Proceso de Fabricación Integrado

1. Se parte de una oblea extraída del lingote previamente citado.
2. Mediante crecimiento epitaxial, se crea una capa de material tipo P sobre la capa original de tipo N.
3. Se introduce en un horno a unos 1000 °C para formar una película aislante de dióxido de silicio (SiO₂).
4. Se aplica una película de material fotosensible (fotorresina sensible a la luz ultravioleta).
5. Se coloca una “máscara” sobre la película anterior, que contiene zonas oscuras y zonas transparentes. Se aplica luz ultravioleta colimada, que hace que la resina correspondiente a las zonas transparentes se polimerice.
6. Se aplica un revelador para eliminar la fotorresina de las zonas opacas, que la luz no ha polimerizado.
7. Se trata la oblea con ácido fluorhídrico para eliminar el dióxido de silicio que ha quedado expuesto.
8. Se introduce en un horno a alta temperatura y con una atmósfera rica en partículas tipo N, que penetrarán por difusión en las zonas abiertas de la etapa anterior.
9. Se repone la capa de dióxido de silicio en el horno.
10. Se vuelve a aplicar la fotorresina y una nueva máscara. Se aplica luz ultravioleta para polimerizar las zonas expuestas.
11. Se aplica de nuevo el revelado y el ácido fluorhídrico.
12. Se deposita aluminio sobre la oblea para formar los terminales de conexión.

Definición y Características de un Amplificador Operacional

Un amplificador operacional es un circuito integrado analógico que funciona prácticamente como un amplificador ideal. Cuenta con al menos estos terminales:

• Entrada inversora: Se considera la entrada negativa.
• Entrada no inversora: Se considera la entrada positiva.
• Salida: La salida del amplificador operacional.

Características principales:

• Ganancia de tensión muy elevada (200 000).
• Impedancia de entrada muy elevada (2 MΩ).
• Impedancia de salida prácticamente nula.

Amplificador en Lazo Abierto

La tensión (V₀) en la salida del operacional es proporcional a la ganancia y a la diferencia de tensiones entre sus entradas (V_p y V_n).

• Ahora bien, el valor de la salida del operacional está limitado por la propia alimentación del chip (tensión de saturación).

Clasificación de las Variables del Sistema de Control Automático Atendiendo a su Función

Señal de Mando (w)

Es la señal de entrada al mando de control seleccionada por el usuario, por ejemplo, un selector de temperaturas.

Variable Controlada (x)

Es la variable de salida del sistema controlado. En un sistema de lazo cerrado, también es la señal de realimentación capturada por un transductor, que convierte magnitudes físicas en señales eléctricas o viceversa, como el termostato de un horno.

Desviación (xw)

Es la señal de error obtenida al restar la variable controlada (x) de la señal de mando (w). Puede ser positiva o negativa dependiendo de qué variable sea mayor.

Variable de Control (y)

Es la variable que modifica el estado de funcionamiento de un sistema. Por ejemplo, en un horno, el termopar actúa como la variable de control, con dos estados posibles: conectado o desconectado.

Perturbación (z)

Es una señal externa no deseada que modifica el valor de la variable controlada. En el caso del horno, la pérdida de calor a través de puertas y paredes representa una perturbación negativa, mientras que un exceso de calor emitido por la resistencia de caldeo representa una perturbación positiva.

Partes del Sistema de Control Automático

Comparador

Se encarga de comparar la señal de mando con la variable controlada para controlar un sistema. Puede recibir múltiples señales de mando y realimentación. Por ejemplo, en un motor de turbina, controla el caudal de combustible.

Regulador (Controlador)

Esencial en el sistema de control. Recibe la señal del comparador y decide cómo ajustar la variable de control para reducir la desviación. En un horno, por ejemplo, controla la resistencia de caldeo.

Accionador

Amplifica la señal del regulador para controlar los actuadores del sistema. Por ejemplo, en un piloto automático, activa los actuadores de los alerones o el timón.

