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Electrónica - ciencia y tecnologia.

Publié le 27/05/2013

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Electrónica - ciencia y tecnologia. 1 INTRODUCCIÓN Usos de los dispositivos electrónicos Los dispositivos electrónicos se utilizan como herramientas en muchas áreas de la investigación avanzada. En la ilustración vemos un microscopio de electrones de barrido, que emplea electrones para generar una imagen muy ampliada en una pantalla de computadora. Lawrence Migdale/Photo Researchers, Inc. - ciencia y tecnologia. Electrónica, campo de la ingeniería y de la física aplicada relativo al diseño y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión, recepción y almacenamiento de información. Esta información puede consistir en voz o música (señales de voz) en un receptor de radio, en una imagen en una pantalla de televisión, o en números u otros datos en un ordenador o computadora. Los circuitos electrónicos ofrecen diferentes funciones para procesar esta información, incluyendo la amplificación de señales débiles hasta un nivel utilizable; la generación de ondas de radio; la extracción de información, como por ejemplo la recuperación de la señal de sonido de una onda de radio (demodulación); el control, como en el caso de la superposición de una señal de sonido a ondas de radio (modulación), y operaciones lógicas, como los procesos electrónicos que tienen lugar en las computadoras. 2 ANTECEDENTES HISTÓRICOS La introducción de los tubos de vacío a comienzos del siglo XX propició el rápido crecimiento de la electrónica moderna. Con estos dispositivos se hizo posible la manipulación de señales, algo que no podía realizarse en los antiguos circuitos telegráficos y telefónicos, ni con los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta tensión para generar ondas de radio. Por ejemplo, con los tubos de vacío se pudieron amplificar las señales de radio y de sonido débiles, y además podían superponerse señales de sonido a las ondas de radio. El desarrollo de una amplia variedad de tubos, diseñados para funciones especializadas, posibilitó el rápido avance de la tecnología de comunicación radial antes de la II Guerra Mundial, y el desarrollo de las primeras computadoras, durante la guerra y poco después de ella. Hoy día, el transistor, inventado en 1948, ha reemplazado casi completamente al tubo de vacío en la mayoría de sus aplicaciones. Al incorporar un conjunto de materiales semiconductores y contactos eléctricos, el transistor permite las mismas funciones que el tubo de vacío, pero con un coste, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad. Los progresos subsiguientes en la tecnología de semiconductores, atribuible en parte a la intensidad de las investigaciones asociadas con la iniciativa de exploración del espacio, llevó al desarrollo, en la década de 1970, del circuito integrado. Estos dispositivos pueden contener centenares de miles de transistores en un pequeño trozo de material, permitiendo la construcción de circuitos electrónicos complejos, como los de los microordenadores o microcomputadoras, equipos de sonido y vídeo, y satélites de comunicaciones. 3 COMPONENTES ELECTRÓNICOS Diodo emisor de luz Un diodo es un componente electrónico a través del cual la corriente pasa en un solo sentido. Los diodos emisores de luz (LED, acrónimo de Light-Emitting Diode) son semiconductores que generan luz al pasar una corriente a través de ellos. Se emplean en numerosos dispositivos comunes, como el sintonizador de un aparato de radio. Una disposición de siete LED en forma de ocho puede utilizarse para presentar cualquier número del 0 al 9. Esta disposición suele emplearse en calculadoras y relojes digitales. Yoav Levy/Phototake NYC Los circuitos electrónicos constan de componentes electrónicos interconectados. Estos componentes se clasifican en dos categorías: activos o pasivos. Entre los pasivos se incluyen los reóstatos, los condensadores y los inductores. Los considerados activos incluyen las baterías (o pilas), los generadores, los tubos de vacío y los transistores. 3.1 Tubos de vacío Amplificador triodo Un circuito amplificador triodo consta además de un triodo, de un reóstato de carga, baterías y una fuente de tensión variable. El triodo es un tubo de cristal al vacío que contiene un cátodo C, un ánodo A y una rejilla de control G. La batería A calienta el filamento que hay en el cátodo, de manera que los electrones pueden moverse libremente. La batería B mantiene una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo, y suministra la energía que los electrones ganan al fluir desde el cátodo hacia el ánodo. Este flujo se puede controlar aplicando una tensión negativa a la rejilla con la batería C. Cuanto mayor sea la tensión negativa de la rejilla, menos electrones fluirán desde el cátodo hacia el ánodo. Pequeños cambios en la tensión de la rejilla provenientes de una señal de radio o de sonido (fuente S) pueden producir grandes variaciones en el flujo de corriente desde el cátodo al ánodo, y dentro del resto del circuito. © Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos. Un tubo de vacío consiste en una cápsula de vidrio de la que se ha extraído el aire, y que lleva en su interior varios electrodos metálicos. Un tubo sencillo de dos elementos (diodo) está formado por un cátodo y un ánodo, este último conectado al terminal positivo de una fuente de alimentación. El cátodo (un pequeño tubo metálico que se calienta mediante un filamento) libera electrones que migran hacia él (un cilindro metálico en torno...

« Amplificador triodoUn circuito amplificador triodo consta además de un triodo, de un reóstato de carga, baterías y una fuente de tensión variable.

Eltriodo es un tubo de cristal al vacío que contiene un cátodo C, un ánodo A y una rejilla de control G.

