N2. El coeficiente de acoplamiento es el término que especifica la inductancia mutua de las dos bobinas.

Factores que afectan la inductancia

Hay algunos factores que afectan el rendimiento de un inductor. Los principales se analizan a continuación.

Longitud de la bobina

La longitud de la bobina inductora es inversamente proporcional a la inductancia de la bobina. Si la longitud de la bobina es mayor, la inductancia ofrecida por ese inductor es menor y viceversa.

Área de sección transversal de la bobina

El área de la sección transversal de la bobina es directamente proporcional a la inductancia de la bobina. Cuanto mayor sea el área de la bobina, mayor será la inductancia.

Número de vueltas

Con el número de vueltas, la bobina afecta directamente a la inductancia. El valor de la inductancia se cuadra con el número de vueltas que tiene la bobina. Por lo tanto, cuanto mayor sea el número de vueltas, el cuadrado será el valor de inductancia de la bobina.

Permeabilidad del núcleo

los permeability (μ)del material del núcleo del inductor indica el soporte que proporciona el núcleo para la formación de un campo magnético dentro de sí mismo. loshigher la permeabilidad del material del núcleo, la higher será la inductancia.

Coeficiente de acoplamiento

Este es un factor importante que debe conocerse para calcular la inductancia mutua de dos bobinas. Consideremos dos bobinas cercanas de vueltas N1 y N2 respectivamente.

La corriente a través de la primera bobina i ₁ produce un flujo Ψ ₁ . La cantidad de enlaces de flujo magnético se entiende por weber-turn.

Deje que la cantidad de enlace de flujo magnético a la segunda bobina, debido a la unidad actual de i ₁ sea

$$\frac{N_{2}\varphi_{1}}{i_{1}}$$

Esto puede entenderse como el coeficiente de inductancia mutua, que significa

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{2}\varphi_{1}}{i_{1}}$$

Por lo tanto, el coeficiente de inductancia mutua entre dos bobinas o circuitos se entiende como las vueltas de Weber en una bobina debido a 1A de corriente en la otra bobina.

Si la autoinductancia de la primera bobina es L ₁ , entonces

$$L_{1}i_{1}\:\:=\:\:{N_{1}\varphi_{1}}\:\:=>\:\:\frac{L_{1}}{N_{1}}\:\:\frac{\varphi_{1}}{i_{1}}$$

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{2}L_{1}}{N_{1}}$$

De manera similar, el coeficiente de inductancia mutua debido a la corriente i ₂ en la segunda bobina es

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{1}\varphi_{2}}{i_{2}}\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\:1$$

Si la autoinducción de la segunda bobina es L ₂

$$L_{2}i_{2}\:\:=\:\:N_{2}\varphi_{2}$$

$$\frac{L_{2}}{N_{2}}\:\:=\:\:\frac{\varphi_{2}}{i_{2}}$$

Por lo tanto,

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{1}L_{2}}{N_{2}}\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\:2$$

Multiplicando 1 y 2, obtenemos

$$M\:\:\times\:\:M=\:\:\frac{N_{2}L_{1}}{N_{1}}\:\:\times\:\:\frac{N_{1}L_{2}}{N_{2}}$$

$$M^{2}\:\:=\:\:L_{1}L_{2}\:\:=>\:\:M\:\:=\:\:\sqrt{L_{1}L_{2}}$$

La ecuación anterior es válida cuando todo el flujo cambiante de la bobina primaria se vincula con la bobina secundaria, que es un caso ideal. Pero en la práctica, no es el caso. Por tanto, podemos escribir como

$$M\:\:\neq\:\:\sqrt{L_{1}L_{2}}$$

$$and \frac{M}{\sqrt{L_{1}L_{2}}}\:\:=\:\:K\:\:\neq\:\:1$$

Donde K se conoce como coeficiente de acoplamiento.

los Coefficient of coupling K se puede definir como la relación entre el coeficiente real de inductancia mutua y el coeficiente ideal (máximo) de inductancia mutua.

Si el valor de k está cerca de la unidad, entonces se dice que las bobinas están estrechamente acopladas y si el valor de k = 0, entonces se dice que las bobinas están débilmente acopladas.

Aplicaciones de inductores

Hay muchas aplicaciones de los inductores, como:

Los inductores se utilizan en circuitos de filtro para detectar componentes de alta frecuencia y suprimir señales de ruido.
Para aislar el circuito de señales de HF no deseadas.
Los inductores se utilizan en circuitos eléctricos para formar un transformador y aislar los circuitos de los picos.
Los inductores también se utilizan en motores.

Un inductor cuando se conecta en un circuito, esa conexión puede ser en serie o en paralelo. Ahora sepamos qué pasará con los valores totales de corriente, voltaje y resistencia si también están conectados en serie, cuando se conectan en paralelo.

Inductores en serie

Observemos lo que sucede cuando hay pocos inductores conectados en serie. Consideremos tres resistencias con diferentes valores, como se muestra en la siguiente figura.

Inductancia

La inductancia total de un circuito que tiene inductores en serie es igual a la suma de las inductancias individuales. El valor total de inductancia de la red dada anteriormente es

$$L_{T}\:\:=\:\:L_{1}\:\:+\:\:L_{2}\:\:+\:\:L_{3}$$

Donde L ₁ es la inductancia de la ^1ª resistencia, L ₂ es la inductancia de la ^2ª resistencia y L ₃ es la inductancia de la ^3ª resistencia en la red anterior.

voltaje

El voltaje total que aparece en una red de inductores en serie es la suma de las caídas de voltaje en cada inductancia individual.

Voltaje total que aparece en el circuito.

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:\:+\:\:V_{2}\:\:+\:\:V_{3}$$

Donde V ₁ es la caída de tensión en 1 ^st inductor, V ₂ es la caída de voltaje a través de 2 ^nd inductor y V ₃ es la caída de voltaje a través de 3 ^rd inductor en la red anterior.

Actual

La cantidad total de corriente que fluye a través de un conjunto de inductores conectados en serie es la misma en todos los puntos de la red.

La corriente a través de la red

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:\:=\:\:I_{2}\:\:=\:\:I_{3}$$

Donde ₁ es la corriente a través de la 1 ^st inductor, I ₂ es la corriente a través de la 2 ^nd inductor y I ₃ es la corriente a través de la 3 ^rd inductor en la red anterior.

Inductores en paralelo

Observemos lo que sucede, cuando pocas resistencias están conectadas en paralelo. Consideremos tres resistencias con diferentes valores, como se muestra en la siguiente figura.

Inductancia

La inductancia total de un circuito que tiene resistencias en paralelo se calcula de manera diferente al método de red de inductores en serie. Aquí, el valor recíproco (1 / R) de las inductancias individuales se agrega con la inversa de la suma algebraica para obtener el valor total de la inductancia.

El valor total de inductancia de la red es

$$\frac{1}{L_{T}}\:\:=\:\:\frac{1}{L_{1}}\:\:+\:\:\frac{1}{L_{2}}\:\:+\:\:\frac{1}{L_{3}}$$

Donde L ₁ es la inductancia de 1 ^st inductor, L ₂ es la inductancia de 2 ^nd inductor y L ₃ es la inductancia de 3 ^rd inductor en la red anterior.

Del método que tenemos para calcular la inductancia en paralelo, podemos derivar una ecuación simple para una red en paralelo de dos inductores. Es

$$L_{T}\:\:=\:\:\frac{L_{1}\:\:\times\:\: L_{2}}{L_{1}\:\:+\:\: L_{2}}$$

voltaje

El voltaje total que aparece en una red de inductores en paralelo es el mismo que las caídas de voltaje en cada inductancia individual.

El voltaje que aparece en el circuito.

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:\:=\:\:V_{2}\:\:=\:\:V_{3}$$

Donde V ₁ es la caída de tensión en 1 ^st inductor, V ₂ es la caída de voltaje a través de 2 ^nd inductor y V ₃ es la caída de voltaje a través de 3 ^rd inductor en la red anterior. Por lo tanto, el voltaje es el mismo en todos los puntos de una red de inductores en paralelo.

Actual

La cantidad total de corriente que ingresa a una red inductiva paralela es la suma de todas las corrientes individuales que fluyen en todas las ramas paralelas. El valor de inductancia de cada rama determina el valor de la corriente que fluye a través de ella.

La corriente total a través de la red es

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:\:+\:\:I_{2}\:\:+\:\:I_{3}$$

Donde ₁ es la corriente a través de la 1 ^st inductor, I ₂ es la corriente a través de la 2 ^nd inductor y I ₃ es la corriente a través de la 3 ^rd inductor en la red anterior.

Por tanto, la suma de las corrientes individuales en diferentes ramas obtiene la corriente total en una red en paralelo.

Reactancia inductiva

La reactancia inductiva es la oposición que ofrece un inductor al flujo de corriente alterna, o simplemente corriente alterna. Un inductor tiene la propiedad de resistir el cambio en el flujo de corriente y, por lo tanto, muestra cierta oposición que puede denominarse comoreactance, ya que la frecuencia de la corriente de entrada también debe considerarse junto con la resistencia que ofrece.

Indicación - XL
Unidades - Ohms
Símbolo - Ω

En un circuito puramente inductivo, la corriente I_L lagsla tensión aplicada en 90 °. La reactancia inductiva se calcula mediante,

$$X_{L}\:\:=\:\:2\pi fL$$

Donde f es la frecuencia de la señal. Por tanto, la reactancia inductiva es función de la frecuencia y la inductancia.

Los inductores están disponibles en diferentes formas y tienen diferentes usos. Sus tamaños varían según el material utilizado para fabricarlos. La clasificación principal se realiza en inductores fijos y variables. Un inductor de unos pocos Henries puede tener forma de mancuerna del tamaño de una resistencia simple. Un inductor fijo siempre tiene el plateado como primer color en la codificación de colores.

El núcleo del inductor es su corazón. Hay muchos tipos de inductores según el material del núcleo utilizado. Echemos un vistazo a algunos de ellos.

Inductor de núcleo de aire

El inductor comúnmente visto, con un devanado simple es este inductor de núcleo de aire. Esto no tiene nada más queair as the corematerial. Los materiales no magnéticos como el plástico y la cerámica también se utilizan como materiales centrales y también se incluyen en estos inductores de núcleo de aire. La siguiente imagen muestra varios inductores de núcleo de aire.

Estos inductores ofrecen una pérdida de señal mínima en las aplicaciones que tienen una intensidad de campo magnético muy alta. Además, no existen pérdidas de núcleo ya que no hay material de núcleo sólido.

Inductor de núcleo de hierro

Estos inductores tienen materiales ferromagnéticos, como ferrita o hierro, como material del núcleo. El uso de tales materiales de núcleo ayuda a aumentar la inductancia, debido a su alta permeabilidad magnética.Permeabilitymide la capacidad de soportar la formación de campos magnéticos dentro de los materiales. La siguiente imagen muestra cómo se ve un inductor de núcleo de hierro:

Los inductores que tienen materiales de núcleo ferromagnéticos como estos, sufren pérdidas de núcleo y pérdidas de energía a altas frecuencias. Estos inductores se utilizan en la fabricación de algunos tipos de transformadores.

Inductores toroidales

Estos inductores tienen un material magnético como sustancia central a la que se enrolla el alambre. Estos tienen forma de anillo circular, tal como se muestra en la siguiente figura.

La principal ventaja de este tipo de inductores es que, debido a la forma circular, se consigue simetría en toda la forma del inductor, por lo que existen mínimas pérdidas en el flujo magnético. Estos inductores se utilizan principalmente en aplicaciones de circuitos de CA.

Inductores de núcleo laminado

Estos son los inductores que tienen láminas de acero delgadas laminadas, como pilas, como materiales centrales. Por lo general, para un inductor, si se aumenta el área del bucle para que viaje la corriente, las pérdidas de energía serán mayores. Considerando que, en estos inductores de núcleo laminado, las delgadas láminas de acero de las pilas son útiles para bloquear las corrientes parásitas, que minimizan la acción del bucle.

La siguiente figura muestra una imagen de un inductor de núcleo laminado.

La principal ventaja de estos inductores es minimizar la pérdida de energía con su construcción. Estos inductores de núcleo laminado se utilizan principalmente en la fabricación de transformadores.

Inductores de núcleo de hierro en polvo

Como su nombre lo indica, el núcleo de estos inductores tiene materiales magnéticos con algunos espacios de aire. Pero este tipo de construcción proporciona una ventaja al núcleo, al almacenar un alto nivel de energía en comparación con los otros tipos. La siguiente figura muestra una imagen de un inductor de núcleo de hierro en polvo.

Estos inductores proporcionan pérdidas por corrientes parásitas y pérdidas por histéresis muy bajas. Están disponibles a los precios más bajos y tienen muy buena estabilidad de inductancia.

Los inductores de RF son los radio frequency inductores, que se utilizan en high resonant frequencies. Estos pueden ser un inductor de bobina de múltiples capas o un inductor de cerámica recubierto de película delgada o algún inductor de cerámica enrollado con alambre. La siguiente figura representa algunos inductores de RF.

Estos inductores se caracterizan por low current rating y high electrical resistance. Pero a medida que se utilizan aquí las altas frecuencias, aumenta la resistencia del cable. Además, pocos efectos entran en escena debido a estas altas frecuencias de radio de resonancia. Echemos un vistazo a ellos.

Efecto en la piel

A altas frecuencias, la corriente alterna tiene una tendencia a una distribución desigual de la corriente a través del conductor. La corriente eléctrica fluye mucho en la superficie del conductor que en su centro. Obtiene su energía concentrada en elskin del conductor, dejando el núcleo profundo del conductor, como se muestra en la siguiente figura.

A medida que la energía se concentra en la piel del conductor, este efecto se denomina como Skin Effect. En realidad, este efecto de piel se debe a las corrientes parásitas que se producen por el campo magnético cambiante, resultante de la corriente alterna. Hoy en día, los conductores que transportan frecuencias más altas se fabrican en forma de tubo, con el fin de reducir el peso y el costo de los conductores.

Efecto de proximidad

Junto con el anterior, este es otro efecto, que se observa aquí. El efecto de proximidad es el que aumenta la resistencia del cable a altas frecuencias. Proximidad es la palabra que dice que el efecto será sobreadjacent wires. La siguiente figura muestra la concentración de corriente en los bordes de los cables adyacentes.

Cada vuelta tiene un campo magnético que induce corrientes parásitas en el cable que hacen que la corriente se enfoque en el lado del cable adyacente. Con este efecto, el área de sección transversal efectiva del alambre se reduce y suresistance gets increased.

