CIRCUITO INTEGRADO

Circuito integrado con origen en el latín circuitus, es un concepto con varios usos y significados. El término permite referirse al trayecto en curva cerrada, el recorrido que termina en el punto  de partida o el terreno ubicado dentro de un perímetro Integrado, por su parte, procede del verbo integrar (completar un todo con las partes faltantes, hacer que algo pase a formar parte de un todo, constituir un todo). En la electrónica, un circuito integrado es la combinación de elementos de un circuito que están miniaturizados y que forman parte de un mismo chip.

El circuito integrado está elaborado con un material semiconductor, sobre el cual se fabrican los circuitos electrónicos a través de la fotolitografía. Estos circuitos, que ocupan unos pocos milímetros, se encuentran protegidos por un encapsulado con conductores metálicos que permiten establecer la conexión entre dicha pastilla  de material semiconductor y el circuito impreso.

Existen varios tipos de circuitos integrados. Entre los más avanzados y populares pueden mencionarse los microprocesadores, que se utilizan para controlar desde computadoras hasta teléfonos móviles y electrodomésticos. Los circuitos integrados pueden clasificarse de diversas formas. Es posible hablar de los circuitos monolíticos (fabricados en un único monocristal, por lo general silicio), los circuitos híbridos de capa fina (con componetentes          que exceden a la tecnología monolítica) y los circuitos hibridos de capa gruesa (sin cápsulas, con resistencias depositadas por serigrafía y cortes con láser). Otra clasificación se realiza según el número de componentes y el nivel de integración. Los circuitos integrados, en este caso, se conocen por su sigla en inglés: SSI (Small Scale Integration), MSI (Medium Scale Integration), etc.

CLASIFICACIÓN:

Atendiendo al nivel de integración – número de componentes – los circuitos integrados se clasifican en:

SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores

MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000 transistores

LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000 transistores

VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores

ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores

GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de transistores

Circuitos integrados analógicos:

Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta circuitos completos y funcionales, como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.

Circuitos integrados digitales:

Pueden ser desde básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores.

Algunos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema mayor y más complejo.

https://www.youtube.com/watch?v=f3IUVvJ2XgI

Comentario:

La forma como describe y cuenta la historia de la creación y evolución del transistor hace que se pueda entender mejor, más parece una tragedia griega como dice el autor y hace reconocer en los contextos que se presentan las situaciones, si bien es un poco larga lo vale creo que cualquier persona que vea el video podría tomar conciencia de la importancia de este dispositivo y de los avances tecnológicos.

COOLMOS

El COOLMOS, es una tecnología nueva de MOSFET de potencia para alto voltaje. Se implementa mediante una estructura de compensación en la región vertical de desplazamiento de un MOSFET, para mejorar la resistencia en estado activo. Para un mismo encapsulado, tiene menor resistencia en estado activo en comparación con la de otros MOSFET. Las perdidas de conducción son 5 veces menores, cuando menos en comparación con las de la tecnología MOSFET convencional. El COOLMOS es capaz de manejar de dos a tres veces mas potencia de salida que la de un MOSFET convencional en el mismo encapsulado. El área activa de microcircuito de un COOLMOS es unas 5 veces menor que la de un MOSFET normal.

Los portadores mayoritarios solo proporcionan la conductividad eléctrica. Como no hay contribución de corriente bipolar, las perdidas de conmutación son iguales a las de los MOSFET convencionales. Se aumenta el dopado de la capa que sostiene el voltaje más o menos, en un orden de magnitud. Se insertan bandas verticales p adicionales en la estructura para compensar el exceso de carga n que contiene la corriente. El campo eléctrico en el interior de la estructura esta fijado por la carga neta de las dos columnas con dopados opuestos. De este modo se puede obtener una distribución casi horizontal del campo, si ambas regiones se compensan entre si en forma perfecta. La fabricación de pares adyacentes dopadas con p y con n con una carga neta prácticamente de cero requiere una manufactura de precisión. Todo desequilibrio de cargas influye sobre el voltaje de bloqueo del dispositivo. Para mayores voltajes de bloqueo solo se tiene que aumentar la profundidad de las columnas sin necesidad de alterar el dopado. Esto conduce a una relación lineal entre el voltaje de bloqueo y la resistencia en estado activo

