Componentes electrónicos, análogos y digitales: Características y clasificación

 COMPONENTES ELECTRÓNICOS ANÁLOGOS Y DIGITALES: CARACTERÍSTICAS Y CLASIFICACIÓN.

TIPOS DE RECISTENCIAS

Resistencias de carbón prensado.- Estas fueron también de las primeras en fabricarse en los albores de la electrónica. Están constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual se prensa hasta formar un tubo como el de la figura.

Las patas de conexión se implementaban con hilo enrollado en los extremos del tubo de grafito, y posteriormente se mejoró el sistema mediante un tubo hueco cerámico (figura inferior) en el que se prensaba el grafito en el interior y finalmente se disponían unas bornas a presión con patillas de conexión.

Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen unas tolerancias de fabricación muy elevadas, en el mejor de los casos se consigue un 10% de tolerancia, incluso su valor óhmico puede variar por el mero hecho de la soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas al componente. Además tienen ruido térmico también elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido es un factor crítico, tales como amplificadores de micrófono, fono o donde exista mucha ganancia. Estas resistencias son también muy sensibles al paso del tiempo, y variarán ostensiblemente su valor con el transcurso del mismo.

Resistencias de película de carbón.- Este tipo es muy habitual hoy día, y es utilizado para valores de hasta 2 watios. Se utiliza un tubo cerámico como sustrato sobre el que se deposita una película de carbón tal como se aprecia en la figura.

Para obtener una resistencia más elevada se practica una hendidura hasta el sustrato en forma de espiral, tal como muestra (b) con lo que se logra aumentar la longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la longitud del elemento resistivo.

Las conexiones externas se hacen mediante crimpado de cazoletas metálicas a las que se une hilos de cobre bañados en estaño para facilitar la soldadura. Al conjunto completo se le baña de laca ignífuga y aislante o incluso vitrificada para mejorar el aislamiento eléctrico. Se consiguen así resistencias con una tolerancia del 5% o mejores, además tienen un ruido térmico inferior a las de carbón prensado, ofreciendo también mayor estabilidad térmica y temporal que éstas.

Resistencias de película de óxido metálico.- Son muy similares a las de película de carbón en cuanto a su modo de fabricación, pero son más parecidas, eléctricamente hablando a las de película metálica. Se hacen igual que las de película de carbón, pero sustituyendo el carbón por una fina capa de óxido metálico (estaño o latón). Estas resistencias son más caras que las de película metálica, y no son muy habituales. Se utilizan en aplicaciones militares (muy exigentes) o donde se requiera gran fiabilidad, porque la capa de óxido es muy resistente a daños mecánicos y a la corrosión en ambientes húmedos.

Resistencias de película metálica.- Este tipo de resistencia es el que mayoritariamente se fabrica hoy día, con unas características de ruido y estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores. Tienen un coeficiente de temperatura muy pequeño, del orden de 50 ppm/°C (partes por millón y grado Centígrado). También soportan mejor el paso del tiempo, permaneciendo su valor en ohmios durante un mayor período de tiempo. Se fabrican este tipo de resistencias de hasta 2 watios de potencia, y con tolerancias del 1% como tipo estándar.

Resistencias de hilo bobinado.- Fueron de los primeros tipos en fabricarse, y aún se utilizan cuando se requieren potencias algo elevadas de disipación. Están constituidas por un hilo conductor bobinado en forma de hélice o espiral (a modo de rosca de tornillo) sobre un sustrato cerámico.

Resistencias dependientes de la temperatura.- Aunque todas las resistencias, en mayor o menor grado, dependen de la temperatura, existen unos dispositivos específicos que se fabrican expresamente para ello, de modo que su valor en ohmios dependa "fuertemente" de la temperatura. Se les denomina termistores y como cabía esperar, poseen unos coeficientes de temperatura muy elevados, ya sean positivos o negativos. Coeficientes negativos implican que la resistencia del elemento disminuye según sube la temperatura, y coeficientes positivos al contrario, aumentan su resistencia con el aumento de la temperatura. El silicio, un material semiconductor, posee un coeficiente de temperatura negativo. A mayor temperatura, menor resistencia. Esto ocasiona problemas, como el conocido efecto de "avalancha térmica" que sufren algunos dispositivos semiconductores cuando se eleva su temperatura lo suficiente, y que puede destruir el componente al aumentar su corriente hasta sobrepasar la corriente máxima que puede soportar.

