Elementos activos

Los componentes electrónicos activos son aquellos que son capaces de controlar el flujo de corriente de los circuitos o de producir ganancias o transformación de energía. En muchas ocasiones los confundimos con los semiconductores, pero también hay elementos activos que no son semiconductores como: los generadores eléctricos, pilas, focos.

Se les puede clasificar de tres (3) formas:

  1. Según su estructura física
  2. Según el material de fabricación
  3. Según el tipo energía

A continuación una descripción de cada uno:

1. Diodo

Dispositivo semiconductor que permiten el flujo de corriente eléctrica en una sola dirección, la llamada polarización directa desde el Anodo hacia el Cátodo. Es el equivalente a una válvula check en una instalación hidráulica y que como en esta solo permite pasar a corriente en el sentido de la fecha. Normalmente se especifican 2 valores básicos: voltaje pico inverso (V) que es el max voltaje que soportara en la manera de no conducción, es decir cuando el Cátodo es mas positivo que el Anodo y la corriente directa (A), que es la máxima corriente que podrá fluir sin malograr el componente.

Diodo

Hay otros valores que podrás ver en las especificaciones técnicas como por ejemplo su voltaje de caída en conducción que es normalmente 0.7 V para los diodos fabricados de silicio (la mayoría) y 0.3 V para los fabricados de Germanio. También podrás ver lo que se llama corriente inversa y es una pequeña corriente que circulaen sentido contrario (fuga).

1.1 Puente rectificador

En realidad son cuatro (4) diodos dispuestos en una configuración especial encapsulados. También llamado circuito rectificador de onda completa. Tiene cuatro (4) patas: 2 de entrada alterna y las 2 de salida (+ y -). Normalmente se especifica su voltaje pico inverso (V) y su corriente máxima (A).

Diodo puente rectificador

Lo que determina los diodos a usar es la "polaridad instantánea" de las patillas alternas, es decir la mas positiva hace circular corriente por la linea roja hacia la salida y retorna por el diodo opuesto, en ese momento los otros dos diodos no se usan.

1.2 LED

Es un diodo que emite una luz. Puede ser de color rojo, verde, amarillo, azul o sin color. Tienen un Anodo y un Cátodo y en sus especificaciones son basicamente dos valores: voltaje de caída (V) y corriente típica (mA).

Diodo LED

Es muy importante usar una resistencia limitadora de corriente en el circuito para proteger al LED calculando que se mantenga en la corriente de trabajo.

Es muy usado como salida en Arduino.

Existe un componente llamado LED bicolor, que no es mas que 2 LED en un solo encapsulado que normalmente tienen 3 patas. Puede ser de ánodo o cátodo común y las otras 2 son el lado opuesto de cada componente interno.

Existe un componente llamado LED RGB, que no es mas que 3 LED en un solo encapsulado que normalmente tienen 4 patas. Puede ser de ánodo o cátodo común y las otras 3 son el lado opuesto de cada componente interno.

LED RGB

Otra variante es la matriz 8x8, que son 64 LED encapsulados juntos. Puede ser de ánodo o cátodo común y una ingeniosa conexión interna que los une en filas y columnas de modo que se puede activar cualquiera de ellos a voluntad. En la matriz es posible lograr números, letras y algunos diseños básicos. Cada LED individual responde a los parámetros típicos de cualquier LED es decir un corriente de trabajo esta entre 10 y 15 mA y su caída es de 1.7 V.

LED matriz 8x8

Otra variante muy usada es la llamada display de 7 segmentos que simplemente es un arreglo de 7 LED en la forma de un 8 de modo que se pueden formar fácilmente todos los dígitos. Puede ser de ánodo o cátodo común. En algunas oportunidades agregan un LED adicional para representar el punto decimal. Cada LED individual responde a los parámetros tipicos de cualquier LED es decir un corriente de trabajo esta entre 10 y 15 mA y su caída es de 1.7 V.

LED 7 segmentos

Finalmente ademas de colores hay dos rayos de otro tipo que son: infrarrojo o láser, pero se comportan exactamente como un LED común solo que emiten un tipo de luz especial. Son muy potentes pero invisibles.

