Electrónica analógica
Definición de electrónica
Electrónica y electricidad no son lo mismo, aunque están muy relacionadas. La electricidad transmite energía mientras que la electrónica transmite información, aprovechando ambas los fenómenos eléctricos. Son aparatos sólo eléctricos, la bombilla de incandescencia, el motor del ascensor y la tostadora de pan. Son aparatos electrónicos, el teléfono móvil, la televisión y el ordenador.
En los aparatos de nuestro entorno, los equipos eléctricos funcionan con tensiones altas de 230 V (electricidad doméstica) o 380 V (electricidad industrial), y en algunos casos a 12 V (Electricidad del automóvil), así como con intensidades del orden o superiores el amperio. Los equipos electrónicos trabajan con tensiones máximas de 12 voltios (normalmente a 5 y 3,7 voltios), e intensidades del orden de los miliamperios (mA).
Por otra parte, la electrónica es una parte de la física que estudia los movimientos de los electrones y los utiliza en aparatos que reciben y transmiten información.
1.- Escribe una definición de electrónica.
2.- Enumera varias diferencias entre la electricidad, la electrónica, los aparatos eléctricos y los electrónicos.
3.- Haz una lista de cinco aparatos de uso cotidiano que utilicen la electrónica para funcionar.
Historia de la electrónica
En la evolución de la electrónica se pueden definir diversas etapas, en función de las características de los componentes que utilizan los aparatos electrónicos. De esta forma, podríamos hablar de la etapa de la electrónica de las válvulas de vacío, de los transistores, de los circuitos integrados, etc.
Válvulas de vacío
Edison observó en 1883 que, al colocar una lámina metálica dentro de una bombilla para evitar el ennegrecimiento que producía en la ampolla de vidrio el filamento de carbón, se polarizaba positivamente la lámina metálica respecto al filamento y se producía una pequeña corriente entre el filamento y la lámina. Este hecho, conocido como efecto Edison, se producía porque los electrones de los átomos del filamento, al recibir una gran cantidad de energía en forma de calor, escapaban de la atracción del núcleo (emisión termoiónica) y, atravesando el espacio vacío dentro de la bombilla, eran atraídos por la polaridad positiva de la lámina. A partir de esta experiencia se creó el diodo, un componente que sólo conduce la corriente eléctrica en un sentido.
Válvula termoiónica diodo de Fleming.
En 1896, Marconi obtuvo la primera patente del mundo sobre la radio. En 1897 montó la primera estación en la isla de Wight, al sur de Inglaterra y en 1898 abrió la primera fábrica de equipos de radio en Hall Street (Reino Unido) empleando 50 personas. en 1899 Marconi consiguió establecer una comunicación de carácter telegráfico entre Gran
Bretaña y Francia. Tan sólo dos años después, en 1901, se logró transmitir señales de lado a lado del océano Atlántico.
A partir del diodo de Edison, Lee De Forest inventó el triodo en 1906. Este dispositivo es básicamente un diodo de vacío, al que se le añadió una rejilla de control situada entre el cátodo y la placa, con el objeto de modificar la nube electrónica del cátodo, variando así la corriente de placa. Este fue un paso muy importante para la fabricación de los primeros amplificadores de sonido, receptores de radio, televisores, etc.
En 1884, con la invención del Disco de Nipkow, se hace el primer gran avance para hacer de la televisión un medio de comunicación. El 25 de marzo de 1925, el inventor escocés John Logie Baird efectúa la primera experiencia real utilizando dos discos, uno en el emisor y otro en el receptor, que estaban unidos al mismo eje para que su giro fuera síncrono y separados 2 metros. Se transmitió la imagen de una cabeza de maniquí con una definición de 28 líneas y una frecuencia de 14 cuadros por segundo. Las primeras emisiones públicas de televisión las efectuó la BBC en Inglaterra en 1927 y la CBS y NBC en Estados Unidos en 1930. La invención del iconoscopio de Philo Taylor Farnsworth y Vladimir Zvorykin, en 1934, hizo posible el aumento de la calidad de las imágenes grabadas.
El ingeniero norteamericano John Vincent Atanasoff, desarrolló el primer ordenador electrónico digital en 1939. Llamó a su invento ordenador Atanasoff-Berry, o ABC (Atanasoff Berry Computer). El ordenador ENIAC fue construido para aplicaciones militares durante la Segunda Guerra Mundial. Se terminó en 30 meses y era mil veces más veloz que sus predecesores electromecánicos. Pesaba 30 toneladas, ocupaba un espacio de 450 metros cuadrados, contenía 18.000 válvulas y debía programarse manualmente conectándose a 3 tableros que contenían más de 6.000 interruptores.
