1. Colegio Secundario destinado Cautivas Correntinas

2. INDICE
Introducción………………………………………………………………………………..3
Fundamentación…………………………………………………………………………...4
Objetivos generales………………………………………………………………………..5
Desarrollo………………………………………………………………………………….6
Contenidos conceptuales ………………………………………………………………….7
Contenidos procedimentales………………………………………………………………7
Actividades para desarrollar los objetivos…………………………………………………8
Marco teórico……………………………………………………………………………..12
Bibliografía……………………………………………………………………………….23
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3. INTRODUCCION
INTRODUCCION
La electrónica y su desarrollo han evolucionado a través del tiempo con el fin de dar solución a
diversas problemáticas cotidianas. Su desarrollo ha sido atribuido durante mucho tiempo a científicos,
técnicos o especialistas de esta área. Pero con el transcurrir de la sociedad de la información, pareciera ser
que se han derribado muchas barreras lográndose así un acceso casi total a diversos tipos de
conocimientos.
Parte de dicha circunstancia es el presente proyecto, el cual puede realizarse como parte de la
asignatura “tecnología” especialmente cuando abordamos temas relacionados a la electrónica, electricidad,
sistemas, sistemas de control, automatización etc., y con el que se pretende participar del control de
procesos cotidianos de la vida doméstica, como así también de la seguridad de hogares. Para ello se ha
utilizado como base teórica los conocimientos adquiridos por los alumnos en las actividades precedentes y
el acompañamiento del profesor de este espacio, apuntando principalmente al desarrollo de un sistema que
dependiendo de la luz que exista en el medio, active o desactive un relé el cual nos brinde la posibilidad de
encender una lámpara al caer la noche.
A partir de la ejecución de éste proyecto, los alumnos estarán en condiciones de realizar un
circuito electrónico de fácil montaje y funcionamiento. Sin embargo, gracias al marco teórico que envuelve
este proyecto, también serán capaces de realizar intervenciones críticas para mejorar o modificar
convenientemente el diseño.
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4. FUNDAMENTACION
Los fenómenos físicos que rigen nuestro mundo, al igual que otras magnitudes, pueden ser
cuantificados, ya sea para un estudio profundo de los mismos o para ser empleados como elementos de
control. La luz ha sido talvez una de las magnitudes físicas que con mayor frecuencia se emplea con este
fin. Para cumplir con este objetivo, es necesario emplear un elemento capaz de convertir dichas
magnitudes en una señal eléctrica que pueda ser manejada por un circuito. Dichos elementos reciben el
nombre de transductores y pueden ser de muchas clases dependiendo del tipo de tarea para la cual han
sido diseñados.
En el presente proyecto, se necesita un elemento que permita medir, o por lo menos diferenciar,
entre una mayor o menor cantidad de luz: para tal efecto se apunta al uso de una fotocelda pues en esta el
valor de la resistencia medida entre sus terminales varía de acuerdo a la cantidad de luz que incida sobre
ella.
Este sencillo circuito, además, puede tener múltiples aplicaciones, entre ellas podemos contar con
el encendido de lámparas cuando se hace de noche, empleando el contacto normalmente abierto del relé
para ello. Si en lugar de éste empleamos el contacto normalmente cerrado, y en él conectamos una sirena u
otro elemento generador de sonido tal como una radio, tendremos un sencillo despertador que
permanecerá apagado mientras la fotocelda no esté recibiendo luz. Esta configuración requiere de un alto
consumo de energía, para evitar esto basta intercambiar la posición de la fotocelda y el potenciómetro en el
circuito.
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5. OBJETIVOS GENERALES
Al finalizar el cursado, mediante los conocimientos y capacidades adquiridas el alumno será capaz
de:
Interpretar la automatización de sistemas mediante la realización del proyecto propuesto.
Comprender e intervenir en el funcionamiento de sistemas de control sencillos.
Armar y poner en funcionamiento un circuito electrónico correspondiente a un interruptor
crepuscular.
