CIRCUITOS INTEGRADOS

Un circuito integrado (CI), también conocido como chip, microchip, es una estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, de algunos milímetros cuadrados de superficie (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.

Los CI se hicieron posibles gracias a descubrimientos experimentales que mostraban que artefactos semiconductores podían realizar las funciones de los tubos de vacío, así como a los avances científicos de la fabricación de semiconductores a mediados del siglo XX. La integración de grandes cantidades de pequeños transistores dentro de un pequeño espacio fue un gran avance en la elaboración manual de circuitos utilizando componentes electrónicos discretos. La capacidad de producción masiva de los circuitos integrados, así como la fiabilidad y acercamiento a la construcción de un diagrama a bloques en circuitos, aseguraba la rápida adopción de los circuitos integrados estandarizados en lugar de diseños utilizando transistores discretos.

TIPOS

Circuitos integrados digitales

Los circuitos integrados digitales se utilizan principalmente para construir sistemas informáticos, también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores. Los circuitos integrados digitales incluyen microprocesadores, microcontroladores y circuitos lógicos. Realizan cálculos matemáticos, dirigen el flujo de datos y toman decisiones basadas en principios lógicos booleanos.

El sistema booleano utilizado se centra en dos números: 0 y 1. Por otro lado, el sistema de base 10, el sistema de numeración que aprendes en la escuela primaria, se basa en 10 números: 0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9.

Circuitos integrados análogos

Los circuitos integrados analógicos comúnmente constituyen una parte de las fuentes de alimentación, los instrumentos y las comunicaciones. En estas aplicaciones, los circuitos integrados analógicos amplifican, filtran y modifican señales eléctricas. En los teléfonos celulares, amplifican y filtran la señal de entrada de la antena del teléfono. El sonido codificado en la señal tiene un nivel de baja amplitud, después de que el circuito filtra la señal sonora de la señal de entrada, el circuito amplifica la señal de sonido y lo envía al altavoz de tu teléfono celular, lo que le permite escuchar la voz en el otro extremo.

Circuitos integrados de señal mixta

Los circuitos de señal mixta se producen en los teléfonos celulares, instrumentos, motores y aplicaciones de control industrial. Estos circuitos convierten las señales digitales en señales analógicas, que a su vez establecen la velocidad de los motores, el brillo de las luces y la temperatura de los calentadores, por ejemplo. También convierten las señales digitales a las formas de onda de sonido, lo que permite el diseño de instrumentos musicales digitales, tales como órganos electrónicos y teclados de computadora capaces de reproducir música.

Los circuitos integrados de señal mixta también convierten señales analógicas a señales digitales. Convierten los niveles de tensión analógicas a las representaciones de números digitales del nivel de tensión de las señales. Los circuitos integrados digitales luego realizan cálculos matemáticos sobre estos números.

Circuitos de memoria integrada

Aunque principalmente son utilizados en los sistemas informáticos, los integrados de memoria también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores. Un sistema informático puede incluir desde 20 hasta 40 chips de memoria, mientras que otros tipos de sistemas electrónicos pueden contener sólo algunos.

Los circuitos de memoria almacenan información o datos, como dos números: 0 y 1. Los circuitos integrados digitales suelen recuperar estos números de la memoria y realizan cálculos con ellos, y a continuación, guardan el resultado del cálculo en la memoria. A cuantos más datos accedas (imágenes, sonido y texto), el sistema electrónico necesitará más memoria.

TRANSISTOR

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistor de transferencia»). Actualmente se encuentra prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario tales como radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras,lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, aunque casi siempre dentro de los llamados circuitos integrados.

TIPOS

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).

                                                                     RELÈ

El relé o relevador es un dispositivo electromagnético. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.

Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba "relevadores".

TIPOS

Relés electromecánicos.

Están formados por una bobina y unos contactos los cuales pueden conmutar corriente continua o bien corriente alterna. Vamos a ver los diferentes tipos de relés electromecánicos.