Por ejemplo la resistencia es de 70 m_ para un COOLMOS de 600 V, 70 A. El COOLMOS tiene una característica v-i lineal con un bajo voltaje umbral. Los dispositivos COOLMOS se pueden usar en aplicaciones hasta límites de potencia de 2 KVA, como suministros de corriente para estaciones de trabajo y servidor, fuentes interrumpibles de energía (UPS), convertidores de alto voltaje para sistemas de microondas, hornos de inducción y equipos de soldadura. Estos dispositivos pueden reemplazar a los MOSFET convencionales de potencia en todas sus aplicaciones en la mayor parte de los casos sin adaptación alguna del circuito. A frecuencias de conmutación mayores a 100 KHZ, los dispositivos COOLMOS ofrecen una mejor capacidad de manejo de corriente, como por ejemplo un área mínima requerida de microcircuito para determinada corriente. Tienen la ventaja de tener un diodo inverso intrínseco. Toda oscilación parasita que pudiera causar disparos negativos del voltaje entre drenaje y fuente se fija a un valor definido por el diodo.

Transistor IGBT

Símbolo más extendido del IGBT: Gate o puerta (G), colector (C) y emisor (E).

El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor) es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia. Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT.

Los transistores IGBT han permitido desarrollos que no habían sido viables hasta entonces, en particular en los Variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en máquinas eléctricas y convertidores de potencia que nos acompañan cada día y por todas partes, sin que seamos particularmente conscientes de eso: automóvil, tren, metro, autobús, avión, barco, ascensor, electrodoméstico, televisión, domótica, Sistemas de Alimentación Ininterrumpida o SAI (en Inglés UPS), etc.

Características

El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 100 kHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones. Es usado en aplicaciones de altas y media energía como fuente conmutada, control de la tracción en motores y cocina de inducción. Grandes módulos de IGBT consisten en muchos dispositivos colocados en paralelo que pueden manejar altas corrientes del orden de cientos de amperios con voltajes de bloqueo de 6.000 voltios.

Se puede concebir el IGBT como un transistor Darlington híbrido. Tiene la capacidad de manejo de corriente de un bipolar pero no requiere de la corriente de base para mantenerse en conducción. Sin embargo las corrientes transitorias de conmutación de la base pueden ser igualmente altas. En aplicaciones de electrónica de potencia es intermedio entre los tiristores y los mosfet. Maneja más potencia que los segundos siendo más lento que ellos y lo inverso respecto a los primeros.

Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. La tensión de control de puerta es de unos 15 V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una señal eléctrica de entrada muy débil en la puerta.

Transistor de Inducción Estática (SIT)

 Componente electrónico de recién creación el cual es usado en diferentes aplicaciones, es de alta potencia y frecuencia. El mismo es muy similar a los JFET, excepto por su construcción vertical y su compuerta enterrada. Se los utiliza en amplificadores de potencia lineal en audio, DHF, UHF y microondas. No se los utiliza como conmutador por la alta caída de tensión en sus terminales.

Descripción

El Dispositivo más importante bajo desarrollo es el transistor de inducción estática (SIT), en la figura  se muestra una sección transversal. El SIT es un dispositivo portador mayoritario (unipolar) en el que el flujo de electrones de la fuente al drenaje es controlado por un potencial de barrera en el semiconductor de dos dimensiones con forma de silla de montar entre las compuertas metálicas. Sí el dopado y las dimensiones laterales son escogidas adecuadamente, la altura del potencial de barrera será modulado por la compuerta y el drenaje. Debido a que la corriente se incrementa exponencialmente conforme el potencial de barrera es disminuido, las características de la salida del SIT son usualmente no saturadas o de manera de tríodo, pareciéndose a un tríodo de tubo al vacío. Los electrones fluyen de la fuente al drenaje a través de un punto ensillado de potencial electrostático entre los electrodos de compuerta. El mismo cuenta con tres terminales la Puerta (G), Drenador (D) y Surtidor (S). Su simbología para identificarlo es la que se muestra en la figura .

