Componentes electrónicos

Resistencias 

Todos los conductores ofrecen una resistencia al paso de la corriente eléctrica, aunque como hemos visto, unos más que otros. En ocasiones, es interesante introducir en los circuitos eléctricos unos dispositivos llamados resistencias cuya única misión es oponerse al paso de la corriente eléctrica con el fin, entre otras cosas, de disminuir la intensidad de corriente que circula por una determinada sección del circuito. Normalmente se emplea carbono en su fabricación y el valor de su resistencia R en ohmios viene expresado por medio de un código de colores.

En otras ocasiones, las resistencias no solo se emplean para disminuir la intensidad de corriente, si no también se utilizan para convertir la energía eléctrica en energía calorífica, tal y como ocurre en las estufas y hornos eléctricos.

Tipos de resistencias

Conductores: Son los elementos que presentan una oposición muy pequeña al paso de los electrones a través de ellos; es decir, presentan una resistencia eléctrica muy baja. Como ejemplo de buenos conductores eléctricos podemos nombrar a los metales.

Semiconductores: Son un grupo de elementos, o compuestos, que tienen la particularidad de que bajo ciertas condiciones, se comportan como conductores. Cuando estas condiciones no se dan, se comportan como aislantes. Como ejemplo podemos nombrar al germanio, al silicio, al arseniuro de galio.

Aislantes: Son los materiales o elementos que no permiten el paso de los electrones a través de ellos. Como ejemplo podemos nombrar a los plásticos.

La unidad de la resistencia eléctrica es el ohmio, que se representa por la letra griega W(omega). El ohmio se define como la resistencia que opone al paso de corriente eléctrica, una columna de mercurio de 106'3 centímetros de longitud y 1 milímetro de sección.

Condensador

En condensador eléctrico es un dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por un aislante llamado dieléctrico. Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente.

El condensador eléctrico o capacitador eléctrico almacena energía en la forma de un campo eléctrico (es evidente cuando el capacitador funciona con corriente directa) y se llama capacitación o capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar. Si en el circuito anterior modificas el valor de la resistencia, estarás cambiando el tiempo que tarda el condensador en cargarse (cuanto mayor sea la resistencia más tardará). Esto se debe a que la carga (Q) es el producto de la intensidad (I) por el tiempo (t) y al aumentar el valor de la resistencia estás reduciendo la corriente que pasa por el circuito.

Para Qué Sirve un Condensador?

Como te dije al principio, puedes encontrar estos elementos en casi cualquier circuito. Son dispositivos útiles siempre que se trabaja en régimen sinusoidal (AC). Algunas de las funciones que puede cumplir un condensador en un circuito son:

• Baterías.
• Memorias.
• Fuentes de alimentación.
• Filtros.
• Adaptación entre circuitos.
• Estabilización de tensión.

Tipos de condensadores

Existen muchísimos tipos de condensadores diferentes. En función de su capacitancia, del voltaje que soportan y del material con el que han sido construidos.

A la hora de realizar un proyecto DIY, no debes fijarte tanto en el material del que están hechos sino en el valor de capacitancia y el voltaje máximo que pueden soportar.

En caso de que vayas a aplicarle al condensador voltajes positivos y negativos, sí que tienes que fijarte en el tipo de condensador. Algunos de ellos (los electrolíticos) están polarizados. Esto significa que siempre tiene que llegarle el voltaje positivo por la misma patilla. De no ser así, corres el riesgo de destruir el condensador (llegando en algunos casos a explotar).

Dicho esto, aquí tienes una lista con los tipos más comunes:

1. De Mica: No polarizados. Especialmente útiles para frecuencias y voltajes altos.
2. Electrolíticos: Polarizados. Con valores de capacitancia muy elevados.
3. De Tantalio: Polarizado. Es un tipo  de condensador electrolítico de mayor precisión y menor relación capacidad/volumen.
4. Plásticos: No polarizados. Sus valores difieren en función del tipo de plástico empleado (poliéster, policarbonato, polipropileno, poliestireno…).
5. Cerámicos: No polarizados. Útiles a un rango muy amplio de frecuencias.
6. Variables: Una de las placas metálicas es móvil, con lo que se consigue variar el valor capacitivo del condensador.
7. Varicap: Tratándose realmente de un diodo, este elemento se utiliza frecuentemente como condensador variable.