Capacitancia parasitaria

Por lo general, un inductor contiene internamente una resistencia en serie (resistencia del cable) y un capacitor en derivación (capacitancia parásita). Cada vuelta de devanado tiene un potencial ligeramente diferente en un inductor. La siguiente figura muestra el efecto de capacitancia en un inductor.

Los dos conductores que se presentan en cada vuelta, actúan como placas condensadoras con aire como dieléctrico. Una capacitancia llamadaParasitic Capacitanceexiste aquí. Para evitar esto en determinadas aplicaciones, los devanados se hacen muy separados entre sí.

A medida que aumenta la frecuencia, la impedancia de la capacitancia parásita disminuye y la impedancia del inductor aumenta. Por tanto, el inductor tiende a comportarse como un condensador.

Pérdidas dieléctricas

La corriente a través del conductor de un inductor hace que las moléculas de los aislantes ejerzan energía en forma de calor. Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la disipación de calor.

Estranguladores

Los inductores también se denominan estranguladores. Un inductor bloquea los componentes de CA y envía componentes de CC a través de él. Por lo tanto, cuando se ahoga o detiene la CA, un inductor puede denominarse simplemente como unChoke.

Una bobina de alambre aislado a menudo se enrolla en un núcleo magnético para formar un estrangulador. A medida que aumenta la frecuencia de la señal, aumenta la impedancia del estrangulador. Debido a su reactancia, puede limitar la cantidad de CA que lo atraviesa. Sin embargo, prácticamente una cierta cantidad de CA lo atraviesa debido a su baja resistencia eléctrica. Estos se utilizan principalmente en luces de tubo y en transformadores en aplicaciones electrónicas.

Según el principio de Electromagnetic Induction, ya hemos aprendido que, un flujo variable puede inducir un EMF en una bobina. Por el principio deMutual induction, cuando se coloca otra bobina al lado de dicha bobina, el flujo induce EMF en la segunda bobina.

Ahora, la bobina que tiene el flujo variable se llama como Primary Coil y la bobina en la que se induce el EMF se llama Secondary Coil, mientras que las dos bobinas juntas forman una unidad llamada Transformer.

Transformador

Un transformador tiene una bobina primaria a la que se le da entrada y una bobina secundaria de la que se recoge la salida. Ambas bobinas están enrolladas en un material de núcleo. Por lo general, un aislante forma elCore del transformador.

La siguiente figura muestra un práctico transformador.

De la figura anterior, es evidente que pocas notaciones son comunes. Tratemos de tomar nota de ellos. Ellos son -

N_p = Número de vueltas en el devanado primario
N_s = Número de vueltas en el devanado secundario
I_p = Corriente que fluye en el primario del transformador
I_s = Corriente que fluye en el secundario del transformador
V_p = Voltaje a través del primario del transformador
V_s = Voltaje a través del secundario del transformador
Φ = Flujo magnético presente alrededor del núcleo del transformador.

Transformador en un circuito

La siguiente figura muestra cómo se representa un transformador en un circuito. El devanado primario, el devanado secundario y el núcleo del transformador también se representan en la siguiente figura.

Por lo tanto, cuando se conecta un transformador en un circuito, el suministro de entrada se da a la bobina primaria para que produzca un flujo magnético variable con esta fuente de alimentación y ese flujo se induce en la bobina secundaria del transformador, lo que produce la EMF variable de el flujo variable. Como el flujo debe variar, para la transferencia de EMF de primario a secundario, un transformador siempre funciona con corriente alterna CA.

Step-up y step-down

Dependiendo del número de vueltas en el devanado secundario, el transformador se puede llamar como Step up o un Step down transformador.

El punto principal que debe tenerse en cuenta aquí es que no habrá ninguna diferencia en la primaria y secundaria. powerdel transformador. En consecuencia, si el voltaje es alto en el secundario, entonces se extrae poca corriente para estabilizar la energía. Además, si el voltaje en el secundario es bajo, entonces se extrae una corriente alta, por lo que la potencia debe ser la misma que en el lado primario.

Aumentar

Cuando el devanado secundario tiene más vueltas que el devanado primario, se dice que el transformador es un Step-uptransformador. Aquí, la EMF inducida es mayor que la señal de entrada.

Reducir

Cuando el devanado secundario tiene un número menor de vueltas que el devanado primario, se dice que el transformador es un Step-downtransformador. Aquí la EMF inducida es menor que la señal de entrada.

Relación de vueltas

Dado que el número de vueltas de los devanados primarios y secundarios afecta los valores nominales de voltaje, es importante mantener una relación entre las vueltas para tener una idea de los voltajes inducidos.

La relación entre el número de vueltas en la bobina primaria y el número de vueltas en la bobina secundaria se denomina "turns ratio"O"the ratio of transformation”. La relación de vueltas generalmente se denota porN.

$$N\:\:=\:\:Turns\:ratio\:\:=\:\:\frac{Number\:of\:turns\:on\:Primary}{Number\:of\:turns\:on\:Secondary}\:\:=\:\:\frac{N_{p}}{N_{s}}$$

La relación entre el primario y el secundario, la relación entre la entrada y la salida y la relación de vueltas de cualquier transformador dado será la misma que su voltage ratio. Por lo tanto, esto se puede escribir como

$$\frac{N_{p}}{N_{s}}\:\:=\:\:\frac{V_{p}}{V_{s}}\:\:=\:\:N\:\:=\:\:Turns\:ratio$$

La relación de transformación también indica si el transformador es un transformador elevador o reductor. Por ejemplo, una relación de vueltas de 1: 3 indica que el transformador es un transformador elevador y la relación 3: 1 indica que es un transformador reductor.

En cuanto a la clasificación de transformadores, hay muchos tipos según el núcleo utilizado, los devanados utilizados, el lugar y el tipo de uso, los niveles de voltaje, etc.

Transformadores monofásicos y trifásicos

Según la alimentación utilizada, los transformadores se clasifican principalmente como Single phase y three phase transformadores.

Un transformador normal es un transformador monofásico. Tiene un devanado primario y secundario y se opera para disminuir o aumentar el voltaje secundario.
Para un transformador trifásico, tres devanados primarios están conectados entre sí y tres devanados secundarios están conectados entre sí.

Se prefiere un solo transformador trifásico a tres transformadores monofásicos para obtener una buena eficiencia, donde ocupa menos espacio a bajo costo. Pero debido al problema de transporte de equipos pesados, en la mayoría de los casos se utilizan transformadores monofásicos.

Otra clasificación de estos transformadores es Core y Shell tipo.

En Shell type, los devanados se colocan en una sola pierna rodeada por el núcleo.
En Core type, están heridos en diferentes piernas.

La diferencia es bien conocida al observar la siguiente figura.

La clasificación de los transformadores también se puede realizar según el tipo de material de núcleo utilizado. Estos son en realidadRF transformers, que contienen muchos tipos, como transformadores de núcleo de aire, Ferrite core transformadores Transmission line transformadores y Baluntransformadores. Los transformadores Balun se utilizan en sistemas receptores de RF. Los principales tipos son los transformadores de núcleo de aire y de núcleo de hierro.

Transformador de núcleo de aire

Este es un transformador de tipo núcleo en el que los devanados se enrollan en una tira no magnética. Los enlaces de flujo magnético se realizan a través deair as coreentre la primaria y la secundaria. La siguiente imagen muestra un transformador de núcleo de aire.

Ventajas

La histéresis y las pérdidas por corrientes parásitas son bajas en estos transformadores de núcleo de aire.
La producción de ruido es baja.

Desventajas

La renuencia es alta en los transformadores de núcleo de aire.
La inductancia mutua es baja en el núcleo de aire en comparación con los transformadores de núcleo de hierro.

Aplicaciones

Transformadores de frecuencia de audio.
Transmisiones de radio de alta frecuencia.

Transformadores de núcleo de hierro

Este es un transformador de tipo núcleo en el que los devanados se enrollan en un núcleo de hierro. Los enlaces de flujo magnético se hacen fuertes y perfectos con hierro como material central. Esto se ve comúnmente en los laboratorios. La siguiente figura muestra un ejemplo de transformador con núcleo de hierro.

Ventajas

Tienen una permeabilidad magnética muy alta.
Los transformadores de núcleo de hierro tienen poca renuencia.
La inductancia mutua es alta.
Estos transformadores son muy eficientes.

Desventajas

Estos son un poco ruidosos en comparación con los transformadores de núcleo de aire.
La histéresis y las pérdidas por corrientes parásitas son un poco más que en los transformadores de núcleo de aire.

Aplicaciones

Como transformadores de aislamiento.
Transmisiones de radio de alta frecuencia.

Los transformadores también se clasifican según el tipo de núcleo que utilizan. Algunos transformadores utilizan el núcleo sumergido en aceite. Este aceite se enfría desde el exterior mediante varios métodos. Dichos transformadores se denominanWet core transformers, mientras que otros como los transformadores de núcleo de ferrita, los transformadores de núcleo laminado, los transformadores de núcleo toroidal y los transformadores de resina fundida son Dry core transformers.

Basado en el tipo de técnica de bobinado, tenemos otro transformador que es muy popular llamado como Auto transformer.

Transformador automático

Este es el tipo de transformador que se ve principalmente en nuestros laboratorios eléctricos. Este transformador automático es una versión mejorada del transformador original. Se toma un solo devanado al que se conectan ambos lados a la energía y al suelo. Otra derivación variable se realiza por cuyo movimiento se forma el secundario del transformador.

La siguiente figura muestra el circuito de un autotransformador.

Como se muestra en la figura, un solo devanado proporciona tanto primario como secundario en un transformador. Se dibujan varias derivaciones del devanado secundario para seleccionar varios niveles de voltaje en el lado secundario.

El devanado primario como se muestra arriba es de A a C y el devanado secundario es de B a C, mientras que el brazo variable B se varía para obtener los niveles de voltaje requeridos. Un autotransformador práctico se parece a la figura siguiente.

Al girar el eje de arriba, el voltaje secundario se ajusta a diferentes niveles de voltaje. Si el voltaje aplicado a través de los puntos A y C es V1, entonces el voltaje por vuelta en este devanado será

$$Voltage\:per\:turn\:\:=\:\:\frac{V_{1}}{N_{1}}$$

Ahora, el voltaje en los puntos B y C será

$$V_{2}\:\:=\:\:\frac{V_{1}}{N_{1}}\:\:\times\:\:N_{2}$$

$$\frac{V_{2}}{V_{1}}\:\:=\:\:\frac{N_{2}}{N_{1}}\:\:=\:\:constant\:(say\:K)$$

Esta constante no es más que la relación de vueltas o la relación de voltaje del autotransformador.

Hay transformadores que se clasifican según las aplicaciones que tengan. Muchos de estos transformadores son grandes y voluminosos. La mayoría de ellos son utilizados por el departamento de Electricidad.

Transformadores de poder

Los transformadores de potencia se utilizan en high power transfer applicationstanto para aplicaciones elevadoras como reductoras, donde los voltajes de operación son más de 33KV generalmente clasificados por encima de 200MVA. La densidad de flujo es mucho mayor para ellos.

Todos los transformadores que se utilizan para aplicaciones de control de potencia, tales como transformadores de núcleo laminado, transformadores toroidales, autotransformadores variables, transformadores polifásicos, transformadores de fugas parásitas entran en esta categoría.

Suelen ser de gran tamaño según la capacidad de manejo de potencia y su aplicación. Estos transformadores están disponibles en tipo trifásico o monofásico. Como estos transformadores son voluminosos, se colocan en un área abierta grande. Estos transformadores tienden a proporcionar un 100% de eficiencia en aplicaciones de carga completa.

Ventajas

Tienen alto nivel de aislamiento.
El ruido es bajo.
Son muy eficientes.
Los clasificados de alto voltaje para manejar aplicaciones de alta potencia.

Aplicaciones

Se utilizan en sistemas de generación de energía.
Se utilizan en subestaciones de transmisión.

Transformadores de medida

Los transformadores de medida se utilizan para medir alta tensión y alta corriente. Estos son principalmente útiles para aislar los circuitos de ellos. Por lo general, el primario de un transformador está conectado con altas entradas de voltajes y corrientes mientras que el secundario del transformador está conectado a algún relé o circuito al que se le debe proporcionar cierto aislamiento.

Estos son principalmente de dos tipos, Current transformers y Voltage transformers. Echemos un vistazo a cada uno de ellos.

Transformador de corriente

Los transformadores de corriente proporcionan corriente en el circuito secundario proporcional a la corriente en el circuito primario. Se utilizan en relés de protección y con fines de medición.

Se pasa un devanado primario de una sola vuelta a través de un transformador de núcleo toroidal bien aislado que está herido con muchas vueltas, lo que hace que Current Transformer. Este siempre está conectado en serie.

El devanado secundario puede diseñarse para proporcionar una salida única o puede tener varias derivaciones para diferentes valores. Se debe tener cuidado de que el devanado secundario esté conectado a su carga con baja impedancia, mientras que la corriente fluye en el primario. Esto es para evitar altos voltajes repentinos en el secundario en circuito abierto que podrían dañar permanentemente la precisión del transformador.

Transformadores de voltaje

Los transformadores de voltaje proporcionan voltaje en el circuito secundario proporcional al voltaje en el circuito primario. Estos transformadores también se denominanPotential Transformers. Estos están conectados en paralelo al circuito.

El primario de este transformador puede tener conexiones de fase a fase, pero el secundario tendrá un terminal a tierra. La siguiente figura muestra una imagen de un transformador de voltaje.

Hay tres tipos principales de transformadores de voltaje. Son

Electromagnetic - utiliza un transformador bobinado con buenos enlaces de flujo.
Capacitor - utiliza un condensador con potencial red divisor.
Optical - hace uso de las propiedades eléctricas de los materiales ópticos.

Los transformadores de tensión se utilizan en relés de protección y con fines de medición y también para el aislamiento por desplazamiento de fase fasorial.

Transformadores de protección

Estos transformadores son muy precisos que los transformadores de medida, ya que se utilizan únicamente para proteger los circuitos de altas tensiones y corrientes. El primario de estos transformadores está conectado con entradas altas, mientras que el secundario del transformador mantiene el circuito o relé aislado de los picos o sobretensiones repentinas que podrían dañar el circuito.

Transformadores de distribución

Los transformadores de distribución se utilizan para la distribución de energía eléctrica a nivel de usuario final. Los voltajes de funcionamiento rondan los 33KV para uso industrial y 440v-220v para uso doméstico. Por lo general, se clasifican por debajo de 200 MVA.