Conforme pasaba el tiempo, las válvulas de vacío se fueron perfeccionando y mejorando, apareciendo otros tipos, como los tetrodos (válvulas de cuatro electrodos), los pentodos (Cinco electrodos), otras válvulas para aplicaciones de alta potencia, etc. dentro de los perfeccionamientos de las válvulas se encontraba su miniaturización.
Transistores
El transistor, creado por Bardeen y Brattain, de la Bell Telephone Company, en 1948, permitir aún una mayor miniaturización de los aparatos electrónicos, como las radios. el transistor de unión apareció algo más tarde, en 1949.
Sus ventajas respecto a las válvulas son el menor tamaño y fragilidad, mayor rendimiento energético y menores tensiones de alimentación.
Transistor de contacto de germanio tipo "A", original de Bell Telephone Laboratories, de unos dos centímetros de longitud.
Circuitos integrados
En 1959 se desarrolló el primer circuito integrado comercial, que alojaba 6 transistores en un único chip.
Primer circuito integrado de 1959.
En 1970 se desarrolló el primer microprocesador, el Intel 4004.
La tendencia en el desarrollo de aparatos electrónicos ha sido siempre hacia la reducción de tamaño, de consumo y de voltaje y también el aumento de prestaciones. La ley de Moore expresa que aproximadamente cada dos años se duplica el número de transistores en un circuito integrado. Se trata de una ley empírica, formulada por el cofundador de Intel, Gordon E. Moore, el 19 de abril de 1965. El 13 de abril de 2005, Gordon Moore afirmó que la ley no puede sostenerse indefinidamente.
El microprocesador 4004 de 1971 contenía 2.300 transistores, con una densidad de 192 transistores por milímetro cuadrado y una potencia de 0,5 vatios. el microprocesador
Core i7 980X del año 2011 contiene 1170000000 transistores con una densidad de 4.717.742 transistores por milímetro cuadrado y una potencia de130 vatios.
4.- ¿Qué etapas puedes distinguir históricamente en el desarrollo de la electrónica?
5.- Qué es el efecto Edison?
6.- ¿Que es una válvula termoiónica?
7.- ¿Cuales son las características de una válvula diodo?
8.- ¿Qué diferencias hay entre un diodo y un triodo? Haz un dibujo del diodo y otro del triodo.
9.- ¿Qué utilidad tenía un iconoscopio?
10.- ¿Para que se utilizó el ENIAC?
11.- ¿Qué es un transistor?
14.- ¿Qué ventajas tienen los componentes semiconductores (diodos, transistores ...) respecto de las válvulas de vacío?
15.- ¿Cómo crees que ha influido la electrónica en la sociedad?
16.- Menciona varios campos de aplicación industrial y doméstica donde la electrónica ha sido fundamental para su desarrollo.
17.- ¿Cuales son las características de un microprocesador INTEL Core i9?
18.- ¿Que diferencia hay entre un microprocesador y un microcontrolador?
Electrónica analógica y digital
En un sistema electrónico analógico, los valores correspondientes a la tensión constituyen "Variables continuas", que varían continuamente, siguiendo la forma de una curva que se desplaza de forma ininterrumpida a lo largo de una línea de tiempo.
19.- ¿Por qué es más utilizada la corriente alterna que la corriente continua?
20.- Dibuja una señal alterna sinusoidal de 10 V de valor máximo y 1 hertz de frecuencia y señala los siguientes parámetros: ciclo, período, valor máximo, valor eficaz de tensión. Para hacer este ejercicio debes tener en cuenta que:
El valor de la corriente en cada instante es el valor instantáneo, el número de alternancias o ciclos que describe la corriente en un segundo se llama frecuencia y se expresa en c/s (ciclos por segundo) o hertz (Hz). El tiempo que tarda en repetirse un valor se llama periodo de la corriente, se expresa en unidades de tiempo y se representa por la letra T. El valor máximo de una corriente alterna es el mayor al que llega en un ciclo. Existen dos valores máximos, uno positivo y otro negativo.Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendría una corriente continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre una misma resistencia.
12.- ¿Qué es un circuito integrado?
13.- ¿Cuáles son los materiales semiconductores más utilizados en la construcción de componentes electrónicos?
Para calcular el valor eficaz se utiliza la siguiente fórmula:
21.- ¿Cuál es el valor máximo de una corriente alterna de 230 V de valor eficaz?
En un sistema electrónico digital, por el contrario, sólo hay dos niveles de tensión. Por lo tanto, mientras que en una señal analógica los valores son continuos y "infinitos", en la señal digital estos mismos valores son discretos y "finitos", y se representan por dos estados: "abierto" o "cerrado", o también "encendido" o "apagado". Numéricamente estos dos estados se corresponden con el "0" y el "1" del código matemático binario.
