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2. Composición y esencia de la electricidadLa materia está compuesta de moléculas, las cuales a su vez están compuestas químicamente de
átomos.
Ejemplo: molécula de agua (H2O) = dos átomos de hidrógeno (H2) + un átomo de oxígeno (O)
Como se muestra en la figura de arriba, los electrones están girando rápidamente alrededor del
núcleo en conformidad con las órbitas respectivas, como la tierra y los planetas están girando
alrededor del sol.
Sólo ciertos números de electrones pueden existir en cada órbita (K: 2, L: 8, M: 18,...) mientras
que cada elemento tiene un número característico de electrones (por ejemplo: hidrógeno 1,
carbono 6, oxígeno 8,...).
Generalmente, el núcleo tiene electricidad positiva (+) y el electrón tiene electricidad negativa (-),
estos dos tienen características de atracción mutua, por lo que el átomo se mantiene
eléctricamente neutro (cantidad de electricidad positiva = cantidad de electricidad negativa).
Debido a la fuerza de atracción del núcleo atómico que va hacia los electrones de la órbita más
externa (valencia de electrones) es el más débil, estos electrones se escapan fácilmente desde la
órbita con estímulos externos (calor, electricidad, luz....) moviéndose a otras órbitas. Estoselectrones que salieron de la órbita, son llamados electrones libres, los cuales son la esencia de
la electricidad. El movimiento de estos electrones libres produce directamente la corriente eléctrica.
Esto significa que el movimiento que iniciaron estos electrones libres corresponde al flujo de
En la materia, hay conductores donde la corriente eléctrica fluye con facilidad, y no conductores
donde es difícil que el flujo de corriente. El semiconductor denota un material de mediana
propiedad entre el conductor y el aislante. Particularmente, en este, la corriente eléctrica no fluyecon facilidad como en el conductor, ni difícil como en el no conductor. El semiconductor es un
material que tiene ciertas propiedades eléctricas, por lo tanto el semiconductor es un material que
tiene características medias entre el conductor y el no conductor.
La resistencia específica del cobre usado como conductor eléctrico es de 10-6Ωcm (la más baja) y la
resistencia específica del Ni-Cr usado como cable eléctrico es de 10-4Ωcm, estos materiales son
llamados conductores, porque conducen la electricidad con facilidad. Si la resistencia específica es
más de 1010Ωcm entonces se puede conducir muy poca electricidad, de manera que este material
es usado como aislante. El material entre el conductor y aislador, que no pertenece a los materialesconductores ni a los no conductores, reciben el nombre de semiconductores, entre los que están el
germanio y el silicio, los que son utilizados en la fabricación del diodo y el transistor.
Es fabricado agregando materiales que tiene cinco capas externas de electrones (P : fósforo; As:
arsénico; Sb: antimonio) en el semiconductor intrínseco. Si el elemento de valencia 5 es agregado
como unión con el silicio, entonces un electrón permanece como exceso en el octeto, por lo tanto la
conductividad eléctrica puede ser realizada más fácilmente mediante la actividad de este electrón libre.Es llamado semiconductor tipo N (negativo) porque asume la electricidad negativa (-).
La corriente eléctrica fluye mediante el electrón en el semiconductor tipo N (portador : electrón).
3) Enlace P-N
Si el semiconductor tipo P y el semiconductor tipo N se unen químicamente unidos entre sí, habrá
una porción del portador donde no existen huecos, mientras que los electrones libres se enlazarán
en la parte angosta de la superficie de unión. Esta superficie de unión es llamada barrera iónica
mientras que el semiconductor enlazado así es llamado semiconductor de enlace PN o diodo. De
acuerdo a esto, existe carga eléctrica de distinta polaridad entre ellos en ambos lados de la barrera
iónica y allí se genera una pequeña cantidad de diferencia potencial eléctrica, la cual es llamada
Diodo es la parte sustancial del semiconductor donde la corriente eléctrica fluye siempre en una sola
dirección. Es decir, un semiconductor es llamado así porque tiene intrínsecamente este tipo depropiedad. Aunque el transistor es también un tipo de semiconductor, el diodo específicamente da a
entender que la corriente eléctrica fluye siempre en una sola dirección. El silicio como material
semiconductor es el utilizado, además del germanio y el selenio para este mismo propósito.