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6. DESARROLLO
Este sencillo circuito, dependiendo de la luz que exista en el medio, activa o desactiva un relé con
el cual nos brinda la posibilidad de encender una lámpara, una sirena, una radio o cualquier otro
elemento exterior ya sea al caer la noche o al amanecer.
El circuito está conformado esencialmente por un par de transistores en configuración Darlington
polarizados como interruptores, los cuales, al recibir una señal alta en la base debido a la poca luz que cae
sobre la fotocelda, ponen un nivel bajo en su colector polarizando el relé en forma correcta y
permaneciendo así hasta que la señal que llega a la base alcance un nivel bajo debido a la gran cantidad de
luz que incide sobre ella.
Este mismo circuito puede ser empleado para medir la temperatura y controlar el enfriamiento o
calentamiento de lugares cerrados, basta con reemplazar la fotocelda por un termistor, el cual se comporta
de la misma manera que ésta variando la resistencia entre sus terminales de acuerdo a la temperatura. Por
ello debemos tener en cuenta las mismas consideraciones ue con la fotocelda.
Antes de empezar a ensamblar el circuito, usted debe estar seguro de que posee todos los
componentes y materiales necesarios. Para ello, revise con cuidado la lista de materiales adjunta. De esta
forma el trabajo se hace más rápido.
Lista de materiales
1. 2 Transistores NPN 2N3904 o
similares Q1 y Q2
2. 1 Resistencia de 1kΩ
3. 1 Diodo LED
4. 1 Potenciómetro de 100kΩ
5. 1 Fotocelda (LDR)
6. 1 interruptor de dos posiciones
(SI)
7. 1 Diodo IN4004 (DI)
8. 1 Relé de 12V (KI)
9. 4 Espadines
10. 1 Conector de tornillo de 3 pines
(J2)
11. 1 Conector de tornillo de 2 pines
(J1)
12. 1 Circuito impreso EF-01
13. 1m de soldadura
El interruptor crepuscular se ensambla sobre un circuito impreso CEKIT referencia EF-01, en la
cual se indican la posición de los componentes, se incluyen las conexiones para la fuente de alimentación y
los contactos del relé de salida. Tenga mucho cuidado en ubicar los componentes en la forma correcta,
especialmente el diodo, ya que una equivocación puede causar un mal funcionamiento del circuito.
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7. Cuando este seguro de que ha hecho todo el montaje correctamente, conecte la fuente de
alimentación de 12V. Luego, dirija el sensor hacia un rayo luminoso proveniente, por ejemplo, de una
linterna. Interrumpa con la mano el rayo de luz, en ese momento debe escuchar como se cierran los
contactos del relé. De no ser así ajuste el control de sensibilidad hasta escucharlo. Si ha instalado un
control de temperatura acerque el termistor (sin tocarlo) un cautín caliente hasta escuchar que se activa el
relé: de la misma forma que con la fotocelda, usted puede ajustar por medio de PI la sensibilidad del
circuito.
CONTENIDOS CONCEPTUALES
Enfoque sistémico – fuentes de energía
Revisión de enfoque sistémico. Sistemas y subsistemas. Aspectos estructurales y funcionales. Los sistemas y
la realimentación. Diagramas y representación. Fuentes de energía: clasificación.
Sistemas de control. Proyecto tecnológico
Sistemas de control manual y automático. De lazo abierto o cerrado: definición, elementos. Electrónica y
automatismo: chips, sensores y actuadotes. Procesos industriales: producción en serie y en lote.
El proyecto tecnológico: revisión de conceptos y etapas. Construcción de prototipos y maquetas con
sistemas de control.
CONTENIDOS PROCEDIMENTALES
Preparación del soldador:
1.- Conectar el soldador a línea de 220 V.
2.- Comprobar temperatura.
3.- Estañar.
4.- Limpiar exceso.
Práctica de soldadura:
1.- Colocar componentes.
2.- Soldar.
3.- Comprobar soldadura.
Armado de un interruptor crepuscular
1.- Trazar circuito sobre papel
2.- Fijar sobre plaqueta virgen.
