Circuitos y Dispositivos Electronicos PDF

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  • Llus Prat Vias, ed.

    Circuitosy dispositivos

    electrnicosFundamentos de electrnica

    EDICIONS UPC

  • La presente obra fue galardonada en el tercer concurso"Ajut a l'elaboraci de material docent" convocado por al UPC.

    Primera edicin: noviembre de 1994Segunda edicin: septiembre de 1995Tercera edicin: septiembre de 1996Cuarta edicin: septiembre de 1997Quinta edicin: septiembre de 1998Sexta edicin: marzo de 1999

    Diseo de la cubierta: Manuel Andreu / Edicions UPCDiseo y montaje interiores: Edicions UPC y David Pablo

    Con la colaboracin del Servei dInformaci, Imatge i Publicacionsde la UPC

    Los autores, 1999

    Edicions UPC, 1999Edicions de la Universitat Politcnica de Catalunya, SLJordi Girona Salgado 31, 08034 BarcelonaTel. 934 016 883 Fax. 934 015 885Edicions Virtuals: www.edicionsupc.ese-mail: edupc@sg.upc.es

    Impresin: Romany-VallsPl. Verdaguer 1, 08786 Capellades (Barcelona)

    Depsito legal: B-10.970-99ISBN: 84-8301-291-X

    Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorizacin escrita de los titulares delcopyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproduccin total o parcial deesta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografa y eltratamiento informtico y la distribucin de ejemplares de ella mediante alquiler oprstamo pblicos, as como la exportacin e importacin de ejemplares para sudistribucin y venta fuera del mbito de la Unin Europea.

  • La rpida evolucin de la tecnologa electrnica obliga a una renovacin y actualizacin constante desu enseanza. Deben introducirse nuevos conceptos y condensar otros. En particular hay dos aspectosque en la actualidad conviene considerar desde el principio en la formacin del estudiante: la utiliza-cin de herramientas informticas para el anlisis y diseo de circuitos electrnicos, y proporcionar alestudiante una visin global de la ingeniera electrnica. Este segundo aspecto es consecuencia de lacreciente interaccin entre el diseador de circuitos y sistemas y el fabricante de circuitos integrados.

    Este libro pretende responder a este planteamiento. Se trata de un texto de introduccin a la electrni-ca dirigido a estudiantes que inician sus estudios universitarios. Su contenido puede agruparse en cua-tro bloques temticos.

    El primer bloque est dedicado a introducir las tcnicas ms elementales de anlisis de circuitos. Elconocimiento de esta temtica es esencial para comprender el comportamiento de los circuitos elec-trnicos que se tratan en los restantes captulos. Este bloque comprende los cinco primeros captulosdel libro.

    El segundo bloque se dedica a presentar las caractersticas elctricas de los principales dispositivossemiconductores y su aplicacin a circuitos analgicos y digitales bsicos. Las caractersticas de losdispositivos electrnicos se presentan a partir de su circuito equivalente. Los dispositivos tratados eneste texto son el diodo, el transistor bipolar, los transistores de efecto de campo (MOS y JFET), lostiristores y algunos dispositivos optoelectrnicos. Este bloque comprende los captulos seis al nueve.

    El tercer bloque presenta los rasgos ms significativos del comportamiento fsico de los dispositivossemiconductores y de su tecnologa de fabricacin. A partir de las propiedades elctricas de los semi-conductores se explica el comportamiento de la unin PN y el principio de funcionamiento del tran-sistor bipolar y del transistor MOS, justificando el modelo circuital que representa al dispositivo.Tambin se presentan los procesos bsicos en la tecnologa de semiconductores y las etapas de fabri-cacin del transistor bipolar y del transistor MOS. Este tema se desarrolla en el captulo diez.

    El cuarto bloque se dedica a la presentacin y utilizacin del programa de anlisis de circuitos porordenador SPICE. A diferencia de los anteriores, la presentacin de esta temtica se distribuye a lo

    Prlogo

    7

  • largo del texto. En el apndice B se hace una presentacin general del programa comercial PSPICE, yal final de los captulos cuatro al ocho se presenta la utilizacin de este simulador de manera gradual.Se pone especial nfasis en la forma en que SPICE modela los distintos dispositivos semiconductores.