Reóstatos y resistencias

Un reóstato es una simple resistencia variable con dos contactos. Una resistencia es un dispositivo diseñado para resistir el flujo de electricidad. Mientras mayor sea la resistencia que encuentra un circuito electrónico, más lentamente fluirá la corriente. Al aumentar o disminuirla en un circuito, un reóstato cambiará la cantidad de corriente que fluye a través del mismo.

La mayoría de los reóstatos contienen una tira de alguna sustancia con resistencia bastante alta, tal como carbono. Uno de los dos contactos del reóstato se une al extremo de la tira de carbono. El otro se mueve a lo largo de la tira a medida que ajusta el control deslizante o la perilla. Cuando el contacto deslizante se mueve cerca del contacto fijo, la corriente eléctrica sólo tiene que fluir a través de un poco de carbono para llegar desde un contacto al otro. Esto crea sólo una ligera resistencia. A medida que los contactos se quedan más lejos, sin embargo, la electricidad tiene que viajar más lejos a lo largo del carbono. Esto crea una mayor resistencia, lo que frena la corriente.

Diseño de reóstatos

Los reóstatos vienen en dos diseños básicos: deslizantes y de giro. Con un reóstato de deslizamiento, tiras de una palanca pequeña hacia arriba y hacia abajo para deslizar el contacto a lo largo de una tira recta de algún material resistivo. Un mando controla un reóstato giratorio. Al ir girando la perilla, se mueve el contacto deslizante a lo largo de una resistencia en forma de espiral. Muchos mandos de control, especialmente en los equipos electrónicos más antiguos, son en realidad reóstatos.

Usos

Los reóstatos tienen muchas aplicaciones diferentes. Los controles funcionan en la mayoría de las guitarras, las perillas de volumen en equipos de sonido y muchos interruptores de atenuación de algunas luces son reóstatos. Los reóstatos una vez fueron usados ​​en control industrial, pero son menos comunes hoy en día. Cuando un reóstato resiste electricidad, desperdicia una parte de la energía, convirtiéndose en calor. Aun así, siguen siendo útiles en aplicaciones de baja potencia como guitarras porque son simples y sólo necesitan un poco de energía. Con los motores grandes y de alta energía, sin embargo, la pérdida de potencia a partir de un reóstato se hace más significativa, por lo que es menos práctico que un controlador digital.

TRANSFORMADORES

Los transformadores son dispositivos electromagnéticos estáticos que permiten partiendo de una tensión alterna conectada a su entrada, obtener otra tensión alterna mayor o menor que la anterior en la salida del transformador.

Permiten así proporcionar una tensión adecuada a las características de los receptores. También son fundamentales para el transporte de energía eléctrica a largas distancias a tensiones altas, con mínimas perdidas y conductores de secciones moderadas.

Constitución y funcionamiento

Constan esencialmente de un circuito magnético cerrado sobre el que se arrollan dos bobinados, de forma que ambos bobinados están atravesados por el mismo flujo magnético. El circuito magnético está constituido (para frecuencias industriales de 50 Hz) por chapas de acero de poco espesor apiladas, para evitar las corrientes parásitas.

El bobinado donde se conecta la corriente de entrada se denomina primario, y el bobinado donde se conecta la carga útil, se denomina secundario.

La corriente alterna que circula por el bobinado primario magnetiza el núcleo de forma alternativa. El bobinado secundario está así atravesado por un flujo magnético variable de forma aproximadamente sinodal y esta variación de flujo engendra por la Ley de Lenz, una tensión alterna en dicho bobinado.

Relación con la tensión del transformador

La función de un transformador de corriente (TC) puede entenderse mejor por la comparación con el transformador de voltaje, más comúnmente conocido como (VT). Recordemos que en un transformador de tensión, una corriente alterna en un circuito establece un campo magnético alterno en una bobina en ese circuito. La bobina se envuelve alrededor de un núcleo de hierro, que extiende el campo magnético, casi intacto, a otra bobina en un circuito diferente, una sin una fuente de alimentación. La diferencia con un TC es que el circuito con corriente tiene, efectivamente, un bucle. El circuito de alimentación pasa a través del núcleo de hierro sólo una vez. Un TC es por lo tanto, un transformador elevador.