Los grandes autotransformadores trifásicos utilizados en la distribución de energía y los transformadores refrigerados por aceite también pertenecen a esta categoría. La siguiente figura muestra una imagen de un transformador de distribución.

Estos transformadores suelen ser de menor tamaño en comparación con los transformadores de potencia. Estos transformadores se colocan al aire libre pero no están completamente cargados como los transformadores de potencia.

Ventajas

Son de tamaño pequeño.
Son fáciles de instalar.
Estos transformadores tienen bajas pérdidas magnéticas.

Desventajas

Estos transformadores tienen baja eficiencia.
No están completamente cargados.

Aplicaciones

Se utilizan para distribuir electricidad en diversas áreas como casas, patios agrícolas, terrenos, ferrocarriles, parques eólicos, etc.

Cuando el primario de un transformador tiene algo de voltaje inducido, entonces el flujo magnético creado en el primario se induce al secundario debido a la inducción mutua, que produce algo de voltaje en el secundario. La fuerza de este campo magnético aumenta a medida que la corriente aumenta de cero al valor máximo que viene dado por$\mathbf{\frac{d\varphi}{dt}}$.

Las líneas magnéticas de flujo pasan a través del devanado secundario. El número de vueltas en el devanado secundario determina el voltaje inducido. Por lo tanto, la cantidad de voltaje inducido estará determinada por

$$N\frac{d\varphi}{dt}$$

Donde N = número de vueltas en el devanado secundario

La frecuencia de esta tensión inducida será la misma que la frecuencia de la tensión primaria. La amplitud máxima del voltaje de salida se verá afectada si las pérdidas magnéticas son altas.

EMF inducido

Intentemos trazar alguna relación entre la EMF inducida y el número de vueltas en una bobina.

Supongamos ahora que tanto la bobina primaria como la secundaria tienen una sola vuelta cada una. Si se aplica un voltio a una vuelta del primario sin pérdidas (caso ideal), el flujo de corriente y el campo magnético generado inducen el mismo voltio en el secundario. Por tanto, el voltaje es el mismo en ambos lados.

Pero el flujo magnético varía sinusoidalmente, lo que significa que

$$\phi\:\:=\:\:\phi_{max} \sin \omega t$$

Entonces, la relación básica entre la EMF inducida y el devanado de la bobina de N vueltas es

$$EMF\:=\:turns\:\:\times\:\:rate\:of\:change$$

$$E\:=\:N \frac{d\phi}{dt}$$

$$E\:=\:N\:\times\:\omega\:\times\: \phi_{max}\:\times\: \cos(\omega t)$$

$$E_{max}\:=\:N \omega \phi_{max}$$

$$E_{rms}\:=\:\frac{N \omega}{\sqrt{2}}\:\times\:\phi_{max}\:=\:\frac{2\pi}{\sqrt{2}}\:\times\:f\:\times\:N\:\times\:\phi_{max}$$

$$E_{rms}\:=\:4.44\:f\:N\:\phi_{max}$$

Dónde

f = frecuencia de flujo en Hertz = $\frac{\omega}{2\pi}$

N = número de bobinados

∅ = densidad de flujo en webers

Esto se conoce como Transformer EMF Equation.

Como el flujo alterno produce corriente en la bobina secundaria, y este flujo alterno se produce por voltaje alterno, podemos decir que solo una corriente alterna CA puede ayudar a que un transformador funcione. Por lo tantoa transformer doesn’t work on DC.

Pérdidas en Transformers

Cualquier dispositivo tiene pocas pérdidas en aplicaciones prácticas. Las principales pérdidas que se producen en los transformadores son las pérdidas de cobre, las pérdidas de núcleo y las fugas de flujo.

Pérdidas de cobre

La pérdida de cobre es la pérdida de energía, debido al calor producido por el flujo de corriente a través de los devanados de los transformadores. Estos también se denominan "I²R losses”O“ Pérdidas R al cuadrado ”ya que la energía perdida por segundo aumenta con el cuadrado de la corriente a través del devanado y es proporcional a la resistencia eléctrica del devanado.

Esto se puede escribir en una ecuación como

$$I_{P} R_{P}\:+\:I_{S} R_{S}$$

Dónde

I_P = Corriente primaria
R_P = Resistencia primaria
I_S = Corriente secundaria
R_S = Resistencia secundaria

Pérdidas centrales

Las pérdidas básicas también se denominan Iron Losses. Estas pérdidas dependen del material del núcleo utilizado. Son de dos tipos, a saber,Hysteresis y Eddy Current losses.

Hysteresis Loss- La CA inducida en forma de flujo magnético sigue fluctuando (como subidas y bajadas) e invirtiendo la dirección de acuerdo con la tensión CA inducida. Se pierde algo de energía en el núcleo debido a estas fluctuaciones aleatorias. Tal pérdida puede denominarse comoHysteresis loss.
Eddy Current Loss- Mientras transcurre todo este proceso, se inducen algunas corrientes en el núcleo que circulan continuamente. Estas corrientes producen una pérdida denominadaEddy Current Loss. En realidad, se supone que el campo magnético variable induce corriente solo en el devanado secundario. Pero también induce voltajes en los materiales conductores cercanos, lo que resulta en esta pérdida de energía.
Flux Leakage- Aunque los enlaces de flujo son lo suficientemente fuertes como para producir el voltaje requerido, habrá cierto flujo que se filtrará en aplicaciones prácticas y, por lo tanto, dará como resultado la pérdida de energía. Aunque esto es bajo, esta pérdida también es contable cuando se trata de aplicaciones de alta energía.

Poder de un transformador

Cuando se considera un transformador ideal sin pérdidas, la Potencia del transformador será constante, ya que el producto cuando la tensión V multiplicado por corriente I es constante.

Podemos decir que la potencia en el primario es igual a la potencia en el secundario ya que el transformador se encarga de eso. Si el transformador aumenta el voltaje, la corriente se reduce y si el voltaje se reduce, la corriente aumenta para mantener constante la potencia de salida.

Por tanto, la potencia primaria es igual a la potencia secundaria.

$$P_{Primary}\:=\:P_{Secondary}$$

$$V_{P}I_{P}\cos \phi_{P}\:=\:V_{S}I_{S}\cos \phi_{S}$$

Dónde ∅_P = Ángulo de fase primaria y ∅_S = Ángulo de fase secundario.

Eficiencia de un transformador

La cantidad o la intensidad de la pérdida de potencia en un transformador determina la eficiencia del transformador. La eficiencia se puede entender en términos de pérdida de potencia entre el primario y el secundario de un transformador.

Por lo tanto, la relación entre la potencia de salida del devanado secundario y la potencia de entrada del devanado primario se puede establecer como la Efficiency of the transformer. Esto se puede escribir como

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:output}{Power\:input}\:\times\:100 \%$$

La eficiencia generalmente se denota por η. La ecuación dada anteriormente es válida para un transformador ideal donde no habrá pérdidas y toda la energía en la entrada se transfiere a la salida.

Por lo tanto, si se consideran las pérdidas y si la eficiencia se calcula en condiciones prácticas, se debe considerar la siguiente ecuación.

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:output}{Power\:output\:+\:Copper\:losses\:+\:Core\:losses}\:\times\:100 \%$$

De lo contrario, también se puede escribir como

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:input\:-\:Losses}{Power\:input}\:\times\:100$$

$$1\:-\:\frac{Losses}{Input\:Power}\:\times\:100$$

Cabe señalar que la entrada, la salida y las pérdidas se expresan en términos de potencia, es decir, en vatios.

Ejemplo

Considere un transformador que tiene una potencia de entrada de 12KW que tiene una corriente nominal de 62.5 amperios y una resistencia equivalente de 0.425ohms. Calcule la eficiencia del transformador.

Solution −

Datos dados

Potencia de entrada = 12KW
Corriente nominal = 62,5 amperios
Resistencia equivalente = 0,425 ohmios

Calcular la pérdida -

La pérdida de cobre a la corriente nominal es I ² R = (62.5) ² (0.425) = 1660W

Tenemos

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:input\:-\:Losses}{Power\:input}\:\times\:100$$

Por lo tanto,

$$\eta\:=\:\frac{12000\:-\:1660}{12000}\:\times\:100$$

$$\eta\:=\:\frac{10340}{12000}\:\times\:100$$

$$\eta\:=\:0.861\:\times\:100\:=\:86 \%$$

Por tanto, la eficiencia del transformador es del 86%.

Después de haber conocido varios componentes, centrémonos en otro componente importante en el campo de la electrónica, conocido como Diode. Un diodo semiconductor es un componente electrónico de dos terminales con una unión PN. Esto también se llama comoRectifier.

los anode Cuál es el positive terminal de un diodo se representa con A y el cathode, Cuál es el negative terminal se representa con K. Para conocer el ánodo y el cátodo de un diodo práctico, se traza una línea fina en el diodo que significa cátodo, mientras que el otro extremo representa ánodo.

Como ya habíamos comentado sobre los semiconductores de tipo P y tipo N, y el comportamiento de sus portadores, intentemos ahora unir estos materiales para ver qué sucede.

Formación de un diodo

Si se acerca un material tipo P y uno tipo N, ambos se unen para formar una unión, como se muestra en la figura siguiente.

Un material tipo P tiene holes como el majority carriers y un material tipo N tiene electrons como el majority carriers. A medida que se atraen cargas opuestas, pocos huecos en el tipo P tienden a ir al lado n, mientras que pocos electrones en el tipo N tienden a ir al lado P.

A medida que ambos viajan hacia la unión, los huecos y los electrones se recombinan entre sí para neutralizar y formar iones. Ahora, en esta unión, existe una región donde se forman los iones positivos y negativos, llamada unión PN o barrera de unión como se muestra en la figura.

La formación de iones negativos en el lado P e iones positivos en el lado N da como resultado la formación de una región cargada estrecha a cada lado de la unión PN. Esta región ahora está libre de portadores de carga móviles. Los iones presentes aquí han sido estacionarios y mantienen una región de espacio entre ellos sin ningún portador de carga.

Como esta región actúa como una barrera entre los materiales de tipo P y N, esto también se denomina como Barrier junction. Este tiene otro nombre llamadoDepletion regionlo que significa que agota ambas regiones. Se produce una diferencia de potencial VD debido a la formación de iones, a través de la unión denominada comoPotential Barrier ya que evita un mayor movimiento de huecos y electrones a través de la unión.

Sesgo de un diodo

Cuando un diodo o cualquier componente de dos terminales está conectado en un circuito, tiene dos condiciones polarizadas con el suministro dado. SonForward biased condición y Reverse biasedcondición. Háganoslo saber en detalle.

Condición sesgada hacia adelante

Cuando un diodo está conectado en un circuito, con su anode to the positive terminal y cathode to the negative terminal del suministro, entonces se dice que dicha conexión es forward biasedcondición. Este tipo de conexión hace que el circuito esté cada vez más polarizado hacia adelante y ayuda en una mayor conducción. Un diodo conduce bien en condición de polarización directa.

Condición de sesgo inverso

Cuando un diodo está conectado en un circuito, con su anode to the negative terminal y cathode to the positive terminal del suministro, entonces se dice que dicha conexión es Reverse biasedcondición. Este tipo de conexión hace que el circuito tenga una polarización cada vez más inversa y ayuda a minimizar y prevenir la conducción. Un diodo no puede conducir en condición de polarización inversa.

Intentemos ahora saber qué sucede si un diodo está conectado en condiciones de polarización directa e inversa.

Trabajando con sesgo hacia adelante

Cuando se aplica un voltaje externo a un diodo que cancela la barrera de potencial y permite el flujo de corriente se denomina forward bias. Cuando el ánodo y el cátodo están conectados a terminales positivos y negativos respectivamente, los agujeros en el tipo P y los electrones en el tipo N tienden a moverse a través de la unión, rompiendo la barrera. Existe un libre flujo de corriente con esto, casi eliminando la barrera.

Con la fuerza repulsiva proporcionada por el terminal positivo a los huecos y por el terminal negativo a los electrones, la recombinación tiene lugar en la unión. El voltaje de suministro debe ser tan alto que fuerce el movimiento de electrones y agujeros a través de la barrera y a cruzarla para proporcionarforward current.

La corriente directa es la corriente producida por el diodo cuando funciona en condición de polarización directa y está indicada por I_f.

Trabajando bajo sesgo inverso

Cuando se aplica un voltaje externo a un diodo de manera que aumenta la barrera de potencial y restringe el flujo de corriente se denomina como Reverse bias. Cuando el ánodo y el cátodo están conectados a los terminales negativo y positivo respectivamente, los electrones se atraen hacia el terminal positivo y los huecos se atraen hacia el terminal negativo. Por lo tanto, ambos estarán lejos de la barrera potencial.increasing the junction resistance y evitar que cualquier electrón cruce la unión.

La siguiente figura explica esto. También se dibuja el gráfico de conducción cuando no se aplica ningún campo y cuando se aplica algún campo externo.

Con la polarización inversa creciente, la unión tiene pocas portadoras minoritarias para cruzar la unión. Esta corriente es normalmente insignificante. Esta corriente inversa es casi constante cuando la temperatura es constante. Pero cuando este voltaje inverso aumenta más, entonces un punto llamadoreverse breakdown occurs, donde una avalancha de corriente fluye a través del cruce. Esta alta corriente inversa daña el dispositivo.

Reverse current es la corriente producida por el diodo cuando opera en condición de polarización inversa y está indicada por I_r. Por lo tanto, un diodo proporciona una ruta de alta resistencia en condición de polarización inversa y no conduce, donde proporciona una ruta de baja resistencia en condición de polarización directa y conduce. Por tanto, podemos concluir que un diodo es un dispositivo unidireccional que conduce en polarización directa y actúa como aislante en polarización inversa. Este comportamiento lo hace funcionar como un rectificador, que convierte CA en CC.

Voltaje pico inverso

El voltaje inverso pico se denomina brevemente como PIV. Indica el voltaje máximo aplicado en polarización inversa. El voltaje inverso pico se puede definir como "The maximum reverse voltage that a diode can withstand without being destroyed”. Por lo tanto, este voltaje se considera durante la condición de polarización inversa. Denota cómo un diodo se puede operar de forma segura en polarización inversa.

Propósito de un diodo

Se utiliza un diodo para bloquear el flujo de corriente eléctrica en una dirección, es decir, en la dirección de avance y para bloquear en la dirección inversa. Este principio de diodo lo hace funcionar como unRectifier.

Para que un circuito permita que la corriente fluya en una dirección pero se detenga en la otra dirección, el diodo rectificador es la mejor opción. Por lo tanto, laoutput estarán DCquitar los componentes de CA. Los circuitos, como los rectificadores de media onda y de onda completa, se fabrican mediante diodos, que se pueden estudiar enElectronic Circuits tutoriales.

