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miércoles, 26 de febrero de 2014

Circuitos ÚTILES. 02. Regulador corriente alterna 3800 W



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Descripción del regulador

Este circuito ha ganado por goleada en el número de peticiones en los comentarios de Youtube, así que vamos con él. Es un regulador de corriente alterna. Con él podemos regular la tensión de 240V (ó 110V) desde un valor prácticamente cero hasta el máximo y así, la carga que le conectemos funcionará a mas o menos potencia.

Si le conectamos una lámpara y accionamos el potenciómetro, lucirá mas o menos. Si ponemos un motor, girará mas o menos deprisa. Si ponemos una resistencia eléctrica, calentará mas o menos.

Estos reguladores pueden ser hechos para potencias máximas distintas. Si se sobrepasa la potencia máxima, el triac puede cruzarse, cortocircuitarse. Cuando eso ocurre no se nota ningún fenómeno. No suele haber ruido, ni componentes que revientan. Simplemente el regulador deja de hacer su trabajo: No regula, siempre va a máximo como si conectaras la carga directamente a 240v.

Una pregunta frecuente es: ¿Qué hacer en el circuito para que pueda gestionar mas potencia?. La respuesta: Simplemente poner un triac de mas amperios. Es lo ÚNICO que hay que cambiar. El resto del circuito no hay que modificarlo.

Cuando uno pregunta en la tienda de componentes electrónicos sobre el precio de los triac, comprueba que sólo hay unos céntimos de diferencia entre uno de sólo 4 amperios y uno de 16. Entonces, ¿Porqué hacer un regulador de 900W pudiendolo hacer de 3800W?

La respuesta es que un regulador con un triac de 3800W necesitará cosas que uno de 900W no necesita. No debemos olvidar que el paso de una corriente de 16 amperios supone unos inconvenientes. Una corriente de 16 amperios nos obliga a:

- Poner un disipador grande al triac
- Dotar de ventilación a la caja que contiene el regulador
- Elegir tomas de corriente y salida de 16A, que son mas bien grandes
- Cables de mayor sección
- Usar una caja mas grande

Al final, el dispositivo en 3800W resulta mas caro que en 900W no sólo por el triac sino por el aumento de la exigencia en bastantes componentes, y eso sin contar con que dicho dispositivo será mas grande, mas voluminoso. Sólo si vamos a regular tanta potencia nos interesa poner un triac potente. En caso contrario, mejor un triac pequeño.

Resulta obvio que este regulador, aunque sea para hasta 3800W, si sólo se le piden 500W, apenas se calentará.

Dejo a tu elección el triac a utilizar. Si vas a usar un triac de poca potencia (hasta 4 amperios) puedes simplemente ponerle un disipador pequeño y nada mas. No es necesario ventilador y puedes poner enchufes pequeños. 

Si por el contrario eliges un triac potente, de 8 ó mas amperios (16 en este montaje), además de poner un buen disipador habrá que dotarlo de un ventilador así como de enchufes tipo schuko. Y los cables serán de al menos de 2mm de sección.

Varias opciones de  triac. De mas potente a menos,
de izquierda a derecha: TIC263M (25A), BTB16 (16A) y
TIC226M (8A). En este montaje usaremos el BTB16

Después de barajar varias opciones respecto del triac a utilizar, he decidido usar un BTB16 que aguanta hasta 16 amperios, lo que a 240 voltios significan unos 3800 watios. Esto puede cubrir prácticamente cualquier aplicación. 

La razón de echarme atrás en mi elección inicial de usar un triac TIC 263 M que soporta 25 amperios es que harán falta igualmente enchufes y clavijas que aguanten esa intensidad, y la verdad, me pareció demasiado aparatoso hacer un montaje tan potente, si al final, la mayoría de aplicaciones no van a sobrepasar 1000W. Además, el triac BTB16 elegido coincide con los 16 amperios de máximo que muchas clavijas y enchufes tienen, por lo que me pareció ideal.


Para terminar la descripción de este circuito, quiero decir que he elegido un tupper a pesar de que se manejan 240V y potencias considerables asi como desprendimiento de calor. Quizás sería una opción mejor utilizar una caja standard para montajes electrónicos. Eso ya queda a tu elección. A las malas, rápido se saca todo del tupper y se pone en una caja de aluminio convencional.

Lo tuve funcionando un buen rato con una carga de 1500 watios y no se calentó lo mas mínimo, por lo que el tupper parece que puede aguantar perfectamente las condiciones de uso.



Caracteristicas:

Tensión de entrada: 0-240 voltios alterna
Tensión regulada: 0-tensión de entrada
Potencia máxima: 3800 W
Intensidad máxima: 16 Amp
Triac utilizado: BTB16
Precio aprox proyecto: 20-40 euros según potencia


NOTA:  Se me ha formulado con frecuencia la pregunta:
En mi país hay 110V y no 240V ¿puedo usar este circuito?

La respuesta es: SÍ. 

Cualquier tensión entre 0 y 400V puede ser regulada con este circuito.





Cómo funciona el circuito

Circuito para el regulador de 3800w. La línea en color rojo NO es un cable, señaliza la zona de alta intensidad.

A la izquierda vemos dos enchufes:

Abajo, la entrada de 220-240 voltios. Esta corriente pasa por un interruptor, un fusible, y de ahí la llevamos al circuito a través de una regleta de conexión.