5 2 Usos del diodo y símbolos de representación
La función principal del diodo es rectificar la corriente eléctrica para que fluya siempre en una sola
dirección. Pero es usado también en muchas otras funciones, estas funciones principales pueden
resumirse como sigue:
- Utilizado como rectificador de corriente eléctrica para cambiar la corriente alterna en corriente
continua en instalaciones de suministro eléctrico.
- Se usa como detector para sacar la señal desde la frecuencia de radio
- Usado como conmutador de control de corriente eléctrica ON/OFF
- Prevenir el flujo de corriente inversa
- Usado como protector de circuitos
Además es usado en un amplio rango de variedades de acuerdo al tipo de diodo y uso.
Esta vez conectamos en dirección inversa, el voltaje negativo (-) al semiconductor tipo P y el voltaje
positivo (+) al semiconductor tipo N. Entonces el hueco del semiconductor tipo P es atraído al lado
negativo (-) del suministro eléctrico, mientras que el electrón del semiconductor N es atraído al lado
positivo (+) del suministro eléctrico. En consecuencia la barrera de potencial eléctrico aumenta y deacuerdo con esto la barrera iónica se amplia impidiendo el movimiento entre los dos tipos de
semiconductores.
Como resultado, la corriente eléctrica no fluye.
Circuito en dirección inversa del diodo
La luz se apaga porque el diodo ha sido conectado en dirección inversa en el circuito.
Batería - +
Luz OFF
< Se produce suministro de voltaje inverso / La corriente eléctrica no fluye >
Se puede apreciar que, si el voltaje directo se incrementa gradualmente desde 0V, la corriente
eléctrica fluye abruptamente si alcanza un cierto voltaje. Particularmente, la corriente eléctrica sólo
fluye si el voltaje aplicado es de alrededor de 0.6~0.7 V (Diodo de Ge: 0.3~0.4 V). Si se aplica
voltaje inverso, la corriente eléctrica no fluye hasta un cierto valor de voltaje, pero fluyeabruptamente sobre este valor de voltaje. El Voltaje en este instante es llamado voltaje de ruptura.
Particularmente, el diodo se rompe, si es conectado en dirección inversa y se aplica un voltaje por
sobre el voltaje de ruptura.
Características de Voltaje-Corriente
Gráfico de Voltaje-Corriente directa característico del diodo: Flujo de corriente en el diodo al aplicar
voltaje.
Cuando el voltaje de polarización directa es aplicado bajo 0.7 V → fluye micro corriente: el diodo
no opera.
Cuando en polarización directa se aplica el voltaje del umbral, 0.7V → la corriente de operación del
diodo fluye: el diodo funciona
Caracter ísticas de voltaje del diodo de Silicio de polaridad directa
Cando se aplica corriente alterna al circuito, la corriente eléctrica fluye positiva (+) a través de D1 y
D4 durante medio período del ciclo de la señal de corriente alterna, mientras que la corriente fluye a
través de D2 y D3 durante el medio período negativo (-). En este tipo de circuito la corriente
eléctrica fluye en ambos medios períodos y corresponde al circuito rectificador de onda completa.( * Aunque aquí particularmente, es representado un recitificador de onda completa usando un
puente, hay también un circuito rectificador de onda completa usando la tapa central del
transformador, el circuito rectificador de doble voltaje, etc . )
5.7.2 Cómo se revisa utilizando un multímetro análogo
1) Seleccionar el rango de resistencia × 100 con el selector del multímetro análogo.
2) El valor es normal si la resistencia es pequeña cuando el cable negro ha sido conectado al
ánodo del diodo (+) y el cable rojo ha sido conectado al cátodo (-).3) Estará bien si el valor de Resistencia es mucho más alto cuando está conectado inversamente.
① Condición de Corte: si el valor está cerca de 0 cuando se mide en dirección directa y en
dirección inversa.