Desde hace bastantes años los aparatos electrónicos se han ido transformando de analógicos a digitales. Así, el "cassette" de música (Analógico) dio paso, a partir de 1980, al CD (Digital). En España la emisión de televisión analógica dejó paso en 2010 a la televisión digital terrestre. Para entender la diferencia entre electrónica analógica y digital podemos hacer una comparación con los relojes analógicos (De agujas) y digitales.
Componentes electrónicos
Los aparatos electrónicos están construidos a partir de elementos simples denominados componentes. Los componentes electrónicos más conocidos son los siguientes:
1) Resistencias
a) Resistencias fijas: Su valor en ohmios es siempre el mismo.
b) Resistencias variables: Su valor en ohmios se puede modificar.
c) Resistencias dependientes de otra magnitud: Su valor en ohmios depende de una condición externa.
i) Fotorresistencias (LDR)
ii) Termistores (Resistencias NTC y PTC)
2) Condensadores
a) electrolítico
b) Cerámicos
3) Diodos
a) Diodos de potencia
b) Diodos LED
c) Diodos Zener
4) Transistores
a) Transistores NPN
b) Transistores PNP
5) Bobinas de autoinducción
6) Amplificadores operacionales
7) Puertas lógicas
8) Microcontroladores
9) Relés
22.- Copia el anterior esquema de los componentes electrónicos.
23.- Comenta las principales diferencias entre componentes activos y componentes pasivos. Pon algún ejemplo de cada uno de ellos.
24.- Identificación de componentes. Rellena los espacios de la siguiente tabla:
Magnitudes eléctricas
1) Intensidad eléctrica
En todo circuito eléctrico, o electrónico, los electrones se desplazan por los conductores desde el polo negativo del generador hasta llegar de nuevo al polo positivo. La intensidad es una magnitud que indica la cantidad de carga eléctrica (Electrones) que pasa por un conductor en la unidad de tiempo (En un segundo).
La unidad de la intensidad en el Sistema Internacional de Unidades es el amperio. Un amperio equivale al paso de una carga de un culombio (Unidad de carga del sistema internacional) en un tiempo de un segundo. Una carga de un culombio corresponde a la carga de 6,24 × 1018 electrones, por tanto esta cantidad de electrones es la que pasa en un segundo por un conductor por el que circule una corriente de un amperio.
El amperio es una intensidad de corriente muy alta en electrónica, por lo que se emplean submúltiplos como el miliamperio y el microamperio.
Miliamperio (mA) 1.000 mA = 1 A 103 mA = 1 A
Microamperio (μA) 1.000.000 μA = 1 A 106 μA = 1 A
El instrumento de medida de la intensidad es el amperímetro y se debe colocar en serie.
Imaginemos que tenemos un cable de cobre de dos centímetros cuadrados de sección. Si cada 5 segundos, pasan 9 culombios de carga, la intensidad de la corriente será de:
2) Tensión o voltaje
La tensión eléctrica o diferencia de potencial, también llamada voltaje, es una magnitud física que indica la "fuerza" que impulsa los electrones para moverse a través de los conductores de un circuito eléctrico. Los electrones salen del polo negativo del generador, se mueven por los conductores y vuelven al polo positivo. Este es el sentido real de la corriente eléctrica, pero en los esquemas de circuitos electrónicos siempre se supone que la corriente se mueve del polo positivo al negativo, es decir, al revés que en la realidad. Este es el llamado sentido convencional de la corriente.
La unidad de medida de la tensión en el Sistema Internacional es el voltio. El instrumento de medida del voltaje es el voltímetro y se debe colocar en paralelo.
La tensión se mide siempre entre DOS PUNTOS. Para que circule corriente eléctrica entre dos puntos cualquiera, deben darse dos condiciones:
1. Que entre estos dos puntos exista tensión
2. Que ambos puntos estén conectados por un conductor
3) Resistencia Eléctrica
Se denomina resistencia eléctrica a la dificultad que ofrece un material, un componente o un circuito eléctrico, o electrónico, al paso de la corriente eléctrica. la resistencia eléctrica se mide en ohmios, que se representan por la letra griega omega Ω. El instrumento de medición de la resistencia eléctrica es el ohmímetro.
Cada material tiene una resistencia específica (Resistividad) diferente. A los materiales que ofrecen poca resistencia al paso de la corriente eléctrica se les denomina conductores y los que ofrecen una gran resistencia, aislantes. son materiales conductores todos los metales, con el oro como mejor conductor y aislantes, el vidrio, el papel, el plástico y la cerámica.
25.- Define Intensidad eléctrica. ¿En que unidad se mide y con que aparato?
26.- Dibuja un circuito eléctrico en el que se incluya un amperímetro.