Un diodo también se utiliza como Switch. Ayuda a un ENCENDIDO y APAGADO más rápido para la salida que debería ocurrir a un ritmo rápido.

V - I Características de un diodo

En la siguiente figura se muestra una disposición práctica de circuito para un diodo de unión PN. Un amperímetro se conecta en serie y un voltímetro en paralelo, mientras que el suministro se controla a través de una resistencia variable.

Durante la operación, cuando el diodo está en condición de polarización directa, a un voltaje particular, se elimina la barrera de potencial. Tal voltaje se llama comoCut-off Voltage o Knee Voltage. Si la tensión directa supera el límite, la corriente directa aumenta exponencialmente y, si se hace más, el dispositivo se daña debido al sobrecalentamiento.

El siguiente gráfico muestra el estado de conducción del diodo en condiciones de polarización directa e inversa.

Durante el sesgo inverso, la corriente producida a través de portadores minoritarios existe conocida como "Reverse current”. A medida que aumenta el voltaje inverso, esta corriente inversa aumenta y de repente se rompe en un punto, lo que resulta en la destrucción permanente de la unión.

Hay muchos tipos de diodos dependiendo de muchos factores, como la frecuencia utilizada, su funcionamiento y construcción, sus aplicaciones, etc. Repasemos algunos de ellos.

Diodos de unión

Los diodos de unión son los diodos de unión PN normales pero difieren en la construcción. Hay tres tipos de diodos de unión, como se muestra en la siguiente figura.

Diodo rectificador

Estos diodos son los diodos de unión PN normales, que permiten que la corriente fluya a través de ellos en una sola dirección y se detenga en la otra dirección. Estos diodos se utilizan en circuitos rectificadores para convertir la corriente alterna en corriente continua.

En la figura anterior, podemos ver los mismos diodos rectificadores con una proyección de metal. Esto se agrega al diodo para minimizar la distribución de calor que podría afectar al diodo a veces. Tal proyección de metal se llama comoHeat sink. Estos ayudan en la mejora del rendimiento del diodo y los diodos podrán soportar altas potencias, sin verse afectados.

Hay circuitos como Half wave rectifier y Full wave rectifiercircuitos que utilizan estos diodos. Estos circuitos se describen en el tutorial CIRCUITOS ELECTRÓNICOS. Estos circuitos rectificadores se utilizan en secciones de suministro de energía de muchos circuitos donde la corriente de entrada alterna debe convertirse en corriente continua para las aplicaciones de ese circuito.

Diodo Zener

Este es un tipo especial de diodo que permite el flujo de corriente no solo en dirección hacia adelante, sino también en dirección inversa. Un diodo normal, cuando se opera en polarización inversa, se daña si la corriente inversa por encima de cierto valor pasa a través de él. Este "cierto valor" se denomina comoBreakdown voltage.

El voltaje de ruptura de un diodo Zener es muy bajo. Perothis diode allows the reverse current to pass through it, once this breakdown voltage is exceeded. Ese voltaje de ruptura se llamaZener Voltage. Por tanto, hay una avería controlada que no daña el diodo cuando una corriente inversa por encima del voltaje Zener pasa a través de un diodo Zener.

Un diodo Zener en su polarización inversa exhibe un voltaje de ruptura controlado y permite que el flujo de corriente mantenga el valor del voltaje a través de ese diodo Zener cerca del valor de voltaje de ruptura Zener. Este valor de voltaje de ruptura Zener hace que cualquier diodo Zener sea elegido para ciertas aplicaciones.

Avalanche diodees otro diodo que tiene características similares al diodo Zener. La ruptura de la avalancha tiene lugar en toda la unión PN, cuando la caída de voltaje es constante e independiente de la corriente. Este diodo de avalancha se utiliza para la fotodetección.

VI Características de un diodo Zener

Las características VI de un diodo Zener son comunes para cualquier diodo cuando se opera en polarización directa. Pero la operación de polarización inversa de un diodo Zener hace que sea muy importante considerarlo. Echemos un vistazo al gráfico.

El punto donde se muestra la flexión en la operación de polarización inversa es el Zener breakdown voltage, después de lo cual el diodo permite altas corrientes inversas a través de él. Este voltaje Zener está indicado porV_Z. Esta increíble calidad del diodo Zener lo convirtió en el más confiable y también tiene muchas aplicaciones.

Aplicaciones del diodo Zener

Este diodo tiene muchas aplicaciones como:

Se utiliza principalmente como regulador de voltaje.
Proporciona voltaje de referencia fijo en circuitos de polarización de transistores.
Para recortar o limitar picos en circuitos de formación de ondas.
Como protector contra sobretensiones en muchos circuitos.
Para la protección del medidor contra daños por aplicaciones accidentales.

Diodo de conmutación

Este es un diodo de unión PN simple normal que está especialmente diseñado para fines de conmutación. Este diodo puede exhibir claramente dos estados de alta y baja resistencia que se pueden utilizar alternativamente.

La capacitancia de unión de este diodo se hace muy baja para minimizar otros efectos. La velocidad de conmutación se hace bastante alta. Cuando el diodo tiene alta resistencia, funciona como interruptor abierto y actúa como interruptor cerrado durante baja resistencia. Esta transición ocurre a una velocidad más rápida en el diodo de conmutación que en cualquier otro.

Aplicaciones del diodo de conmutación

Estos tienen muchas aplicaciones como:

Utilizado en circuitos rectificadores de alta velocidad
Utilizado en moduladores de anillo
Utilizado en receptores de radiofrecuencia
Utilizado como protectores de polaridad inversa
Se utiliza tanto para aplicaciones de conmutación de propósito general como de alta velocidad

Hay pocos diodos que están diseñados para cumplir algunos propósitos especiales. Hay muchos tipos de este tipo, como diodos de supresión de voltaje transitorio, diodos dopados con oro, diodos de súper barrera, diodos de contacto puntual, diodos Peltier, etc. Pero aparte de estos, hay algunos diodos prominentes que tienen muchas aplicaciones. Repasemos ellos.

Diodo varactor

Un diodo de unión tiene dos potenciales en ambos lados donde la región de agotamiento puede actuar como dieléctrico. Por tanto, existe una capacitancia. El diodo Varactor es un diodo de caso especial que se opera en polarización inversa, donde se varía la capacitancia de la unión.

El diodo Varactor también se llama Vari Cap o Volt Cap. La siguiente figura muestra un diodo Varactor conectado en polarización inversa.

Si se aumenta el voltaje inverso aplicado, el width de la región dieléctrica increases, cual reduces la junction capacitance. Cuando el voltaje inverso disminuye, el ancho del dieléctrico disminuye, lo que aumenta la capacitancia. Si este voltaje inverso es completamente nulo, entonces elcapacitance estará en su maximum.

La siguiente figura muestra varios símbolos utilizados para el diodo Varactor que representa su función.

Aunque todos los diodos tienen esta capacitancia de unión, el diodo Varactor se fabrica principalmente para hacer uso de este efecto y aumentar las variaciones en esta capacitancia de unión.

Aplicaciones del diodo Varactor

Este diodo tiene muchas aplicaciones como:

Se utiliza como condensador variable de voltaje.
Se utiliza en circuito de tanque LC variable.
Utilizado como control automático de frecuencia.
Utilizado como modulador de frecuencia.
Se utiliza como cambiador de fase de RF.
Se utiliza como multiplicador de frecuencia en circuitos de oscilador local.

Diodo de túnel

Si la concentración de impurezas de una unión PN normal aumenta mucho, esto Tunnel diodese forma. También se conoce comoEsaki diode, después de su inventor.

Cuando aumenta la concentración de impurezas en un diodo, el ancho de la región de agotamiento disminuye, extendiendo algo de fuerza adicional a los portadores de carga para cruzar la unión. Cuando esta concentración aumenta más, debido a la menor anchura de la región de agotamiento y al aumento de energía de los portadores de carga, penetran a través de la barrera de potencial, en lugar de trepar por ella. Esta penetración puede entenderse comoTunneling y de ahí el nombre, Tunnel diode.

Los diodos de túnel son dispositivos de baja potencia y deben manipularse con cuidado, ya que se ven afectados fácilmente por el calor y la electricidad estática. El diodo de túnel tiene características VI específicas que explican su funcionamiento. Echemos un vistazo al gráfico siguiente.

Considere que el diodo está en forward-biased condition. A medida que aumenta el voltaje directo, la corriente aumenta rápidamente y aumenta hasta un punto máximo, llamadoPeak Current, denotado por I_P. El voltaje en este punto se llamaPeak Voltage, denotado por V_P. Este punto está indicado porA en el gráfico anterior.

Si el voltaje aumenta más allá V_P, entonces la corriente comienza a disminuir. Disminuye hasta un punto, llamado comoValley Current, denotado por I_V. El voltaje en este punto se llamaValley Voltage, denotado por V_V. Este punto está indicado porB en el gráfico anterior.

Si el voltaje aumenta más, la corriente aumenta como en un diodo normal. Para valores mayores de voltaje directo, la corriente aumenta más allá.

Si consideramos que el diodo está en reverse-biased condition, entonces el diodo actúa como un excelente conductor a medida que aumenta el voltaje inverso. El diodo aquí actúa como en una región de resistencia negativa.

Aplicaciones del diodo de túnel

Hay muchas aplicaciones para el diodo de túnel, como:

Utilizado como dispositivo de conmutación de alta velocidad
Utilizado como dispositivo de almacenamiento de memoria
Utilizado en osciladores de microondas
Utilizado en osciladores de relajación

Diodo Schottky

Este es un tipo especial de diodo en el que una unión PN se reemplaza por una unión semiconductora de metal. El semiconductor de tipo P en un diodo de unión PN normal se reemplaza por un metal y el material de tipo N se une al metal. Esta combinación no tiene una región de agotamiento entre ellos. La siguiente figura muestra el diodo Schottky y su símbolo.

El metal utilizado en este diodo Schottky puede ser oro, plata, platino o tungsteno, etc. Además, para el material semiconductor distinto del silicio, se utiliza principalmente arseniuro de galio.

Operación

Cuando no se aplica voltaje o cuando el circuito está insesgado, los electrones en el material tipo N tienen un nivel de energía más bajo que los del metal. Si el diodo está polarizado hacia adelante, estos electrones en el tipo N ganan algo de energía y se mueven con una energía más alta. Por lo tanto, estos electrones se denominan comoHot Carriers.

La siguiente figura muestra un diodo Schottky conectado en un circuito.

Ventajas

Hay muchas ventajas del diodo Schottky como:

Es un dispositivo unipolar y, por tanto, no se forman corrientes inversas.
Su resistencia hacia adelante es baja.
Las caídas de tensión son muy bajas.
La rectificación es rápida y sencilla con el diodo Schottky.
No hay una región de agotamiento presente y, por lo tanto, no hay capacitancia de unión. Entonces, el diodo se coloca rápidamente en la posición OFF.

Aplicaciones

Hay muchas aplicaciones del diodo Schottky como:

Utilizado como diodo detector
Utilizado como rectificador de potencia
Utilizado en circuitos mezcladores de RF
Utilizado en circuitos de potencia
Utilizado como diodos de sujeción

Estos son los diodos que funcionan con luz. La palabra "Opto" significaLight. Hay tipos que conducen dependiendo de la intensidad de la luz y otros tipos cuya conducción entrega algo de luz. Cada tipo tiene sus propias aplicaciones. Analicemos los tipos prominentes entre estos.

Algunos diodos conducen según la intensidad de la luz que incide sobre ellos. Hay dos tipos principales de diodos en esta categoría. Son fotodiodos y células solares.

Diodo de foto

El fotodiodo, como su nombre lo indica, es una unión PN que funciona con luz. La intensidad de la luz afecta el nivel de conducción en este diodo. El fotodiodo tiene un material tipo P y un material tipo N con unintrinsic material o un depletion region entre.

Este diodo generalmente se opera en reverse biascondición. Cuando la luz se enfoca en la región de agotamiento, se forman pares de agujeros de electrones y se produce el flujo de electrones. Esta conducción de electrones depende de la intensidad de la luz enfocada. La siguiente figura muestra un fotodiodo práctico.

La siguiente figura indica el símbolo de un fotodiodo.

Cuando el diodo está conectado en polarización inversa, una pequeña corriente de saturación inversa fluye debido a pares de huecos de electrones generados térmicamente. A medida que la corriente en polarización inversa fluye debido a portadores minoritarios, el voltaje de salida depende de esta corriente inversa. A medida que aumenta la intensidad de la luz enfocada en la unión, aumenta el flujo de corriente debido a los portadores minoritarios. La siguiente figura muestra la disposición básica de polarización de un fotodiodo.

El fotodiodo está encapsulado en un paquete de vidrio para permitir que la luz caiga sobre él. Para enfocar la luz exactamente en la región de agotamiento del diodo, se coloca una lente sobre la unión, tal como se ilustra arriba.

Incluso cuando no hay luz, fluye una pequeña cantidad de corriente que se denomina como Dark Current. Al cambiar el nivel de iluminación, se puede cambiar la corriente inversa.

Ventajas del fotodiodo

El fotodiodo tiene muchas ventajas, como:

Ruido bajo
Alta ganancia
Operación de alta velocidad
Alta sensibilidad a la luz
Bajo costo
Talla pequeña
Larga vida

Aplicaciones del fotodiodo

Hay muchas aplicaciones para fotodiodos como:

Detección de caracteres
Se pueden detectar objetos (visibles o invisibles).
Utilizado en circuitos que requieren alta estabilidad y velocidad.
Utilizado en demodulación
Utilizado en circuitos de conmutación
Utilizado en codificadores
Utilizado en equipos de comunicación óptica

Otro diodo de este tipo es la celda solar. Se denomina celda aunque es un diodo. Entremos en los detalles.

Célula solar

Los diodos dependientes de la luz incluyen la celda solar, que es un diodo de unión PN normal pero tiene su conducción por la ráfaga de fotones que se convierten en el flujo de electrones. Es similar a un fotodiodo, pero tiene otro objetivo: convertir la luz incidente máxima en energía y almacenarla.

La siguiente figura representa el símbolo de una celda solar.

Una célula solar tiene su nombre y símbolo que indican el almacenamiento de energía aunque es un diodo. La característica de extraer más energía y almacenarla se concentra en la célula solar.

Construcción de una celda solar

Se hace que un diodo de unión PN con un material intrínseco en la región de deleción se encapsule en un vidrio. La luz se hace incidir en la máxima superficie posible con un fino cristal en la parte superior para recoger la máxima luz con la mínima resistencia.

