Principios de electrónica, 7ma Edición - Albero Malvino PDF

Preview

Summary

AA_00_PRINCIPIOS_MALVINO.qxd 20/12/2006 14:39 PÆgina i Principios de Electrónica 7ª edición AA_00_PRINCIPIOS_MALVINO.qxd 20/12/2006 14:39 PÆgina ii AA_00_PRINCIPIOS_MALVINO.qxd 20/12/2006 14:39 PÆgina iii Principios de Electrónica 7ª edición ALBERT MALVINO DAVID J. BATES Traducción VUELAPLUMA, S. L...

Description

AA_00_PRINCIPIOS_MALVINO.qxd

20/12/2006

14:39

PÆgina i

Principios de Electrónica 7ª edición

AA_00_PRINCIPIOS_MALVINO.qxd

20/12/2006

14:39

PÆgina ii

AA_00_PRINCIPIOS_MALVINO.qxd

20/12/2006

14:39

PÆgina iii

Principios de Electrónica 7ª edición

ALBERT MALVINO DAVID J. BATES

Traducción VUELAPLUMA, S. L.

MADRID BOGOTÁ BUENOS AIRES CARACAS GUATEMALA LISBOA MÉXICO NUEVA YORK PANAMÁ SAN JUAN SANTIAGO SÃO PAULO AUCKLAND HAMBURGO LONDRES MILÁN MONTREAL NUEVA DELHI PARÍS SAN FRANCISCO SIDNEY SINGAPUR ST. LOUIS TOKIO TORONTO

AA_00_PRINCIPIOS_MALVINO.qxd

20/12/2006

14:39

PÆgina iv

La información contenida en este libro procede de una obra original publicada por McGraw Hill. No obstante, McGraw-Hill/Interamericana de España no garantiza la exactitud o perfección de la información publicada. Tampoco asume ningún tipo de garantía sobre los contenidos y las opiniones vertidas en dichos textos. Este trabajo se publica con el reconocimiento expreso de que se está proporcionando una información, pero no tratando de prestar ningún tipo de servicio profesional o técnico. Los procedimientos y la información que se presentan en este libro tienen sólo la intención de servir como guía general. McGraw-Hill ha solicitado los permisos oportunos para la realización y el desarrollo de esta obra. PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA, 7ª EDICIÓN No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento informático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright.

McGraw-Hill / Interamericana de España, S. A. U. DERECHOS RESERVADOS © 2007, respecto a la séptima edición en español, por McGRAW-HILL/INTERAMERICANA DE ESPAÑA, S. A. U. Edificio Valrealty, 1ª planta Basauri, 17 28023 Aravaca (Madrid) http://www.mcgraw-hill.es [email protected] Traducido de la séptima edición en inglés de ELECTRONIC PRINCIPLES ISBN: 0-07-297527-X Copyright © 2007 por The McGraw-Hill Companies, Inc. ISBN: 978-84-481-5619-0 Depósito legal: M. Editor: Carmelo Sánchez González Técnico editorial: Israel Sebastián Compuesto por: Vuelapluma, S. L. Impreso en IMPRESO EN ESPAÑA - PRINTED IN SPAIN

ROMANOS_MALVINO.qxd

20/12/2006

14:40

PÆgina v

Dedicatoria Principios de Electrónica, 7ª edición está dedicado a mi famila y a mis amigos que tanto me han apoyado durante este proceso y especialmente a Jackie, cuya paciencia y habilidades me han ayudado a terminarlo.