② Condición Abierto: si el valor está cerca de infinito, cuando se mide en dirección directa y
en dirección inversa.
Condición Normal cuando se verifica usando el multímetro análogo
El transistor tipo PNP es aquel donde un semiconductor delgado tipo N en un cristal semiconductor se
ha insertado entre dos semiconductores tipo P. Mientras que el transistor tipo NPN es aquel donde unsemiconductor delgado tipo P ha sido insertado entre dos semiconductores tipo N. En la configuración
de los símbolos del semiconductor, la letra E indica el terminal del Emisor , la letra B indica el terminal
de la Base y la letra C indica el terminal del Colector .
Simbología y tipos de Transistores
El transistor según la asociación de los semiconductores, son de tipo PNP y tipo NPN.
El nombre del transistor es anexado según el uso y tipo.
2SA××× ----- Transistor de tipo PNP para alta frecuencia
2SB××× ----- Transistor de tipo PNP para baja frecuencia
2SC××× ----- Transistor de tipo NPN para alta frecuencia
2SD××× ----- Transistor de tipo NPN para baja frecuencia
Si el voltaje continuo VBE se aplica entre el emisor y la base, la barrera potencial eléctrica en el enlace
PN disminuye. En el emisor del lado P, muchos huecos se generan porque la concentración de
material con impurezas se fortalece. En la base de lado N, debido a que es muy delgada, la
concentración del material de impurezas es más débil, ya que sólo hay unos pocos electrones. Loshuecos en el emisor que cruzan sobre la barrera de potencial eléctrico y entran al lado de la base por
difusión, desaparecen en el enlace con una parte de los electrones de la base. Pero debido a que
estos pocos electrones están continuamente alimentados por la fuente eléctrica de polo negativo “-“,
se produce una pequeña corriente de base IB.
Si el voltaje inverso VCB es aplicado entre la base y el colector, la barrera de potencial eléctrico es
incrementada en la superficie de enlace PN de modo que la corriente eléctrica no fluye entre la base y
el colector.
Los huecos que no podrán unirse con los electrones, pero como provienen desde el emisor, ahora se
mueven hacia el lado del colector debido a la VCB del lado del colector. Estos producen la corriente IC
del colector. Los huecos del emisor son suministrados gradualmente desde el polo positivo, de modo
que producen la corriente Ic del emisor. La mayor parte de IE llega a IC, no obstante una muy pequeña
porción se genera como corriente IB de base.
7.2.3 Función de amplificación del transistor
Como ya hemos descrito en la sección “Funcionamiento Básico”, la mayoría de los electrones (no
menos de 95%) se mueven hacia el colector, pero sólo unos pocos electrones (no más del 5%) se
juntan con los huecos de la base. De modo que la dirección de la corriente eléctrica y la corriente deelectrones se definen comúnmente como corrientes opuestas, donde la corriente del emisor
E I es
dividida en corrienteC
I del colector y corriente base B
I , la siguiente ecuación sostiene que:
IE = IB + IC C B E I I I
De esta forma, la corriente alta del colector puede ser deducida desde una pequeña corriente de base,
por lo tanto para se llama amplificación de corriente eléctrica, mientras la relación (razón) entre B I eC
I son llamadas factor de amplificación de corriente eléctrica. (hFE).
Ejemplo de cálculo, si B
I es 1 mA yC
I es 100 mA entonces hFE es 100. Particularmente significa
que un transistor que puede amplificar la señal de entrada cien de veces. (* la relación de
amplificación de corriente eléctrica del transistor varía de acuerdo al uso, tipo, etc.)
Ahora, ¿Cómo se usa el transistor?; hay tres métodos de conexión a tierra, la tierra del emisor, la
tierra de la base y la tierra del colector, entre los cuales la tierra del emisor, como la del circuito de
arriba, es la más usada.
Además, la amplificación generalmente se utiliza en componentes de corriente alterna, como se
muestra en el siguiente ejemplo:
En la figura, si la señal AC es aplicada entre la base y el emisor, la corriente base B
I fluye solamente
cuando está en dirección de avance (lo mismo que en el diodo). Por consiguiente la corriente del
colectorC
I también aparece como salida mientras está siendo amplificada solamente por media onda.