EL DIODO

Función Los diodos son dispositivos semiconductores que permiten hacer fluir la electricidad solo en un sentido. La flecha del símbolo del diodo muestra la dirección en la cual puede fluir la corriente. Los diodos son la versión eléctrica de la válvula o tubo de vacío y al principio los diodos fueron llamados realmente válvulas.

Tipos

 Diodos de señal (pequeña corriente) Los diodos de señal son usados en los circuitos para procesar información (señales eléctricas), por lo que solo son requeridos para pasar pequeñas corrientes de hasta 100 mA. 

Un diodo de señal de uso general tal como el 1N4148 está hecho de silicio y tiene una caída de tensión directa de 0,7 V. Un diodo de germanio tal como el OA90 tiene una caída de tensión directa más baja, de 0,2 V, y esto lo hace conveniente para usar en circuitos de radio como detectores los cuales extraen la señal de audio desde la débil señal de radio. Para uso general, donde la medida de la caída de tensión directa es menos importante, los diodos de silicio son mejores porque son menos fácilmente dañados cuando se sueldan, tienen una más baja resistencia cuando conducen, y tienen muy baja corriente de pérdida cuando se les aplica un voltaje en inversa. Diodo de protección para relés Los diodos de señal son también usados para proteger transistores y circuitos integrados del breve alto voltaje producido cuando la bobina de un relé es desconectada. El diagrama muestra cómo un diodo de protección es conectado “al revés” sobre la bobina del relé. La corriente que fluye a través de la bobina de un relé crea un campo magnético el cual cae de repente cuando la corriente deja de circular por ella. 

Esta caída repentina del campo magnético induce sobre la bobina un breve pero alto voltaje, el cual es muy probable que dañe transistores y circuitos integrados. El diodo de protección permite al voltaje inducido conducir una breve corriente a través de la bobina (y el diodo) así el campo magnético se desvanece rápidamente. Esto previene que el voltaje inducido se haga suficientemente alto como para causar algún daño a los dispositivos. Diodos rectificadores (grandes corrientes) Los diodos rectificadores son usados en fuentes de alimentación para convertir la corriente alterna (AC) a corriente continua (DC), un proceso conocido como rectificación. También son usados en circuitos en los cuales han de pasar grandes corrientes a través del diodo. Todos los diodos rectificadores están hechos de silicio y por lo tanto tienen una caída de tensión directa de 0,7 V. La tabla muestra la máxima corriente y el máximo voltaje inverso para algunos diodos rectificadores populares. El 1N4001 es adecuado para circuitos con más bajo voltaje y una corriente inferior a 1A Puentes rectificadores Hay varias maneras de conectar los diodos para construir un rectificador y convertir la AC en DC. El puente rectificador es una de ellas y está disponible en encapsulados especiales que contienen los cuatro diodos requeridos. Los puentes rectificadores se clasifican por su máxima corriente y máxima tensión inversa. 

Las bobinas

Son componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica.Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o al aire. Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional pero se suelen emplear los submúltiplos mH y mH.

Existen bobinas de diversos tipos según su núcleo y según tipo de arrollamiento. Su aplicación principal es como filtro en un circuito electrónico, denominándose comúnmente, choques.

Características

1. Permeabilidad magnética (m).- Es una característica que tiene gran influencia sobre el núcleo de las bobinas respecto del valor de la inductancia de las mismas. Los materiales ferromagnéticos son muy sensibles a los campos magnéticos y producen unos valores altos de inductancia, sin embargo otros materiales presentan menos sensibilidad a los campos magnéticos.

El factor que determina la mayor o menor sensibilidad a esos campos magnéticos se llama permeabilidad magnética.

Cuando este factor es grande el valor de la inductancia también lo es.

2. Factor de calidad (Q).- Relaciona la inductancia con el valor óhmico del hilo de la bobina. La bobina será buena si la inductancia es mayor que el valor óhmico debido al hilo de la misma.

Tipos de bobinas

1. FIJAS

Con núcleo de aire,el conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas.

Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.