A los dispositivos con coeficiente de temperatura negativo se les denomina NTC (negative temperature coefficient).
A los dispositivos con coeficiente de temperatura positivo se les denomina PTC (positive temperature coefficient).
Una aplicación típica de un NTC es la protección de los filamentos de válvula, que son muy sensibles al "golpe" de encendido o turn-on. Conectando un NTC en serie protege del golpe de encendido, puesto que cuando el NTC está a temperatura ambiente (frío, mayor resistencia) limita la corriente máxima y va aumentando la misma según aumenta la temperatura del NTC, que a su vez disminuye su resistencia hasta la resistencia de régimen a la que haya sido diseñado. Hay que elegir correctamente la corriente del dispositivo y la resistencia de régimen, así como la tensión que caerá en sus bornas para que el diseño funcione correctamente.

NTC

PTC

Condensadores

El dieléctrico.- En la figura se representa un condensador plano de placas paralelas; el dieléctrico se interpone entre ambas placas, evitando que éstas entren en contacto. Cada dieléctrico posee características diferentes, y es el que confiere las propiedades al condensador, por lo que los condensadores se clasifican por el tipo de dieléctrico que utilizan. En la tabla se dan las constantes dieléctricas de diferentes materiales, relativas a la del vacío, que se toma igual a la unidad (e0= 1). Para el aire seco tiene un valor e= 1.0006

material	εr (ε0=1)
aire	1.0006
teflón	2.0
polipropileno (MKP)	2.1
poliestireno	2.5
policarbonato (MKC)	2.9
poliéster / mylar (MKT)	3.2
vidrio	4.0 - 8.5
mica	6.5 - 8.7
cerámica	6.0 - 50,000
óxido de aluminio	7.0
óxido de tántalo	11.0

Condensador electrolítico.- Se hacen formando un arrollamiento de película de aluminio, e inicialmente separadas por una capa de un material absorbente como tela o papel impregnado con una solución o gel, aunque modernamente se emplea óxido de aluminio o tántalo. El conjunto se introduce en un contenedor de aluminio, dando un aspecto de "bote".

electrolítico axial

electrolítico radial

    Según la disposición de las patillas, existe la configuración axial y la radial.  Los condensadores electrolíticos modernos se fabrican utilizando un electrolito dentro del propio condensador, y la acción de una tensión en bornas del condensador refuerza la capa dieléctrica de óxido, de modo que es imprescindible la correcta polarización del condensador. Si aplicamos una polarización errónea, el dieléctrico se destruye y las placas entran en contacto. Además, generalmente la polarización inversa origina generación de gases por electrolisis y pueden provocar una explosión. La ventaja de este tipo de condensadores es su tamaño reducido, por lo que se consiguen capacidades muy grandes. Esto es debido a la finísima capa dieléctrica.

    Al principio, se fabricaban estos condensadores sumergidos en un electrolito formado por agua y glicol, y quizás ácido bórico para incrementar la viscosidad y mejorar el autosellado del dieléctrico. Sin embargo, la corrosión era un problema, y modernamente se emplean electrolitos de tipo orgánico, tales como dimetil acetamida o metil-formamida.

    Recientemente se han desarrollado condensadores electrolíticos de "aluminio sólido" basados en electrolito de dióxido de manganeso. Son muy similares a los de tántalo, aunque mucho más baratos.

aluminio sólido

    Un gran inconveniente de los condensadores electrolíticos es su relativamente corta duración. Normalmente tienen un período de vida medio de 1000 - 5000 horas, y también se estropean aunque no se utilicen, aunque se alargue su período de vida. Es cuando decimos que un condensador está "seco" y hay que sustituirlo.

   Otro inconveniente es su gran margen de tolerancia; son normales tolerancias del 20% en este tipo de condensadores.

   Habitualmente se denomina a este tipo de condensadores "polarizados", pero es un término impreciso. Existen condensadores electrolíticos no polarizados, empleados profusamente en crossovers de baja calidad, y cuyo aspecto es exactamente igual al de los polarizados, o sea, parecen un "bote", pero podemos conectarlos sin atender a ninguna polarización. Muchos autores tachan a este tipo de condensadores, incluso a los electrolíticos normales como no aconsejables para su utilización en circuitos de audio de calidad, por su distorsión y sus pérdidas, pero este es un tema que abordaremos en otro apartado.