    Se han cuidado, de forma especial, los aspectos pedaggicos en la presentacin de las materias quecontiene este libro, ofreciendo gran cantidad de material educativo: ejemplos resueltos, ejercicios pro-puestos al estudiante indicando la solucin, cuestiones conceptuales que estimulen la reflexin del lec-tor y problemas de aplicacin.

    Este libro se ha escrito a partir de la experiencia adquirida por sus autores en la enseanza, durantevarios aos, de un curso semestral de introduccin a la electrnica en la Escola Tcnica SuperiordEnginyers de Telecomunicaci de Barcelona (ETSETB) y en la Escola Universitria Politcnica delBaix Llobregat (EUPBL), ambas de la Universitat Politcnica de Catalunya. El libro desborda el con-tenido de dicho curso con el objeto de facilitar su utilizacin como material educativo en otros estu-dios. En particular, si los estudiantes ya han seguido un curso bsico de anlisis de circuitos, se pue-den obviar los cinco primeros captulos y centrar el curso en el resto del libro.

    Los autores quieren expresar su agradecimiento a las autoridades acadmicas de la UniversitatPolitcnica de Catalunya por la ayuda concedida para la elaboracin de este libro. Asimismo deseanagradecer los consejos y comentarios recibidos de colegas y estudiantes durante la elaboracin de estelibro y que han sido de gran utilidad.

    Los autores

    CIRCUITOS Y DISPOSITIVOS ELECTRNICOS

    8

  • 1 Conceptos bsicos

    1.1 Magnitudes elctricas fundamentales ...................................................................... 151.1.1 Carga elctrica.............................................................................................. 151.1.2 Campo elctrico ........................................................................................... 151.1.3 Tensin ......................................................................................................... 171.1.4 Corriente....................................................................................................... 181.1.5 Potencia ........................................................................................................ 20

    1.2 Componentes, dispositivos y circuitos..................................................................... 211.3 Seales...................................................................................................................... 23

    1.3.1 Seal escaln................................................................................................ 231.3.2 Seal exponencial......................................................................................... 251.3.3 Seal sinusoidal............................................................................................ 26

    1.4 Leyes de Kirchhoff................................................................................................... 281.5 Smbolos y unidades ................................................................................................ 30Cuestiones y problemas ..................................................................................................... 31

    2 Circuitos resistivos

    2.1 Concepto de resistencia............................................................................................ 352.2 Anlisis de circuitos resistivos por el mtodo de nudos.......................................... 392.3 Anlisis de circuitos resistivos por el mtodo de mallas ......................................... 422.4 Concepto de circuito equivalente............................................................................. 452.5 Resistencias en serie. El divisor de tensin ............................................................. 462.6 Resistencias en paralelo. El divisor de corriente ..................................................... 482.7 Reduccin de circuitos resistivos............................................................................. 49Cuestiones y problemas ..................................................................................................... 51

    ndice

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  • 3 Circuitos lineales

    3.1 Linealidad y superposicin ...................................................................................... 573.2 Clculo de un circuito por el mtodo de superposicin .......................................... 613.3 Circuitos equivalentes de Thvenin y de Norton..................................................... 623.4 Transferencia de seal.............................................................................................. 65Cuestiones y problemas ..................................................................................................... 67

    4 Fuentes dependientes

    4.1 Concepto de fuente dependiente lineal .................................................................... 734.2 Anlisis de circuitos con fuentes dependientes........................................................ 744.3 Fuentes dependientes y circuitos activos ................................................................. 784.4 El amplificador operacional ..................................................................................... 784.5 Anlisis de circuitos con A.O. que trabajan en la regin lineal .............................. 814.6 Circuitos de acoplamiento con A.O. ........................................................................ 864.7 Anlisis de circuitos con A.O. operando en forma no lineal................................... 884.8 Anlisis de circuitos con ordenador usando SPICE ................................................ 90Cuestiones y problemas ......................................................................