Particularmente, el transistor no opera durante el medio ciclo negativo (-) porque aquí está en
dirección inversa entre la base y el emisor.
Ahora apliquemos DC entre la base y el emisor. Si la AC es aplicada sobre DC, el componente AC esagregado sobre la corriente DC de modo que aparece como se muestra en la siguiente figura.
El voltaje esta vez es llamado voltaje polarizado. Ahora podemos ver una forma de onda de salida
completamente amplificada. También podemos obtener la forma de onda amplificada de AC
solamente si retiramos el componente DC conectando un condensador en el Terminal de salida.
Si no hay diferencia de potencial eléctrico entre el emisor y la base, no hay flujo de corriente en el
emisor, pero si fluye la corriente eléctrica en el colector, en este caso el voltaje es aplicado en
dirección inversa a través de la resistencia. Si el voltaje directo es aplicado entre el emisor y la base,
como se muestra en el circuito de la figura, la corriente del colector puede también fluir a través de la
resistencia.
En este caso, debido que a la suma de corriente de la base y la corriente del colector es igual a la
corriente del emisor, la relación de la corriente del colector al emisor es menor que 1, por lo que la
corriente eléctrica no se amplifica.
En caso de amplificación de voltaje, si suponemos que 10mA fluyen en el emisor, entonces 1mA y
9mA fluyen en la base y el colector respectivamente, produciéndose la caída de voltaje, a través de
la resistencia en el colector que corresponde a la salida.
En consecuencia: 9mA × Resistencia [kΩ] = el voltaje de salida, de modo que hay una amplificaci ón
de voltaje de salida a partir de la señal de entrada.
Circuito de tierra del Colector
El método con conexión del colector a tierra corresponde a un tipo de circuito, como se muestra en la
figura, al tomar el colector como tierra, envía la señal de entrada a la base y la salida a través del
emisor.
En el circuito de conexión del emisor a tierra, la corriente del colector varía enormemente de acuerdo
a la corriente de la base, mientras que la variación del valor de la resistencia de carga conectada el
colector no produce un gran efecto a la corriente eléctrica. Pero en el circuito con el colector a tierra,
debido a que el voltaje directo es aplicado entre el emisor y la base para el circuito de salida, la
corriente del emisor (desde el colector hacia el emisor) fluye de modo que es aplicado en la
resistencia de carga.
Por consiguiente, la corriente del emisor es controlada por la pequeña corriente de la base, mientras
que la corriente del emisor varía directamente con la variación de carga de la resistencia.
Como se menciono anteriormente, aprendimos tres tipos de métodos con conexión a tierra de acuerdoa los terminales usados en común. Entre ellos, el método más usado es el método de conexión a
tierra del emisor. Las características anteriores pueden explicarse con la tabla siguiente.
Características de los métodos de conexión a tierra
ÍtemCircuito con
emisor a tierraCircuito con base
a tierraCircuito con
colector a tierraGrado de amplificación decorriente eléctrica
Alta Baja Media
Amplificación de voltaje Alta Medio Bajo Amplificación de potenciaeléctrica
Alta Media Bajo
Impedancia de entrada Media Bajo Alta
Impedancia de salida Media Alta Bajo
Fase de salida a entrada Anti-fase En fase En fase
Características defrecuencia alta
Malo Mejor Bueno
Descripción del circuito de amplificación con un transmisor
Descripción del circuito
- La resistencia R1 cambia la alimentación de la base y polaridad del transistor NPN esto es
aprobado por el voltaje del emisor hasta 3volt. Además se incorpora una resistencia de servicio- La resistencia variable controla el voltaje polarizado del transistor NPN de 0 ~ 3 voltios
- Es decir, la base del transistor y la polaridad del voltaje del emisor son altos, si el valor de
resistencia variable es alto. Si es bajo, el voltaje de polaridad también es bajo.
- Por lo tanto el flujo de la corriente eléctrica aumenta en el colector y emisor de acuerdo a la
polaridad del voltaje.