Arriba, otro enchufe: conectaremos el dispositivo que vayamos a regular. Ese dispositivo está en serie con la corriente.

Los dos polos de corriente alterna se llevan al circuito. Uno de los polos va directamente al circuito tras pasar por el interruptor y el fusible. El otro polo atraviesa el dispositivo que vamos a regular y después regresa al circuito.

Según vemos en el circuito, toda la corriente que atraviese el dispositivo a regular tambien pasará a través del triac, pues está en serie. El circuito principal de la corriente se ha remarcado con una línea roja. Esos cables representados por la linea roja deberán ser de sección generosa, pues pasarán hasta 16 amperios según la carga que pongamos.

Un triac es como un interruptor electrónico. Si ponemos tensión entre sus terminales A1 y A2 (ánodo 1 y ánodo 2) en principio no pasa corriente, pero si aplicamos un impulso de corriente al terminal "G" (gate: puerta) entonces si conduce. El triac "se dispara", es decir, entra en conducción, y seguirá en conducción hasta que la corriente decrezca hasta un valor cercano a cero. En este caso, el triac deja de conducir (el triac "se extingue"). Esto está asegurado cada vez que la tensión pasa por cero, y esto es algo que sucede 50 veces por segundo en la corriente alterna doméstica.

A la derecha vemos tres formas de onda representadas por las letras, A, B y C

En cada una de estas formas de onda vemos que se puede producir el disparo del triac en momentos distintos del semiciclo.

Veamos los tres casos de las tres formas de onda, A, B y C:

A) Se produce el disparo al inicio del semiciclo: El triac conducirá la mayor parte del tiempo (representado por la zona sombreada en ese gráfico). Esto significa que la corriente alterna pasa por el triac prácticamente en su totalidad. El dispositivo que conectemos funcionará a máximo.

B) El disparo se produce en la mitad de la forma de onda: El triac sólo conduce la mitad del tiempo del semiciclo. La mitad primera permanece bloqueado, sin conducir. Esto significa que sólo la mitad de la corriente pasa a través del él. El dispositivo que conectemos en la salida regulada funcionará "a medio gas".

C) El disparo se produce casi al final del semiciclo: La mayor parte del tiempo el triac no conduce. Sólo lo hará cuando le llega el disparo. Además, conducirá cuando el nivel de tensión ya está cercano a cero. La consecuencia: El dispositivo conectado a la salida regulada funcionará a mínimo o incluso no funcionará.

Entre estos tres valores representativos están todos los valores posibles. Es decir, el disparo del triac por la aplicación de un impulso a su puerta puede producirse en cualquier momento. Esta es la forma de regular la cantidad de electricidad que pasa a través del triac: Determinando el tiempo que esa corriente puede pasar.

Si, pero...¿Cómo hacemos para conseguir que el impulso se aplique en la puerta del triac en el momento justo?

Lo vamos a conseguir aprovechando la misma corriente alterna que pretendemos regular, con la ayuda de una resistencia y un condensador: En la parte izquierda del circuito vemos R1, P1 y C1 que están sometidos a la tensión de 220V. El condensador C1 se cargará en una u otra polaridad (según el semiciclo sea positivo o negativo) y lo va a hacer con una rapidez que dependerá del valor seleccionado en el potenciómetro P1.

Un condensador se cargará con mayor o menor rapidez dependiendo de su propio valor de capacidad, y también del valor de la resistencia que le suministra esa corriente.

Como P1 es variable, al girarlo hacemos que el tiempo que tarda en cargarse el condensador C1 también sea variable. Con esto conseguimos que el impulso llegue antes o después a la puerta del triac (a través de R1 y el Diac), consiguiendo reproducir las condiciones de los gráficos A, B y C de la derecha del gráfico anterior.

Así es como un triac puede regular la corriente alterna con ayuda de un potenciómetro y un condensador.

A través del potenciómetro P1 y el condensador C1 pasa muy poca intensidad, pues el triac necesita muy poca corriente en su puerta para ser disparado. Por donde sí puede pasar mucha intensidad es a través del triac entre sus terminales A1 y A2.



Lista de componentes

Necesitaremos:

1 Tupper o caja para hacer el montaje
1 Base entrada AC empotrable
1 Base salida SUKO AC empotrable
1 Portafusibles y fusible acorde al triac elegido (20 Amp en este caso)
1 Interruptor
1 Ventilador 80 x 80 220V
1 Circuito impreso de 95 x 75mm
1 resistencia 3K3 1/2 W
1 resistencia 8K2 1/2 W
1 resistencia 47ohm 1/2 W
3 Condensadores 100nf 600V
1 Diac
1 Potenciómetro 220Kohm LINEAL
1 Botón para el potenciómetro
1 Triac: A tu elección. En este montaje: BTB16
1 disipador para el triac
1 Termostato para 90ºC (normalmente abierto)
2 regletas de conexión 
3 conectores de 2 vías (ventilador, potenciómetro y termostato)
Un poco de cable
4 Separadores de nylon, para fijar el circuito con tornillos


Vamos a describir lo más reseñable de algunos componentes:

Tuper o caja:
 

Debe tener tamaño suficiente para contener el proyecto. Sus ventajas ya las conocemos: Barato, disponible, muy fácil de mecanizar, aislante, y bastante vistoso por permitir ver el interior, aunque esto último es cuestión de gustos...