3.- Marcar islas.
4.- Trazar circuito con tinta indeleble
5.- Realizar perforaciones.
5.- Introducir plaqueta en ácido percloruro férrico.
6.- Colocar 2 transistores NPN 2N3904, 1 Resistencia de 1 kΩ, 1 diodo LED, 1 potenciómetro de 100 kΩ, 1
fotocelda (LDR), 1 interruptor de dos posiciones, 1 diodo de 1ª, 1 relé de 12V
7.- Soldar.
8- Probar funcionamiento.
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8. ACTIVIDADES PARA DESARROLLAR LOS OBJETIVOS
* Definir el diseño de circuito a desarrollar.
*Preparar la plaqueta virgen de 5 x10., en donde se imprimirá el circuito.
*Dibujar las pistas del circuito sobre la plaqueta virgen, teniendo en cuenta que el ancho de las mismas
(aprox. 2mm) debe ser suficiente para que las perforaciones quepan dentro de las pistas y además lograr
buenas soldaduras.
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9. * Realizar las perforaciones necesarias, utilizando una mecha de
Ø 1mm. A continuación aplicar corrector o esmalte de uñas
sobre las pistas dibujadas, y verificar que se logre una buena
cobertura para que el ácido no elimine el cobre d e las pistas.
* Sumergir la plaqueta en percloruro de hierro durante
aproximadamente 10 minutos. Esta sustancia eliminará la parte
de cobre no utilizada de la plaqueta. Este proceso se acelerará si
el percloruro de hierro adquiere m ayor temperatura.
* Retirar la plaqueta del percloruro de hierro, lavar con agua y
aplicar una virulana para quitar el corrector y lograr una
buena soldadura.
* Ubicar los elementos del circuito en sus correspondientes
lugares, verificando su polaridad.
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10. * Soldar los elementos a la plaqueta utilizando estaño y
chequear que las soldaduras sean correctas. Después cortar con
un alicate los sobrantes de los pines de los componentes.
* Comprobar el correcto funcionamiento del circuito.
* Por último, ubicar convenientemente el circuito dentro
de una caja plástica o de madera para lograr una mejor
presentación y mayor seguridad.
ACTIVIDADES SUGERIDAS:
* Armar el circuito
* Buscar información en Internet
* Investigar las partes del circuito y para que sirven cada uno
Integrantes: Barreto, Anahí Josefina
Maciel, Miriam Gabriela
Mayorquín, Darío Sebastián
Quiroz, Javier Nicolás
Sánchez, Ramón Santiago
4º año 1era Profesorado en Tecnología
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11. 11

12. MARCO TEORICO
Resistor
Resistor
Aspecto físico
Símbolo electrónico
Dos: entrada y salida (sin polaridad)
Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica
determinada entre dos puntos de un circuito. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos
simplemente como resistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., se emplean
resistencias para producir calor aprovechando el efecto Joule. Es un material formado por carbón y otros
elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente
máxima en un resistor viene condicionada por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo. Esta
potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los
valores más comunes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.
Existen resistencias de valor variable, que reciben el nombre de potenciómetros.
Comportamiento en un circuito
Los resistores se utilizan en los circuitos para limitar el valor de la corriente ó para fijar el valor de
la tensión. Utilizando la Ley de Ohm.
Codificación de resistores
Código de colores
Para caracterizar un resistor hacen falta tres valores: resistencia eléctrica, disipación máxima y
precisión o tolerancia. Estos valores se indican normalmente en el encapsulado dependiendo del tipo de
éste; para el tipo de encapsulado axial, el que se observa en las fotografías, dichos valores van rotulados
con un código de franjas de colores.
Estos valores se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres,
cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen
de izquierda a derecha. La última raya indica la tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el
multiplicador y las otras indican las cifras significativas del valor de la resistencia.
El valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras como un número de una, dos o tres
cifras; se multiplica por el multiplicador y se obtiene el resultado en Ohmios (Ω). El coeficiente de
temperatura únicamente se aplica en resistencias de alta precisión o tolerancia menor del 1%).