Condensadores de película.- Todos los condensadores de película son no polarizados, es decir, no requieren marcar una patilla como positiva o negativa, siendo indiferente su conexión en el circuito. Son los preferidos en los circuitos de audio de calidad, siempre que el tamaño lo permita, por sus pocas pérdidas y distorsión reducida. Se pueden construir enrollando el conjunto placas-dieléctrico, similar a un electrolítico, o bien apilando en capas sucesivas como un libro (stacked film-foil). Se emplean mayoritariamente como dieléctricos diferentes plásticos, como polipropileno (MKP), poliéster/mylar (MKT), poliestireno, policarbonato (MKC) o teflón. Pala las placas se utilizan mayoritariamente aluminio con un alto grado de pureza. Según el tipo de dieléctrico utilizado, para una misma capacidad y tensión de trabajo, se obtienen condensadores de distinto tamaño.

cond. policarbonato (MKC)

cond. polipropileno (MKP)

cond. poliéster (MKT)

cond. poliestireno

    La alta rigidez dieléctrica del poliéster, permite hacer condensadores de poco tamaño y a costes relativamente bajos, de uso rutinario allí donde no se necesiten calidades especiales. Se disponen de capacidades de entre 1000 pF y 4.7 uF, a tensiones de trabajo de hasta 1000V. El factor de pérdidas por dieléctrico es relativamente alto en el poliéster. Para audio, el polipropileno o poliestireno permiten unas pérdidas mucho menores en el dieléctrico, pero son mucho mayores en tamaño, además de mucho más caros. Los de poliestireno son utilizados en filtros/crossovers. Un inconveniente de los condensadores de poliestireno es el bajo punto de fusión del dieléctrico. Por ello suelen diferenciarse estos condensadores, ya que se protege el dieléctrico separando los pines de soldadura del cuerpo del condensador, tal como muestra la foto.

 Condensadores de mica.- Es un dieléctrico de unas características intermedias entre los condensadores electrolíticos y los de película, teniendo una rigidez dieléctrica alta y otras características excelentes, como muy bajas pérdidas, pero su capacidad se limita hasta los 4700 pF aproximadamente.

cond. de mica

Por el contrario, es muy caro, y al ser un material rígido, sólo se pueden construir condensadores en forma de láminas apiladas (stacked-film). Se utiliza en aplicaciones industriales de alta tensión, amplificadores de válvulas cuando se requiera poca capacidad y aplicaciones de precisión.

Condensadores cerámicos.- Son los que tienen un mayor rango de valores de su constante dieléctrica, pudiendo llegar a un valor de 50000 veces superior a la del vacío. Se basan en varias mezclas de óxido de titanio y zirconio, o bien en titanatos o zirconatos de calcio, bario, estroncio o magnesio, y atendiendo a esta variedad de compuestos, dan un rango amplísimo de constantes dieléctricas.

cond. cerámico de disco

cond. cerámico

    Los materiales de alta constante dieléctrica, pueden ofrecer componentes pequeños para un valor relativamente elevado de capacidad. El inconveniente de estos dieléctricos de alta cte. dieléctrica es que el valor de la misma depende mucho de la temperatura, así como las pérdidas en el dieléctrico. Sin embargo, donde el valor de la capacidad es relativamente menos importante, como por ejemplo en filtros pasa RF, estos componentes son ampliamente utilizados.

 Condensador ideal y condensador real. El condensador real siempre tiene una componente inductiva y una parte resistiva, así como otros elementos, como las pérdidas en el dieléctrico. El dibujo representa un condensador típico real con los parámetros más habituales.

Diodos

Existen varios tipos de diodos, de algunos ya se habló en otra página y de los cuales haremos mención en esta, con este tipo de componente te vas a encontrar en todos los aparatos electrónicos, ya que es un componente de importancia. Vamos a resaltar los que de alguna forma son los más usados y de importancia, trataremos a cada uno de estos en resumen.

 DIODOS RECTIFICADORES: Los diodos rectificadores son los que en principio conocemos, estos facilitan el paso de la corriente continua en un sólo sentido (polarización directa), en otras palabras, si hacemos circular corriente alterna a través de un diodo rectificador esta solo lo hará en la mitad de los semiciclos, aquellos que polaricen directamente el diodo, por lo que a la salida del mismo obtenemos una señal de tipo pulsatoria pero continua. Se conoce por señal o tensión continua aquella que no varia su polaridad.