Sistema

También conocido como planta o proceso, es lo que se pretende controlar.

Transductor

Convierte una magnitud física en una eléctrica y viceversa. Un sensor es un ejemplo común de transductor.

Sensores Resistivos: Definiciones y Tipos

Potenciómetro

Detecta tanto posiciones angulares como lineales. Se utiliza como un elemento selector al introducir la señal de mando en el sistema.

LDR (Resistor Dependiente de la Luz)

Detecta la luminosidad. Su resistencia disminuye a medida que aumenta la luz incidente.

Termistor

Detecta la temperatura. Hay dos tipos principales: PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo) y NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo).

Banda Extensiométrica

Mide deformaciones en estructuras sometidas a esfuerzos y tensiones, como el tren de aterrizaje o la hélice de un avión. Su funcionamiento se basa en la variación de resistencia de un conductor al cambiar su longitud debido al esfuerzo aplicado. Cuanto mayor sea la carga, mayor será la deformación y, por lo tanto, la resistencia del conductor.

Definición de Sistema y Diagrama

Un sistema es una combinación de componentes que trabajan juntos para lograr un propósito específico. Todo sistema incluye variables de control, que son señales de entrada que determinan su funcionamiento, variables de salida, que son parámetros físicos sobre los que actúa el sistema, y perturbaciones, que son magnitudes externas no deseadas que afectan el valor de la variable de salida. Las variables de salida pueden ser diversas, como temperatura, presión, posición relativa, caudal, entre otros.

Sensores Electromagnéticos

Los sensores inductivos basan su funcionamiento en las propiedades electromagnéticas de los materiales ferromagnéticos y la inducción magnética. Algunos sensores inductivos varían su coeficiente de autoinducción en función de la posición de su núcleo [gráfico (a)]. Otros consisten en un imán, que induce una corriente en la bobina, como en el caso del captador electromagnético de vibraciones [gráfico (b)] o los captadores magnéticos de posición lineal y angular [gráfico (c)] y finalmente los sensores de efecto Hall [gráfico (d)]. Respecto a los últimos, sensores de efecto Hall, se basan en las fuerzas que aparecen cuando se somete a un conductor recorrido por una corriente eléctrica a un campo magnético perpendicular a la misma. Dicha fuerza será perpendicular a ambos (corriente y campo) y obligará a la corriente a desviarse en la dirección de la fuerza.

Transformadores E-I

El transformador E-I es un transductor ampliamente utilizado. Este transformador tiene una configuración que consiste en un núcleo en forma de E con una bobina primaria en el centro y dos bobinas secundarias en los extremos, conectadas en serie y enrolladas en sentido contrario para que sus tensiones inducidas se opongan mutuamente. La armadura con forma de I puede pivotar sobre su centro, lo que cambia la reluctancia del circuito magnético y, por lo tanto, la tensión inducida en el secundario. Este tipo de transformador se utiliza para detectar variaciones angulares, pero también puede emplearse para detectar movimientos lineales si se permite que la armadura se mueva lateralmente en lugar de girar. Se utiliza en aeronaves para diversas aplicaciones como transductores en altímetros, sensores de aceleración del sistema de navegación inercial, instrumentación y sensores de presión, entre otros.

Definición de Sincro de Torsión

Un sincro es un transductor de posición angular de tipo electromagnético. Consiste en un transformador en el cual una de sus bobinas (primario o secundario) puede rotar en torno a su eje permaneciendo la otra fija.

La ventaja de este sistema consiste en que solo consume potencia cuando se está moviendo, puesto que, por el principio de funcionamiento de un transformador, si por el secundario no circula corriente, por el primario tampoco lo hará. La única desventaja del sistema es el bajo par que genera, por lo que sólo es posible usarlo en instrumentación. Finalmente, un aspecto a tener en cuenta de los sincros de torsión consiste en que, si permutamos las conexiones de los bobinados del estátor, el rotor del receptor seguirá girando el mismo ángulo α que el del transmisor, pero en sentido contrario. 

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