INTRODUCCIÓN A LOS CIRCUITOS INTEGRADOS

El primer circuito integrado fue desarrollado por el ingeniero Jack St. Clair Kilby para la compañía Texas Instruments en 1958. Y se fabricó sobre una pastilla de germanio cuadrada (cada lado medía 6 mm) y lo componían un condensador, tres resistencias y un transistor.

Por supuesto fue todo un éxito y hasta día de hoy se continúa con su investigación y su mejora.

CIRCUITO INTEGRADO

Un circuito integrado es una combinación de componentes electrónicos que están miniaturizados y que forman parte de un mismo chip o soporte. También son llamados chips o microchips.

Están elaborados sobre un material semiconductor, sobre el cual se fabrican los circuitos electrónicos a través de la fotolitografía. Estos circuitos, que ocupan unos pocos milímetros, se encuentran protegidos por un encapsulado con conductores metálicos que permiten establecer la conexión entre dicha pastilla de material semiconductor y el circuito impreso.

Gracias al circuito impreso los circuitos eran decenas de veces inferiores.

Circuito integrado memoria EPROM de Zephyris, CC BY-SA 3.0

A día de hoy, encontramos esta tecnología en los microprocesadores de dispositivos tan dispares como ordenadores, teléfonos móviles y también en memorias digitales, etc. Es común en la mayoría de dispositivos electrónicos de hoy en día.

CLASIFICACIÓN DE CIRCUITOS INTEGRADOS

• SEGÚN MATERIAL UTILIZADO:

- Circuitos monolíticos. Fabricados en un único monocristal, de silicio por lo general.

- Circuitos híbridos de capa fina. Fabricados con componentes que exceden a la tecnología monolítica.

- Circuitos híbridos de capa gruesa. Fabricados sin cápsulas, con las resistencias depositadas por serigrafía y cortes con láser.

• SEGÚN EL NÚMERO DE COMPONENTES Y NIVEL DE INTEGRACIÓN:

- SSI (Small Scale Integration). Pequeño nivel de integración: de 10 a 100 transistores.

- MSI (Medium Scale Integration). Nivel de integración medio: de 100 a 1.000 transistores.

- LSI (Large Scale Integration). Nivel de integración grande: de 1.000 a 10.000 transistores.

- VLSI (Very Lage Scale Integration). Nivel de integración muy grande: de 10.000 a 100.000 transistores.

- ULSI (Ultra Large Scale Integratión). Nivel de integración ultra grande: de 100.000 a 1.000.000 transistores.

- GLSI (Giga Large Scale Integration). Nivel de integración giga grande: más de un millón de transistores.

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INTRODUCCIÓN AL TRANSISTOR

El transistor fue inventado en 1951 e inició una auténtica revolución en la electrónica. Este facilitó el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño y gracias a ellos fue posible la construcción de receptores de radio portátiles (llamados comúnmente "transistores"), televisores que se encendían en un par de segundos, televisores en color, etc. Y su uso es muy habitual como en radios, alarmas, automóviles, teléfonos móviles, ordenadores, etc.

El transistor es un componentes electrónico que regula el flujo de corriente o de tensión actuando como un interruptor o amplificador para señales electrónicas. Y está formado por materiales semiconductores.

SIMBOLOGÍA Y CONFIGURACIÓN DEL TRANSISTOR

El símbolo general del transistor es el siguiente:

Transistor npn de DaRy, CC BY-SA 3.0

Generalmente tienen tres patillas que se llaman: emisor (E), base (B) y colector (C), y es muy importante saber identificarlas a la hora de conectarlo.

Transistor patillas numeradas de Clker-Free-Vector-Images, CCO 1.0

La patilla 1 corresponde al emisor (E).

  La patilla 2 corresponde al colector (C).

La patilla 3 corresponde a la base (B).

ESTADOS DEL TRANSISTOR

• EN CORTE

Cuando un transistor funciona en corte no hay paso de corriente entre el emisor y el colector, el transistor está en reposo y no hace nada. No deja pasar la corriente. En este caso funcionaría como un interruptor cerrado entre emisor y colector.

• EN ACTIVA

Si un  transistor está en activa hay un paso de corriente variable entre el emisor y el colector. 

• EN SATURACIÓN

Cuando un transistor entra en saturación significa que hay un valor en la base(B) lo suficientemente grande para que aproximadamente toda la corriente del emisor(E) fluya al colector(C). Es decir, deja pasar la corriente máxima. En este caso funcionaría como interruptor abierto entre el emisor y el colector.

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LEY DE TENSIONES DE KIRCHHOFF

Gustav Kirchhoff también formuló una segunda ley para la electricidad también llamada "la ley de las mallas" o  "la segunda ley de Kirchhoff".

LEY DE TENSIONES DE KIRCHHOFF O SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF

El enunciado de la segunda ley de Kirchhoff dice que: "la suma de caídas de tensión en un tramo que está entre dos nodos es igual a la suma de caídas de tensión de cualquier otro tramo que se establezca entre dichos nudos" o también entendido como que "en un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada", y por tanto "la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico en un lazo es cero".