Relés de tipo armadura

Son los más antiguos y también los más utilizados. El esquema siguiente nos explica prácticamente su constitución y funcionamiento. El electroimán hace vascular la armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo de si es N.O ó N.C (normalmente abierto o normalmente cerrado).

Relés de Núcleo Móvil

Estos tienen un émbolo en lugar de la armadura anterior. Se utiliza un solenoide para cerrar sus contactos, debido a su mayor fuerza atractiva (por ello es útil para manejar altas corrientes).

Relé tipo Reed o de Lengüeta

Formados por una ampolla de vidrio, en cuyo interior están situados los contactos (pueden se múltiples) montados sobre delgadas láminas metálicas. Dichos contactos se cierran por medio de la excitación de una bobina, que está situada alrededor de dicha ampolla.

Relés Polarizados

Llevan una pequeña armadura, solidaria a un imán permanente. El extremo inferior puede girar dentro de los polos de un electroimán y el otro lleva una cabeza de contacto. Si se excita al electroimán, se mueve la armadura y cierra los contactos. Si la polaridad es la opuesta girará en sentido contrario, abriendo los contactos ó cerrando otro circuito( ó varios)

Relés de estado sólido

Un relé de estado sólido SSR (Solid State Relay), es un circuito electrónico que contiene en su interior un circuito disparado por nivel, acoplado a un interruptor semiconductor, un transistor o un tiristor. Por SSR se entenderá un producto construido y comprobado en una fábrica, no un dispositivo formado por componentes independientes que se han montado sobre una placa de circuito impreso.

Estructura del SSR:

• Circuito de Entrada o de Control:

Control por tensión continua: el circuito de entrada suele ser un LED ( Fotodiodo), solo o con una resistencia en serie, también podemos encontrarlo con un diodo en antiparalelo para evitar la inversión de la polaridad por accidente. Los niveles de entrada son compatibles con TTL, CMOS, y otros valores normalizados ( 12V, 24V, etc.).

Control por tensión Alterna: El circuito de entrada suele ser como el anterior incorporando un puente rectificador integrado y una fuente de corriente continua para polarizar el diodo LED.

• Acoplamiento.

El acoplamiento con el circuito se realiza por medio de un optoacoplador o por medio de un transformador que se encuentra acoplado de forma magnética con el circuito de disparo del Triac.

• Circuito de Conmutación o de salida.

El circuito de salida contiene los dispositivos semiconductores de potencia con su correspondiente circuito excitador. Este circuito será diferente según queramos conmutar CC, CA.

FUSIBLE

En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un soporte adecuado, un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos.

TIPOS 

Fusible clase G

Son fusibles limitadores de corriente con capacidades de interrupción de 10KA-RMS (valor eficaz) siméctricos. Su máxima de tensión de operación es de 300V-AC. Con intensidades nominales hasta los 60A. Son no recambiables, para ser fijados en portafusibles.

Fig. 1.1- Fusible clase G.

Fusible clase H

Son fusibles recambiables o no recambiables con capacidades de interrupción de 10KA-RMS siméctricos. Su voltaje nominal de operación va desde los 250 a 600V-AC, con intensidades nominales hasta los 600A. Este tipo no es limitador de corriente.

Fig. 1.2- Fusible clase H.

Fusible clase J

Son fusibles no recambiables, con capacidades de interrupción de 200KA-RMS, para niveles de tensión de 600V-AC e intensidades nominales hasta los 600A. Estos pueden operar con retardado de tiempo y etiquetados como limitadores de corriente. Su diseño viene para ser atornillados barras colectoras, o para ser fijados en portafusibles.

Fig. 1.3- Fusible clase J.