Con núcleo sólido

Poseen valores de inductancia más altos que los anteriores debido a su nivel elevado de permeabilidad magnética. El núcleo suele ser de un material ferromagnético. Los más usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se desean eliminar son bajas se utilizan núcleos parecidos a los de los transformadores (en fuentes de alimentación sobre todo). Así nos encontraremos con las configuraciones propias de estos últimos. Las secciones de los núcleos pueden tener forma de EI, M, UI y L.                         

Las bobinas de nido de abeja se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos de radio en las gamas de onda media y larga. Gracias a la forma del bobinado se consiguen altos valores inductivos en un volumen mínimo.

Las bobinas de núcleo toroidal se caracterizan por que el flujo generado no se dispersa hacia el exterior ya que por su forma se crea un flujo magnético cerrado, dotándolas de un gran rendimiento y precisión.

Las bobinas de ferrita arrolladas sobre núcleo de ferrita, normalmente cilíndricos, con aplicaciones en radio es muy interesante desde el punto de vista práctico ya que, permite emplear el conjunto como antena colocándola directamente en el receptor,

Las bobinas grabadas sobre el cobre, en un circuito impreso tienen la ventaja de su mínimo coste pero son difícilmente ajustables mediante núcleo.

2. VARIABLES

También se fabrican bobinas ajustables. Normalmente la variación de inductancia se produce por desplazamiento del núcleo.Las bobinas blindadas pueden ser variables o fijas, consisten encerrar la bobina dentro de una cubierta metálica cilíndrica o cuadrada, cuya misión es limitar el flujo electromagnético creado por la propia bobina y que puede afectar negativamente a los componentes cercanos a la misma.

Pilas y baterías

Las pilas y las baterías son un tipo de generadores que se utilizan como fuentes de electricidad.

Las baterías, por medio de una reacción química producen, en su terminal negativo, una gran cantidad de electrones (que tienen carga negativa) y en su terminal positivo se produce una gran ausencia de electrones (lo que causa que este terminal sea de carga positiva).

Ahora si esta batería alimenta un circuito cualquiera, hará que por éste circule una corriente de electrones que saldrán del terminal negativo de la batería, (debido a que éstos se repelen entre si y repelen también a los electrones libres que hay en el conductor de cobre), y se dirijan al terminal positivo donde hay un carencia de electrones, pasando a través del circuito al que está conectado. De esta manera se produce la corriente eléctrica.

Fusible

El fusible es dispositivo utilizado para proteger dispositivos eléctricos y electrónicos. Este dispositivo permite el paso de la corriente mientras ésta no supere un valor establecido. En la figura se ve un fusible encapsulado de vidrio.Si el valor de la corriente que , es superior a éste, el fusible se derrite, se abre el circuito y no pasa corriente. Si esto no sucediera, el equipo que se alimenta se puede recalentar por consumo excesivo de corriente: (un corto circuito) y causar hasta un incendio. El fusible normalmente se coloca entre la fuente de alimentación y el circuito a alimentar. En equipos eléctricos o electrónicos comerciales, el fusible está colocado dentro de éste. El fusible está constituido por una lámina o hilo metálico que se funde con el calor producido por el paso de la corriente.

Si un componente eléctrico deja de funcionar, el problema se puede encontrar en el propio componente, en el circuito eléctrico o en el fusible que lo protege. Debido a que el fusible es una causa probable y es el más fácil de chequear, revíselo primero.Los fusibles se agrupan en una caja o en un panel con una tapa. Lo ideal sería fijar la caja en un lugar accesible (como el compartimiento debajo del capó).

Sin embargo, es común encontrarla escondida debajo del tablero o en el reposapiés. El manual del auto suele indicar la ubicación de la caja. Sin esta información puede ser difícil encontrarla. Averigüe dónde está antes de que algo salga mal.

Los fusibles individuales en la caja suelen estar numerados. Determinar cuál se ha quemado se simplifica a la verificación de la lista numerada en el manual. Esto debería indicar qué fusible protege cada circuito. Si no están numerados, saque los fusibles de a uno y vea qué componente deja de funcionar.