- Por lo tanto, puede controlar el número de giros del motor de acuerdo a la posición de la
resistencia variable que controla la corriente eléctrica que pasa a través del motor mediante las
1) Poner el selector de modo del multímetro análogo en R100 o R1000
2) Primero conectar una punta de prueba a cualquier pin del transistor. Luego conectar los dos
terminales restantes del transistor respectivamente, usando la otra punta de prueba.3) En este momento, si la dirección es en sentido horario, la Resistencia medida estará cercana
a 0Ω, la conexión de la punta de prueba negra estará en la base en el transmisor NPN y la
conexión de la punta de prueba roja estará la base en el transistor PNP.
4) Si usted pone el selector de modo en R1000 en el medidor de circuitos, resulta en la dirección
en sentido horario después de medir otras resistencias de dos pines respectivamente, la
conexión de punta de prueba roja será el colector en NPN y la punta de prueba negra será el
Un circuito integrado o IC, esta formado por varios de cientos de resistores, transistores y otros
elementos incorporados sobre un sustrato formando un solo dispositivo. Cuando se lee un circuito
con un IC, es muy importante la comprensión de las condiciones de operación, como se indican enla tabla o esquema. En este capítulo, se describe como se debe leer un circuito IC.
Tipos de I.C
Clasificación por escala de integración
SSI (Circuito integrado de escala pequeña): menos de 100 elementos
MSI (Circuito Integrado de escala media): 100 a 1.000 elementos
LSI (Circuito integrado de gran escala): 1.000 a 100.000 elementos
VLSI (Circuito Integrado de escala muy grande): 100.000 elementos o más.
Clasificación por aplicación y estructura
IC Análogo El IC amplifica o controla la cantidad análoga (cantidad continua)
L a señal de salida siempre cambia linealmente con la señal de entrada
Este tipo de IC es ampliamente usado en unidades con circuitos análogos.
IC Digital El IC ejecuta sólo la conmutación, de acuerdo a las condiciones de la señal de
entrada ON/OFF, la salida es obtenida como señal de conmutación ON/OFF.
En un circuito digital, las dos señales son usadas, es decir, la señal con el voltaje alto (H) y la señal
con voltaje bajo (L) o la presencia de señal y ausencia de señal.
Convencionalmente estas dos señales son representadas por “1” y “0”.Por ejemplo, cuando el transistor está en OFF en la figura, Vce es 12V, en este caso, el estado de
voltaje es tomado como “1”.
Cuando el interruptor es puesto en ON para activar a ON el transistor, el VCE llega a ser 0V y este
estado es tomado como “0”.
Un circuito digital es distinto al análogo, mucha información es expresada por la combinación de dos
señales que pueden tener solo dos estados, llamados “1” ó “0”.
Un circuito lógico es aquel que genera una salida de “1” ó “0” cuando la señal de entrada aplica la
La operación AND proporciona sólo un resultado cuando todas la condiciones se cumplen, como
por ejemplo: "la luz de advertencia de frenos se ilumina cuando el interruptor de encendido está
ON y interruptor del freno de estacionamiento esta en ON".Particularmente, el circuito AND es un circuito en el cual la señal de salida puede ser “1” cuando
las señales de entrada son todas “1”.
Representación Circuito Actual Símbolo lógicoRelación
Entrada/Salida
A B C
1 11 00 10 0
1000
La figura muestra un ejemplo del circuito AND usando transistores. Cuando ambas señales de
entrada A y B son 1(H), el voltaje obtenido en la salida C es 1(H).
Para que la salida C sea alta, es necesario que Tr 2 y Tr 4 estén OFF y para esto, es necesario que
Tr 1 y Tr 3 estén activados. Para que Tr 1 y Tr 3 se enciendan, el alto voltaje (H) debe ser aplicado en
las entradas A y B de modo que la corriente pueda fluir a ambos transistores.
El microcomputador es un tipo de computador. Revisemos brevemente la historia del desarrollo
de los computadores.
