Circuitos integrados

Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una estructura de pequeñas dimensiones de materialn semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre el Circuito Integrado y un circuito impreso.

El Osiloscopio

El osciloscopio es un instrumento que permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en circuitos eléctricos y electrónicos. Por ejemplo en el caso de los televisores, las formas de las ondas encontradas de los distintos puntos de los circuitos están bien definidas, y mediante su análisis podemos diagnosticar con facilidad cuáles son los problemas del funcionamiento.

Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y los utilizan desde técnicos de reparación de televisores hasta médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.

Es importante que el osciloscopio utilizado permita la visualización de señales de por lo menos 4,5 ciclos por segundo, lo que permite la verificación de etapas de video, barrido vertical y horizontal y hasta de fuentes de alimentación.

Si bien el más común es el osciloscopio de trazo simple, es mucho mejor uno de trazo doble en el que más de un fenómeno o forma de onda pueden visualizarse simultáneamente.
El funcionamiento del osciloscopio está basado en la posibilidad de desviar un haz de electrones por medio de la creación de campos eléctricos y magnéticos.
En la mayoría de osciloscopios, la desviación electrónica, llamada deflexión, se consigue mediante campos eléctricos. Ello constituye la deflexión electrostática.

EL Transistor

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" ("resistencia de transferencia"). Actualmente se les encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavadoras, reproductores mp3, celulares, etc.

El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades específicos) que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). El transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada.

Tipos de Transistor

Transistor de contacto puntual

Primer transistor, consta de una base de germanio semiconductor, sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de base es capaz de modular la resistencia que se "ve" en el colector.

Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso, en la actualidad ha desaparecido.

Transistor de unión bipolar

El transistor de unión, se fabrica básicamente sobre un monocristal de Germanio o Silicio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP.

La zona N con donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores (cargas positivas). Normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P).

La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminación (impurezas adicionadas intencionalmente) entre ellas (por lo general, el emisor está mucho más contaminado que el colector).

Transistor de efecto de campo

El transistor de efecto campo es una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial.

La mayoría de los FET están hechos usando las técnicas de procesado de semiconductores habituales, empleando la oblea monocristalina semiconductora como la región activa o canal.

Los transistores de efecto de campo más conocidos son los JFET, MOSFET y MISFET.

Fototransistor

Sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor.

Un fototransistor es igual a un transistor común, con la diferencia que el primero puede trabajar de 2 formas:

1.- Como transistor normal con la corriente de base Ib (modo común).

2.- Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. Ip (modo de iluminación).

Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc. Para comunicaciones con fibra óptica se prefiere usar detectores con fotodiodos p-i-n. También se pueden utilizar en la detección de objetos cercanos cuando forman parte de un sensor de proximidad.

Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED, formando interruptores ópticos (opto-switch), que detectan la interrupción del haz de luz por un objeto. Existen en dos versiones: de transmisión y de reflexión.

Disipadores de calor

Un disipador es un componente metálico generalmente de aluminio que se utilizan para evitar que los transistores bipolares se calienten y se dañen.

Por ello una manera de aumentar la potencia de un transistor es deshacerse del calor interno del encapsulado.

Transistor de potencia

Son similares a los transistores comunes, con la diferencia que soportan altas tensiones e intensidades que soportan, pero debido a ello también tienen que disipar altas potencias y su recalentamiento es prolongado; para evitar el sobrerecalentamiento se usa los disipadores.

Tipos de transistores de potencia:

- Bipolar.

- Unipolar o Transistor de Efecto de Campo.

- IGBT (Transistor bipolar de puerta aislada).

EL Diodo y El Triodo

Componente electrónico que permite el paso de la corriente en un solo sentido. La flecha de la representación simbólica muestra la dirección en la que fluye la corriente.

Es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar prácticamente en cualquier circuito electrónico.
Constan de la unión de dos tipos de material semiconductor, uno tipo N y otro tipo P, separados por una juntura llamada barrera o unión.
Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio. Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.
El diodo se puede puede hacer funcionar de 2 maneras diferentes:

Polarización directa:
Cuando la corriente circula en sentido directo, es decir del ánodo A al cátodo K, siguiendo la ruta de la flecha (la del diodo). En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose prácticamente como un corto circuito. El diodo conduce.