Pondremos los enchufes en una esquina para evitar que el tuper flexione, pues poner y quitar estos enchufes exige ejercer cierta presión.


 Se va a trabajar con 240v, intensidad elevada, cierta temperatura... de modo que, por seguridad, recomiendo usar una caja convencional para hacer este montaje. Sin embargo, yo voy a utilizar este tuper no sólo por capricho sino también para poner a prueba un tuper en estas condiciones de trabajo. De momento adelanto que lo he hecho funcionar con una carga de 1500 W y no se calienta nada.


Base AC




Sirve para conectar la entrada de corriente al regulador. La base deberá soportar al menos el mismo amperaje que el triac. No tendría sentido hacer un regulador para 25A si la base sólo aguanta 10A.

Si tienes la opción, elígela que tenga toma de tierra.






Base de salida (tipo schuko)


En esta base conectaremos  el dispositivo que vamos a regular. 

También deberá estar acorde con el triac en cuanto al amperaje máximo que soporte. Tiene una tapa para exteriores que le he extraido. 

Lo que parece una junta, a la izquierda, es una plantilla para poder marcar los taladros en la caja donde vaya a ser ubicada esta base.




Portafusibles y fusible


Por seguridad, nunca debe faltar en un montaje con A.C.

El triac utilizado es de 16A, así que un valor adecuado serían 20A.

Este portafusibles es "empotrable": Se hace un taladro en la caja y se fija con la tuerca que el propio portafusibles lleva.





Interruptor general


También deberá soportar la misma intensidad que el triac (16A en este proyecto).

Este modelo tiene cuatro terminales porque interrumpe ambos polos. Esto no es necesario y puede usarse un interruptor que sólo interrumpa un polo (2 terminales en lugar de 4).

Lleva un piloto luminoso que indica que está recibiendo tensión.



 Ventilador


Cuando el triac es recorrido por una corriente alta, genera calor que es cedido al disipador que a su vez lo cede al aire. Este ventilador tiene por misión extraer el aire caliente del interior de la caja.

Este ventilador no funciona full-time. Solo lo hará cuando el termostato (adosado en el disipador) detecte una temperatura superior a 100ºC (en el disipador, no en el aire).



Las medidas de este ventilador son de 80 x 80 mm. Funciona a 220 voltios y consume muy poca corriente. No tiene polaridad y se puede conectar de ambas maneras. Se fija a la caja mediante cuatro tornillos en sus esquinas. Si el triac elegido es de ocho amperios o menos, no será necesario el ventilador.


Potenciometro 220K Lineal


En este caso no vamos a soldar el potenciómetro al circuito impreso para sujetar al mismo, ya que el peso del disipador es excesivo para el potenciómetro. Lo conectaremos al circuito con dos cables y un conector de dos vias.

Hay que cortar el mando con una sierra ya que su longitud es excesiva.

Sólo usaremos dos de sus tres terminales: Central y un extremo.



Triac


Es el componente que realmente va a hacer el trabajo de regular la corriente. Después de varias dudas, he elegido el BTB16 de 16 amperios. Concuerda con el resto de componentes que también son hasta para 16 amperios: Las dos bases de corriente, el interruptor...

No tendría mucho sentido poner un triac para 25A si el resto del equipo sólo aguanta 16A...



Disipador


Si ponemos una carga muy pequeña al triac, por ejemplo, una bombilla de 40W, apenas pasarán 200mA a través de él, y no se calentará apenas. Pero si, estando tal cual, le hacemos pasar una intensidad alta, lo destruiremos por calor en unos segundos.

Por eso, el triac debe montarse firmemente asentado en un disipador, tal como el de la foto, pues hablamos de intensidades de hasta 16A a 240 volts.

Las medidas de este disipador (en mm) son:

Ancho: 65
Largo: 50
Alto: 17

Está hecho en aluminio. Se venden en las tiendas de componentes electrónicos, también puedes obtenerlos reciclando viejos equipos. Incluso podría servir el perfil de aluminio, del utilizado en carpintería metálica para hacer marcos, ventanas, etc.

El triac se fija al disipador con tornillo y tuerca. Hay que poner pasta térmica entre el disipador y el triac para asegurar buena conductividad térmica.

Tuve que rebajar la altura de las aletas del disipador que originalmente era de 25mm y dejarlas a 17mm, pues chocaban con el ventilador que va justo encima y no quise usar un tupper mas alto, y tampoco disponía de un disipador a la medida.



Termostato para 90-100ºC

Termostato

No es necesario que el ventilador esté funcionando todo el tiempo. Solo cuando el disipador alcance una temperatura de 90-100ºC será señal de que el triac está siendo sometido a un trabajo duro. Cuando el termostato (en contacto con el disipador) detecte que se alcanzan esos 90-100ºC, su contacto interno -normalmente abierto- se cierra, haciendo que el ventilador se ponga en marcha.



Cuando la temperatura decrezca, ya sea por la acción del ventilador o porque hemos dejado de usar el regulador, el termostato vuelve a abrir su contacto y el ventilador se para.

Este termostato lo llevan incorporado electrodomésticos como vaporetas, cafeteras express, centros de planchado, etc, que necesitan de alguna manera detectar cuando el agua está próxima a hervir. Este termostato lo puedes reciclar de un viejo electrodoméstico o adquirirlo en un taller de reparaciones de ese tipo de electrodomésticos.