Un diodo LED típico tiene una voltaje de 1.7 V y su corriente de trabajo debe estar entre 10 y 15 mA. Los display grandes suelen llevar varios paquetes de LED en serie por cada segmento, por lo que su tensión directa puede ser 6 y 12V.

1.3 Zener

Cambien llamado regulador de voltaje. Muy poco usado hoy en día. Es un diodo con una construcción especial de modo que esta determinado su voltaje inverso. Este diodo se usa al revés, es decir se aprovecha su propiedad por la cual a cierto voltaje inverso presenta una gran fuga de corriente. Tiene dos patas ánodo y cátodo.

Son usados para proteger los componentes sensibles al voltaje.

1.4 Diac o SCR

Es un diodo que mediante una tercera pata (llamada gatillo) es posible bloquear o liberar su conducción. Es muy usado como rectificador a demanda gracias al control que ejerce el "gate". Su nombre genérico es tiristor.

1.5 Triac

Son dos diodos contrapuestos que mediante una tercera pata (llamada gatillo) es posible bloquear o liberar su conducción. Es my usado como conmutador de estado solido, es decir permite hacer las funciones de un interruptor sin partes mecánicas. Su nombre genérico es tiristor.

1.6 Varactor

El Varactor o diodo Varicap, es un diodo de capacidad variable que aprovecha determinadas técnicas constructivas para comportarse, ante variaciones de la tensión aplicada, como un condensador variable. Polarizado en inversa, este dispositivo electrónico presenta características que son de suma utilidad en circuitos sintonizados (LC), donde son necesarios los cambios de capacidad.

1.7 Diodo de cristal

Es un tipo de diodo de contacto. El diodo cristal consiste de un cable de metal afilado presionado contra un cristal semiconductor, generalmente galena o de una parte de carbón. El cable forma el ánodo y el cristal forma el cátodo. Los diodos de cristal tienen una gran aplicación en los radio a galena. Los diodos de cristal están obsoletos, pero puede conseguirse todavía de algunos tiendas de electrónica.

2. Transistor

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor usado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. El término «transistor» es la contracción en inglés de transferir resistor (resistencia de transferencia). Se puede decir con la base de la electrónica y su miniaturizacion porque reemplazaron a las valvular, al ser mucho mas pequeños y no necesitar calor para funcionar. A partir de ese momento se acuño la palabra "de estado solido" para referirse a los aparatos que usaban semiconductores.

Transistor

Cumple funciones de amplificador, conmutador, oscilador o rectificador.

2.1 Tipos de transistor

La primera patente data de 1925 aunque no se menciono ninguna aplicación practica. Es recién en 1947 que al mismo tiempo en los laboratorios Bell (EEUU) y en los de Westinhouse (francia) se fabrican los primeros transistores con el claro fin de introducirlos en la telefonía.

2.1.1 Bipolar

El transistor de unión bipolar o BJT (Bipolar Junction Transistor) es fabricado en 1947 sobre monocristales semiconductores (Germanio y Silicio), pudiendo ser del tipo NPN o PNP. Siempre con tres (3) terminales: colector, emisor y base.

Sus especicaciones son mucho mas complejas, pero los datos mas importantes son su corriente de colector (Ic), tensión entre colector y emisor (Vce) y su ganacia (Beta o Hfe) los que se expresan mediante unas curvas.

Características materiales semiconductores
SemiconductorTensión directaTemperatura max
Ge0.2770~100
Si0.71150~200
GaSi1.03
AlSi0.3
Transistor

Algunos encapsulados actuales, los cuales dependen básicamente de la potencia y el calor que deben disipar.

Encapsulado de transistores

2.1.2 Efecto de campo

El transistor de efecto de campo o MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), donde los pines son llamados Surtido, drenaje y compuerta. Es otra forma completamente distinta de fabricación a la del transistor de bipolar.

Es el transistor más usado en la industria microelectrónica hoy en día, ya sea en circuitos analógicos o digitales, reemplazado al transistor de unión bipolar que fuera más popular en otro tiempo. Hoy prácticamente la totalidad de los microprocesadores comerciales están basados en transistores MOSFET. Sus principales ventajas son:

2.1.3 Darlington

Es una combinación de 2 transistores encapsulados, de manera que el conjunto se comporta como un super transistor de mucha ganancia de corriente. Está compuesto internamente por dos transistores bipolares que se conectan es cascada. El primer transistor recibe la señal por su base y entrega la corriente que sale por su emisor a la base del segundo transistor.