Acerca de los autores Albert P. Malvino sirvió como técnico en electrónica en la Marina de Estados Unidos desde 1950 hasta 1954. Se graduó Summa Cum Laude por la Universidad de Santa Clara en 1959 como Ingeniero Electrónico. Durante los cinco años siguientes, trabajó como ingeniero electrónico en los laboratorios Microwave Laboratories y en Hewlett-Packard, obtuvo su máster en Ingeniería Electrónica por la Universidad de San Jose en 1964. Durante los cuatro años siguientes impartió clases en Foothill College y recibió el premio National Science Foundation Fellowship en 1968. Después de doctorarse en Ingenieria Eléctrica por la Universidad de Stanford en 1970, el Dr. Malvino se embarcó en su carrera como escritor a tiempo completo. Ha escrito diez libros de texto que se han traducido a veinte idiomas habiéndose publicado unas 108 ediciones. Actualmente, Albert Malvino es consultor y diseñador de circuitos con microcontroladores para SPD-Smart™. Además, escribe software para la formación de ingenieros y técnicos en electrónica. También es miembro del Consejo de Dirección de Research Frontiers Incorporated. La dirección de su sitio web es www.malvino.com.

David J. Bates es profesor del departamento de tecnología electrónica de Western Wisconsin Technical College, en La Crosse, Wisconsin. Además de trabajar como técnico en electrónica, tiene más de 25 años de experiencia en la enseñanza. Su curriculum incluye un título en Tecnología Electrónica Industrial, otro en Educación Industrial y un máster en Educación Vocacional/Técnica. Tiene un certificado FCC GROL, otro como técnico en hardware de computadoras y una certificación como técnico electrónico por la International Society of Certified Electronics Technicians (ISCET). David J. Bates es actualmente administrador de certificaciones por el ISCET y es miembro del Consejo de Dirección del ISCET, además de experto SME en electrónica básica por la National Coalition for Electronics Education (NCEE). David J. Bates también es co-autor del título “Basic Electricity”, un manual de laboratorio escrito por Zbar, Rockmaker y Bates.

ROMANOS_MALVINO.qxd

20/12/2006

14:40

PÆgina vi

Contenido Prefacio

xi

Capítulo 1 Introducción 2 1.1 1.2 1.3 1.4

Las tres clases de fórmulas Aproximaciones Fuentes de tensión Fuentes de corriente

1.5 1.6 1.7

Teorema de Thevenin Teorema de Norton Detección de averías

2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14

Polarización directa Polarización inversa Disrupción Niveles de energía La barrera de energía Barrera de potencial y temperatura Diodo polarizado en inversa

Capítulo 2 Semiconductores 26 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8

Conductores Semiconductores Cristales de silicio Semiconductores intrínsecos Dos tipos de flujo Dopaje de un semiconductor Dos tipos de semiconductores extrínsecos El diodo no polarizado

2.15

Capítulo 3 Teoría de diodos 54 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

Ideas básicas El diodo ideal La segunda aproximación La tercera aproximación Detección de averías Análisis de circuitos de arriba-abajo Lectura de una hoja de características

3.8 3.9 3.10 3.11

Cómo calcular la resistencia interna Resistencia en continua de un diodo Rectas de carga Diodos de montaje superficial

Capítulo 4 Circuitos de diodos 82 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7

vi

El rectificador de media onda El transformador El rectificador de onda completa El rectificador en puente El filtro de choque El filtro con condensador a la entrada Tensión inversa de pico y corriente inicial

4.8 4.9 4.10 4.11 4.12

Otras cuestiones sobre las fuentes de alimentación Detección de averías Recortadores y limitadores Cambiadores de nivel Multiplicadores de tensión

ROMANOS_MALVINO.qxd

20/12/2006

14:40

PÆgina vii

vii

Contenido

Capítulo 5 Diodos de propósito especial 132 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

El diodo zener El regulador zener con carga Segunda aproximación del diodo zener Punto límite de funcionamiento del diodo zener Lectura de una hoja de características

5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11

Detección de averías Rectas de carga Dispositivos optoelectrónicos El diodo Schottky El varactor Otros diodos

Capítulo 6 Transistores de unión bipolares 174 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6

El transistor no polarizado El transistor polarizado Corrientes del transistor La conexión en emisor común Curva característica de entrada Curvas de colector