Regletas de conexión

Regletas de conexión

Un conector como los utilizados para el ventilador o el potenciómetro sería rápidamente dañado por el calor generado debido a la alta corriente que circulará en caso de conectar una carga potente.

Para conectar tanto la entrada de corriente como la salida de corriente regulada, usaremos estas regletas que sí permiten el paso de esas intensidades elevadas (hasta 16A).





Separadores de nylon


Los puedes encontrar en una tienda de componentes electrónicos. Los hay de distinta longitud (estos son de 10mm). Sirven para sujetar el circuito impreso dejando un pequeño espacio por debajo de dicho circuito para albergar el cableado, algún componente...

Con ayuda de tornillos, arandelas y tuercas fijaremos el circuito a la caja que contiene el montaje.


Si fuese necesario, podemos acortar un poco la longitud de estos separadores mediante el procedimiento de limar un extremo.



Montaje

Intentaremos llevar un orden lógico:

1) Fijaremos la posición de todos los elementos que van sujetos a la caja o tupper, cuidando que su posición sea lógica, y dejando suficiente espacio entre ellos. Los dos enchufes los vamos a poner en esquinas del tupper, huyendo del centro, pues para conectar/desconectar estos cables hay que ejercer cierta fuerza, y el tupper flexionaría demasiado en el centro pudiendo llegar a romperse.


2) Marcamos la posición de esos elementos con un rotulador




3) Hacemos los taladros. Algunos serán hechos con una broca de 3mm, otros -los más grandes- será mejor usar una fresa, pues si se introduce una broca de 8mm, el tupper se rompe. También es un buen truco usar la broca de 3mm a modo de sierra de calar, aprovechando que el tupper es blando.



4) Poner los cables e interconectar estos componentes que hemos fijado en el tupper o caja (entrada CA, Salida de corriente regulada, fusible, interruptor...)

5) Poner el termostato en el disipador, con pegamento de alta temperatura. Importante: En el frontal del termostato debemos poner pasta térmica conductora, no pegamento. El pegamento se pone al lado del termostato.




6) Montar los componentes en el circuito impreso. Soldarlos y conectarlos entre sí con puentes de cable o alambre, tanto por la parte de arriba del circuito como por la parte de abajo. La parte del circuito que soporta hasta 16A deberá ser hecha con cables de buena sección. También montaremos los tres conectores de dos vías para: Ventilador, potenciómetro y termostato.



7) Fijar el circuito impreso a la caja o tupper con los separadores y tornillos

8) Terminar de conectar todo el cableado y cerrar el regulador.

9) Probarlo. Para evitar sorpresas, por prudencia, antes de conectarlo a la red de 240 volts, medir la resistencia con el polímetro en la entrada de corriente. Debe dar una resistencia muy elevada (varios megaohm o incluso infinito). Si diese una resistencia muy baja de unos pocos ohms o cero, debe revisarse el circuito: Algo andará mal.



Resultados

Funciona satisfactoriamente tanto para pequeñas cargas como para cargas elevadas. Lo probé con una bombilla de 40 vatios así como con un grupo de lámparas halógenas que sumaban 1500 vatios. En ambos casos este regulador no llegó a calentarse lo más mínimo, y ni siquiera se puso en marcha el ventilador.

Después, y mediante un enchufe "Triple" conecté una carga de 3500 vatios, prácticamente la máxima potencia que puede entregar este regulador (3800 vatios). La carga consistía en el mismo grupo de lámparas halógenas (1500 vatios) mas un calefactor de baño que consume 2000 vatios.

Resulta chocante comprobar cómo a través de un componente tan pequeño como es el triac pueden pasar 15 amperios a 240 voltios como si nada. El cable de alimentación, que esta marcado como para 10A se calentó bastante pasados dos minutos. No solo se calentó sino que se reblandeció su plástico.

Sin embargo, el regulador seguía sin inmutarse: El ventilador no se activaba y el tupper no se calentaba lo más mínimo.

He utilizado bastante este regulador desde el momento en que lo terminé hasta el momento de subir este vídeo, y percibo un funcionamiento muy fiable.

Probando el regulador con lámparas halógenas (1500 vatios)



El VÍDEO




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viernes, 14 de febrero de 2014

Tutorial Electrónica Básica. 06. El Transistor




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Índice

-Qué es un transistor, para que sirve
-Corte y saturación
-Modos de uso: conmutación, amplificación
-Uso de disipadores
-Curva característica
-Datos importantes de un transistor
-Configuración de un transistor
-Conocer los datos de un transistor
-Simbolos utilizados para los transistores
-Tipos de transistor
   Bipolar (BJT) (npn y pnp)
   Uniunión (UJT)
   Efecto de campo (FET)
   Mosfet
   Darlington
   Fototransistor
-Cómo comprobar un transistor

Rincón de la TEORÍA
Analógico y Digital




Que es un transistor, para que sirve

Un transistor es un componente electrónico de tres terminales, al que se le aplican pequeñas variaciones de corriente, y devuelve esas mismas variaciones de corriente ampliadas. Es decir, trabaja como una válvula, pero además con efecto amplificador.

Cuatro tipos distintos de transistores de los muchos que existen

En el siguiente dibujo vemos cómo un transistor está formado por tres cristales. Cada uno de ellos da lugar a un terminal cuya denominación cambia según el tipo de transistor.



