Components actius
Components actius
Embedded Files
Els component actius són els que poden generar un corrent elèctri o permeten modificar o amplificar un existent.
Deixant de banda les fonts, els primers components actius no es fabricaven com actualment. Per fer-se una idea basta veure l'aspecte d'una vàlvula de buit, que encara avui en dia s'utilitza en algunes aplicacions molt concretes.
Amb l'aparició dels semiconductors i la conseqüent reducció de la mida d'aquests components va arribar la revolució de l'electrònica i posteriorment la de la informàtica.
Materials semiconductors SC
Els materials semiconductors són la base de l’electrònica actual i s'utilitzen per fabricar díodes, transistors o xips.
Tots els semiconductors (silici, germani, assenur de gali,...) tenen quatre electrons de valència, pel que formen cristalls on els comparteixen per enllaç covalent donant lloc a SC purs anomenats intrínsecs. Si no es produeix cap aportació energètica, aquest material es comporta com un aïllant, però amb un augment de T, alguns electrons poden alliberar-se (generació de portadors) deixant enrera un forat (h+) amb càrrega positiva. En aquestes condicions, si s'aplica una diferència de potencial, els e- lliures es veuran atrets pel pol positiu, mentes que els h+ s'aniran desplaçant cap al negatiu i permetran l'entrada dels e- provinents de la font (recombinació).
El nombre d'e- lliures als SC depèn de la T, la llum, els camps elèctrics i magnètics i de la preseència dins del propi material que aportin impureses. De fer, els SC intrinsecs són una idealització i a més, poc útilis per la seva baixa conductivitat (tenen molts pocs e- lliures). Per millorar les propietats dels SC, se´ls sotmet a un procés dopatge, consistent en introduir àtoms d´altres substàncies com Bor, Alumini, Fòsfor, Astato, Galio...(IMPURESES).
SC Tipus N (dóna electrons): els àtoms de les impureses aporten electrons extra que es poden moure lliurement i transmetre així el corrent. S'utilitza el fòfor (P), que té 5 e- a la capa de valència.
SC Tipus P (accepta electrons): els àtoms de les impureses creen espais buits (forats) en l´estructura electrònica del cristall que els electrons poden utilitzar per mourer-se d'un àtom a un altre.S'utilitza el bor (B), que té 3 e- en la capa de valència.
SC intrínsec
SC tipus P
SC tipus N
Aquests materials es poden combinar per donar lloc a diferents components electrònics. Els dos més coneguts són els díodes i els transistors.
1. Díode de SC (UNIÓ PN)
Quan unim un semiconductor tipus P amb un Tipus N, s'obté un DÍODE ( component electrònic més senzill).
Al terminal connectat al material P se l'anomena ànode (terminal positiu)
Al terminal connectat al material N se l'anomena càtode (terminal negatiu)
En produir-se la unió dels materials, es produeix un intercanvi de càrregues elèctriques, és a dir, els electrons lliures del Tipo N es desplacen als buits lliures del semiconductor Tipo P (recombinació) i es forma una barrera que impedeix que hi hagi més moviment d´electrons de la zona N a la zona P (barrera de potencial).
Aquesta barrera de potencial es la tensió umbral a partir de la qual un díode comença a conduir corrent (el Si necessita 0,7V mínim i el Ge necessita 0,3V per conduir electricitat).
Al símbol dels díodes ve representada una franja en un extrem, que representa el càtode o zona N
Si connectem el pol positiu d´una pila al semiconductor P (Ànode) i el pol negatiu de la pila al semiconductor N (Càtode), la barrera es redueix i el díode actua com conductor (els portadors de càrrega augmenten el seu potencial per repulsió electrostàtica). Es diu que el díode està connectat en polarització directa.
Si, pel contrari, connectem el pol negatiu d´una pila al semiconductor P (Ànode) i el pol positiu de la pila a la zona N (càtode) la barrera augmenta, el díode no condueix i es comporta com aïllant. Es diu que el díode està connectat en polarització inversa.
Donat el seu funcionament, els díodes s'utilitzen per:
Protecció de circuits: donat que només deixa passar el corrent en un sentit, protegeix als circuits de ser connectats amb la polarització canviada.
Rectificació: una gran quantitat de dispositius electrònics funcionen amb corrent continu, però el corrent dels endolls és altern. Amb una conbinació de díodes es poden fabricar aparells que passin d'un tipus de corrent a l'altre.
Existeix un díode que per les seves característiques és molt popular: el LED. Al ser polaritzat directament deixa passar el corrent i produeix llum (verda, àmbar, vermell...). El voltatge necessari perquè sigui conductor és major que a un díode normal (al voltant de 2 V) i la intensitat que circula per ells està entre 10-30 mA. Per tant la potència és molt petita. Al funcionar a tensions petites, quan es connecten en un circuit amb tensions més elevades ho fan amb una resistència (en sèrie) per que pugui funcionar correctament (sense cremar-se).