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13. Código de colores
Valor de la Valor de la Coeficiente
Color de
1°cifra 2°cifra Multiplicador Tolerancia de
la banda
significativa significativa temperatura
Negro - 0 1 - -
Marrón 1 1 10 ±1% 100ppm/°C
Rojo 2 2 100 ±2% 50ppm/°C
Naranja 3 3 1 000 - 15ppm/°C
Amarillo 4 4 10 000 ±4% 25ppm/°C
Verde 5 5 100 000 ±0,5% 20ppm/°C
Azul 6 6 1 000 000 ±0,25% 10ppm/°C
Violeta 7 7 10000000 ±0,1% 5ppm/°C
Gris 8 8 100000000 ±0.05% 1ppm/°C
Blanco 9 9 1000000000 - -
Dorado - - 0,1 ±5% -
Plateado - - 0,01 ±10% -
Ninguno - - - ±20% -
Como leer el valor de una resistencia
En una resistencia tenemos generalmente 4 líneas de colores, aunque podemos encontrar algunas que
contenga 5 líneas (4 de colores y 1 que indica tolerancia) vamos a tomar la más general las de 4 líneas, las
primeras 3 y dejamos aparte la tolerancia que es plateada o dorada
• La primera línea representa el dígito de las decenas.
• La segunda línea representa el dígito de las unidades.
• El número así formado se multiplica por la potencia de 10 expresada por la tercera línea
(multiplicador).
Por ejemplo:
Tenemos una resistencia con los colores verde, amarillo, rojo y dorado.
• Registramos el valor de la primera línea (verde): 5
• Registramos el valor de la segunda línea (amarillo): 4
• Registramos el valor de la tercera línea (rojo): X 100
• Unimos los valores de las primeras dos líneas y multiplicamos por el valor de la tercera
54 X 100 = 5400Ω o 5,4 kΩ y este es el valor de la resistencia expresada en Ohmios
Ejemplo
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14. Resistencia de valor 2.700.000 Ω y tolerancia de ±10%.
• La caracterización de una resistencia de 2.700.000 Ω (2,7 MΩ), con una tolerancia de ±10%, sería
la representada en la figura 3:
1ª cifra: rojo (2)
2ª cifra: violeta (7)
Multiplicador: verde (100000)
Tolerancia: plateado (±10%)
Codificación de los resistores de montaje superficial
Esta imagen muestra cuatro resistores de montaje de superficie (el componente en la parte superior
izquierda es un condensador) incluyendo dos resistores de cero ohmios. Los enlaces de cero ohmios son
usados a menudo en vez de enlaces de alambre
Resistencia de montaje superficial o SMD.
A los resistores cuando se encuentran en circuitos con tecnología de montaje de superficie se les imprimen
valores numéricos en un código similar al usado en los resistores axiales.
Los resistores de tolerancia estándar en estos tipos de montajes (Standard-tolerance Surface Mount
Technology) son marcados con un código de tres dígitos, en el cual los primeros dos dígitos representan los
primeros dos dígitos significativos y el tercer dígito representa una potencia de diez (el número de ceros).
Codificación en Resistencias SMD
En las resistencias SMD ó de montaje en superficie su codificación más usual es:
1ª Cifra = 1º número 2ª Cifra = 2º número 3ª Cifra = Multiplicador En este ejemplo la resistencia tiene un
valor de: 1200 ohmios = 1.2K
1ª Cifra = 1º número La " R " indica coma decimal 3ª Cifra = 2º número En este ejemplo la resistencia tiene
un valor de: 1,6 ohmios
La " R " indica " 0. " 2ª Cifra = 2º número 3ª Cifra = 3º número En este ejemplo la resistencia tiene un valor
de: 0.22 ohmios
ejemplo:
"334" 33 × 10,000 Ω = 330 kΩ
Los resistores de menos de 100 Ω se escriben: 100, 220, 470, etc. El número cero final representa diez a la
potencia de cero, lo cual es 1.
ejemplo:
"100" = 10 × 1 Ω = 10 Ω
Algunas veces estos valores se marcan como "10" o "22" para prevenir errores.