En el ejemplo de transistor del símbolo anterior, la corriente ingresaría por el emisor y circularía hasta el colector... siempre y cuando en la base haya aplicada una tensión ligeramente positiva respecto del emisor

Abajo a la derecha, en la imagen anterior, vemos el concepto "encapsulado", así como cuatro encapsulados distintos. El encapsulado es la envoltura utilizada para contener a los tres cristales que componen al transistor. Hay muchos tipo de encapsulado, cada uno con un orden o disposición de terminales distinto. El encapsulado puede ser de plástico, cerámico, metálico...



Corte y saturación

Una vez polarizado un transistor, cuanto mas alta sea la tensión base-emisor, tanto mayor será la conducción, y así hasta llegar al estado conocido como saturación: El transistor conduce al máximo. Cuando por el contrario la tensión base-emisor baja de cierto nivel, la corriente cesa completamente: Se dice entonces que el transistor está en estado de "corte". Entre esos dos estados extremos, un transistor puede conducir en mayor o menor medida.




Modos de uso: conmutación, amplificación

Un transistor puede trabajar en dos modos:

1) Conmutación: Al transistor se le hace trabajar manteniéndolo en uno de sus dos estados extremos: Corte o saturación. No hay estados intermedios. Esto tiene múltiples aplicaciones, por ejemplo, almacenar información en formato digital, lo cual es la base de la informática. Un transistor puede significar un bit, que estará al valor binario "0" o "1" según este en corte o en saturación. Es necesario que haya una diferencia clara entre ambos estados para que no puedan confundirse. En la práctica, un transistor en corte o en saturación supone una diferencia de varios voltios que no deja lugar a dudas.

Esta manera de hacer trabajar al transistor en la modalidad de "todo" o "nada" también es útil para fijar dos estados posibles en numerosas aplicaciones en donde no se permite un estado intermedio, por ejemplo, en un control de alumbrado público donde, según sea de día o de noche, las luces se apagan o se encienden, no se mantienen a media luz si hay penumbra.

El siguiente circuito se monta y pone a prueba en el vídeo, en el minuto 11:45, comprobando que funciona satisfactoriamente.


Interruptor crepuscular: Circuito donde se hace trabajar a un transistor en modo conmutación

En el circuito anterior, un hecho que señalo en el vídeo y del que hablo aquí también es relativo al condenador C3 de 470µf. Supongamos que es de noche, este circuito está activado alimentando al alumbrado. Y hay una tormenta. Un relámpago es captado por la LDR y provoca el apagado momentáneo de las luces. Esto resulta molesto. 

La función de C3 es evitarlo: Cuando llega a la base de T1 un impulso proveniente de la patilla 6 de IC1, si ese impulso es breve (relámpago) es absorbido por C3 impidiendo que llegue a T1. Sólo si el impulso tiene la duración suficiente llenará (cargará) a C3 y entonces si: actuará sobre la base de T1 provocando la orden de apagado de las luces.


También trabajan los transistores en modo conmutación para numerosos circuitos por ejemplo: Osciladores, que son la base de los circuitos conocidos como "relojes". Los hay que generan onda senoidal, diente de sierra u onda cuadrada. Estos últimos son un ejemplo en donde el transistor debe pasar de la conducción a la no conducción de forma rápida (conmutación) para poder formar una onda cuadrada.


2) Amplificación:  Aquí se hace trabajar al transistor de forma continua, recorriendo su curva de forma progresiva. Esta modalidad es la utilizada por excelencia en el mundo de las telecomunicaciones, donde es necesario aumentar el valor de tensión y/o intensidad de señales eléctricas.

También se monta en protoboard este circuito para probarlo, en el minuto 14:52 del vídeo:



Sencillo amplificador transistorizado de dos etapas



Uso de disipadores. El problema del calor.

Como consecuencia de la corriente que recorre al transistor, se genera calor. En los transistores mas pequeños el propio transistor puede vérselas para disipar ese calor y que la temperatura no suba peligrosamente. 

No se puede decir lo mismo de los transistores que tienen que manejar cierta potencia. Su tamaño, o mejor dicho, su superficie no permiten evacuar el calor al ritmo que se genera, y el transistor se destruye en un corto plazo de tiempo, a veces de menos de un segundo.

Para evitar esto, se utilizan disipadores o radiadores. Son piezas de forma y tamaño variado, normalmente de aluminio, que se fijan al transistor y que permiten una transferencia eficaz del calor generado, normalmente al aire circundante. En la foto siguiente se muestran unos cuantos disipadores.



Estos disipadores se fijan al transistor a veces con tornillo y tuerca, a veces con un clip que lo presiona. En todos los casos es recomendable usar pasta térmica para asegurar un buen contacto térmico entre el transistor y el disipador. El formato de jeringuilla es bastante práctico y te durará años.


Pasta térmica en formato jeringuilla, para semiconductores y disipadores

  
Curva característica

Un transistor tiene no una sino varias curvas características que relacionan tensión e intensidad en cada uno de sus tres terminales. También hay curvas para la ganancia (amplificación), curvas para la temperatura...

Son tantos datos que no pueden incluirse en una sola gráfica. 