La siguiente figura muestra la construcción de una celda solar.

Cuando la luz incide en la célula solar, los fotones de la luz chocan con los electrones de valencia. Los electrones se energizan para dejar los átomos originales. Por lo tanto, se genera un flujo de electrones y esta corriente es directamente proporcional a la intensidad de la luz enfocada en la celda solar. Este fenómeno se denomina comoPhoto-Voltaic effect.

La siguiente figura muestra cómo se ve una célula solar y cómo se hacen juntas varias células solares para formar un panel solar.

Diferencia entre un fotodiodo y una célula solar

El fotodiodo funciona más rápido y se concentra en la conmutación en lugar de proporcionar más potencia en la salida. Tiene un valor de capacitancia bajo debido a esto. También el área de incidencia de la energía lumínica es menor en los fotodiodos, según sus aplicaciones.

Una celda solar se concentra en entregar energía de alto rendimiento y almacenar la energía. Esto tienehigh capacitancevalor. La operación es un poco más lenta que el fotodiodo. Según el propósito de la celda solar, el área de incidencia de la luz es mayor que el fotodiodo.

Aplicaciones de la célula solar

Hay muchas aplicaciones para células solares como:

Science and Technology

Utilizado en paneles solares para satélites
Utilizado en telemetría
Utilizado en sistemas de iluminación remota, etc.

Commercial Use

Utilizado en paneles solares para almacenamiento de electricidad.
Utilizado en fuentes de alimentación portátiles, etc.
Se utiliza en usos domésticos como cocinar y calentar con energía solar.

Electronic

Watches
Calculators
Juguetes electrónicos, etc.

Algunos diodos emiten luz según el voltaje aplicado. Hay dos tipos principales de diodos en esta categoría. Son LED y diodos láser.

LED (diodos emisores de luz)

Este es el diodo más popular utilizado en nuestra vida diaria. Este también es un diodo de unión PN normal, excepto que en su construcción, en lugar de silicio y germanio, se utilizan materiales como arseniuro de galio, arseniuro de galio fosfuro.

La siguiente figura muestra el símbolo de un diodo emisor de luz.

Como un diodo de unión PN normal, este está conectado en condición de polarización directa para que el diodo conduzca. La conducción tiene lugar en un LED cuando los electrones libres en la banda de conducción se combinan con los huecos en la banda de valencia. Este proceso de recombinación emitelight. Este proceso se llama comoElectroluminescence. El color de la luz emitida depende del espacio entre las bandas de energía.

Los materiales utilizados también afectan los colores como, el fosfuro de arseniuro de galio emite rojo o amarillo, el fosfuro de galio emite rojo o verde y el nitrato de galio emite luz azul. Mientras que el arseniuro de galio emite luz infrarroja. Los LED para luz infrarroja no visible se utilizan principalmente en controles remotos.

La siguiente figura muestra cómo se ven los prácticos LED de diferentes colores.

El LED de la figura anterior tiene un lado plano y un lado curvo, el cable del lado plano se hace más corto que el otro, para indicar que el más corto es Cathode o terminal negativo y el otro es Anode o el terminal positivo.

La estructura básica del LED se muestra en la figura siguiente.

Como se muestra en la figura anterior, cuando los electrones saltan a los agujeros, la energía se disipa espontáneamente en forma de luz. El LED es un dispositivo que depende de la corriente. La intensidad de la luz de salida depende de la corriente a través del diodo.

Ventajas del LED

Hay muchas ventajas de los LED como:

Alta eficiencia
Alta velocidad
Alta fiabilidad
Baja disipación de calor
Mayor vida útil
Bajo costo
Fácilmente controlable y programable
Altos niveles de brillo e intensidad.
Requisitos de baja tensión y corriente
Requiere menos cableado
Bajo costo de mantenimiento
Sin radiación UV
Efecto de iluminación instantánea

Aplicaciones de LED

Hay muchas aplicaciones para LED como:

In Displays

Especialmente utilizado para visualización de siete segmentos
Relojes digitales
Hornos de microondas
Señalización de tráfico
Tableros de anuncios en ferrocarriles y lugares públicos
Toys

In Electronic Appliances

Sintonizadores estéreo
Calculators
Fuentes de alimentación DC
Indicadores de encendido / apagado en amplificadores
Indicadores de potencia

Commercial Use

Máquinas legibles por infrarrojos
Lectores de códigos de barras
Pantallas de video de estado sólido

Optical Communications

En aplicaciones de conmutación óptica
Para acoplamiento óptico donde la ayuda manual no está disponible
Transferencia de información a través de FOC
Circuitos de detección de imágenes
Alarmas antirrobo
En técnicas de señalización ferroviaria
Puertas y otros sistemas de control de seguridad.

Así como el LED tiene muchas ventajas y aplicaciones, existe otro diodo importante llamado Diodo láser, que también tiene muchas características avanzadas y alcance futuro. Discutamos sobre el diodo láser.

Diodo láser

El diodo láser es otro diodo popular para su tipo. Este es un diodo óptico que emite luz pero con proceso estimulado. El nombreLASER implica Lbien Asimplificación por Stimulado Emisión de Radiación.

Emision estimulada

Este es un diodo de unión PN cuya acción comienza cuando un rayo de luz incide sobre él. Con un rayo de luz, cuando los fotones inciden sobre un átomo, el átomo se excita y alcanza un nivel superior que se puede denominar comoHigher Energy Level.

El átomo cuando cambia del nivel de energía superior a un Lower Energy Level, libera two photons cuales son similar in characteristics al fotón incidente y están en equal phaselo. Este proceso se llama comoStimulated Emission. Un átomo generalmente puede permanecer en este estado excitado durante10^-8 secs de tiempo.

Entonces, el proceso anterior establece el principio para el diodo láser.

Principio del diodo láser

Siempre que un fotón incide sobre un átomo, ese átomo se excita desde un estado de menor energía a un estado de mayor energía y se liberan dos fotones en este proceso. En realidad, un átomo generalmente puede permanecer en este estado excitado durante10^-8segundos de tiempo. Entonces, para lograr la amplificación, durante este proceso excitado, se hace que el átomo se coloque en otro estado llamadoMeta Stable State que está por debajo del nivel de energía más alto y por encima del nivel de energía más bajo.

Un átomo puede permanecer en este estado metaestable durante 10^-3segundos Mientras el átomo llega al estado inferior a partir de esto, se liberan dos fotones. Si hay más átomos en el estado excitado, antes de que los fotones golpeen los átomos, entonces tenemos elLasing Effect.

En este proceso, tenemos dos términos para entender. Tener más átomos en el estado metaestable que el estado de menor energía o el estado fundamental se denomina comoPopulation inversion. Entonces, la energía que permite que los átomos se envíen desde un estado de menor energía a un estado de mayor energía para lograr la inversión de la población, se denomina comoPumping. Esto esOptical pumping.

Ventajas

Hay muchas ventajas del diodo láser como:

La potencia utilizada por los diodos láser es mucho menor
Mayor velocidad de conmutación ON / OFF
Mas Compacto
Menos costoso
Son más baratos que los generadores láser
Menos posibilidades de provocar descargas eléctricas

Desventajas

Hay algunas desventajas del diodo láser como:

Rayos más divergentes y, por lo tanto, la calidad no es tan buena.
Su vida útil es menor en comparación con los LED.
Propenso a sufrir daños durante fuentes de alimentación inestables

Aplicaciones

Hay muchas aplicaciones de diodos láser como:

Utilizado como láser de bomba y láser de semillas
Utilizado en dispositivos de almacenamiento de datos ópticos
Se utiliza en impresoras láser y máquinas de fax láser.
Utilizado en punteros láser
Utilizado en lectores de códigos de barras
Se utilizan en unidades de DVD y CD.
Utilizado en tecnología HD DVD y BLU RAY
Tiene muchos propósitos industriales, como tratamiento térmico, revestimiento, soldadura de costura, etc.
Tiene muchos usos en la tecnología de la comunicación, como el enlace y la transmisión de datos.

Después de pasar por todos estos, intentemos comprender algunos términos.

Componente

Los componentes son los elementos básicos individuales de la electrónica.
Tienen diferentes propiedades con respecto a su construcción.
Cada componente tiene diferentes aplicaciones.

Ex - Resistencia, condensador, diodo, etc.

Circuito

Un circuito es una red de diferentes componentes.
Los componentes del circuito, en conjunto, sobreviven a un propósito previsto.
Si un circuito tiene que estar activo, debe contener una fuente de alimentación.

Ex - circuitos de clipper y clamper, circuitos amplificadores, circuitos de relé, etc.

Dispositivo

Un dispositivo es un equipo que se compone de diferentes circuitos.
Todos los circuitos del dispositivo lo ayudan a funcionar para cumplir su propósito.
Un dispositivo se puede utilizar para medir señales, generar señales, controlar los resultados o proteger los circuitos, etc.

Ex - CRO, generador de funciones, etc.

Dispositivos de estado sólido

Anteriormente solíamos tener tubos de vacío, que funcionan según el principio termoiónico y están llenos de vacío en el interior. Eran más grandes que los componentes actuales. Estos tubos de vacío fueron reemplazados por dispositivos semiconductores, que también se denominan comoSolid state devices.

Dispositivos activos

Los dispositivos (o precisamente los componentes) que pueden controlar el flujo de corriente se pueden denominar dispositivos activos.

Requieren alguna fuente de alimentación de entrada para entrar en conducción.
El funcionamiento de estos componentes define el comportamiento del circuito.

Ex - Tubos de vacío, diodos, transistores, SCR

Dispositivos pasivos

Los dispositivos (o precisamente los componentes) que no pueden controlar el flujo de corriente se pueden denominar dispositivos pasivos.

No requieren fuente de alimentación de entrada para funcionar.
El funcionamiento de estos componentes altera ligeramente el comportamiento del circuito.

Ex - Resistencia, condensador, inductor, etc.

Dopaje

El proceso de agregar electrones o crear huecos para alterar las características del material semiconductor, ya sea haciéndolo más positivo o haciéndolo más negativo, puede entenderse como Doping.

Las aplicaciones de los diodos incluyen muchos circuitos a partir de circuitos de clipper y clamper, que se discutirán en el tutorial CIRCUITOS ELECTRÓNICOS.

Después de tener un buen conocimiento sobre el funcionamiento del diodo, que es una única unión PN, intentemos conectar dos uniones PN que hacen un nuevo componente llamado Transistor. UNTransistor es un dispositivo semiconductor de tres terminales que regula el flujo de corriente o voltaje y actúa como un interruptor o puerta para señales.

¿Por qué necesitamos transistores?

Suponga que tiene un receptor de FM que captura la señal que desea. Obviamente, la señal recibida será débil debido a las perturbaciones que enfrentaría durante su viaje. Ahora bien, si esta señal se lee como está, no se puede obtener una salida justa. Por tanto, necesitamos amplificar la señal.Amplification significa aumentar la fuerza de la señal.

Este es solo un ejemplo. La amplificación es necesaria donde sea que se deba aumentar la intensidad de la señal. Esto lo hace un transistor. Un transistor también actúa comoswitchpara elegir entre las opciones disponibles. Tambiénregulates el entrante current and voltage de las señales.

Detalles constructivos de un transistor

El transistor es un dispositivo de estado sólido de tres terminales que se forma conectando dos diodos espalda con espalda. Por lo tanto tienetwo PN junctions. Se extraen tres terminales de los tres materiales semiconductores presentes en él. Este tipo de conexión ofrece dos tipos de transistores. SonPNP y NPN lo que significa un material tipo N entre dos tipos P y el otro es un material tipo P entre dos tipos N respectivamente.

La construcción de los transistores se muestra en la siguiente figura que explica la idea discutida anteriormente.

Los tres terminales extraídos del transistor indican terminales Emisor, Base y Colector. Tienen su funcionalidad como se explica a continuación.

Emisor

El lado izquierdo de la estructura mostrada arriba puede entenderse como Emitter.
Esto tiene un moderate size y es heavily doped ya que su función principal es supply un numero de majority carriers, es decir, electrones o huecos.
Como este emite electrones, se llama Emisor.
Esto se indica simplemente con la letra E.

Base

El material intermedio en la figura anterior es el Base.
Esto es thin y lightly doped.
Su función principal es pass la mayoría portadores del emisor al colector.
Esto se indica con la letra B.

Coleccionista

El material del lado derecho en la figura anterior puede entenderse como un Collector.
Su nombre implica su función de collecting the carriers.
Esto es a bit largeren tamaño que el emisor y la base. Esmoderately doped.
Esto se indica con la letra C.

Los símbolos de los transistores PNP y NPN se muestran a continuación.

los arrow-head en las figuras anteriores indica el emitterde un transistor. Como el colector de un transistor tiene que disipar una potencia mucho mayor, se hace grande. Debido a las funciones específicas de emisor y colector, sonnot interchangeable. Por lo tanto, los terminales siempre deben tenerse en cuenta al usar un transistor.

En un transistor práctico, hay una muesca cerca del cable del emisor para su identificación. Los transistores PNP y NPN se pueden diferenciar usando un multímetro. La siguiente figura muestra cómo se ven diferentes transistores prácticos.

Hasta ahora hemos discutido los detalles de construcción de un transistor, pero para comprender el funcionamiento de un transistor, primero debemos conocer la polarización.

Polarización de transistores

Como sabemos que un transistor es una combinación de dos diodos, aquí tenemos dos uniones. Como una unión está entre el emisor y la base, eso se llama comoEmitter-Base junction y del mismo modo, el otro es Collector-Base junction.

Biasingestá controlando el funcionamiento del circuito proporcionando fuente de alimentación. La función de ambas uniones PN se controla proporcionando polarización al circuito a través de algún suministro de CC. La siguiente figura muestra cómo se polariza un transistor.

Al observar la figura anterior, se entiende que

El material tipo N recibe suministro negativo y el material tipo P recibe suministro positivo para hacer que el circuito Forward bias.
El material tipo N recibe suministro positivo y el material tipo P recibe suministro negativo para hacer que el circuito Reverse bias.

Al aplicar el poder, el emitter base junction es siempre forward biasedya que la resistencia del emisor es muy pequeña. loscollector base junction es reverse biasedy su resistencia es un poco mayor. Una pequeña polarización directa es suficiente en la unión del emisor, mientras que una alta polarización inversa debe aplicarse en la unión del colector.

La dirección de la corriente indicada en los circuitos anteriores, también llamada Conventional Current, es el movimiento de la corriente del agujero que es opposite to the electron current.