Chequeo de los fusibles

Dependiendo del diseño de los fusibles, a veces es posible saber si uno se ha fundido sosteniéndolo a contra luz. Una ruptura en el alambre interior puede ser visible. Otro indicador es el ennegrecimiento de la cubierta de vidrio.Si no hay ninguna señal visible, realice el chequeo mediante la colocación de otro fusible de la misma clasificación. Si el problema se soluciona es porque el fusible estaba quemado.

Sin embargo es recomendable chequear también el circuito, en caso de que una falla ahí hubiese provocado que se quemara el fusible. Por ejemplo, el fallo de un componente eléctrico o daños en el aislamiento en un cable pueden causar un cortocircuito, lo que provocará un aumento masivo y repentino de corriente.Si el cable se sobrecalienta, podría haber un incendio. El fusible impide que eso suceda, porque su alambre delgado se derrite y rompe el circuito mucho antes de que el cable se pueda calentar y quemar.

Algunos autos tienen sólo dos fusibles. Uno clasificado de 30 a 50 amperes protege los componentes cableados a través del interruptor de encendido: luces intermitentes, limpiaparabrisas, motor de calefacción e instrumentos.

Fusible quemado

Un fusible está "quemado" cuando el conector entre sus dos extremos se derrite bajo una sobrecarga de corriente.El otro, probablemente de unos 20 a 30 amperes, protege los componentes no cableados a través del encendido: bocinas, luces interiores y encendedor de cigarrillos.

Si un sólo fusible protege una serie de circuitos y se sigue quemando, cada circuito deberá ser revisado de forma individual para encontrar el defectuoso.Para realizarlo, instale un fusible en buen estado mientras que todos los componentes relevantes están apagados. Luego de esto, encienda uno a la vez. El circuito con la falla quemará el fusible.

Siempre reemplace un fusible con otro de la misma clasificación. La sustitución de un fusible de 10 amperes por uno de 30 amperes podría generar un daño considerable.El fusible de 10 amperes protegerá un circuito de 7 amperes. Sin embargo, uno de 30 amperes permitirá que fluya una corriente de 30 amperes, provocando un efecto desastroso en la unidad o el cable que se supone debía proteger.

El relé

Es un dispositivo que consta de dos circuitos diferentes: un circuito electromagnético (electroimán) y un circuito de contactos, al cual aplicaremos el circuito que queremos controlar. En la siguiente figura se puede ver su simbología así como su constitución (rele de armadura).

Su funcionamiento se basa en el fenómeno electromagnético. Cuando la corriente atraviesa la bobina, produce un campo magnético que magnetiza un núcleo de hierro dulce (ferrita). Este atrae al inducido que fuerza a los contactos a tocarse. Cuando la corriente se desconecta vuelven a separarse.

Los símbolos que aparecen en las figuras poseen solo 1 y dos circuitos, pero existen relés con un mayor número de ellos.

Características técnicas

Parte electromagnética

• Corriente de excitación.- Intensidad, que circula por la bobina, necesaria para activar el relé.
• Tensión nominal.- Tensión de trabajo para la cual el relé se activa
• Tensión de trabajo.- Margen entre la tensión mínima y máxima, garantizando el funcionamiento correcto del dispositivo.
• Consumo nominal de la bobina.- Potencia que consume la bobina cuando el relé está excitado con la tensión nominal a 20ºC.Contactos ó Parte mecánica
•  Tensión de conexión.- Tensión entre contactos antes de cerrar o después de abrir.
• Intensidad de conexión.- Intensidad máxima que un relé puede conectar o desconectarlo.
• Intensidad máxima de trabajo.- Intensidad máxima que puede circular por los contactos cuando se han cerrado.

Los materiales con los que se fabrican los contactos son: plata y aleaciones de plata que pueden ser con cobre, níquel u óxido de cadmio. El uso del material que se elija en su fabricación dependerá de su aplicación y vida útil necesaria de los mismos.

Reles mas utilizados

• De armadura : El electro imán hace vascular la armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo de si es normalmente abierto o normalmente cerrado. 
• De núcleo móvil:Tienen un émbolo en lugar de la armadura. Se utiliza un solenoide para cerrar los contactos. Se suele aplicar cuando hay que manejar grandes intensidades.                 
• Relé en encapsulado tipo DIP     Relé en encapsulado tipo DIP     Aplicación de los reles como módulos de interface

Las aplicaciones de este tipo de componentes son múltiples: en electricidad, en automatismos eléctricos, control de motores industriales; en electrónica: sirven básicamente para manejar tensiones y corrientes superiores a los del circuito propiamente dicho, se utilizan como interfaces para PC, en interruptores crepusculares, en alarmas, en amplificadores.