6.7 6.8 6.9 6.10

Aproximaciones del transistor Lectura de una hoja de características Transistores de montaje superficial Detección de averías

Capítulo 7 Fundamentos de los transistores 206 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

Variaciones en la ganancia de corriente La recta de carga El punto de trabajo Cómo reconocer la saturación El transistor como conmutador Polarización de emisor

7.7 7.8 7.9 7.10

Excitadores de diodos LED El efecto de las pequeñas variaciones Detección de averías Más dispositivos optoelectrónicos

Capítulo 8 Polarización de los transistores 240 8.1 8.2 8.3

Polarización mediante divisor de tensión Análisis preciso de la polarización mediante divisor de tensión Recta de carga y punto Q de la polarización mediante divisor de tensión

8.4 8.5 8.6 8.7

Polarización de emisor con dos alimentaciones Otros tipos de polarización Detección de averías Transistores PNP

Capítulo 9 Modelos de alterna 268 9.1 9.2 9.3 9.4

Amplificador con polarización de base Amplificador con polarización de emisor Funcionamiento para pequeña señal Beta de alterna

9.5 9.6 9.7 9.8

Resistencia de alterna del diodo de emisor Modelos de dos transistores Análisis de un amplificador Parámetros de alterna en la hoja de características

ROMANOS_MALVINO.qxd

20/12/2006

14:40

PÆgina viii

viii

Contenido

Capítulo 10 Amplificadores de tensión 298 10.1 10.2 10.3

Ganancia de tensión El efecto de carga de la impedancia de entrada Amplificadores multietapa

10.4 10.5 10.6

Amplificador con resistencia de emisor sin desacoplar Realimentación en dos etapas Detección de averías

Capítulo 11 Amplificadores en colector común y en base común 324 11.1 11.2 11.3

Amplificador en colector común 11.4 Impedancia de salida 11.5 Etapas en emisor común y en colector 11.6 común conectadas en cascada

Conexiones Darlington Regulación de tensión El amplificador en base común

Capítulo 12 Amplificadores de potencia 376 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5

Clasificaciones del amplificador Dos rectas de carga Funcionamiento en clase A Funcionamiento en clase B Seguidor de emisor push-pull de clase B

12.6 12.7 12.8 12.9 12.10

Polarización de amplificadores clase A/AB Excitador de clase B/AB Funcionamiento en clase C Fórmulas para clase C Características de potencia del transistor

Capítulo 13 JFET 400 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6

Ideas básicas Curvas de drenador La curva de transconductancia Polarización en la región óhmica Polarización en la región activa Transconductancia

13.7 13.8

13.11

Amplificadores JFET El conmutador analógico JFET Otras aplicaciones del JFET Lectura de las hojas de características Cómo probar un JFET

14.6 14.7 14.8 14.9 14.10

Conmutación digital CMOS FET de potencia Amplificadores E-MOSFET Cómo probar un MOSFET

13.9 13.10

Capítulo 14 MOSFET 452 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5

MOSFET en modo de vaciamiento Curvas del MOSFET en modo de vaciamiento Amplificadores MOSFET en modo de vaciamiento MOSFET en modo de enriquecimiento La región óhmica

Capítulo 15 Tiristores 490 15.1 15.2 15.3 15.4

El diodo de cuatro capas SCR El SCR para protección de la carga Control de fase mediante SCR

15.5 15.6 15.7 15.8

Tiristores bidireccionales IGBT Otros tiristores Detección de averías

ROMANOS_MALVINO.qxd

20/12/2006

14:40

PÆgina ix

ix

Contenido

Capítulo 16 Efectos de la frecuencia 530 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8

Respuestas en frecuencia de un amplificador Ganancia de potencia en decibelios Ganancia de tensión en decibelios Adaptación de impedancias Decibelios respecto de una referencia Diagramas de Bode Más sobre los diagramas de Bode El efecto Miller

16.9 16.10 16.11 16.12

Relación tiempo de subidaancho de banda Análisis de frecuencia de las etapas BJT Análisis de frecuencia de las etapas FET Efectos de la frecuencia en los circuitos de montaje superficial