La batería A calienta el filamentoque hay en el cátodo, de manera que los electrones pueden moverse libremente.

La batería B mantiene una diferencia de potencialentre el cátodo y el ánodo, y suministra la energía que los electrones ganan al fluir desde el cátodo hacia el ánodo.

Este flujo sepuede controlar aplicando una tensión negativa a la rejilla con la batería C.

Cuanto mayor sea la tensión negativa de la rejilla, menoselectrones fluirán desde el cátodo hacia el ánodo.

Pequeños cambios en la tensión de la rejilla provenientes de una señal de radio o desonido (fuente S) pueden producir grandes variaciones en el flujo de corriente desde el cátodo al ánodo, y dentro del resto delcircuito.© Microsoft Corporation.

Reservados todos los derechos. Un tubo de vacío consiste en una cápsula de vidrio de la que se ha extraído el aire, y que lleva en su interior varios electrodos metálicos.

Un tubo sencillo de dos elementos(diodo) está formado por un cátodo y un ánodo, este último conectado al terminal positivo de una fuente de alimentación.

El cátodo (un pequeño tubo metálico que secalienta mediante un filamento) libera electrones que migran hacia él (un cilindro metálico en torno al cátodo, también llamado placa).

Si se aplica una tensión alterna alánodo, los electrones sólo fluirán hacia el ánodo durante el semiciclo positivo; durante el ciclo negativo de la tensión alterna, el ánodo repele los electrones, impidiendo quecualquier corriente pase a través del tubo.

Los diodos conectados de tal manera que sólo permiten los semiciclos positivos de una corriente alterna (c.a.) se denominantubos rectificadores y se emplean en la conversión de corriente alterna a corriente continua (c.c.) ( véase Electricidad).

Al insertar una rejilla, formada por un hilo metálico en espiral, entre el cátodo y el ánodo, y aplicando una tensión negativa a dicha rejilla, es posible controlar el flujo de electrones.

Si la rejilla es negativa, los repele y sólouna pequeña fracción de los electrones emitidos por el cátodo puede llegar al ánodo.

Este tipo de tubo, denominado triodo, se puede utilizar como amplificador.

Laspequeñas variaciones de la tensión que se producen en la rejilla, como las generadas por una señal de radio o de sonido, pueden provocar grandes variaciones en el flujo deelectrones desde el cátodo hacia el ánodo y, en consecuencia, en el sistema de circuitos conectado al ánodo. 3.2 Transistores Placa de circuitos y transistoresLa imagen ampliada de la placa de circuitos de un detector de humo muestra sus componentes, entre los que se incluyen transistores,reóstatos, condensadores, diodos y bobinas.

Los transistores que permiten el funcionamiento del circuito están encerrados en unoscontenedores redondos plateados.

Los transistores pueden efectuar diversas funciones, sirviendo, por ejemplo, de amplificadores,interruptores y osciladores.

Cada transistor consta de un pequeño trozo de silicio al que se le han aplicado átomos de impurezas paracrear semiconductores de tipo n y de tipo p.

Inventados en 1948, los transistores son un componente fundamental en casi todos losdispositivos electrónicos modernos.H.

Schneebeli/Science Source/Photo Researchers, Inc. Los transistores se componen de semiconductores.

Se trata de materiales, como el silicio o el germanio, dopados (es decir, se les han incrustado pequeñas cantidades dematerias extrañas), de manera que se produce un exceso o una carencia de electrones libres.

En el primer caso, se dice que el semiconductor es del tipo n, y en el segundo, que es del tipo p.

Combinando materiales del tipo n y del tipo p se puede producir un diodo.

Cuando éste se conecta a una batería de manera tal que el material tipo p es positivo y el material tipo n es negativo, los electrones son repelidos desde el terminal negativo de la batería y pasan, sin ningún obstáculo, a la región p, que carece de electrones.

Con la batería invertida, los electrones que llegan al material p pueden pasar sólo con muchas dificultades hacia el material n, que ya está lleno de electrones libres, en cuyo caso la corriente es prácticamente cero. El transistor bipolar fue inventado en 1948 para sustituir al tubo de vacío triodo.

Está formado por tres capas de material dopado, que forman dos uniones pn (bipolares) con configuraciones pnp o npn. Una unión está conectada a la batería para permitir el flujo de corriente (polarización negativa frontal, o polarización directa), y la otra está conectada a una batería en sentido contrario (polarización inversa).

Si se varía la corriente en la unión de polarización directa mediante la adición de una señal, la corrientede la unión de polarización inversa del transistor variará en consecuencia.

El principio se puede utilizar para construir amplificadores en los que una pequeña señal aplicadaa la unión de polarización directa provocará un gran cambio en la corriente de la unión de polarización inversa. Otro tipo de transistor es el de efecto campo (FET, acrónimo inglés de Field-Effect Transistor), que funciona sobre la base del principio de repulsión o de atracción de cargasdebido a la superposición de un campo eléctrico.

La amplificación de la corriente se consigue de modo similar al empleado en el control de rejilla de un tubo de vacío.

Lostransistores de efecto campo funcionan de forma más eficaz que los bipolares, ya que es posible controlar una señal grande con una cantidad de energía muy pequeña. 3.3 Circuitos integrados. »

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