TRANSISTORES

El transistor, inventado en 1951, es el componente electrónico estrella, pues inició una auténtica revolución en la electrónica que ha superado cualquier previsión inicial. Con el transistor vino la militarización de los componentes y se llegó al descubrimiento de los circuitos integrados, en los que se colocan, en pocos milímetros cuadrados, miles de transistores. Estos circuitos constituyen el origen de los microprocesadores y, por lo tanto, de los ordenadores actuales. Por otra parte, la sustitución en los montajes electrónicos de las clásicas y antiguas válvulas de vacío por los transistores, reduce al máximo las pérdidas de calor de los equipos.

Funcionamiento básico

Cuando el interruptor SW1 está abierto no circula intensidad por la Base del transistor por lo que la lámpara no se encenderá, ya que, toda la tensión se encuentra entre Colector y Emisor. Cuando se cierra el interruptor SW1, una intensidad muy pequeña circulará por la Base. Así el transistor disminuirá su resistencia entre Colector y Emisor por lo que pasará una intensidad muy grande, haciendo que se encienda la lámpara.

 Polarización de un transistor

Una polarización correcta permite el funcionamiento de este componente. No es lo mismo polarizar un transistor NPN que PNP.Generalmente podemos decir que la unión base - emisor se polariza directamente y la unión base - colector inversamente.

Zonas de trabajo

• CORTE.- No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula.La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería. El transistor, entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto. IB = IC = IE = 0; VCE = Vbat
• SATURACION.- Cuando por la Base circula una intensidad, se aprecia un incremento de la corriente de colector considerable. En este caso el transistor entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor cerrado. De esta forma, se puede decir que la tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector.
• ACTIVA.- Actúa como amplificador. Puede dejar pasar más o menos corriente.Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que trabaja en conmutación. En definitiva, como si fuera un interruptor.

La ganancia de corriente es un parámetro también importante para los transistores ya que relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corriente de base. Los fabricantes suelen especificarlo en sus hojas de características, también aparece con la denominación hFE. Se expresa de la siguiente manera: ß = IC / IB

Los encapsulados en los transistores dependen de la función que realicen y la potencia que disipen, así nos encontramos con que los transistores de pequeña señal tienen un encapsulado de plástico, normalmente son los más pequeños ( TO- 18, TO-39, TO-92, TO-226 ... ); los de mediana potencia, son algo mayores y tienen en la parte trasera una chapa metálica que sirve para evacuar el calor disipado convenientemente refrigerado mediante radiador (TO-220, TO-218, TO-247...) ; los de gran potencia, son los que poseen una mayor dimensión siendo el encapsulado enteramente metálico . Esto, favorece, en gran medida, la evacuación del calor a través del mismo y un radiador (TO-3, TO-66, TO-123, TO-213...).

Circuitos integrados

El circuito Integrado (IC), es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran una cantidad enorme de dispositivos micro electrónicos ínter actuados, principalmente diodos y transistores, además de componentes pasivos como resistencias o condensadores. El primer Circuito Integrado fue desarrollado en 1958 por el Ingeniero Jack St. Clair Kilby, justo meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments. Los elementos más comunes de los equipos electrónicos de la época eran los llamados “tubos de vacío”, las lámparas usadas en radio y televisión y el transistor de germanio (Ge). En el verano de 1958 Jack Kilby se propuso cambiar las cosas. Entonces concibió el primer circuito electrónico cuyos componentes, tanto los activos como los pasivos, estuviesen dispuestos en un solo pedazo de material, semiconductor, que ocupaba la mitad de espacio de un clip para sujetar papeles.

 tipos de circuitos integrados:

-Circuito monolítico: La palabra monolítico viene del griego y significa “una piedra”. La palabra es apropiada porque los componentes son parte de un chip. El Circuito monolítico es el tipo más común de circuito integrado, ya que desde su intervención los fabricantes han estado produciendo los circuitos integrados monolíticos para llevar a cabo todo tipo de funciones. Los tipos comercialmente disponibles se pueden utilizar como amplificadores, reguladores de voltaje, conmutadores, receptores de AM, circuito de televisión y circuitos de ordenadores. Pero tienen limitadores de potencia. Ya que la mayoría de ellos son del tamaño de un transistor discreto de señal pequeña, generalmente tiene un índice de máxima potencia menor que 1W. Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.