Operación PNP Transistor

El funcionamiento de un transistor PNP se puede explicar observando la siguiente figura, en la que la unión emisor-base tiene polarización directa y la unión colector-base tiene polarización inversa.

El voltaje V_EEproporciona un potencial positivo en el emisor que repele los orificios en el material tipo P y estos orificios cruzan la unión emisor-base para alcanzar la región de la base. Hay un porcentaje muy bajo de huecos que se recombinan con electrones libres de la región N. Esto proporciona una corriente muy baja que constituye la corriente base.I_B. Los orificios restantes cruzan la unión colector-base, para constituir la corriente del colector.I_C, que es la corriente del agujero.

Cuando un agujero llega al terminal del colector, un electrón del terminal negativo de la batería llena el espacio del colector. Este flujo aumenta lentamente y la corriente minoritaria de electrones fluye a través del emisor, donde cada electrón que ingresa al terminal positivo deV_EE, se reemplaza por un agujero moviéndose hacia la unión del emisor. Esto constituye la corriente del emisorI_E.

Por lo tanto, podemos entender que:

La conducción en un transistor PNP se realiza a través de orificios.
La corriente del colector es ligeramente menor que la corriente del emisor.
El aumento o disminución de la corriente del emisor afecta la corriente del colector.

Operación Transistor NPN

El funcionamiento de un transistor NPN se puede explicar observando la siguiente figura, en la que la unión emisor-base tiene polarización directa y la unión colector-base tiene polarización inversa.

El voltaje V_EEproporciona un potencial negativo en el emisor que repele los electrones en el material tipo N y estos electrones cruzan la unión emisor-base para alcanzar la región de la base. Hay un porcentaje muy bajo de electrones que se recombinan con huecos libres de la región P. Esto proporciona una corriente muy baja que constituye la corriente base.I_B. Los orificios restantes atraviesan la unión colector-base, para constituir la corriente del colector.I_C.

Cuando un electrón sale del terminal colector y entra en el terminal positivo de la batería, un electrón del terminal negativo de la batería V_EEentra en la región emisora. Este flujo aumenta lentamente y la corriente de electrones fluye a través del transistor.

Por lo tanto, podemos entender que:

La conducción en un transistor NPN se realiza a través de electrones.
La corriente del colector es mayor que la corriente del emisor.
El aumento o disminución de la corriente del emisor afecta la corriente del colector.

Ventajas

Hay muchas ventajas de un transistor como:

Ganancia de alto voltaje.
Es suficiente una tensión de alimentación más baja.
Más adecuado para aplicaciones de baja potencia.
Más pequeño y liviano.
Mecánicamente más fuerte que los tubos de vacío.
No se requiere calentamiento externo como tubos de vacío.
Muy adecuado para integrar con resistencias y diodos para producir circuitos integrados.

Hay algunas desventajas, como que no se pueden usar para aplicaciones de alta potencia debido a una menor disipación de energía. Tienen una impedancia de entrada más baja y dependen de la temperatura.

Un transistor tiene 3 terminales, el emisor, la base y el colector. Usando estos 3 terminales, el transistor se puede conectar en un circuito con un terminal común tanto a la entrada como a la salida en 3 configuraciones posibles diferentes.

Los tres tipos de configuraciones son Common Base, Common Emitter y Common Collectorconfiguraciones. En cada configuración, la unión del emisor está polarizada hacia adelante y la unión del colector está polarizada hacia atrás.

Configuración de base común (CB)

El nombre en sí implica que el terminal Base se toma como terminal común tanto para la entrada como para la salida del transistor. La conexión de base común para los transistores NPN y PNP se muestra en la siguiente figura.

En aras de la comprensión, consideremos el transistor NPN en configuración CB. Cuando se aplica el voltaje del emisor, ya que está polarizado hacia adelante, los electrones del terminal negativo repelen los electrones del emisor y la corriente fluye a través del emisor y la base hacia el colector para contribuir con la corriente del colector. El voltaje del colectorV_CB se mantiene constante durante todo esto.

En la configuración CB, la corriente de entrada es la corriente del emisor I_E y la corriente de salida es la corriente del colector I_C.

Current Amplification Factor (α)

La relación de cambio en la corriente del colector ($\Delta I_{C}$) al cambio en la corriente del emisor ($\Delta I_{E}$) cuando el voltaje del colector V_CB se mantiene constante, se llama como Current amplification factor. Se denota por α.

$$\alpha\:=\:\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{E}}\:\:at\:constant\:V_{CB}$$

Expresión de la corriente del colector

Con la idea anterior, intentemos dibujar alguna expresión para corriente de colector. Junto con el flujo de corriente del emisor, hay una cierta cantidad de corriente de base IB que fluye a través del terminal de base debido a la recombinación de huecos de electrones. Como la unión colector-base tiene polarización inversa, hay otra corriente que fluye debido a los portadores de carga minoritarios. Esta es la corriente de fuga que puede entenderse comoI_leakage. Esto se debe a que las compañías de carga son minoritarias y, por lo tanto, muy pequeñas.

La corriente del emisor que llega al terminal del colector es

$$\mathbf{\mathit{\alpha I_{E}}}$$

Corriente total del colector

$$I_{C}\:=\:\alpha I_{E}\:+\:I_{leakage}$$

Si el voltaje de la base del emisor V _EB = 0, incluso entonces, fluye una pequeña corriente de fuga, que puede denominarse I _CBO (corriente de la base del colector con la salida abierta).

Por lo tanto, la corriente del colector se puede expresar como

$$I_{C}\:=\:\alpha I_{E}\:+\:I_{CBO}$$

$$I_{E}\:=\:I_{C}\:+\:I_{B}$$

$$I_{C}\:=\:\alpha(I_{C}\:+\:I_{B})\:+\:I_{CBO}$$

$$I_{C}(1\:-\:\alpha)\:=\:\alpha I_{B}\:+\:I_{CBO}$$

$$I_{C}\:=\:(\frac{\alpha}{1\:-\:\alpha})\: I_{B}\:+\:(\frac{I_{CBO}}{1\:-\:\alpha})$$

$$I_{C}\:=\:(\frac{\alpha}{1\:-\:\alpha})\: I_{B}\:+\:(\frac{1}{1\:-\:\alpha})I_{CBO}$$

Por lo tanto, el derivado anterior es la expresión de corriente de colector. El valor de la corriente del colector depende de la corriente base y la corriente de fuga junto con el factor de amplificación de corriente de ese transistor en uso.

Características de la configuración de CB

Esta configuración proporciona ganancia de voltaje pero no ganancia de corriente.
Siendo V_CBconstante, con un pequeño aumento en el voltaje base del emisor V _EB , corriente del emisorI_E aumenta.
Corriente del emisor I_E es independiente del voltaje del colector V_CB.
Voltaje del colector V_CB puede afectar la corriente del colector I_Csólo a tensiones bajas, cuando V _EB se mantiene constante.
La resistencia de entrada ri es la relación de cambio en el voltaje emisor-base ($\Delta{V_{EB}}$) al cambio en la corriente del emisor ($\Delta{I_{E}}$) a voltaje base de colector constante V_CB.

$$\eta\:=\:\frac{\Delta{V_{EB}}}{\Delta{I_{E}}}\:\:at\:constant\:V_{CB}$$
Como la resistencia de entrada es de un valor muy bajo, un valor pequeño de V _EB es suficiente para producir un gran flujo de corriente del emisor.I_E.
La resistencia de salida r _o es la relación de cambio en el voltaje base del colector ($\Delta{V_{CB}}$) al cambio en la corriente del colector ($\Delta{I_{C}}$) a corriente de emisor constante I_E.

$$r_{o}\:=\:\frac{\Delta{V_{CB}}}{\Delta{I_{C}}}\: at\: constant\:l_{E}$$
Como la resistencia de salida es de un valor muy alto, un gran cambio en V_CB produce un cambio muy pequeño en la corriente del colector I_C.
Esta configuración proporciona una buena estabilidad frente al aumento de temperatura.
La configuración CB se utiliza para aplicaciones de alta frecuencia.

Configuración de emisor común (CE)

El nombre en sí implica que el EmitterEl terminal se toma como terminal común tanto para la entrada como para la salida del transistor. La conexión de emisor común para los transistores NPN y PNP se muestra en la siguiente figura.

Al igual que en la configuración de CB, la unión del emisor está polarizada hacia adelante y la unión del colector está polarizada hacia atrás. El flujo de electrones se controla de la misma manera. La corriente de entrada es la corriente baseI_B y la corriente de salida es la corriente del colector I_C aquí.

Base Current Amplification factor (β)

La relación de cambio en la corriente del colector ($\Delta{I_{C}}$) al cambio en la corriente base ($\Delta{I_{B}}$) que se conoce como Base Current Amplification Factor. Se denota por β

$$\beta\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta{I_{B}}}$$

Relación entre β y α

Intentemos derivar la relación entre el factor de amplificación de la corriente de base y el factor de amplificación de la corriente del emisor.

$$\beta\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta{I_{B}}}$$

$$\alpha\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta{I_{E}}}$$

$$I_{E}\:=\:I_{B}\:+\:I_{C}$$

$$\Delta I_{E}\:=\:\Delta I_{B}\:+\:\Delta I_{C}$$

$$\Delta I_{B}\:=\:\Delta I_{E}\:-\:\Delta I_{C}$$

Podemos escribir

$$\beta\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta I_{E}\:-\:\Delta I_{C}}$$

Dividiendo por $$

$$ \ beta \: = \: \ frac {\ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \: - \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$

$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$

Tenemos

$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$

Por lo tanto,

$$ \ beta \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} $$

De la ecuación anterior, es evidente que, cuando α se acerca a 1, β alcanza el infinito.

Por lo tanto, the current gain in Common Emitter connection is very high. Esta es la razón por la que esta conexión de circuito se usa principalmente en todas las aplicaciones de transistores.

Expresión de corriente de colector

En la configuración del emisor común, I_B es la corriente de entrada y I_C es la corriente de salida.

Sabemos

$$ I_ {E} \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {C} $$

$$ I_ {C} \: = \: \ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO} $$

$$ = \: \ alpha (I_ {B} \: + \: I_ {C}) \: + \: I_ {CBO} $$

$$ I_ {C} (1 \: - \: \ alpha) \: = \: \ alpha I_ {B} \: + \: I_ {CBO} $$

$$ I_ {C} \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} I_ {B} \: + \: \ frac {1} {1- \ alpha} \: I_ {CBO} $ PS

Si el circuito base está abierto, es decir, si I_B = 0,

El colector emisor de corriente con base abierta es I _CEO

$$ I_ {CEO} \: = \: \ frac {1} {1- \ alpha} \: I_ {CBO} $$

Sustituyendo el valor de este en la ecuación anterior, obtenemos

$$ I_ {C} \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} I_ {B} \: + \: I_ {CEO} $$

$$ I_ {C} \: = \: \ beta I_ {B} \: + \: I_ {CEO} $$

Por tanto, se obtiene la ecuación para la corriente de colector.

Voltaje de rodilla

En configuración CE, manteniendo la base actual I_B constante, si V_CE es variado, I_C aumenta casi a 1v de V_CEy se mantiene constante a partir de entonces. Este valor deV_CE hasta que corriente de colector I_C cambia con V_CE se llama el Knee Voltage. Los transistores mientras funcionan en configuración CE, funcionan por encima de este voltaje de rodilla.

Características de la configuración CE

Esta configuración proporciona una buena ganancia de corriente y de voltaje.
Acuerdo V_CE constante, con un pequeño aumento en V_BE la corriente base I_B aumenta rápidamente que en las configuraciones CB.
Por cualquier valor de V_CE por encima del voltaje de la rodilla, I_C es aproximadamente igual a βI_B.
La resistencia de entrada r_i es la relación de cambio en el voltaje del emisor base ($ \ Delta {V_ {BE}}$) to the change in base current ($\ Delta {I_ {B}} $) a voltaje constante del emisor del colector V_CE.

$$ r_ {i} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {BE}}} {\ Delta {I_ {B}}} \: en \: constante \: V_ {CE} $$
Como la resistencia de entrada es de un valor muy bajo, un pequeño valor de V_BE es suficiente para producir un gran flujo de corriente de base I_B.
La resistencia de salida r_o es la relación de cambio en el voltaje del emisor del colector ($ \ Delta {V_ {CE}}$) to the change in collector current ($\ Delta {I_ {C}} $) en constante I_B.

$$ r_ {o} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {CE}}} {\ Delta {I_ {C}}} \: en \: constante \: I_ {B} $$
Como la resistencia de salida del circuito CE es menor que la del circuito CB.
Esta configuración se usa generalmente para métodos de estabilización de polarización y aplicaciones de frecuencia de audio.

Configuración de colector común (CC)

El nombre en sí implica que el CollectorEl terminal se toma como terminal común tanto para la entrada como para la salida del transistor. La conexión de colector común para los transistores NPN y PNP se muestra en la siguiente figura.

Al igual que en las configuraciones CB y CE, la unión del emisor está polarizada hacia adelante y la unión del colector está polarizada hacia atrás. El flujo de electrones se controla de la misma manera. La corriente de entrada es la corriente baseI_B y la corriente de salida es la corriente del emisor I_E aquí.

Current Amplification Factor (γ)

La relación de cambio en la corriente del emisor ($ \ Delta {I_ {E}}$) to the change in base current ($\ Delta {I_ {B}} $) se conoce como Current Amplification factoren configuración de colector común (CC). Se denota porγ.

$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {B}}} $$

La ganancia actual en la configuración CC es la misma que en la configuración CE.
La ganancia de voltaje en la configuración CC es siempre menor que 1.

Relación entre γ y α

Intentemos trazar alguna relación entre γ y α

$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {B}}} $$

$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {C}}} {\ Delta {I_ {E}}} $$

$$ I_ {E} \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {C} $$

$$ \ Delta I_ {E} \: = \: \ Delta I_ {B} \: + \: \ Delta I_ {C} $$

$$ \ Delta I_ {B} \: = \: \ Delta I_ {E} \: - \: \ Delta I_ {C} $$

Sustituyendo el valor de I _B , obtenemos

$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {E}} \: - \: \ Delta I_ {C}} $$

Dividiendo por $ \ Delta I_ {E} $

$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \: - \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$

$$ \ frac {1} {1 \: - \: \ alpha} $$

$$ \ gamma \: = \: \ frac {1} {1 \: - \: \ alpha} $$

Expresión de corriente de colector

Sabemos

$$ I_ {C} \: = \: \ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO} $$

$$ I_ {E} \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {C} \: = \: I_ {B} \: + \: (\ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO}) $$

$$ I_ {E} (1 \: - \: \ alpha) \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {CBO} $$

$$ I_ {E} \: = \: \ frac {I_ {B}} {1 \: - \: \ alpha} \: + \: \ frac {I_ {CBO}} {1 \: - \: \ alpha} $$

$$ I_ {C} \: \ cong \: I_ {E} \: = \: (\ beta \: + \: 1) I_ {B} \: + \: (\ beta \: + \: 1) I_ {CBO} $$

Lo anterior es la expresión de corriente de colector.