Diodo en polarización directa

Polarización inversa:
Cuando una tensión negativa en bornes del diodo tiende a hacer pasar la corriente en sentido inverso, opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del cátodo al ánodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un circuito abierto. El diodo está bloqueado.

Diodo en polarización inversa

EL TRIODO

Se denomina triodo a la válvula termoiónica de tres electrodos, anodo,catodo y rejilla de control.

Efecto Termoionico

La emisión termoiónica es un fenómeno que se da en los metales. En los átomos de éstos, existen electrones con un movimiento arbitrario, y cuya velocidad depende de la temperatura. Conforme aumenta la temperatura, crece su velocidad, pudiendo abandonar la superficie metálica.

A medida que los electrones abandonan el cátodo, forman una "nube electrónica", similar a las moléculas que forman un gas y cuya carga neta es negativa, puesto que está formada por electrones. El emisor de estos electrones es el cátodo, que se calienta mediante una resistencia o filamento de tungsteno puro, toriado o recubierto de una capa de óxido de bario. El filamento se calienta haciendo pasar una corriente (la corriente de caldeo).  Si ahora aplicamos una tensión entre ánodo y cátodo (Vak) siendo el ánodo más positivo, se produce una corriente eléctrica al ser los electrones atraídos por el ánodo, que está a potencial positivo.

A esta corriente se le llama corriente de placa. Si se aumenta la tensión (Vak) , se produce un aumento de la corriente de placa (Ia), hasta alcanzar el valor de saturación (Is), en el que la corriente no aumenta por mucho de subamos la tensión aplicada. Esto es debido a que la placa recoge todos los electrones que emite el cátodo, y no puede aumentar la corriente a menos que aumentásemos la emisión de electrones subiendo la temperatura de caldeo. La corriente de saturación (Is) depende entonces del número de electrones que emita el cátodo.

Existen dos tipos de cátodo atendiendo al modo en que se calienta.

Cátodo de caldeo directo, el emisor es un simple filamento de tungsteno.

Cátodo de caldeo indirecto. El filamento está recubierto de óxido de bario e introducido en un pequeño cilindro de níquel; el filamento y el cilindro están eléctricamente aislados.

 

El Electron y su Aplicaciones

El Electrón
Es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental negativa. Un electrón no tiene componentes o subestructura conocidos, generalmente se define como una partícula elemental.Su antipartícula es denominada positrón: es idéntica excepto por el hecho de que tiene cargas entre ellas, la eléctrica de signo opuesto. Cuando un electrón colisiona con un positrón, las dospartículas pueden resultar totalmente aniquiladas y producir fotones de rayos gamma.
Los electrones, que pertenecen a la primera generación de la familia de partículas de los leptones, participan en lasinteracciones fundamentales, tales como la gravedad, el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil. Los electrones son uno de los tipos más importantes de partículas subatómicas. Los electrones secombinan con protones y (generalmente) con neutrones para crear átomos.

Lee De Forest

(Council Bluffs, 1873 - Hollywood, 1961) Ingeniero estadounidense, inventor de la válvula triodo. Estudió en la Universidad de Yale, donde realizó una de las primeras tesis doctorales sobre las ondas radioeléctricas. Comenzó su carrera profesional en la Western Electric Company, donde en 1907 patentó la válvula termoiónica denominada inicialmente como auditrón y conocida popularmente como triodo

El triodo de vacío consiste básicamente en un tubo rectificador de vacío o diodo en el que se ha introducido un tercer electrodo en forma de rejilla entre el cátodo y el ánodo. Aplicando una tensión respecto al cátodo a la rejilla se hace variar la corriente de electrones que van del cátodo al ánodo del diodo, de manera que una señal eléctrica débil que se introduce a través de la rejilla aparece en la placa considerablemente amplificada.

El triodo permitió la construcción de amplificadores tanto de audiofrecuencia como de radiofrecuencia, a la vez que osciladores y complejos circuitos eléctricos utilizados en los receptores de radio hasta el descubrimiento de los transistores. Por todo ello se le suele llamar el padre de la radio. De Forest creó además la primera emisora: empleando sus recién descubiertos triodos, instaló una emisora de radio en la Torre Eiffel parisina que se inauguró en 1915.