Los resistores menores de 10 Ω tienen una 'R' para indicar la posición del punto decimal.
ejemplo:
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15. "4R7" = 4.7 Ω
Los resistores de precisión son marcados con códigos de cuatro dígitos, en los cuales los primeros tres
dígitos son los números significativos y el cuarto es la potencia de diez.
ejemplo:
"1001" = 100 × 10 Ω = 1 kΩ
Los valores "000" y "0000" aparecen en algunas ocasiones en los enlaces de montajes de superficie, debido
a que tienen una resistencia aproximada a cero.
Potenciómetro
Aspecto físico
Potenciómetro rotatorio
Símbolo electrónico
(Europa)
(USA)
Distintos tipos de potenciómetros rotatorios.
Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se
puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la
diferencia de potencial al conectarlo en serie.
Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes
mayores, se utilizan los reóstatos, que pueden disipar más potencia.
Construcción
Existen dos tipos de potenciómetros:
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16. • Potenciómetros impresos, realizados con una pista de carbón o de cermet sobre un soporte duro
como papel baquelizado, fibra, alúmina, etc. La pista tiene sendos contactos en sus extremos y un
cursor conectado a un patín que se desliza por la pista resistiva.
• Potenciómetros petados. Consiste en un arrollamiento toroidal de un hilo resistivo (por ejemplo,
constatan) con un cursor que mueve un patín sobre el mismo.
Tipos
Potenciómetros rotatorios multivuelta utilizados en electrónica. Estos potenciómetros permiten un mejor
ajuste que los rotatorios normales.
Potenciómetros deslizantes.
Según su aplicación se distinguen varios tipos:
• Potenciómetros de mando. Son adecuados para su uso como elemento de control en los aparatos
electrónicos. El usuario acciona sobre ellos para variar los parámetros normales de
funcionamiento. Por ejemplo, el volumen de una radio.
• Potenciómetros de ajuste. Controlan parámetros preajustados, normalmente en fábrica, que el
usuario no suele tener que retocar, por lo que no suelen ser accesibles desde el exterior. Existen
tanto encapsulados en plástico como sin cápsula, y se suelen distinguir potenciómetros de ajuste
vertical, cuyo eje de giro es vertical, y potenciómetros de ajuste horizontal, con el eje de giro
paralelo al circuito impreso.
• Según la ley de variación de la resistencia R = Ω(Ω):
• Potenciómetros lineales. La resistencia es proporcional al ángulo de giro.
• Logarítmicos. La resistencia depende logarítmicamente del ángulo de giro.
• Senoidales. La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos potenciómetros
senoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y el coseno del ángulo de giro. Pueden
tener topes de fin de carrera o no.
• Antilogarítmicos (exponenciales?)...
• En los potenciómetros impresos la ley de resistencia se consigue variando la anchura de la pista
resistiva, mientras que en los bobinados se ajusta la curva a tramos, con hilos de distinto grosor.
• Potenciómetros multivuelta. Para un ajuste fino de la resistencia existen potenciómetros
multivuelta, en los que el cursor va unido a un tornillo desmultiplicador, de modo que para
completar el recorrido necesita varias vueltas del órgano de mando.
• Tipos de potenciómetros de mando
• Potenciómetros rotatorios. Se controlan girando su eje. Son los más habituales pues son de larga
duración y ocupan poco espacio.
• Potenciómetros deslizantes. La pista resistiva es recta, de modo que el recorrido del cursor también
lo es. Han estado de moda hace unos años y se usa, sobre todo, en ecualizadores gráficos, pues la
posición de sus cursores representa la respuesta del ecualizador. Son más frágiles que los rotatorios
y ocupan más espacio. Además suelen ser más sensibles al polvo.
• Potenciómetros múltiples. Son varios potenciómetros con sus ejes coaxiales, de modo que ocupan
muy poco espacio. Se utilizaban en instrumentación, autorradios, etc.