Características de la configuración CC

Esta configuración proporciona ganancia de corriente pero no ganancia de voltaje.
En la configuración CC, la resistencia de entrada es alta y la resistencia de salida es baja.
La ganancia de voltaje proporcionada por este circuito es menor que 1.
La suma de la corriente del colector y la corriente base es igual a la corriente del emisor.
Las señales de entrada y salida están en fase.
Esta configuración funciona como una salida de amplificador no inversora.
Este circuito se utiliza principalmente para igualar impedancias. Eso significa, para impulsar una carga de baja impedancia desde una fuente de alta impedancia.

La alimentación de CC se proporciona para el funcionamiento de un transistor. Este suministro de CC se proporciona a las dos uniones PN de un transistor que influye en las acciones de los portadores mayoritarios en estas uniones de emisor y colector.

Las uniones están sesgadas hacia adelante y hacia atrás según nuestro requisito. Forward biased es la condición en la que se aplica un voltaje positivo al material de tipo py se aplica un voltaje negativo al material de tipo n. Reverse biased es la condición en la que se aplica un voltaje positivo al material de tipo ny se aplica un voltaje negativo al material de tipo p.

Polarización de transistores

El suministro de voltaje de CC externo adecuado se denomina biasing. Se realiza polarización directa o inversa a las uniones de emisor y colector del transistor. Estos métodos de polarización hacen que el circuito de transistores funcione en cuatro tipos de regiones, comoActive region, Saturation region, Cutoff region y Inverse active region(rara vez se usa). Esto se entiende echando un vistazo a la siguiente tabla.

UNIÓN DEL EMISOR	UNIÓN DEL COLECTOR	REGIÓN DE OPERACIÓN
Adelante sesgado	Adelante sesgado	Región de saturación
Adelante sesgado	Polarización inversa	Región activa
Polarización inversa	Adelante sesgado	Región activa inversa
Polarización inversa	Polarización inversa	Región de corte

Entre estas regiones, la región activa inversa, que es solo la inversa de la región activa, no es adecuada para ninguna aplicación y, por lo tanto, no se usa.

Región activa

Esta es la región en la que los transistores tienen muchas aplicaciones. Esto también se llamalinear region. Un transistor mientras está en esta región, actúa mejor como unAmplifier.

Esta región se encuentra entre la saturación y el corte. El transistor opera en la región activa cuando la unión del emisor está polarizada hacia adelante y la unión del colector está polarizada hacia atrás. En el estado activo, la corriente del colector es β veces la corriente base, es decir,

$$ I_ {C} \: = \: \ beta I_ {B} $$

Dónde,

$ I_ {C} $ = colector actual

$ \ beta $ = factor de amplificación actual

$ I_ {B} $ = corriente base

Región de saturación

Esta es la región en la que el transistor tiende a comportarse como un interruptor cerrado. El transistor tiene el efecto de que su colector y emisor estén en corto. Las corrientes del colector y del emisor son máximas en este modo de funcionamiento.

La siguiente figura muestra un transistor que trabaja en la región de saturación.

El transistor opera en la región de saturación cuando tanto las uniones del emisor como del colector están polarizadas hacia adelante. Como se entiende que, en la región de saturación el transistor tiende a comportarse como un interruptor cerrado, podemos decir que,

$$ I_ {C} \: = \: I_ {E} $$

Donde $ I_ {C}$ = collector current and $I_ {E} $ = corriente del emisor.

Región de corte

Esta es la región en la que el transistor tiende a comportarse como un interruptor abierto. El transistor tiene el efecto de abrir su colector y su base. Las corrientes de colector, emisor y base son todas cero en este modo de operación.

La siguiente figura muestra un transistor funcionando en la región de corte.

El transistor opera en la región de corte cuando las uniones del emisor y del colector tienen polarización inversa. Como en la región de corte, la corriente del colector, la corriente del emisor y las corrientes base son nulas, podemos escribir como

$$ I_ {C} \: = \: I_ {E} \: = \: I_ {B} \: = \: 0 $$

Donde $ I_ {C}$ = collector current, $ES DECIR}$ = emitter current, and $I_ {B} $ = corriente base.

Hasta ahora hemos discutido las diferentes regiones de operación de un transistor. Pero entre todas estas regiones, hemos descubierto que el transistor funciona bien en la región activa y, por lo tanto, también se denomina comolinear region. Las salidas del transistor son la corriente del colector y los voltajes del colector.

Características de salida

Cuando se consideran las características de salida de un transistor, la curva se ve a continuación para diferentes valores de entrada.

En la figura anterior, las características de salida se dibujan entre la corriente del colector I_C y voltaje del colector V_CE para diferentes valores de corriente base I_B. Estos se consideran aquí para diferentes valores de entrada para obtener diferentes curvas de salida.

Punto de operación

Cuando se considera un valor para la máxima corriente de colector posible, ese punto estará presente en el eje Y, que no es más que el saturation point. Además, cuando se considera un valor para el voltaje máximo posible del emisor del colector, ese punto estará presente en el eje X, que es elcutoff point.

Cuando se dibuja una línea que une estos dos puntos, dicha línea se puede llamar como Load line. Esto se llama así porque simboliza la salida en la carga. Esta línea, cuando se dibuja sobre la curva característica de salida, hace contacto en un punto llamadoOperating point.

Este punto de operación también se denomina quiescent point o simplemente Q-point. Puede haber muchos de estos puntos de intersección, pero el punto Q se selecciona de tal manera que, independientemente de la oscilación de la señal de CA, el transistor permanece en la región activa. Esto se puede entender mejor a través de la siguiente figura.

Se debe trazar la línea de carga para obtener el punto Q. Un transistor actúa como un buen amplificador cuando está en la región activa y cuando se hace funcionar en el punto Q, se logra una amplificación fiel.

Faithful amplificationes el proceso de obtener porciones completas de la señal de entrada aumentando la intensidad de la señal. Esto se hace cuando se aplica una señal de CA en su entrada. Esto se discute en el tutorial AMPLIFIERS.

Línea de carga DC

Cuando al transistor se le da la polarización y no se aplica ninguna señal en su entrada, la línea de carga dibujada en tal condición, se puede entender como DCcondición. Aquí no habrá amplificación ya que la señal está ausente. El circuito será como se muestra a continuación.

El valor del voltaje del emisor del colector en un momento dado será

$$ V_ {CE} \: = \: V_ {CC} \: - \: I_ {C} R_ {C} $$

Como V _CC y R _C son valores fijos, el anterior es una ecuación de primer grado y, por lo tanto, será una línea recta en las características de salida. Esta línea se llamaD.C. Load line. La siguiente figura muestra la línea de carga de CC.

Para obtener la línea de carga, se deben determinar los dos puntos finales de la línea recta. Deje que esos dos puntos sean A y B.

Para obtener A

Cuando colector emisor voltaje V _CE = 0, la corriente de colector es máxima y es igual a V _CC / R _C . Esto da el valor máximo de V _CE . Esto se muestra como

$$ V_ {CE} \: = \: V_ {CC} \: - \: I_ {C} R_ {C} $$

$$ 0 \: = \: V_ {CC} \: - \: I_ {C} R_ {C} $$

$$ I_ {C} \: = \: \ frac {V_ {CC}} {R_ {C}} $$

Esto da el punto A (OA = V _CC / R _C ) en el eje de corriente del colector, que se muestra en la figura anterior.

Para obtener B

Cuando la corriente del colector IC = 0, entonces el voltaje del emisor del colector es máximo y será igual al VCC. Esto da el valor máximo de IC. Esto se muestra como

$$ V_ {CE} \: = \: V_ {CC} \: - \: I_ {C} R_ {C} $$

$$ = \: V_ {CC} $$

(Como I _C = 0)

Esto da el punto B, lo que significa (OB = V _CC ) en el eje de voltaje del emisor del colector que se muestra en la figura anterior.

Por lo tanto, determinamos tanto el punto de saturación como el de corte y aprendimos que la línea de carga es una línea recta. Por tanto, se puede trazar una línea de carga de CC.

La importancia de este punto de funcionamiento se comprende mejor cuando se da una señal de CA en la entrada. Esto se discutirá en el tutorial AMPLIFICADORES.

Se utilizan muchos tipos de transistores. Cada transistor está especializado en su aplicación. La clasificación principal es la siguiente.

El transistor principal es el BJT y FET es la versión moderna del transistor. Echemos un vistazo a los BJT.

Transistor de unión bipolar

Un transistor de unión bipolar, brevemente denominado como BJTSe llama así porque tiene dos uniones PN para su función. Este BJT no es más que un transistor normal. Tiene dos tipos de configuracionesNPN y PNP. Por lo general, se prefiere el transistor NPN por conveniencia. La siguiente imagen muestra cómo se ve un práctico BJT.

Los tipos de BJT son transistores NPN y PNP. El transistor NPN se fabrica colocando un material de tipo p entre dos materiales de tipo n. El transistor PNP se fabrica colocando un material de tipo n entre dos materiales de tipo p.

BJT es un dispositivo controlado por corriente. Un transistor normal que habíamos discutido en los capítulos anteriores pertenece a esta categoría. La funcionalidad, las configuraciones y las aplicaciones son todas iguales.

Transistor de efecto de campo

Un FET es un dispositivo semiconductor unipolar de tres terminales. Es unvoltage controlled devicea diferencia de un transistor de unión bipolar. La principal ventaja de FET es que tiene una impedancia de entrada muy alta, que es del orden de Mega Ohms. Tiene muchas ventajas como bajo consumo de energía, baja disipación de calor y los FET son dispositivos altamente eficientes. La siguiente imagen muestra cómo se ve un FET práctico.

El FET es un unipolar device, lo que significa que se fabrica utilizando material tipo p o tipo n como sustrato principal. Por lo tanto, la conducción de corriente de un FET se realiza mediante electrones o huecos.

Características de FET

Las siguientes son las características variadas de un transistor de efecto de campo.

Unipolar - Es unipolar ya que los huecos o los electrones son los responsables de la conducción.
High input impedance- La corriente de entrada en un FET fluye debido a la polarización inversa. Por tanto, tiene una alta impedancia de entrada.
Voltage controlled device - Como el voltaje de salida de un FET está controlado por el voltaje de entrada de la puerta, el FET se denomina dispositivo controlado por voltaje.
Noise is low- No hay uniones presentes en la ruta de conducción. Por tanto, el ruido es menor que en los BJT.
Gain is characterized as transconductance. La transconductancia es la relación entre el cambio en la corriente de salida y el cambio en el voltaje de entrada.
The output impedance of a FET is low.

Ventajas de FET

Para preferir un FET sobre BJT, debería haber pocas ventajas de usar FET, en lugar de BJT. Intentemos resumir las ventajas de FET sobre BJT.

JFET	BJT
Es un dispositivo unipolar	Es un dispositivo bipolar
Dispositivo impulsado por voltaje	Dispositivo impulsado por corriente
Impedancia de entrada alta	Impedancia de entrada baja
Bajo nivel de ruido	Alto nivel de ruido
Mejor estabilidad térmica	Menos estabilidad térmica
La ganancia se caracteriza por la transconductancia.	La ganancia se caracteriza por la ganancia de voltaje.

Aplicaciones de FET

FET se utiliza en circuitos para reducir el efecto de carga.
Los FET se utilizan en muchos circuitos, como amplificadores de búfer, osciladores de cambio de fase y voltímetros.

Terminales FET

Aunque FET es un dispositivo de tres terminales, no son lo mismo que los terminales BJT. Los tres terminales de FET son Gate, Source y Drain. losSource terminal en FET es análogo al Emisor en BJT, mientras que Gate es análogo a Base y Drain al coleccionista.

Los símbolos de un FET para los tipos NPN y PNP se muestran a continuación

Fuente

El terminal de origen en un transistor de efecto de campo es aquel a través del cual las portadoras ingresan al canal.
Esto es análogo al terminal emisor en un transistor de unión bipolar.
El terminal de origen se puede designar como S.
La corriente que ingresa al canal en el terminal de origen se indica como IS.

portón

El terminal Gate en un transistor de efecto de campo juega un papel clave en la función de FET al controlar la corriente a través del canal.
Al aplicar un voltaje externo en el terminal Gate, se puede controlar la corriente que lo atraviesa.
Gate es una combinación de dos terminales conectados internamente que están fuertemente dopados.
Se dice que la conductividad del canal es modulada por el terminal Gate.
Esto es análogo al terminal base en un transistor de unión bipolar.
El terminal Gate se puede designar como G.
La corriente que ingresa al canal en el terminal Gate se indica como IG.

Desagüe

El terminal de drenaje en un transistor de efecto de campo es aquel a través del cual las portadoras abandonan el canal.
Esto es análogo al terminal de colector en un transistor de unión bipolar.
El voltaje de drenaje a fuente se designa como VDS.
El terminal de drenaje se puede designar como D.
La corriente que sale del canal en el terminal de drenaje está indicado como _D .

Tipos de FET

Hay dos tipos principales de FETS. Son JFET y MOSFET. La siguiente figura ofrece una clasificación más detallada de los FET.

En los capítulos siguientes, tendremos una discusión detallada sobre JFET y MOSFET.

El JFET se abrevia como Junction Field Effect Transistor. JFET es como un FET normal. Los tipos de JFET son FET de canal n y FET de canal P. Se agrega un material de tipo p al sustrato de tipo n en FET de canal n, mientras que se agrega un material de tipo n al sustrato de tipo p en FET de canal p. Por lo tanto, es suficiente discutir un tipo de FET para comprender ambos.

FET de canal N

El FET de canal N es el transistor de efecto de campo más utilizado. Para la fabricación de Nchannel FET, se toma una barra estrecha de semiconductor tipo N en la que se forma material tipo P por difusión en los lados opuestos. Estos dos lados están unidos para dibujar una sola conexión para el terminal de la puerta. Esto se puede entender en la siguiente figura.

Estas dos deposiciones de puerta (materiales tipo p) forman dos diodos PN. El área entre puertas se llamachannel. La mayoría de los portadores pasan por este canal. Por lo tanto, la forma de la sección transversal del FET se entiende como la siguiente figura.