DIODOS DE TRATAMIENTO DE SEÑAL (RF): Los diodos de tratamiento de señal necesitan algo más de calidad de fabricación que los rectificadores. Estos diodos están destinados a formar parte de etapas moduladoras, demoduladoras, mezcla y limitación de señales, etc.

Uno de los puntos más críticos en el diodo, al momento de trabajar con media y alta frecuencia, se encuentra en la "capacidad de unión", misma que se debe a que en la zona de la Unión PN se forman dos capas de carga de sentido opuesto que conforman una capacidad real.

En los diodos de RF (radio frecuencia) se intenta que dicha capacidad sea reducida a su mínima expresión, lo cual ayudará a que el diodo conserve todas sus habilidades rectificadoras, incluso cuando trabaje en altas frecuencias.

Entre los diodos más preparados para lidiar con las altas frecuencias destaca el diodo denominado Schottky. Este didodo fue desarrollado a principio de los sesenta por la firma Hewletty, deriva de los diodos de punta de contacto y de los de unión PN de los que han heredado el procedimiento de fabricación.

DIODOS DE CAPACIDAD VARIABLE ( VARICAP ): La capacidad formada en los extremos de la unión PN puede resultar de gran utilidad cuando, al contrario de lo que ocurre con los diodos de RF, se busca precisamente utilizar dicha capacidad en provecho del circuito en el cual se está utilizando el diodo. Al polarizar un diodo de forma directa se observa que, además de las zonas constitutivas de la capacidad buscada, aparece en paralelo con ellas una resistencia de muy bajo valor óhmico, lo que conforma un capacitor de elevadas pérdidas. Sin embargo, si polarizamos el mismo en sentido inverso la resistencia en paralelo que aparece es de un valor muy alto, lo cual hace que el diodo se pueda comportar como un capacitor con muy bajas pérdidas.

Si aumentamos la tensión de polarización inversa las capas de carga del diodo se esparcía lo suficiente para que el efecto se asemeje a una disminución de la capacidad del hipotético capacitor (el mismo efecto producido al distanciar las placas del un capacitor estándar).

Por esta razón podemos terminar diciendo que los diodos de capacidad variable, más conocidos como varicap's, varían su capacidad interna al ser alterado el valor de la tensión que los polariza de forma inversa.

La utilización más solicitada para este tipo de diodos suele ser la de sustituir a complejos sistemas mecánicos de capacitor variable en etapas de sintonía en todo tipo de equipos de emisión y recepción, ejemplo, cuando cambiamos la sintonía de un receptor antiguo, se varía mecánicamente el eje de un capacitor variable en la etapa de sintonía; pero si por el contrario, pulsamos un botón de sintonía de un receptor de televisión moderno, lo que hacemos es variar la tensión de polarización de un diodo varicap que se encuentra en el módulo sintonizador del TV.

DIODO ZENER: Cuando se estudian los diodos se recalca sobre la diferencia que existe en la gráfica con respecto a la corriente directa e inversa. Si polarizamos inversamente un diodo estándar y aumentamos la tensión llega un momento en que se origina un fuerte paso de corriente que lleva al diodo a su destrucción. Este punto se da por la tensión de ruptura del diodo.

Se puede conseguir controlar este fenómeno y aprovecharlo, de tal manera que no se origine la destrucción del diodo. Lo que tenemos que hacer el que este fenómeno se dé dentro de márgenes que se puedan controlar.

El diodo zener es capaz de trabajar en la región en la que se da el efecto del mismo nombre cuando las condiciones de polarización así lo determinen y volver a comportarse como un diodo estándar toda vez que la polarización retorne a su zona de trabajo normal. En resumen, el diodo zener se comporta como un diodo normal, a no ser que alcance la tensión zener para la que ha sido fabricado, momento en que dejará pasar a través de él una cantidad determinada de corriente.

Este efecto se produce en todo tipo de circuitos reguladores, limitadores y recortadores de tensión.