Transistor Darkington

2.2 Modos de operación

Existen básicamente cuatro modos de operar un transistor, como: amplificador, conmutador, oscilador o rectificador.

2.2.1 Amplificador

Para que entre en este modo normalmente se colocan varias resistencia en la comúnmente llamado configuración tanque, haciendo que la base flote en un valor intermedio, gracias a divisores de voltaje logrando que la señal de entrada sea capas de "modular" la base en una onda sinusoidal. Esta pequeña variación en la base se amplifica por un factor (beta) de modo que sale amplificado por el colector y emisor que casi se comportan como un diodo.

Amplificador

Mejor usa un IC Amplificador Operacional

2.2.2 Conmutador

Para entrar en este modo de operación normalmente no se atenúa la entrada de manera que una pequeña corriente lleva al transistor desde el extrema de corte (no conducción) al extremo de saturacion (conducción máxima). Es muy usado para reemplazar interruptores mecánicos o para trabajar con una tensión diferente en la carga.

2.2.3 Oscilador

En electrónica un oscilador es un dispositivo capaz de convertir la energía de corriente continua en corriente alterna de una determinada frecuencia. Estas oscilaciones pueden ser sinusoidales, cuadradas, triangulares, etc., dependiendo de la forma que tenga la onda producida. Es fundamentalmente un amplificador, cuya señal de entrada se toma de su propia salida a través de un circuito de realimentación.

Existen muchos circuitos llamados multivibradores, osciladores RC o LC, armónicos, Colpitts, Hartley, Vackar, Seiler, Clapp, Pierce, etc

2.2.4 Rectificador

En electrónica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza usando diodos rectificadores. Normalmente se dice que cuando un rectificador esta construido en base a transistores (en vez de diodos) es un rectificador inteligente, ya que responde a situaciones según su estado.

3. Pilas

Los términos pila y batería provienen de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se agrupaban varios elementos (celdas) para aumentar la corriente suministrada por el dispositivo. En unos casos se disponían uno encima de otro, se apilaban, y de ahí viene pila; y en otros casos se ponían uno junto a otro, en batería. Tienen 2 terminales y presentan polaridad.

  1. Primarias: las que solo tiene la capacidad de transformar generar química en eléctrica de manera irreversible. De usar y tirar.
  2. Secundarias: las que tienen la capacidad de transformar energía química en eléctrica y viceversa, de manera que son recargables.

La resistencia interna es muy baja, por ejemplo una batería de plomo-ácido (autos) tiene una resistencia de 6 mili ohms y una Ni-Cd de 9 mili ohms.

Para saber mas de baterías y sus tipos aquí

4. Célula fotoeléctrica

Una célula fotoeléctrica, también llamada celda, fotocélula o célula fotovoltaica, es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía lumínica (fotones) en energía eléctrica (flujo de electrones libres) mediante el efecto fotoeléctrico.Tienen 2 terminales y presentan polaridad.

Tiene varios usos en la optoelectronica y en las Paneles solares

La eficiencia de conversión media obtenida por las células depende de la tecnología usada en su fabricación, así: una célula de silicio amorfo puede convertir 7%; una célula de silicio monocristalino hasta 16%; una célula de silicio policristalino con eficiencia de 14%; una célula multicapa de arseniuro de galio alcanzan una eficiencias del 30%.

El tipo de corriente que suministra en continua. La vida media a máximo rendimiento es de 25 años, periodo después del cual baja su eficiencia.

4.1 Foto-Resistor

También llamada fotocelda o LDR. Es una resistencia variable por la luz que recibe.

4.2 Foto-Diodo

Todos los semiconductores están sujetos a portadores de carga ópticos. Generalmente es un efecto no deseado, por lo que muchos de los semiconductores están empacados en materiales que bloquean el paso de la luz. Los fotodiodos tienen la función de ser sensibles a la luz (fotocelda), por lo que están empacados en materiales que permiten el paso de la luz y son por lo general PIN (tipo de diodo más sensible a la luz). Un fotodiodo puede usarse en celdas solares, en fotometría o en comunicación óptica.