Los contactos óhmicos se realizan en los dos extremos de la barra semiconductora de tipo n, que forman la fuente y el drenaje. La fuente y los terminales de drenaje pueden intercambiarse.

Operación de FET de canal N

Antes de entrar en la operación del FET, se debe comprender cómo se forman las capas de agotamiento. Para esto, supongamos que el voltaje en el terminal de la puerta diceV_GG tiene polarización inversa mientras que el voltaje en el terminal de drenaje dice V_DDno se aplica. Sea este el caso 1.

En case 1, Cuando V_GG tiene polarización inversa y V_DDno se aplica, las regiones de agotamiento entre las capas P y N tienden a expandirse. Esto sucede cuando el voltaje negativo aplicado atrae los orificios de la capa tipo p hacia el terminal de la puerta.
En case 2, Cuando V_DD se aplica (terminal positivo al drenaje y terminal negativo a la fuente) y V_GG no se aplica, los electrones fluyen de la fuente al drenaje, lo que constituye la corriente de drenaje I_D.

Consideremos ahora la siguiente figura para entender qué sucede cuando se dan ambos suministros.

El suministro en el terminal de la puerta hace que la capa de agotamiento crezca y el voltaje en el terminal de drenaje permite que la corriente de drenaje de la fuente al terminal de drenaje. Suponga que el punto en el terminal de la fuente es B y el punto en el terminal de drenaje es A, entonces la resistencia del canal será tal que la caída de voltaje en el terminal A sea mayor que la caída de voltaje en el terminal B. Lo que significa,

V_A>V_B

Por lo tanto, la caída de voltaje es progresiva a lo largo del canal. Por lo tanto, el efecto de polarización inversa es más fuerte en el terminal de drenaje que en el terminal de fuente. Es por esto que la capa de agotamiento tiende a penetrar más en el canal en el punto A que en el punto B, cuando ambosV_GG y V_DDse aplican. La siguiente figura explica esto.

Ahora que hemos entendido el comportamiento de FET, veamos el funcionamiento real de FET.

Modo de funcionamiento de agotamiento

Como el ancho de la capa de agotamiento juega un papel importante en la operación de FET, el nombre de modo de operación de agotamiento implica. Tenemos otro modo llamado modo de operación de mejora, que se discutirá en el funcionamiento de los MOSFET. PeroJFETs have only depletion mode de operación.

Consideremos que no hay potencial aplicado entre la puerta y los terminales fuente y un potencial V_DDse aplica entre el drenaje y la fuente. Ahora, una corrienteI_Dfluye desde el drenaje a la terminal de la fuente, en su máximo a medida que el ancho del canal es mayor. Deje que el voltaje aplicado entre la puerta y el terminal de la fuenteV_GGtiene polarización inversa. Esto aumenta el ancho de agotamiento, como se discutió anteriormente. A medida que las capas crecen, la sección transversal del canal disminuye y, por lo tanto, la corriente de drenajeI_D también disminuye.

Cuando esta corriente de drenaje aumenta aún más, ocurre una etapa en la que ambas capas de agotamiento se tocan entre sí y evitan que la corriente I_Dfluir. Esto se muestra claramente en la siguiente figura.

El voltaje al que estas dos capas de agotamiento literalmente "tocan" se llama "Pinch off voltage”. Está indicado como VP. La corriente de drenaje es literalmente nula en este punto. Por lo tanto, la corriente de drenaje es una función del voltaje de polarización inversa en la puerta.

Dado que el voltaje de la puerta controla la corriente de drenaje, FET se denomina como voltage controlled device. Esto se comprende más claramente a partir de la curva de características del drenaje.

Características de drenaje de JFET

Intentemos resumir la función de FET a través de la cual podemos obtener la curva característica de drenaje de FET. A continuación se detalla el circuito de FET para obtener estas características.

Cuando el voltaje entre la puerta y la fuente V_GS es cero, o están en cortocircuito, la corriente I_D de la fuente al desagüe también es nulo ya que no hay V_DSaplicado. Como el voltaje entre el drenaje y la fuenteV_DS aumenta, el flujo de corriente I_Dde la fuente al drenaje aumenta. Este aumento de corriente es lineal hasta cierto punto.A, conocido como Knee Voltage.

Los terminales de la puerta estarán en condición de polarización inversa y como I_Daumenta, las regiones de agotamiento tienden a contraerse. Esta constricción es desigual en longitud, lo que hace que estas regiones se acerquen más en el drenaje y más en el drenaje, lo que conducepinch offvoltaje. El voltaje de pellizco se define como el drenaje mínimo al voltaje de fuente donde la corriente de drenaje se acerca a un valor constante (valor de saturación). El punto en el que se produce esta tensión de pellizco se denominaPinch off point, denotado como B.

Como V_DS aumenta aún más, la resistencia del canal también aumenta de tal manera que I_Dprácticamente permanece constante. La regiónBC que se conoce como saturation regiono región amplificadora. Todo esto junto con los puntos A, B y C se representan en el siguiente gráfico.

Las características del drenaje se representan para la corriente de drenaje. I_D contra el voltaje de la fuente de drenaje V_DSpara diferentes valores de voltaje de fuente de puerta VGS. Las características generales de drenaje para estos diversos voltajes de entrada se indican a continuación.

Como el voltaje de puerta negativo controla la corriente de drenaje, FET se denomina dispositivo controlado por voltaje. Las características de drenaje indican el desempeño de un FET. Las características de drenaje trazadas anteriormente se utilizan para obtener los valores de resistencia de drenaje, transconductancia y factor de amplificación.

Los FET tienen algunas desventajas, como una alta resistencia al drenaje, una impedancia de entrada moderada y un funcionamiento más lento. Para superar estas desventajas, se inventa el MOSFET, que es un FET avanzado.

MOSFET significa Transistor de efecto de campo de silicio de óxido metálico o Transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico. Esto también se llama IGFET, que significa transistor de efecto de campo de puerta aislada. El FET funciona tanto en modo de mejora como de agotamiento. La siguiente figura muestra cómo se ve un MOSFET práctico.

Construcción de un MOSFET

La construcción de un MOSFET es un poco similar al FET. Se deposita una capa de óxido sobre el sustrato al que está conectado el terminal de puerta. Esta capa de óxido actúa como un aislante (sio ₂ aísla del sustrato) y, por lo tanto, el MOSFET tiene otro nombre como IGFET. En la construcción de MOSFET, un sustrato ligeramente dopado se difunde con una región muy dopada. Dependiendo del sustrato utilizado, se denominan comoP-type y N-type MOSFET.

La siguiente figura muestra la construcción de un MOSFET.

El voltaje en la puerta controla el funcionamiento del MOSFET. En este caso, se pueden aplicar voltajes tanto positivos como negativos en la puerta ya que está aislada del canal. Con voltaje de polarización de puerta negativa, actúa comodepletion MOSFET mientras que con voltaje de polarización de puerta positivo actúa como un Enhancement MOSFET.

Clasificación de MOSFET

Dependiendo del tipo de materiales utilizados en la construcción y el tipo de operación, los MOSFET se clasifican como en la siguiente figura.

Después de la clasificación, repasemos los símbolos de MOSFET.

los N-channel MOSFETs simplemente se llaman como NMOS. Los símbolos para MOSFET de canal N son los que se indican a continuación.

los P-channel MOSFETs simplemente se llaman como PMOS. Los símbolos del MOSFET de canal P son los que se indican a continuación.

Ahora, veamos los detalles de construcción de un MOSFET de canal N. Por lo general, se considera un MOSFET NChannel para la explicación, ya que este se usa principalmente. Además, no es necesario mencionar que el estudio de un tipo también explica el otro.

Construcción de MOSFET de canal N

Consideremos un MOSFET de canal N para comprender su funcionamiento. Se toma un sustrato de tipo P ligeramente dopado en el que se difunden dos regiones de tipo N muy dopadas, que actúan como fuente y drenaje. Entre estas dos regiones N +, se produce la difusión para formar un canal N, que conecta el drenaje y la fuente.

Una fina capa de Silicon dioxide (SiO₂)crece en toda la superficie y se hacen agujeros para dibujar contactos óhmicos para terminales de drenaje y fuente. Una capa conductora dealuminum se coloca sobre todo el canal, sobre este SiO₂capa desde la fuente hasta el desagüe que constituye la puerta. losSiO₂ substrate está conectado a los terminales comunes o de tierra.

Debido a su construcción, el MOSFET tiene un área de chip muy menor que el BJT, que es el 5% de la ocupación en comparación con el transistor de unión bipolar. Este dispositivo se puede operar en modos. Son modos de agotamiento y mejora. Intentemos entrar en detalles.

Funcionamiento del MOSFET de canal N (modo de agotamiento)

Por ahora, tenemos la idea de que no hay una unión PN presente entre la puerta y el canal en esto, a diferencia de un FET. También podemos observar que, el canal difuso N (entre dos regiones N +), elinsulating dielectric SiO₂ y la capa de metal de aluminio de la puerta juntos forman un parallel plate capacitor.

Si el NMOS debe funcionar en modo de agotamiento, el terminal de la puerta debe estar en potencial negativo mientras que el drenaje está en potencial positivo, como se muestra en la siguiente figura.

Cuando no se aplica voltaje entre la puerta y la fuente, algo de corriente fluye debido al voltaje entre el drenaje y la fuente. Deje que se aplique un voltaje negativo enV_GG. Entonces, los portadores minoritarios, es decir, los huecos, se sienten atraídos y se establecen cercaSiO₂capa. Pero la mayoría de los portadores, es decir, los electrones, son repelidos.

Con cierta cantidad de potencial negativo en V_GG una cierta cantidad de corriente de drenaje I_Dfluye a través de la fuente para drenar. Cuando este potencial negativo aumenta aún más, los electrones se agotan y la corrienteI_Ddisminuye. Por tanto, cuanto más negativo sea elV_GG, menor es el valor de la corriente de drenaje I_D estarán.

El canal más cercano al drenaje se agota más que en la fuente (como en FET) y el flujo de corriente disminuye debido a este efecto. Por lo tanto, se llama MOSFET en modo de agotamiento.

Funcionamiento del MOSFET de canal N (modo de mejora)

El mismo MOSFET se puede trabajar en modo de mejora, si podemos cambiar las polaridades del voltaje V_GG. Entonces, consideremos el MOSFET con voltaje de fuente de puertaV_GG siendo positivo como se muestra en la siguiente figura.

Cuando no se aplica voltaje entre la puerta y la fuente, algo de corriente fluye debido al voltaje entre el drenaje y la fuente. Deje que se aplique un voltaje positivo enV_GG. Luego, los portadores minoritarios, es decir, los huecos, son repelidos y los portadores mayoritarios, es decir, los electrones se atraen hacia elSiO₂ capa.

Con cierta cantidad de potencial positivo en V_GG una cierta cantidad de corriente de drenaje I_Dfluye a través de la fuente para drenar. Cuando este potencial positivo aumenta aún más, la corrienteI_D aumenta debido al flujo de electrones de la fuente y estos se empujan más debido al voltaje aplicado en V_GG. Por tanto, cuanto más positivo sea elV_GG, cuanto mayor sea el valor de la corriente de drenaje I_Destarán. El flujo de corriente se mejora debido al aumento del flujo de electrones mejor que en el modo de agotamiento. Por lo tanto, este modo se denomina comoEnhanced Mode MOSFET.

P - MOSFET de canal

La construcción y el funcionamiento de un PMOS son los mismos que los de NMOS. Un poco dopadon-substrate se toma en el que dos fuertemente dopados P+ regionsse difunden. Estas dos regiones P + actúan como fuente y drenaje. Una fina capa deSiO₂se cultiva sobre la superficie. Se cortan agujeros a través de esta capa para hacer contactos con las regiones P +, como se muestra en la siguiente figura.

Trabajo de PMOS

Cuando el terminal de la puerta recibe un potencial negativo en V_GG que el voltaje de la fuente de drenaje V_DD, luego, debido a las regiones P + presentes, la corriente del agujero aumenta a través del canal P difuso y el PMOS funciona en Enhancement Mode.

Cuando el terminal de la puerta recibe un potencial positivo en V_GG que el voltaje de la fuente de drenaje V_DD, luego, debido a la repulsión, se produce el agotamiento debido a que se reduce el flujo de corriente. Por lo tanto, PMOS funciona enDepletion Mode. Aunque la construcción es diferente, el funcionamiento es similar en ambos tipos de MOSFET. Por lo tanto, con el cambio en la polaridad del voltaje, ambos tipos se pueden usar en ambos modos.

Esto se puede entender mejor si se tiene una idea de la curva de características del drenaje.

Características de drenaje

Las características de drenaje de un MOSFET se dibujan entre la corriente de drenaje I_D y el voltaje de la fuente de drenaje V_DS. La curva característica es como se muestra a continuación para diferentes valores de entradas.

En realidad cuando V_DS aumenta, la corriente de drenaje I_D debería aumentar, pero debido a la aplicada V_GS, la corriente de drenaje se controla a cierto nivel. Por lo tanto, la corriente de puerta controla la corriente de drenaje de salida.

Características de transferencia

Las características de transferencia definen el cambio en el valor de V_DS con el cambio en I_D y V_GStanto en el modo de mejora como en el de agotamiento. La siguiente curva característica de transferencia se dibuja para la corriente de drenaje frente al voltaje de puerta a fuente.

Comparación entre BJT, FET y MOSFET

Ahora que hemos discutido los tres anteriores, intentemos comparar algunas de sus propiedades.

CONDICIONES	BJT	FET	MOSFET
Tipo de dispositivo	Controlado por corriente	Controlado por voltaje	Controlado por voltaje
Flujo de corriente	Bipolar	Unipolar	Unipolar
Terminales	No intercambiable	Intercambiable	Intercambiable
Modos operacionales	Sin modos	Solo modo de agotamiento	Modos de mejora y agotamiento
Impedancia de entrada	Bajo	Alto	Muy alto
Resistencia de salida	Moderar	Moderar	Bajo
Velocidad operativa	Bajo	Moderar	Alto
ruido	Alto	Bajo	Bajo
Estabilidad térmica	Bajo	Mejor	Alto

Hasta ahora, hemos discutido varios componentes electrónicos y sus tipos junto con su construcción y funcionamiento. Todos estos componentes tienen varios usos en el campo de la electrónica. Para tener un conocimiento práctico sobre cómo se utilizan estos componentes en circuitos prácticos, consulte el tutorial CIRCUITOS ELECTRÓNICOS.