Características

.Bajo nivel de ruido

.Baja distorsión

.Alta capacidad de potencia en audio frecuencia.

.Los tiempos de activación y desactivación son muy pequeños, típicamente 0,25us.

.La caída de tensión en estado activo es alta, típicamente de 90volt para un dispositivo de 180A y de 18Volt .para uno de 18A

.Estos pueden llegar hasta 300A y 1200V.

.Velocidad de conmutación tan alta como 100kHz

.Baja resistencia en serie de compuerta

.Baja capacitancia compuerta fuente

.Resistencia térmica pequeña

Transistor de efecto de campo

El transistor de efecto de campo de unión (JFET), fue el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica. Si se difunden dos regiones P en una barra de material N y se conectan externamente entre sí, se producirá una puerta. A uno de estos contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador. Aplicando tensión positiva entre el drenador y el surtidor y conectando la puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de drenador con polarización cero. Con un potencial negativo de puerta al que llamamos tensión de estrangulamiento, cesa la conducción en el canal.

El transistor de efecto campo, o FET por sus siglas en inglés, que controla la corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada.

·         Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante una unión PN.

·         Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico.

·         Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS significa Metal-Óxido-Semiconductor, en este caso la compuerta es metálica y está separada del canal semiconductor por una capa de óxido.

TRANSISTOR DE UNIÓN BIPOLAR (BJT)

El transistor de unión bipolar (o BJT, por sus siglas del inglés Bipolar Junction Transistor) se fabrica básicamente sobre un cristal de germanio, silicio o arseniuro de galio, 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 delas cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP.

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

La configuración de uniones P o N, dan como resulta transistores PNPN 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 entre ellas (por lo general, el emisor está mucho más contaminado que el colector)

El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitaxial, etc) y del comportamiento cuántico de la unión. 

LOS ELEMENTOS ACTIVOS O DISCRETOS

Es conveniente conocer el material del que están hechos y sus peculiares propiedades eléctricas, sin las cuales la electrónica tal y como se conoce no existiría. Se trata de los materiales semiconductores, que son pieza clave en el desarrollo de diodos, transistores, circuitos integrados y demás componentes  que se utilizan en los modernos  circuitos electrónicos. Precisamente, porque es debido a las propiedades físicas tan particulares que tienen estos materiales, que se pueden construir dispositivos diminutos que funcionan como interruptores de paso, amplificadores, rectificadores, sensores, indicadores, etcétera.

EL DIODO SEMICONDUCTOR

Un  diodo es un componente electrónico de dos terminales que permiten la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo 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.

RECONOCIMIENTO DE TRANSFORMADORES

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia.

Este elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro.

Este flujo originará  por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensión en el devanado secundario dependerá directamente del número de espiras que tengan los devanados y de la tensión del devanado primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión respectivamente. 

https://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

RECONOCIMIENTO DE LAS BOBINAS

Son componentes  pasivos de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica. Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o al aire. Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional   pero se suelen emplear los submúltiplos mH. Sus símbolos normalizados son los siguientes:

Existen bobinas de diversos tipos según su núcleo y según tipo de arrollamiento. Su aplicación principal es como filtro en un circuito electrónico, denominándose comúnmente, choques.

TIPOS DE BOBINAS

1. FIJAS

A 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. Estas bobinas pueden tener temas 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.

B 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.

2. VARIABLES

También se fabrican bobinas ajustables. Normalmente la variación de inductancia se produce por desplazamiento del núcleo.