4.3 Foto-Transistor

Son sensibles a la radiación electromagnética en frecuencias cercanas a la luz visible. Un fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal de unión, solo que puede trabajar gracias a la incidencia de luz.

4.4 Panel solar

Al grupo de células fotoeléctricas para captar energía solar se le conoce como panel solar, consisten en una red de células fotoelectricas conectadas como circuito en serie para aumentar la tensión de salida hasta el valor deseado (usualmente 12V o 24V) a la vez que se conectan varias redes como circuito paralelo para aumentar la corriente eléctrica que es capaz de proporcionar el dispositivo.Tienen 2 terminales y presentan polaridad.

Un panel solar de 3V y 100 mA de 65x48 mm cuesta 6 soles.

5. Circuito integrado - IC

Es un circuito clásico, compuesto de resistencias, diodo y transistores, encapsulados todo junto en un nuevo empaque que resulta tener la función que el fabricante quiera. Son circuitos típicos para labores especificas que un diseñador simplemente usara sin mas problemas. Es indispensable que verifiques las especificaciones del fabricante porque no hay otra forma de saber para que sirve o como usarlo.

Existen encapsulados con: 3, 4, 6, 8, 12, 14 y mas patas. Normalmente solo llevan identificada la pata numero 1° y el conteo es siempre anti-horario al rededor del IC.

5.1 IC Lineales

Son IC que implementan funciones analogicas como: reguladores de voltaje, opto acopladores, amplificadores operacionales, conversores de análogo a digital, etc

5.2 IC TTL

Existen muchos IC de la familia TTL que se distinguen por sus 2 o 3 dígitos finales. Siempre empiezan con 74 o 84 (uso militar). Algunos son puertas lógicas como: not, and, nand, or, nor, etc pero también hay: flip-flops (D, T, K, J, etc), codificadores de binario a decimal o a 7 segmentos, contadores, multiplexores, shift register, etc

Son IC con funciones digitales que tienen la particularidad de trabajar con una alimentación de 5V. Existen sub-familias con características especiales como:

Sub-familias TTL
Sub-familia
xx
Descripción
 Estándar
LLow Power (33 ns y 1 mW)
SSchottky (3 ns y 19 mW)
HHigh-Speed (6 ns y 22 mW)
FVery High-Speed
LSLow Power and Schottky (9.5 ns y 2 mW)

Para que se entienda un LOW la entrada debe estar entre 0~0.8V y para un HIGH debe haber entre 2~5V. Es decir entre 0.8~2V se considera un estado no permitido. Las salidas están un poco mas restringidas un LOW da entre 0~0.4V y un HIGH entre 2.4~5V.

5.3 IC CMOS

Son IC con funciones digitales que tienen la particularidad de trabajar con alimentaciones mas amplias entre 3~15V. Son de menos corriente y por la tanto menos consumo si se respeta una serie de reglas:

  1. El voltaje de entrada no debe exceder nunca a Vcc.
  2. Evite las transiciones lentas (< 15 mS), ya que causan consumo excesivo de corriente.
  3. Todas las entradas no usadas deben conectarse a Vcc o tierra, de lo contrario experimentara comportamiento errático.
  4. Nunca conecte una señal de entrada cuando el IC no esta energizado.
  5. Al momento de manipular tenga cuidado con la carga estática.
  6. Siempre almacene los IC clavados en la espuma conductora.

Cuando alimentas el CMOS con 5 V, puedes hacer que una salida CMOS se conecte directo a una entrada TTL. Una salida TTL requiere un Pull-Up de 3.3 K para alimentar un CMOS.

Si quieres comunicar un TTL con un CMOS a voltajes diferentes debe hacer adaptaciones. Desde TTL ponga una resistencia de 1K en serie a la base de un transistor NPN y el colector del transistor a la entrada del CMOS y a una resistencia Pull-Up de 10K. Para comunicar un CMOS a un TTL, use el IC 4049 o 4050 alimentado a 5V.

Para la mayoría cualquier alimentación (3V3~15V) puede poner una resistencia de 1K en serie con el LED.