Normalmente tendremos mas que suficiente con conocer algunos datos numéricos sencillos tipo "tensión máxima soportable entre colector y emisor, o corriente máxima que puede circular por la base...". Si fuese necesario consultar alguna curva, se puede ver en la hoja de especificaciones (datasheet) correspondiente.


Curva característica de un transistor relacionando tres variables:
1 Tensión emisor-colector, 2 Intensidad base, 3 Intensidad colector



Datos importantes de un transistor

Si estamos diseñando algún circuito, para la gran mayoría de aplicaciones nos será suficiente con conocer estas características:

- Configuración de los terminales del transistor
- La tensión máxima soportable entre colector y emisor
- Idem para los terminales base-emisor
- Corriente máxima Emisor-Colector
- Ganancia

Datos que siempre vienen detallados en la hoja de especificaciones.




Configuración de un transistor

Un transistor puede conectarse siguiendo uno de estos tres esquemas:


Las tres configuraciones de un transistor



Conocer los datos de un transistor. 
Hoja de especificaciones (DataSheet)

Siempre que necesitemos conocer alguna característica no sólo de un transistor sino de cualquier semiconductor (diodo, diac, triac, tiristor, IC,) consultaremos la hoja de especificaciones. Suele estar disponible en internet. Una buena página es:

Hoja de especificaciones (Datasheet)

Allí podemos teclear el código de nuestro componente y consultar la información. No en todos los componentes sale la misma información. Algunos componentes vienen con información exhaustiva, otros sólo lo justo.

Hoja de especificaciones del transistor BD157 al BD159




Símbolos utilizados para los transistores en los esquemas

La tabla siguiente contiene los símbolos utilizados en los esquemas para representar a la mayoría de tipos de transistor.

Símbolos utilizados en los esquemas para los transistores



- Tipos de transistor

1) Bipolar (BJT)

Transistor bipolar. Símbolo y transistor real TIP31C

Transistor de unión bipolar, es uno de los primeros tipos de transistor, aún en pleno uso y es el mas sencillo. Consisten en tres cristales con una configuración NPN o PNP lo que da dos nuevos subtipos de transistor. La base es siempre el cristal central. Es un transistor "multiuso". Se utiliza para prácticamente todas las aplicaciones, aunque cuando las exigencias son altas, se opta por emplear un tipo de transistor mas específico.


2) Uniunión (UJT)



Transistor Uniunión (UJT)

Son transistores que nos recuerdan una característica del diodo túnel: Tienen una zona de resistencia negativa, lo que los hace especialmente indicados para circuitos de conmutación. Muy utilizados para gobernar tiristores y triacs.



3) Transistor de Efecto de Campo. FET


Transistor de Efecto de Campo (FET)

Mientras que los transistores bipolares se dividían en NPN y PNP, los FET o transistores de efecto de campo pueden ser de canal N o de canal P. Una diferencia importante de los FET frente a los bipolares es que su impedancia de entrada es mucho mas alta, su consumo es muy reducido. Sus terminales no se denominan igual y tienen esta equivalencia con el bipolar:


Emisor - Source (Fuente), se utiliza la letra S
Base - Gate (Puerta), letra G
Colector - Drain (Drenador), letra D

Estos transistores, por sus propiedades, son ampliamente utilizados en electrónica digital y forman parte -agrupados en gran número- de circuitos integrados. Hoy día se construyen transistores FET de tamaño microscópico de sólo unos pocos nanómetros de tamaño, de modo que hay circuitos integrados que contienen mas de mil millones de esos transistores.



4) Transistor MOSFET


Transistor MOSFET. Símbolo y ejemplar real (IRF822)
En este modelo, el terminal D (Drenador) también es la aleta refrigeradora

Los MOSFET son utilizados en circuitos de conmutacion, en aplicaciones de potencia y forman parte de fuentes de alimentación, inversores, control de motores...

Los mosfet pueden ser de tipo enriquecimiento o agotamiento. A su vez, cada uno de esos tipos pueden ser del subtipo Canal N o Canal P.


4) Darlington


Transistor tipo Darlington

Este tipo consiste en dos transistores bipolares montados dentro de un mismo componente, de modo que parece UN transistor, pero realmente son dos. La característica principal es su alta ganancia, que es el producto de la ganancia de cada uno de los dos transistores que lo componen. Si cada uno de ellos tiene una ganancia de -digamos- 70, la ganancia del conjunto sería 70 x 70 = 4.900. En la práctica, esta ganancia resulta ser inferior. Se utilizan en aplicaciones donde la ganancia debe ser alta, permitiendo grandes variaciones de corriente por medio de pequeñas variaciones en la base del primer transistor.

Tienen el inconveniente de que la tensión emisor base que hay que superar para entrar en conducción, que en un transistor único es de 0.7 voltios, en un darlington es la suma de ambos transistores, es decir, 1.4 voltios.


5) Fototransistor

Fototransistor

Tienen una ventana con una pequeña lente por donde capta la luz. Esa luz hace el papel de electrodo base, de modo que el electrodo real de la base suele dejarse al aire, sin conectar. 

Iluminar al fototransistor equivale a polarizar la base en un transistor común.

Pero también puede ignorarse esa característica de ser sensible a la luz y polarizar su base como en un transistor común: Entonces se comporta como un transistor BJT normal. 

A veces se usa de forma mixta: Se le somete a iluminación pero también se polariza su base para aumentar su sensibilidad en caso de que la iluminación sea escasa.