Fusible clase K

Son fusibles limitadores de corriente no recambiables, con capacidades de interrupción de 100 y 200KA simétricos. Con tensión de 600V-AC e intensidades nominales hasta los 600A. Siendo etiquetados cuando tengan retardo de tiempo. Estos se han subclasificados según la máxima corriente de pico que pueden manejar, estos son: K1, K5 y K9. Donde los de la clase K1 proporcionan una mayor limitación de intensidad que los de clase K5 y K9.

Fig. 1.4- Fusible clase K.

Fusible clase L

Son fusibles limitadores de corriente, para niveles de tensión de 600V-AC. Su intensidad nominal va desde los 601 hasta los 6000A. Están diseñados con capacidades de interrupción de 100 a 200kA-RMS simétricos. Estos son fabricados para ser atornillados en barras colectoras, no pudiéndose utilizar con portafusibles.

Fig. 1.5- Fusible clase L.

Fusible clase R

Son fusibles no recambiables limitadores de corriente, pueden operar con retardo de tiempo. Su tensión nominal de operación va desde los 250 a 600V-AC. Con intensidades nominales hasta los 600A.

Fig. 1.6- Fusible clase R.

Fusible clase CC

Son fusibles no recambiables de baja potencia, para intensidades nominales de 1/10 a 30 A. a tensiones nominales de 600V-AC. Su poder de corte es de 200KA. Son pequeños, y están diseñados para fijarse en portafusibles.

Fig. 1.7- Fusible clase CC.

2.- Según su diseño

Fusibles tipo tapón 

Estos tipos de fusibles viene con una base roscada, con una rosca estándar E-40 ( rosca edison). Estos fusibles son desechables, al fundirse hay que reemplazarlo por otro. Vienen en calibres de 15, 20, 25 y 30 amperios. Estos se utilizan regularmente para proteger cargas pequeñas, con voltajes que no sobrepasen los 130 V-AC. Existen tres tipos: los ordinarios, los de acción retardada y tipo S (antifraude).

Fig. 1.8- Partes de un fusible tipo tapón.

Los fusibles de tapón ordinario poseen un hilo o banda de acción como fusible fijado en una base de porcelana. La base superior de este es transparenta, para poder verificar si se ha fundido la lámina del fusible. Estos funcionan adecuadamente en los circuitos de iluminación.

Fig. 1.9- Fusible tipo tapón con adaptador.

Fusibles tipo cartucho de casquillo ( cilíndrico)

Vienen con un tubo de fibra vulcanizado, en su interior se aloja la lámina de fusible ( de plata y algunas alecciones). Los terminales del fusible se conectan a presión a los casquillos al cerrarse. Existen algunos de estos que vienen rellenos con una sustancia pulverulenta (arena de sílice), para extinguir el arco eléctrico. Su capacidad de corriente son de: 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 y 60 amperes.

Fig. 1.10- Fusibles cartucho de casquillo no recambiables.

Están diseñados para trabajar con niveles de tensión de 125V hasta los 600V. Estos se utilizan para circuitos de potencia a nivel industrial, o a nivel comercial y residencial en las cajas de los interruptores principales. 

Existen fusibles con la posibilidad de de cambiar la lámina al desenroscar los casquillos ( recambiables), el cilindro se cambia en caso de que el arco producido haya perforado la pared del tubo. Mientras, que otros son totalmente desechables.

Fig. 1.11- Fusible tipo cartucho de casquillo en caja de interruptor de seguridad.

Fusibles tipo cartucho de navaja

Estos fusibles son similares a los de cartucho de casquillo, la diferencia está en las navajas o cuchillas que se le agregan a los extremos para aumentar la capacidad de corriente, usándose ampliamente a nivel industrial y comercial. 

Fig. 1.12- Fusible de cartucho de cuchilla.

Las capacidades de corrientes son de: 75, 80, 90, 100, 110, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500 y 600 amperes. Al igual que los de casquillos estos pueden ser recambiables y no recambiables.

Fig. 1.13- Listón o lámina de fusible de cuchilla recambiable.