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17. • Potenciómetros digitales
• Se llama potenciómetro digital a un circuito integrado cuyo funcionamiento simula el de un
potenciómetro Analógico. Se componen de un divisor resistivo de n+1 resistencias, con sus n
puntos intermedios conectados a un multiplexor analógico que selecciona la salida. Se manejan a
través de una interfaz serie (SPI, I2C, Microwire, o similar). Suelen tener una tolerancia en torno al
20% y a esto hay que añadirle la resistencia debida a los switches internos, conocida como Rwiper.
Los valores mas comunes son de 10K y 100K aunque varia en función del fabricante con 32, 64,
128, 512 y 1024 posiciones en escala logarítmica o lineal. Los principales fabricantes son Maxim,
Intersil y Analog Devices. Estos dispositivos poseen las mismas limitaciones que los conversores
DAC como son la corriente máxima que pueden drenar, que esta en el orden de los mA, la INL y la
DNL, aunque generalmente son monotónicos.
Fotorresistencia
LDR
Foto celda
Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de
intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado coronel fotorresistor, fotoconductor, célula
fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuya siglas, LDR, se originan de su nombre en inglés light-
dependent resistor. Su cuerpo está formado por una célula o celda y dos patillas.
símbolo eléctrico
El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (puede descender hasta
50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (varios megaohmios).
Características
Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la
luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del
semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón
libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia.
Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante.
Las células de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su resistencia según la
cantidad de luz que incide la célula. Cuanto más luz incide, más baja es la resistencia. Las células son
también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y
ultravioleta (UV).
La variación del valor de la resistencia tiene cierto retardo, diferente si se pasa de oscuro a iluminado o de
iluminado a oscuro. Esto limita a no usar los LDR en aplicaciones en las que la señal luminosa varía con
rapidez. El tiempo de respuesta típico de un LDR está en el orden de una décima de segundo. Esta lentitud
da ventaja en algunas aplicaciones, ya que se filtran variaciones rápidas de iluminación que podrían hacer
inestable un sensor (ej. tubo fluorescente alimentado por corriente alterna). En otras aplicaciones (saber si
es de día o es de noche) la lentitud de la detección no es importante.
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18. Diodo
Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente
eléctrica a través de él en un sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo
semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a
dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta
potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo.
Diodo semiconductor
Formación de la región de agotamiento, en la gráfica z.c.e.
Un diodo semiconductor moderno está hecho de cristal semiconductor como el silicio con impurezas en él
para crear una región que contiene portadores de carga negativos (electrones), llamado semiconductor de
tipo n, y una región en el otro lado que contiene portadores de carga positiva (huecos), llamado
semiconductor tipo p. Las terminales del diodo se unen a cada región. El límite dentro del cristal de estas
dos regiones, llamado una unión PN, es donde la importancia del diodo toma su lugar. El cristal conduce
una corriente de electrones del lado n (llamado cátodo), pero no en la dirección opuesta; es decir, cuando
una corriente convencional fluye del ánodo al cátodo (opuesto al flujo de los electrones, desde que los
electrones tengan carga negativa).
Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusión de electrones del cristal n al p (Je). Al establecerse una
corriente de difusión, estas corrientes aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unión, zona
que recibe el nombre de región de agotamiento.
A medida que progresa el proceso de difusión, la región de agotamiento va incrementando su anchura
profundizando en los cristales a ambos lados de la unión. Sin embargo, la acumulación de iones positivos
en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo eléctrico (E) que actuará sobre los electrones
libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento, que se opondrá a la corriente de
electrones y terminará deteniéndolos.
Este campo eléctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensión entre las zonas p y n.
Esta diferencia de potencial (VD) es de 0,7 V en el caso del silicio y 0,3 V para los cristales de germanio.
La anchura de la región de agotamiento una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de 0,5 micras
pero cuando uno de los cristales está mucho más dopado que el otro, la zona de carga espacial es mucho
mayor.
Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensión externa, se dice que el diodo está polarizado,
pudiendo ser la polarización directa o inversa.