-Circuito híbrido de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D – D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.

-Circuito híbrido de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula (dices), transistores, diodos, etc., sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Las resistencias se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, tanto en cápsulas plásticas como metálicas, dependiendo de la disipación de potencia que necesiten. En muchos casos, la cápsula no está “moldeada”, sino que simplemente consiste en una resina epoxi que protege el circuito. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para módulos de RF, fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

tendiendo al nivel de integración – número de componentes – los circuitos integrados se clasifican en:

-SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: inferior a 12.

-MSI (Medium Scale Integration) medio: 12 a 99.

-LSI (Large Scale Integration) grande: 100 a 9999.

-VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10 000 a 99 999.

-ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: igual o superior a 100 000.

En cuanto a las funciones integradas, existen dos clasificaciones fundamentales de circuitos integrados (IC):

-Circuitos integrados analógicos: Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.

-Circuitos integrados digitales: Pueden ser desde básicas puertas lógicas hasta los más complicados microprocesadores. Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. En general, la fabricación de los circuitos integrados es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto a los antiguos circuitos, además de un montaje más rápido.

Limitaciones de los circuitos integrados:

Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados. Son barreras que se van alejando al mejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:

-Disipación de potencia-Evacuación del calor: Los circuitos electrónicos disipan potencia. Cuando el número de componentes integrados en un volumen dado crece, las exigencias en cuanto a disipación de esta potencia, también crecen, calentando el sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo. Además, en muchos casos es un comportamiento regenerativo, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más calor producen, fenómeno que se suele llamar “embalamiento térmico” y como consecuencia, el llamado “efecto avalancha”, y que si no se evita, llega a destruir el dispositivo. Los amplificadores de audio y los reguladores de tensión son proclives a este fenómeno, por lo que suelen incorporar “protecciones térmicas”.

Los circuitos de potencia, evidentemente, son los que más energía deben disipar. Para ello su cápsula contiene partes metálicas, en contacto con la parte inferior del chip, que sirven de conducto térmico para transferir el calor del chip al disipador o al ambiente. La reducción de resistividad térmica de este conducto, así como de las nuevas cápsulas de compuestos de silicona, permiten mayores disipaciones con cápsulas más pequeñas. Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como TTL o CMOS. Aun así en los circuitos con más densidad de integración y elevadas velocidades, la disipación es uno de los mayores problemas, llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos. Precisamente la alta resistividad térmica del arseniuro de galio es su talón de Aquiles para realizar circuitos digitales con él.

Capacidades y autoinducciones parásitas: Este efecto se refiere principalmente a las conexiones eléctricas entre el chip, la cápsula y el circuito donde va montada, limitando su frecuencia de funcionamiento. Con pastillas más pequeñas se reduce la capacidad y la autoinducción de ellas. En los circuitos digitales excitadores de buses, generadores de reloj, etc., es importante mantener la impedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos de radio y de microondas.

Límites en los componentes: Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren de las de sus contrapartidas discretas:

-Resistencias. Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y, en tecnologías digitales, se eliminan casi totalmente.

-Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional uA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.

-Bobinas. Sólo se usan en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran.Los circuitos más usados son los resonantes (bobina-condensador; bien en serie o en paralelo), que actualmente son sustituidos por cristales de cuarzo

Densidad de integración: Durante el proceso de fabricación de los circuitos integrados se van acumulando los defectos, de modo que cierto número de componentes del circuito final no funcionan correctamente. Cuando el chip integra un número mayor de componentes, estos componentes defectuosos disminuyen la proporción de chips funcionales. Es por ello que en circuitos de memorias, por ejemplo, donde existen millones de transistores, se fabrican más de los necesarios, de manera que se puede variar la interconexión final para obtener la organización especificada.