Un transistor recuerda a un fotodiodo, pero con la característica añadida de la amplificación (ganancia) propia de un transistor que un diodo no tiene.




Cómo comprobar un transistor

MEDIR UN TRANSISTOR BIPOLAR (BJT):

Esto se puede ver a partir del 29:04 del vídeo.

Hay dos formas: 

1) Forma tradicional. Usando las puntas del tester:

Procedimiento:

1.1) Seleccionamos la escala "resistencia" en el tester. Si NO es autorango, seleccionaremos un valor elevado de resistencia, varios mega-ohms.

1.2) Identificamos los terminales del transistor (emisor, base, colector)

1.3) Colocamos una punta en la base. Medimos la resistencia entre base-emisor y base-colector. Debemos obtener un valor de resistencia infinito (o muy alto, de Kohms). Esto depende de la punta que hayamos elegido para poner en la base y del tipo de transistor (NPN ó PNP). No tiene importancia el orden en que hagamos las medidas.

1.4) Ahora colocamos la otra punta del tester en la base. Repetir ambas medidas (base-emisor y base-colector). Debemos obtener un valor de resistencia infinito (o muy alto, de Kohms). Si en el paso 1.3) obtuvimos infinito, ahora obtendremos un valor alto, o viceversa.

Para estar completamente seguros, haremos otra medida:

1.5) Mediremos la resistencia entre colector-emisor, dos veces, cambiando el orden de las puntas de prueba del tester. Debe dar infinito en ambos casos.

Si en alguna de las medidas anteriores obtenemos un valor cero o cercano a cero ohms, es que el transistor está cruzado (cortocircuitado) y será inservible. 


2) Forma alternativa de medir un transistor bipolar: 

Usando el zócalo que algunos tester llevan para medir transistores.

Aprovecharemos las prestaciones de los multímetros modernos: Muchos llevan un zócalo para "pinchar" transistores y el propio tester te dice de una sola vez y sin tener que estar´haciendo medidas ni cambiando las puntas de prueba, si el transistor está bien o no y además proporciona un dato útil: La ganancia del transistor. Si dicha ganancia se sale de un margen correcto el transistor estará mal.

Por supuesto, tendremos que conocer la ubicación de los terminales: emisor, base y colector. Si es necesario, consultaremos la hoja de especificaciones.


MEDIR UN TRANSISTOR MOSFET:

Debido a que un mosfet funciona de manera distinta a un bipolar, el sistema anterior no nos sirve. Hay varias formas de probar un MOSFET, mi preferida es usar una pila o fuente de 12V y una lamparita de incandescencia de 12v ayudándonos de unos pequeños cables con pinzas de caimán. Ponemos la pila, la lamparita y el mosfet en serie según el siguiente dibujo.


Montaje con 12 volts y lamparita de 12 volts para probar MOSFET

Hay que identificar los terminales del mosfet: source, drain y gate. Respetaremos las polaridades aplicando el positivo al drain y el negativo al source.

La prueba consiste en:

1) Comunicar el gate con el drenador. La bombilla debe encenderse aunque dejemos de hacer contacto entre gate-drenador.

2) Comunicar gate con source: La bombilla debe apagarse aunque dejemos de hacer contacto gate-source




Rincón de la TEORÍA
Analógico y Digital

Dos formas distintas de manejar y guardar la información

¿Cómo guardar la información? Centrémonos por ejemplo, en el sonido. Cuando un objeto vibra: Las cuerdas de una guitarra, la lengüeta de un instrumento de viento, las cuerdas vocales de una persona, ese objeto al vibrar desplaza a las partículas del medio que lo rodea y las hace vibrar al compás del objeto que vibra. Ese movimiento se desplaza esfericamente en el medio. Normalmente el aire.


Procesamiento ANALÓGICO de la información (sonido en este caso)

Si representamos en un par de ejes el movimiento de cada partícula de aire, veremos que según avanza el tiempo (eje X), la partícula realiza un desplazamiento oscilante (eje Y), con una frecuencia, una intensidad y un conjunto de armónicos (timbre) que caracterizan a cada sonido y que sigue fielmente el patrón de vibración del objeto que origina el sonido.


Guardar un sonido en formato analógico. Ejemplo: Disco de vinilo

La expresión "analógico" viene de "analogía". La información se guarda siguiendo una analogía con la forma en que se manifiesta dicha información. 

En un disco de vinilo, los surcos tienen la misma forma que la representación gráfica del sonido. Si dejamos la aguja del "pick-up" sobre el disco y lo hacemos girar podremos escuchar el sonido proveniente de la aguja incluso sin encender el equipo. La información de ese sonido (una canción) se ha guardado de forma ANÁLOGA, similar, equivalente a la forma de onda de ese sonido.

Otra forma analógica de guardar sonido muy utilizada es la cinta magnética. Aquí, a la hora de grabar sonido en esa cinta, las partículas magnéticas de dicha cinta se orientan siguiendo el patrón del sonido, por medio de una cabeza grabadora. Para reproducir esa información se usa otra cabeza lectora que en contacto con la cinta "lee" o detecta no solo la orientación de las partículas magnéticas sino también su intensidad de imantación.