En 1920, en colaboración con la General Pictures Corporation, desarrolló un sistema para registrar la banda sonora en las cintas cinematográficas, que no prosperó inicialmente al ser rechazado en favor de los sistemas desarrollados por otras compañías más poderosas. Realizó una demostración pública en el teatro Rívoli de Nueva York en 1923, cuatro años antes del estreno de El Cantor de Jazz, la primera película sonora.

La supremacía técnica del procedimiento desarrollado por Lee de Forest hizo que fuera finalmente el estándar adoptado por la industria cinematográfica. De Forest fue además uno de los pioneros en la investigación de las ondas radioeléctricas procedentes del espacio exterior y desarrolló un aparato de diatermia para uso clínico. Figura asimismo entre los primeros que exploraron el camino hacia la invención de la televisión.

Thomas Alva Edison

Thomas Alva Edison, el menor de cuatro hermanos, nació el 11 de febrero de 1847, en Milan, una pequeña población de Ohio en la que se había establecido su padre, Samuel Edison, seis años antes. Su padre tuvo que abandonar precipitadamente Canadá a consecuencia de una rebelión contra los ingleses en la que tomó parte y que terminó en fracaso. Marginada por el ferrocarril, la actividad en Milan fue disminuyendo poco a poco, y la crisis afectó a la familia Edison, que tuvo que emigrar de nuevo a un lugar más próspero cuando su hijo Thomas ya había cumplido la edad de siete años.

El nuevo lugar de residencia fue Port Huron, en Michigan, donde el futuro inventor asistió por primera vez a la escuela. Fue ésa una experiencia muy breve: duró sólo tres meses, al cabo de los cuales fue expulsado de las aulas, alegando su maestro la falta absoluta de interés y una torpeza más que manifiesta, comportamientos éstos a los que no era ajena una sordera parcial que contrajo como secuela de un ataque de escarlatina. Su madre, Nancy Elliot, que había ejercido como maestra antes de casarse, asumió en lo sucesivo la educación del joven benjamín de la familia, tarea que desempeñó con no poco talento, ya que consiguió inspirar en él aquella curiosidad sin límites que sería la característica más destacable de su carrera a lo largo de toda su vida.

Cumplidos los diez años, el pequeño Thomas instaló su primer laboratorio en los sótanos de la casa de sus padres y aprendió él solo los rudimentos de la química y la electricidad. Pero a los doce años, Edison se percató además de que podía explotar no sólo su capacidad creadora, sino también su agudo sentido práctico. Así que, sin olvidar su pasión por los experimentos, consideró que estaba en su mano ganar dinero contante y sonante materializando alguna de sus buenas ocurrencias.

Su primera iniciativa fue vender periódicos y chucherías en el tren que hacía el trayecto de Port Huron a Detroit. Había estallado la Guerra de Secesión y los viajeros estaban ávidos de noticias. Edison convenció a los telegrafistas de la línea férrea para que expusieran en los tablones de anuncios de las estaciones breves titulares sobre el desarrollo de la contienda, sin olvidar añadir al pie que los detalles completos aparecían en los periódicos; esos periódicos los vendía el propio Edison en el tren y no hay que decir que se los quitaban de las manos.

Sin un real en el bolsillo, Edison llegó a Nueva York en 1869. Un amigo le proporcionó alojamiento en los sótanos de la Gold Indicator Co., oficina que transmitía telegráficamente a sus abonados las cotizaciones de la bolsa neoyorquina. Al poco de su llegada, el aparato transmisor se averió, lo que provocó no poco revuelo, y él se ofreció voluntariamente a repararlo, lográndolo con asombrosa facilidad. En recompensa, se le confió el mantenimiento técnico de todos los servicios de la compañía.