Capítulo 17 Amplificadores diferenciales 582 17.1 17.2 17.3 17.4

El amplificador diferencial Análisis en continua de un amplificador diferencial Análisis en alterna de un amplificador diferencial Características de entrada de un amplificador operacional

17.5 17.6 17.7

Ganancia en modo común Circuitos integrados El espejo de corriente

17.8

El amplificador diferencial cargado

Capítulo 18 Amplificadores operacionales 622 18.1 18.2 18.3 18.4

Introducción a los amplifiadores operacionales El amplificador operacional 741 El amplificador inversor El amplificador no inversor

18.5 18.6 18.7

Dos aplicaciones del amplificador operacional Circuitos integrados lineales Amplificadores operacionales como dispositivos de montaje superficial

Capítulo 19 Realimentación negativa 666 19.1 19.2 19.3 19.4

Cuatro tipos de realimentación negativa Ganancia de tensión del VCVS Otras ecuaciones del VCVS El amplificador ICVS

19.5 19.6 19.7

El amplificador VCIS El amplificador ICIS Ancho de banda

Capítulo 20 Circuitos lineales con amplificador operacional 694 20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6

Circuitos con amplificador inversor Circuitos con amplificador no inversor Circuitos inversor y no inversor Amplificadores diferenciales Amplificadores de instrumentación Circuitos con amplificador sumador

20.7 20.8 20.9 20.10

Intensificadores de corriente Fuentes de corriente controladas por tensión Control automático de ganancia Funcionamiento con una sola fuente de alimentación

ROMANOS_MALVINO.qxd

20/12/2006

14:40

PÆgina x

x

Contenido

Capítulo 21 Filtros activos 740 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 21.7

Respuestas ideales Respuestas aproximadas Filtros pasivos Etapas de primer orden Filtros paso bajo de segundo orden y ganancia unidad con VCVS Filtros de orden superior Filtros paso bajo con componentes iguales y VCVS

21.8 21.9 21.10 21.11 21.12

Filtros paso alto con VCVS Filtros paso banda con realimentación múltiple Filtros de banda eliminada Filtro paso todo Filtros bicuadrático y de variable de estado

Capítulo 22 Circuitos no lineales con amplificador operacional 796 22.1 22.2 22.3 22.4 22.5 22.6

Comparadores con referencia cero Comparadores con referencias distintas de cero Comparadores con histéresis Comparador de ventana El integrador Conversión de formas de onda

22.7 22.8 22.9 22.10 22.11

Generación de formas de onda Otros generadores de señales triangulares Circuitos activos con diodos El diferenciador Amplificador de clase D

Capítulo 23 Osciladores 842 23.1 23.2 23.3 23.4 23.5 23.6

Teoría de las oscilaciones sinusoidales El oscilador en puente de Wien Otros osciladores RC El oscilador Colpitts Otros osciladores LC Cristales de cuarzo

23.7 23.8 23.9 23.10 23.11

El temporizador 555 Funcionamiento aestable del temporizador 555 Circuitos con el 555 El PLL Generadores de funciones integrados

Capítulo 24 Fuentes de alimentación reguladas 896 24.1 24.2 24.3 24.4

Características de las fuentes alimentación Reguladores paralelo Reguladores serie Reguladores lineales monolíticos

24.5 24.6 24.7

Intensificadores de corriente Convertidores de continuacontinua Reguladores conmutados