Polarización directa de un diodo
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19. Polarización directa del diodo pn.
En este caso, la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso
de la corriente de electrones a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la
electricidad.
Para que un diodo esté polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de la batería al ánodo del
diodo y el polo negativo al cátodo. En estas condiciones podemos observar que:
• El polo negativo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones se
dirigen hacia la unión p-n.
• El polo positivo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es equivalente a
decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n.
• Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la diferencia de
potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energía
suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la
unión p-n.
• Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga espacial,
cae en uno de los múltiples huecos de la zona p convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez
ocurrido esto el electrón es atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en
átomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta
la batería.
De este modo, con la batería cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones de valencia de la
zona p, aparece a través del diodo una corriente eléctrica constante hasta el final.
Polarización inversa de un diodo
Polarización inversa del diodo pn.
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20. En este caso, el polo negativo de la batería se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace
aumentar la zona de carga espacial, y la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensión
de la batería, tal y como se explica a continuación:
• El polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del cristal n y
se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batería. A medida que
los electrones libres abandonan la zona n, los átomos pentavalentes que antes eran neutros, al
verse desprendidos de su electrón en el orbital de conducción, adquieren estabilidad (8 electrones
en la capa de valencia, ver semiconductor y átomo) y una carga eléctrica neta de +1, con lo que se
convierten en iones positivos.
• El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p.
Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han
formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia,
siendo el electrón que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los electrones libres
cedidos por la batería entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los átomos
trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una carga eléctrica neta
de -1, convirtiéndose así en iones negativos.
• Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere el mismo
potencial eléctrico que la batería.
• En esta situación, el diodo no debería conducir la corriente; sin embargo, debido al efecto de la
temperatura se formarán pares electrón-hueco a ambos lados de la unión produciendo una
pequeña corriente (del orden de 1 ΩA) denominada corriente inversa de saturación. Además,
existe también una denominada corriente superficial de fugas la cual, como su propio nombre
indica, conduce una pequeña corriente por la superficie del diodo; ya que en la superficie, los
átomos de silicio no están rodeados de suficientes átomos para realizar los cuatro enlaces
covalentes necesarios para obtener estabilidad. Esto hace que los átomos de la superficie del diodo,
tanto de la zona n como de la p, tengan huecos en su orbital de valencia con lo que los electrones
circulan sin dificultad a través de ellos. No obstante, al igual que la corriente inversa de saturación,
la corriente superficial de fuga es despreciable.
Curva característica del diodo
Curva característica del diodo
• Tensión umbral, de codo o de partida (VΩ ).
La tensión umbral (también llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en
valor con la tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar
directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente
ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensión externa supera la
tensión umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de
tensión se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente.
• Corriente máxima (Imax ).
Es la intensidad de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule.
Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del
diseño del mismo.
• Corriente inversa de saturación (Is ).
Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de
pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento
de 10º en la temperatura.
• Corriente superficial de fugas.
Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo, esta corriente es función de la
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21. tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de
fugas.
• Tensión de ruptura (Vr ).
Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.
Led
• Diodo emisor de luz
•
Ledes de color rojo, verde y azul de 5 mm.
• Símbolo electrónico
•
Un led (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: ‘diodo emisor de luz’) es un diodo semiconductor
que emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha más
frecuencia, en iluminación. Presentado como un componente electrónico en 1962, los primeros ledes
emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el
espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.
Cuando un led se encuentra en polarización directa, los electrones pueden recombinarse con los
huecos en el dispositivo, liberando energía en forma de fotones. Este efecto es llamado
electroluminiscencia y el color de la luz (correspondiente a la energía del fotón) se determina a partir
de la banda de energía del semiconductor. Por lo general, el área de un led es muy pequeña (menor a
1 mm), y se pueden usar componentes ópticos integrados para formar su patrón de radiación. Los
ledes presentan muchas ventajas sobre las fuentes de luz incandescente como un consumo de energía
mucho menor, mayor tiempo de vida, tamaño más pequeño, gran durabilidad y fiabilidad. Los ledes
que pueden iluminar un cuarto son relativamente costosos y requieren una corriente más precisa y
una protección térmica a comparación de las lámparas fluorescentes.