Pero como no le interesaban los empleos sedentarios, aprovechó la primera ocasión que se le presentó para trabajar de nuevo por su cuenta. Muy pronto recibió un encargo de la Western Union, la más importante compañía telegráfica de entonces. Se le instaba a construir una impresora efectiva de la cotización de valores en bolsa. Su respuesta a este reto fue su primer gran invento: el Edison Universal Stock Printer. Le ofrecieron por el aparato 40.000 dólares, cantidad que le permitió por fin sentar la cabeza. Se casó en 1871 con Mary Stilwell, con la que tuvo dos hijos y una hija, e instaló un taller pequeño pero bien equipado en Newark, Nueva York, en el que continuó experimentando en el telégrafo en busca de nuevos perfeccionamientos y aplicaciones. Su mayor contribución en ese campo fue el sistema cuádruple, que permitía transmitir cuatro mensajes telegráficos simultáneamente por una misma línea, dos en un sentido y dos en otro.

Bien pronto se planteó Edison la construcción de un verdadero centro de investigación, una «fábrica de inventos», como él lo llamó, con laboratorio, biblioteca, talleres y viviendas para él y sus colaboradores, con el fin de realizar no importa qué investigaciones, mientras fuesen prácticas, ya fueran por encargo o por puro interés personal. Los recursos económicos no le faltaban y las proporciones de sus proyectos se lo exigían. Buscó un lugar tranquilo en las afueras de Nueva York hasta que encontró una granja deshabitada en el pueblecito de Menlo Park. Fue el lugar elegido para construir su nuevo cuartel general, el primer laboratorio de investigaciones del mundo, de donde habrían de salir inventos que cambiarían las costumbres de buena parte de los habitantes del planeta.

Era habitual en Edison que un trabajo le llevase a otro, y el caso anterior no fue una excepción. Mientras trataba de perfeccionar el teléfono de Bell observó un hecho que se apresuró a describir en su cuaderno de notas: «Acabo de hacer una experiencia con un diafragma que tiene una punta embotada apoyada sobre un papel de parafina que se mueve rápidamente. Las vibraciones de la voz humana quedan impresas limpiamente, y no hay duda alguna que podré recoger y reproducir automáticamente cualquier sonido audible cuando me ponga a trabajar en ello». Liberado, pues, del teléfono, había llegado el momento de ocuparse del asunto. Un cilindro, un diafragma, una aguja y otros útiles menores le bastaron para construir en menos de un año el fonógrafo, el más original de sus inventos, un aparato que reunía bajo un mismo principio la grabación y la reproducción sonora.

El propio Edison quedó sorprendido por la sencillez de su invento, pero pronto se olvidó de él y pasó a ocuparse del problema del alumbrado eléctrico, cuya solución le pareció más interesante. «Yo proporcionaré luz tan barata -afirmó Edison en 1879- que no sólo los ricos podrán hacer arder sus bujías.» La respuesta se encontraba en la lámpara de incandescencia. Se sabía que ciertos materiales podían convertirse en incandescentes cuando en un globo privado de aire se les aplicaba corriente eléctrica. Sólo restaba encontrar el filamento más adecuado. Es decir, un conductor metálico que se pudiera calentar hasta la incandescencia sin fundirse, manteniéndose en este estado el mayor tiempo posible.

En años sucesivos, Edison se ocupó en mejorar su bombilla, y fue esta actividad la que le llevó hacia el único de sus descubrimientos que pertenece a una área estrictamente científica. Ocurrió en 1883, mientras trataba de averiguar por qué su lámpara de incandescencia se ennegrecía con el uso. En el transcurso de tales investigaciones, el prolífico inventor presenció la manifestación de un fenómeno curioso: la lámpara emitía un resplandor azulado cuando era sometida a ciertas condiciones de vacío y se le aplicaban determinados voltajes. Edison averiguó que tal emisión luminosa estaba provocada por la inexplicable presencia de una corriente eléctrica que se establecía entre las dos varillas que sostenían el filamento de la lámpara, y utilizó dicho fenómeno, que recibió su nombre, para concebir un contador eléctrico cuya patente registró en 1886.

?Que es la electrónica?

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 de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente.

Utiliza una gran variedad de conocimientos, materiales y dispositivos, desde los semiconductores hasta las válvulas termoiónicas. El diseño y la gran construcción de circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos forma 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 

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