Els avantatges del LED respecte a les bombetes pilot de filament són: alt rendiment energètic (baix consum), poca producció de calor, vida útil elevada (uns 8-10 anys), mida reduïda, carcassa resistent i disponibilitat en diferents colors.
Aplicacions: Bombetes blanques, semàfors, quadre d´instruments(cotxes), comandaments, rentadores, equips de música....
Exercicis:
Què vol dir que un diode té una polarització directa? I que està en estat de bloqueig? Fes un dibuix que ho expliqui.
Una de les aplicacions dels díodes és la de protegir circuits o components si es connecten amb polaritat equivocada. Com ho aconsegueixen?
Què vol dir l’expressió “rectificar la corrent alterna”? Posa un exemple d’un aparell que ho faci.
Quina funció fa un diode en un carregador de piles solar?
2. Transistor
Està format per la unió de 3 semiconductors i té 3 terminals (3 pates). Cada un dels terminals o semiconductor té un nom específic i una funció diferent:
Emissor: Part exterior (polaritzat directament)
Col·lector: Part exterior (polaritzat inversament)
Base: Connexió central (polaritzat directament)
Hi ha diferents tipus de transistors, la diferència entre ells és l´encapsulat que els protegeix i la potència màxima que poden controlar o la tensió i intensitat que poden suportar els seus terminals.
Estructura d´un Transistor: en relació a la seva estructura interna, existeixen dos tipus de transistors (PNP i NPN) El seu funcionament és el mateix, la diferència que hi ha és la manera en que es connecten.
Transistor NPN: es combinen dos semiconductors de silici de tipus N i un altre de tipus P (es col·loca el pol positiu al col·lector i a la base). Cada capa de silici es connecta a un terminal (pata).
Transistor PNP: es combinen dos semiconductors de tipus P i un altre de tipus N (es col·loca el pol negatiu al col·lector i a la base).
El comportament elèctric simplificat és equivalent i es poden distinguir tres règims de comportament:
Tall: si la intensitat a la base és nul·la, IB=0, la intensitat a l'emissor i al col·lector també ho seran: IE=IC=0.
Actiu: sempre que circuli una intensitat per la base del transistor que no superi un valor màxim (Isat), circularà un altra més gran pel col·lector i l'emissor: IC = β·IB i IE = (β+1)·IB on β és el factor de guany del transistor.
Saturació: quan un augment de la intensitat de base ja no provoca cap increment en la del col·lector: IC = Isat ≤ β·IB
Aplicacions:
Interruptor: en repòs es comporta com un aïllant no circula corrent entre el col·lector i l´emissor, però si apliquem una petita corrent a la base, el transistor es comporta com un conductor i deixa passar la corrent entre el col·lector i l´emissor. D'aquesta manera alterna entre els estat de tall i saturació per funcionar com un relé.
Amplificador: multiplica la intensitat d'entrada per la base, que és molt petita, i la replica amplificant-la a la sortida del col·lector. Funciona només fins un límit de corrent, quan es sobrepassa aquest límit ja no amplifica més i es comporta com a interruptor. S´utilitzen en aparells de ràdio, Tv...
Pràcticques:
1. Temporitzador: Suposem que volem mantenir un llum encès durant un cert temps (llum d'escala). Per aconseguir-ho, munta el següent circuit sobre la placa de prototipat.
En prémer el polsador, el LED s'il·lumina i al mateix temps es carrega el condensador electrolític (respectau la polaritat a l'hora de connectar-lo).
Quan deixam de prémer el polsador, el LED continua il·luminat perquè ara el condensador és descarrega a través de la resistènci de base del transistor. El corrent de descàrrega del condensador es debilita progressivament fins que no hi ha prou per activar el transistor i llavors el LED deixa d'il·luminar.
La durada de la descàrrega del condensador es pot modificar sensiblement canviant el valor de la resistència de base del transistor.
2. Amplificador: l'amplificació d'un sol transistor en un circuit no acostuma a ser suficient. Si alimentem la base d'un transistor amb el corrent amplificat de l'altre, augmentarem l'amplificació moltes vegades. Aquest mètode de connectar transistors es coneix amb el nom de parell Darlington o connexió de transistors en cascada.
En tocar el fil H l'extrem de la resistència R un instant breu (H és un polsador), el LED s'il·lumina durant uns segons i després s'apaga sol. Aquest dispositiu és el mateix que es fa servir per proporcionar la llum de l'habitacle dels cotxes i se'l coneix com llum de cortesia.
Munta el circuit i comprova el funcionament.
Nota: Els transistors poden ser dos BC238, el condensador, de 10μF i la font, una pila de petaca.
Google Sites
Report abuse