Los primeros computadores producidos, eran mecánicos y usaban engranajes y otras piezasmecánicas, este fue seguido por los computadores eléctricos que utilizaban relés y
posteriormente por los computadores electrónicos que utilizaban tubos al vacío. Un computador
electrónico con tubos al vacío, era lo suficientemente grande para ocupar una habitación completa
de un edificio, con 20.000 tubos en uso. Estos tubos de vacío fueron reemplazados por los
transistores y luego por los circuitos integrados (IC). La integración de estos IC llegó a ser
gradualmente grande, desarrollando el LSI (Integración de gran escala) y el VLSI (Integración de
escala muy grande). Con estos desarrollos, los computadores también cambiaron desde el tipo
de vacío hasta el tipo de transistor y hacia el tipo IC y entonces se desarrolló el tipo LSI,
convirtiéndose gradualmente en uno de tamaño más pequeño.
Veamos como se desarrollaron los microcomputadores.
Cuando el desarrollo estaba en camino para fabricar calculadoras electrónicas portátiles, más
compactas y más sofisticadas, cada cambio requería el rediseño del IC, el cual tenía un alto costo
y tiempo. Este problema fue enfocado con el uso de LSI lo que permitía el cambio libre de las
funciones internas del programa. Particularmente, con los LSI se pueden cambiar los programas
que permiten el desarrollo de nuevas calculadoras. El LSI, cuyas funciones internas podrían ser
cambiadas libremente por modificación del programa, era el microcomputador. En otras palabras,
un microcomputador es un LSI con funciones que son descritas a continuación.
13.1 Tres elementos del microcomputador
Un microcomputador consta de tres elementos, CPU (Unidad Central de Procesamiento)
memoria e I/O (Unidad de Entrada/Salida)
13.2 Unidad I/O (Entrada / Salida)
A través de esta unidad, el microcomputador se comunica con unidades externas (sensor,
interruptor, actuador, etc.) en el caso de la ECU por ejemplo, la cantidad de aire de admisión es
ingresada al microcomputador como señal del sensor y el resultado del cálculo realizado por la
CPU es la salida desde este I/O como señal de control de la cantidad de combustible inyectado.
La memoria almacena el programa (conjunto de direcciones para la operación, juicios,
intercambio de datos, etc), datos (voltaje de referencia para la ECU, comparación de la relación
de aire/combustible, etc.) y las señales que son entradas, mientras que la CPU está ocupada con
el procesamiento de los cálculos.
La memoria se clasifica normalmente en los dos tipos siguientes:
13.4 ROM (Memoria Sólo de Lectura)
Una memoria sola para leer. En el caso del microcomputador para la aplicación automotriz, sólo
un programa fijado necesita la ejecución y por esta razón, el programa es permanentemente
almacenado en una ROM. La ROM no es volátil. Los contenidos se mantienen en forma
permanentemente, aún después que se desactiva la energía. Esta naturaleza hace de la ROM un
dispositivo óptimo para almacenar programas.
13.5 RAM (Memoria de Acceso Aleatorio)
Esta memoria puede ser escrita y leída. Es usada para almacenar datos temporalmente.
Normalmente es volátil y los contenidos almacenados se pierden una vez que se interrumpe la
energía.
Nota: la RAM no volátil es llamada NVRAM. La utiliza el cuentakilómetros electrónico.
13.6 CPU (Unidad de Procesamiento Central)
La parte del computador, que ejecuta las operaciones, interpreta e intercambia datos de acuerdo
al programa almacenado en la memoria.
Tomemos el sensor de O2 del ECM como ejemplo, cuando la señal de voltaje que indica la
relación aire/combustible llega a la unidad I/O del sensor de O2, la CPU realiza el procesamiento
de acuerdo al programa almacenado en la memoria de la siguiente forma: La CPU compara la
señal con el voltaje de referencia almacenada en la memoria y si la señal de voltaje es más alta, juzga que la relación aire/combustible es más alta que la relación de aire/combustible teórica y
produce la señal para bajar la relación de inyección de combustible en la I/O. Entonces, la I/O
envía esta señal (al inyector) de modo que se reduzca la inyección de combustible.