Apéndice A

Derivaciones matemáticas 942

Apéndice B

Equivalente de Thevenin del convertidor D/A R/2R 948

Apéndice C

Respuestas a los problemas numerados impares 950

Índice

956

ROMANOS_MALVINO.qxd

20/12/2006

14:40

PÆgina xi

Prefacio Principios de Electrónica, séptima edición, continúa con su ya tradicional introducción detallada y muy claramente expuesta a los circuitos y dispositivos semiconductores electrónicos. Este libro de texto está dirigido a aquellos estudiantes que se enfrentan a su primer curso sobre electrónica lineal. Para abordar este texto, se precisan conocimientos previos sobre circuitos de continua y alterna, álgebra y algo de trigonemoetría. Principios de Electrónica proporciona los conocimientos fundamentales sobre las características de los dispositivos semiconductores, la realización de pruebas y los circuitos prácticos en los que se emplean dichos dispositivos. Los conceptos están explicados claramente, con un estilo de fácil lectura y directo, y establecen las bases necesarias para comprender el funcionamiento de los sistemas electrónicos, así como técnicas para la localización de averías. A lo largo de todos los capítulos se proporcionan ejemplos de circuitos prácticos y ejercicios para aprender a localizar posibles averías.

Nuevo en esta edición La información que hemos recibido en diferentes cursos y una exhaustiva revisión, nos han permitido incorporar a la séptima edición de Principios de Electrónica material mejorado sobre una amplia variedad de dispositivos y circuitos electrónicos, incluyendo: • • • • • • • •

información adicional sobre el transistor PNP, el diseño básico del divisor de tensión utilizando el transistor de unión bipolar (BJT), un análisis avanzado de la recta de carga en alterna de los amplificadores de potencia con transistores BJT, la polarización de los D-MOSFET y E-MOSFET de potencia, los transitores IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), los convertidores D/A en escalera R/2R, los generadores de funciones integrados y los amplificadores de clase D.

En el Capítulo 1, “Introducción”, se presenta de manera más simplificada el formato de los ejercicios sobre detección de averías con el fin de que facilitar al estudiante su uso y comprensión. Este formato se emplea también en los restantes capítulos. En el Capítulo 2, “Semiconductores”, se ha añadido una de las muchas“Tablas-resumen” incluidas a lo largo del libro, que sirven para reforzar los conceptos y como recurso para disponer de información resumida. En el Capítulo 3, “Teoría de diodos” encontrará hojas de características de dispositivos semiconductores específicos según se van presentando. Los Capítulos 4 hasta 6 proporcionan información adicional relacionada con técnicas para la realización de pruebas de diodos y transistores, que emplean multímetros digitales, voltímetros y trazadores de curvas de semiconductores. El Capítulo 10, “Amplificadores de tensión” se ocupa del amplificador en emisor común y el Capítulo 1 1 “Amplificadores en colector común y en base común”, se centra en las configuraciones del amplificador en colector común, o seguidor de emisor, en base común y Darlington. El Capítulo 12, “Amplificadores de potencia”, se ha modificado para incluir los amplificadoers de potencia de clase A, B, AB y C, así como el análisis de la recta de car ga en alterna. Las modificaciones del Capítulo 13, “JFET”, están relacionadas con las técnicas de polarización y la polarización del JFET. En el Capítulo, “MOSFET”, se han añadido los amplificadores MOSFET en modo de vaciamiento y en modo de enriquecimiento, además de las técnicas para probar los MOSFET . El Capítulo 15, “T iristores”, incluye información detallada sobre el control del desplazamiento de fase mediante circuitos RC, sobre las técnicas para probar los SCR y se presentan los transistores IGBT. El análisis en el dominio de la frecuencia de las etapas FETse ha añadido en el Capítulo 16, “Efectos de la frecuencia”. En el Capítulo 20, “Circuitos lineales con amplificador operacional”, se ha incluido el funcionamiento del circuito convertidor D/Aen escalera R/2R. El Capítulo 22, “Circuitos no lineales con amplificador operacional”, ahora incluye el funcionamiento básico de un amplificador de clase D. Por último, el Capítulo 23, “Osciladores”, contiene una nueva sección dedicada a los generadores de funciones integrados, incluyendo el XR-2206.

xi

ROMANOS_MALVINO.qxd

20/12/2006

14:40

PÆgina xii

Cómo usar este libro Caraterística...