RECONOCIMIENTO DE CONDENSADORES Y UTILIZACIÓN DEL MULTIMETRO

RECONOCIMIENTO  DE CONDENSADORES:

Básicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico. Tiene  una serie de características tales como capacidad, tensión de trabajo, tolerancia y polaridad, que debemos aprender a distinguir. En la versión más sencilla del condensador, no se pone nada entre las armaduras y se las deja con una cierta separación, en cuyo caso se dice que el dieléctrico es el aire.

.Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios (µF=10-6 F), nanofaradios (nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F).

.Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un condensador, que depende del tipo y grosor  del dieléctrico con que esté fabricando. Si se supera dicha tensión, el condensador puede perforarse  (quedar cortocircuitado) y/o explotar. En este sentido hay que tener cuidado al elegir un condensador de forma que nunca trabaje a una tensión superior a la máxima.

.Tolerancia: Igual que en las resistencias, se refiere el error máximo que puede existir entre la capacidad real del condensador y la capacidad  indicada sobre su cuerpo.

.Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad superior a 1 µF tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión  prestando atención a sus terminales positivo y negativo. Al contrario que los inferiores a 1µF, a los que se puede aplicar tensión en cualquier sentido, los que tienen polaridad pueden explotar en caso de ser ésta la incorrecta.

TIPOS DE CONDENSADORES:

Vamos a mostrar a continuación una serie de condensadores de los más típicos que se ´puedan encontrar. Todos ellos están comparados en tamaño a una moneda.

1.       Electrolíticos.

2.       Electrolíticos de tántalo o de gota.

3.       De poliéster metalizado MKT.

4.       De poliéster

5.       De poliéster tubular.

6.       Cerámico “de lenteja” o “de disco”.

7.       Cerámico “de tubo”.

Reconocimiento de Resistencias:

Las resistencias son fabricadas en una gran variedad de Formas y tamaños. En las más grandes, el valor de la resistencia se imprime directamente en el cuerpo de la resistencia, pero en las más pequeñas, por razones de falta de espacio, esto no se puede hacer y se recurre a un código de colores. Sobre estas resistencias se pintan unas bandas de colores. Cada color representa un número que se utiliza para obtener el valor final de resistencia. Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras  del valor de la resistencia, la tercera banda indica por cuánto hay que multiplicar el valor anterior para obtener el valor final, y la cuarta banda nos indica el margen de incertidumbre o tolerancia del valor obtenido. Así, el valor dela resistencia se obtiene aplicando la siguiente expresión: R=(AB X C)D

Manejo del multímetro digital en corriente continúa

El multímetro es un instrumento para la medida de las magnitudes eléctricas de un circuito: resistencia de un conductor, fuerza electromotriz del generador (fem), diferencia de potencial (ddp) entre dos puntos, intensidad de corriente que circula por una resistencia o una rama. Estas tres últimas magnitudes se pueden medir tanto si se tiene un circuito en corriente continua como si es de corriente alterna. Las diferentes magnitudes que puede medir un multímetro se selecciona mediante un conmutador que posee en su cara frontal, y para conectar el polímetro al circuito se dispone de un par de cables: uno de color negro y otro de color rojo.

Medida de resistencias:

1.- Situar el conmutador en la posición OHM, y conectar el cable negro en el borne COM (borne negativo) y el cable rojo en el borne  V/borne positivo)

2.- Para medir una resistencia, debe estar desconectada de cualquier circuito.

3.-Tocar con cada punta de medida de cada extremo de la resistencia.

4.- Girar el conmutador partiendo de la mínima posición hasta obtener una lectura en el display.

Método:

1.- Leer el valor teórico de las resistencias utilizando el código de colores y calcular su valor.

2.- Calcular la tolerancia de dicho valor teórico.

3.- Medir con el multimetro el valor real de cada resistencia.

4.-Calcular la diferencia relativa (%) entre ambas lecturas, comprobando que esta diferencia es menor que la tolerancia.