Para el uso de esta ley tendremos que tener en cuenta la polaridad de los componentes eléctricos. Si la tensión que cae en bornes del componente circula de polo (+) a polo (-): el signo de esa tensión en nuestra ecuación será positiva (+). Mientras que si la tensión que cae sobre el componente circula de polo (-) a polo (+) tendremos que añadir la variable con signo negativo a la ecuación.

Circuito voltajes de Kwinkunks, CC BY-SA 3.0

De modo que según el circuito anterior y teniendo en cuenta las polaridades de los componentes obtendríamos que:

-v4 + v1 + v2 + v3 = 0

O también:

v4 = v1+ v2 + v3

También podremos darnos cuenta de que cualquier otro lazo de circuito entre los mismos nodos, en este caso desde el nodo c al nodo d tendrán la misma caída de tensión. Es decir que v3 será igual a v5 o a cualquier tensión con cualesquiera componentes que esté entre los mismo nodos y cuya corriente vaya en la misma dirección, siempre y cuando estén en lazo cerrado.

Para este circuito:                                                    v3 = v5

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LEY DE CORRIENTES DE KIRCHHOFF

Las leyes de Kirchhoff fueron formuladas por Gustav Kirchhoff en 1845 y son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para obtener los valores de la corriente y el potencial en cada uno de los nodos de un circuito eléctrico. Aunque en este apartado nos centraremos en la ley de las corrientes.

Entendemos como nodo, cada punto del circuito donde se unen más de un terminal de un componente eléctrico.

LEY DE CORRIENTES DE KIRCHHOFF O PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF

La Ley de Corrientes de Kirchhoff dice que: "La corriente entrante a un nodo es igual a la suma de las corrientes salientes." y del mismo modo se puede generalizar la primera ley de Kirchhoff diciendo "que la suma de las corrientes entrantes a un nodo son iguales a la suma de las corrientes salientes".

Ley Corrientes Kirchhof de Inductiveload, Dominio Público

De tal forma que en el nodo mostrado, la suma de las corrientes que entran (i1 + i2) es igual a la suma de las corrientes que salen (i3 + i4).
Mediante el planteamiento del conjunto de estas ecuaciones en un circuito eléctrico podremos resolver los valores de corriente y también de tensión (mediante la ley de Ohm) de los circuitos eléctricos.

En la siguiente imagen exponemos un ejemplo práctico:

Circuito eléctrico de 1sfoerster, CC BY-SA 3.0

Y obtendríamos que:

- Para el nodo superior:                  i6 = i1 +i7
- Para el nodo central izquierdo:    i1 + i2 = i3
- Para el nodo central del circuito: i4 +i5 = i2 + i6
- Para el nodo central derecho:      i7 +i8 = i5

- Para el nodo inferior:                   i3 = i4 + i8

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Código de Colores de las Resistencias

Para el cálculo de una resistencia no basta con calcular su valor óhmico, también es necesario conocer la potencia que puede soportar y, por tanto, el calor que es capaz de disipar dicha resistencia, la mayor o menor potencia repercute en su tamaño (a más potencia más grandes son las resistencia).

La unidad de potencia de las resistencias es el vatio (W) o fracciones de vatio: 1/4W, 1/2W, 1W, 1.5W, 5W, etc.

El código de colores en las resistencias es el código más frecuente que presentan las resistencias para clasificar e identificar el valor óhmico y la tolerancia de cada una de ellas.

Las resistencias tienen 4 franjas de color, según la imagen siguiente:

Colores resistencia de Dnu72, Dominio Público 

• Los valores de colores para la 1ª y 2ª banda son:

Negro:      0

Marrón:    1

Rojo:        2

Naranja:   3

Amarillo: 4

Verde:      5

Azul:        6

Violeta:    7

Gris:         8

Blanco:    9

• El valor de la 3ª banda es un multiplicador de las cifras calculadas en las bandas 1 y 2. Y el valor equivalente a cada color será:

Negro:      x1       

Marrón:    x10
Rojo:        x100
Naranja:   x1000
Amarillo: x10000
Verde:      x100000
Azul:        x1000000
Violeta:    x10000000
Gris:         x100000000
Blanco:     x1000000000
Oro:          x 0.1
Plata:        x 0.01

• La 3ª banda representa la Tolerancia de la resistencia en (%). 

La tolerancia indica el rango superior e inferior que podrá alcanzar la resistencia sobre el valor nominal (calculado en las bandas 1, 2 y 3).
Por ejemplo, si tenemos:
R1= 1K 10%, valor podrá oscilar entre 990Ω y 1K10Ω

Y el valor según el código de colores es el siguiente:

Marrón:(+/-) 1%
Rojo:    (+/-) 2%
Verde:  (+/-) 0.5%
Azul:    (+/-) 0.25%
Violeta:(+/-) 0.10%
Gris:     (+/-) 0.05%
Oro:      (+/-) 5%
Plata:    (+/-) 10%

Por lo tanto el valor de la resistencia de arriba sería:
1ª banda: Rojo y 2ª banda: Violeta  > 27
3ª banda (multiplicador):Verde x 100K
4ª banda (tolerancia): (+/-) 10%
Total= 2.7MΩ (+/-)10%