Esto también está sujeto a ruido, a degradación de la información. Por ejemplo: Si el motor que arrastra a la cinta no tiene una velocidad exacta y estable, el tono en que se escucha la canción no es el original. Esto no tiene importancia para una audición normal. El que una canción esté medio tono arriba o abajo respecto de la original no se nota mucho. Pero si vas a utilizar cinta magnética para hacer mezclas entre distintos aparatos, te encontrarás con que cada uno reproduce una nota distinta, según la velocidad del motor que arrastra la cinta. Esto supone una grave limitación a la hora de la "afinación".


Inconvenientes de lo analógico: Ruido, degradación de la información.

Es fácil adivinar qué sucederá si en un disco de vinilo se posan partículas de polvo. Una mota de polvo, es como una piedra cuando hablamos de cosas tan pequeñas como un microsurco en un disco de vinilo. Cuando la mota de polvo llegue a la aguja la hará producir un crujido o chasquido que falseará la información original.

Es el ruido.

En electrónica se conoce como "ruido" no sólo al concepto de sonido (que también) sino a cualquier información o señal ajena y no deseada. Es un sinónimo de "interferencia". El ruido puede venir externamente del sistema que estamos utilizando, y también internamente generado por el propio equipo. En el caso del disco de vinilo, un ejemplo de ruido externo sería el polvo que cae sobre el disco. Un ejemplo de ruido interno sería el desgaste del propio disco: con el tiempo, las paredes de los microsurcos del disco (y la aguja lectora) se erosionan y el sonido se degrada.

En el caso de las transmisiones ANALÓGICAS por radio, el ruido interno puede venir dado por la degradación de la señal a medida que se aleja de la emisora. Mientras que un ejemplo de ruido externo puede ser la existencia de una tormenta cuya actividad electromagnética (rayos) se superpone a la señal de radio, falseándola.


-Guardar un sonido en formato digital: CD, DVD, Memoria...

Los inconvenientes anteriores se pueden evitar procesando la señal (sonido en este caso) de forma digital. Ahora no se graba la señal tal cual es, sino que se realiza un "muestreo". 

Vayamos otra vez a nuestra representación gráfica de un sonido:

Procesamiento DIGITAL de la información (Sonido en este caso)

Vemos que el valor de tensión de la onda de sonido cambia según el tiempo. Un muestreo consiste en tomar el valor de la tensión X veces por segundo. Cuantas mas veces por segundo se tome una muestra, mas "definición" tendrá la lectura.

En el dibujo anterior se ve una onda de sonido sometida a muestreo. En el standard de la industria musical, se realizan 44100 muestras cada segundo (44100 Hz). Cada una de esas muestras consiste en un byte de 16 bits. Con 16 bits se pueden expresar 65.536 estados distintos, que corresponden a 65536 valores de tensión posibles. 

Es decir, un sonido guardado en formato digital consiste en 44100 números (por cada segundo de grabación), y cada uno de esos 44100 números representa un valor bastante exacto de tensión merced a los 65536 valores posibles que se pueden expresar con 16 bits.

Con tal definición y nivel de discriminación, un sonido queda bastante bien representado.

Esto tiene un coste, y es que hace falta bastante memoria para representar un sólo segundo de sonido. Este es el famoso formato .WAV.  Usando algoritmos, es posible representar un sonido digitalmente de forma aceptable usando mucha menos memoria, basándose en hechos físicos y las limitaciones de nuestro sentido del oído. Tales son los formatos MP3 y similares.

Ahora, el sonido no es una forma de onda. Es una sucesión de números... y esto se presta maravillosamente bien a la computación, el tratamiento informático, matemático, matricial y tantas formas de proceso.

Pero...¿Cómo se almacenan números en un equipo?

Usando memorias.

Un CD es un claro ejemplo de memoria masiva que almacena la información en formato numérico, concretamente el binario: 0 y 1. Lo mismo para las memorias Flash de los USB y los MP4, teléfonos móviles, etc.

Un equipo que procese la señal de sonido (o cualquier otra señal) de forma digital, por modesto que sea, está basado en un µP (microprocesador) que será el que gestione esa información.

Una gran ventaja de la información digital es su inmunidad frente al ruido. Aquí los valores de la señal grabada no son continuos como en el caso analógico. Los valores son "0" ó "1",; "Alto" o "bajo", es decir, son valores bien diferenciados, por lo que el ruido no hace que el "1" deje de ser "1" o el "0" deje de ser "0". Es más, si eso ocurriera, si un bit "1" se convirtiera en un "0" por una interferencia: Hay circuitos programados mediante un código detector-autocorrector que no sólo son capaces de detectar un error sino que son capaces de saber dónde está el error (qué bit de los 16 que componen un byte es el erróneo)... y corregirlo ellos mismos. De esta forma se evita el pedir el reenvío del paquete de información defectuoso, lo cual agiliza el proceso.

Hay que dejar claro que un equipo de sonido, por muy digital que sea, tiene que acabar procesando la señal de forma analógica, ya que los altavoces son analógicos por naturaleza. 


Ventajas de lo digital: Inalterabilidad, manipulación sin límites.

Queda clara la superioridad del método digital frente al analógico en cuanto a invulnerabilidad a los errores, así como el tratamiento informatizado de la información: Presentación de menús, organización en carpetas y subcarpetas, por temas, autor, género; también se puede tratar digitalmente esa información por medio de editores de sonido y otro software relativo al audio...



El Video:




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