FOTODIODOS: Algo que se ha utilizado en favor de la técnica electrónica moderna es la influencia de la energía luminosa en la ruptura de los enlaces de electrones situados en el seno constitutivo de un diodo. Los fotodiodos no son diodos en los cuales se ha optimizado el proceso de componentes y forma de fabricación de modo que la influencia luminosa sobre su conducción sea la máxima posible. Esto se obtiene, por ejemplo, con fotodiodos de silicio en el ambito de la luz incandescente y con fotodiodos de germanio en zonas de influencia de luz infrarroja

DIODOS LED( LUMINISCENTES ): Este tipo de diodos es muy popular, sino, veamos cualquier equipo electrónico y veremos por lo menos 1 ó más diodos led. Podemos encontrarlos en diferentes formas, tamaños y colores

diferentes. La forma de operar de un led se basa en la recombinación de portadores mayoritarios en la capa de barrera cuando se polariza una unión Pn en sentido directo. En cada recombinación de un electrón con un hueco se libera cierta energía. Esta energía, en el caso de determinados semiconductores, se irradia en forma de luz, en otros se hace de forma térmica.

Dichas radiaciones son básicamente monocromáticas (sin color). Por un método de "dopado" del material semiconductor se puede afectar la energía de radiación del diodo.

El nombre de LED se debe a su abreviatura en ingles ( Light Emmiting Diode )
Además de los diodos led existen otros diodos con diferente emisión, como la infrarroja, y que responden a la denominación IRED (Diodo emisor de infra-rojos).

Transistores

En electrónica es muy habitual el hablar de transistores de baja potencia (pequeña señal) y de transistores de potencia (gran señal). Es una forma muy sencilla de diferenciar  a los transistores que trabajan con potencias relativamente pequeñas de los transistores que trabajan con potencias mayores.

Transistores de baja potencia

Se le llama transistor de baja potencia, o pequeña señal, al transistor que tiene una intensidad pequeña (I_C pequeña), lo que corresponde a una potencia menor de 0,5 W. En este tipo de transistores interesará obtener b_ccgrandes (b_cc = 100 ÷ 300).

Transistores de potencia

Se le llama transistor de potencia al transistor que tiene una intensidad grande (I_C grande), lo que corresponde a una potencia mayor de 0,5 W. En este tipo de transistores la b_cc que se puede obtener en su fabricación suele ser bastante menor que en los de baja potencia (b_cc = 20 ÷ 100).

Bobinas

1. FIJAS

Con núcleo de aire

El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas.
Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.

Con núcleo sólido

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

Bobina de   ferrita	Bobina de ferrita de nido de abeja	Bobinas de ferrita para SMD	Bobinas con núcleo toroidal

Las bobinas de nido de abeja se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos de radio en las gamas de onda media y larga. Gracias a la forma del bobinado se consiguen altos valores inductivos en un volumen mínimo.
Las bobinas de núcleo toroidal se caracterizan por que el flujo generado no se dispersa hacia el exterior ya que por su forma se crea un flujo magnético cerrado, dotándolas de un gran rendimiento y precisión.
La bobinas de ferrita arrolladas sobre núcleo de ferrita, normalmente cilíndricos, con aplicaciones en radio es muy interesante desde el punto de vista practico ya que, permite emplear el conjunto como antena colocándola directamente en el receptor.

Las bobinas grabadas sobre el cobre, en un circuito impreso tienen la ventaja de su mínimo coste pero son difícilmente ajustables mediante núcleo.

COMPONENTES DIGITALES

La electrónica es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo microscópico de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente.

Utiliza una gran variedad de conocimientos, materiales y dispositivos,  desde los semiconductor es hasta las válvulas termoiónicas. El diseño y la construcción de circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos forman parte de la electrónica y de los campos de la ingeniería electrónica, electromecánica y la informática en el diseño de software para su control.

El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su tecnología se Suele considerar una rama de la física, más concretamente en la rama de Ingeniería de materiales

Aplicaciones de la electrónica La electrónica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas.

Los principales usos de los circuitos electrónicos son el control, el procesado, la distribución de información, la conversión y la distribución de la energía eléctrica. Estos dos usos implican la creación o la detección de campos electromagnéticos y cor recientes eléctricas. Entonces se puede decir que la electrónica abarca en general las siguientes áreas de aplicación:

• Electrónica de control • Telecomunicaciones • Electrónica de potencia •

SEÑALES ELECTRICAS

•TENSION

•CORRIENTE

•RESISTENCIA

•CIRCUITOS ELECTRICOS

•COMPONENTES

•DISPOSITIVOS ANALOGICOS

•DISPOSITIVOS DIGITALES

•DSIPOSITIVOS DE POTENCIA

•EQUIPOS DE MEDICION