Funcionamiento físico
A Ánodo
B Cátodo
Lente/encapsulado
1
epóxico
2 Contacto metálico
3 Cavidad reflectora
Terminación del
4
semiconductor
5 Plaquetas
6 Plaquetas
Ledes de distintos colores. 7
8 Borde plano
El funcionamiento normal consiste en que, en los materiales semiconductores, un electrón al
pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía; esta energía perdida se puede
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22. manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. El
que esa energía perdida cuando pasa un electrón de la banda de conducción a la de valencia se
manifieste como un fotón desprendido o como otra forma de energía (calor por ejemplo) va a
depender principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando un diodo semiconductor se
polariza directamente, los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n
hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo.
Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse, es decir, los
electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos, "cayendo" desde un nivel energético superior a otro
inferior más estable. Este proceso emite con frecuencia un fotón en semiconductores de banda
prohibida directa (direct bandgap) con la energía correspondiente a su banda prohibida. Esto no
quiere decir que en los demás semiconductores (semiconductores de banda prohibida indirecta o
indirect bandgap) no se produzcan emisiones en forma de fotones; sin embargo, estas emisiones son
mucho más probables en los semiconductores de banda prohibida directa (como el nitruro de galio)
que en los semiconductores de banda prohibida indirecta (como el silicio).
La emisión espontánea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los diodos y sólo es
visible en diodos como los ledes de luz visible, que tienen una disposición constructiva especial con el
propósito de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, y una energía de la
banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible. En otros diodos, la energía se
libera principalmente en forma de calor, radiación infrarroja o radiación ultravioleta. En el caso de
que el diodo libere la energía en forma de radiación ultravioleta, se puede conseguir aprovechar esta
radiación para producir radiación visible, mediante sustancias fluorescentes o fosforescentes que
absorban la radiación ultravioleta emitida por el diodo y posteriormente emitan luz visible.
El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de
mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes.
Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el
color de la luz emitida. Usualmente un led es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón
por la cual el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.
Para obtener buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el led;
para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operación va desde 1,8 hasta 3,8 voltios
aproximadamente (lo que está relacionado con el material de fabricación y el color de la luz que
emite) y la gama de intensidades que debe circular por él varía según su aplicación. Valores típicos de
corriente directa de polarización de un led corriente están comprendidos entre los 10 y los 40 mA. En
general, los ledes suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos, con
lo cual, en su operación de forma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad
luminosa que producen (mayor cuanto más grande es la intensidad que circula por ellos) y la
eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos). Tecnología LED
Compuestos empleados en la construcción de leds
Compuesto • Color • Long. de onda
Arseniuro de galio (GaAs) • Infrarrojo • 940 nm
Arseniuro de galio y
• Rojo e infrarrojo • 890 nm
aluminio (AlGaAs)
Arseniuro fosfuro de galio • Rojo, anaranjado y
• 630 nm
(GaAsP) amarillo
Fosfuro de galio (GaP) • Verde • 555 nm
Nitruro de galio (GaN) • Verde • 525 nm
Seleniuro de zinc (ZnSe) • Azul •
Nitruro de galio e indio
• Azul • 450 nm
(InGaN)
Carburo de silicio (SiC) • Azul • 480 nm
Diamante (C) • Ultravioleta •
Silicio (Si) • En desarrollo •
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23. BIBLIOGRAFIA:
http://www.unicrom.com/tut_555_t1igualt2.asp
http://usuarios.multimania.es/charlytospage/astable_con_555.htm
http://www.huarpe.com/electronica2/capitulo/capitulo08/html/555asta.html
http://es.wikipedia.org
Integrantes: Barreto, Anahí Josefina
Maciel, Miriam Gabriela
Mayorquín, Darío Sebastián
Quiroz, Javier Nicolás
Sánchez, Ramón Santiago
4º año 1era Profesorado en Tecnología
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