27.- Define voltaje. ¿En que unidad se mide y con que aparato?
28.- Dibuja un circuito eléctrico en el que se incluya un voltímetro.
29.- Define resistencia eléctrica. ¿En que unidad se mide y con que aparato?
30.- ¿Que es la resistividad?
La ley de Ohm
La Ley de Ohm establece que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo. La intensidad crece en la medida que aumenta el voltaje y disminuye cuando aumenta la resistencia. se puede expresar matemáticamente con cualquiera de las siguientes expresiones, donde I es la intensidad, V es el voltaje y R es la resistencia:
De acuerdo con la "Ley de Ohm", un ohm (1 Ω) es el valor que tiene una resistencia eléctrica cuando al conectarse a un circuito eléctrico que tiene una tensión de un voltio (1
V) provoca un flujo o intensidad de corriente de un amperio (1 A).
31.- ¿Que indica la Ley de Ohm? Escribe la fórmula que permite aplicarla.
32.- Rellena la tabla siguiente con los datos que falten:
Componentes básicos
1) Resistencias
Las resistencias son componentes electrónicos que tienen la misión de oponerse al paso de la corriente eléctrica, actúan como un freno para los electrones. Las resistencias
disminuyen la intensidad de corriente que atraviesa el circuito. A mayor valor de la resistencia, menor intensidad atravesará el circuito. Recíprocamente, a menor valor de la resistencia, mayor intensidad circulará por el circuito.
Se emplean resistencias de tres clases:
a) Resistencias fijas.
b) Potenciómetros o resistencias variables.
c) Resistencias dependientes de otra magnitud (Su valor cambia al variar la luz, la temperatura u otras magnitudes).
La resistencia se mide en ohmios (Ω), pero también se utilizan múltiples del ohm:
Kiloohmio: 1 K Ω = 1.000 Ω
Megaohmios: 1 M Ω = 1.000.000 Ω
Las resistencias son unos de los componentes electrónicos más sencillos, la principal función es doble:
a) Limitar la intensidad de corriente que pasa por una rama del circuito a un valor deseado.
b) Provocar una caída de tensión determinada entre los extremos de un circuito para proteger diferentes elementos.
Resistencias fijas
Para la construcción de circuitos electrónicos, se emplean unas resistencias construidas de carbón. El exterior está formado por plástico pintado con unas bandas de colores, estas bandas nos indican el valor en Ω de la resistencia.
¿Cómo saber el valor de una resistencia electrónica?
Pintadas sobre la resistencia hay unas bandas de colores, estas bandas nos indican el valor de la resistencia, cada color equivale a un número:
El valor de cada color se recoge en la siguiente tabla:
Para conocer los valores de una resistencia se emplean habitualmente cuatro bandas de color. Cada una de ellas tiene un significado claro, y se corresponde con un código adoptado de manera internacional para que todos podamos conocer al instante el valor. Cada color se corresponde con un número preestablecido. Las dos primeras bandas nos indican las dos primeras cifras del valor de la resistencia. La tercera banda nos indica el número de ceros que siguen a los dos números anteriores. El cuarto valor nos indica la tolerancia de la resistencia, es decir, el porcentaje en que puede variar su valor real sobre el valor nominal.
Calculamos el valor de la resistencia en el siguiente ejemplo:
Asociación de resistencias
El valor de la resistencia eléctrica, de un conjunto de estos componentes, varía dependiendo de cómo estén montados.
Resistencias en serie
Se dice que dos o más resistencias están montadas en serie cuando se encuentran conectadas una a continuación de otra, es decir, la salida de una es la entrada de la siguiente. En el caso de que tengamos varias resistencias montadas en serie, la resistencia total es la suma de la resistencia de cada una de ellas.
A su vez, la intensidad de corriente que circula por cada una de las resistencias es igual a la intensidad total que circula por el circuito. La tensión total en los extremos de la serie de resistencias es igual a la suma de las caídas de tensión en cada una de las resistencias de la serie.
Resistencias en paralelo
En un circuito con resistencias en paralelo la corriente se divide y circula por varios caminos. En este caso hay 3 resistencias y parte de la corriente total circula por cada una de ellas. Por las tres resistencias circula una corriente con el mismo voltaje. La intensidad total que pasa por el circuito es la suma de las intensidades que pasan por cada una de las resistencias.
La inversa de la resistencia total es igual a la suma de las inversas de las resistencias individuales.
Divisor de tensión
Este circuito se utiliza para alimentar (Proporcionar tensión de alimentación) a un aparato, con una tensión menor que la que proporcionan las pilas o baterías disponibles.
La tensión de salida Vs es sólo una parte de la tensión de entrada Ve. los valores de estas dos tensiones están en la misma proporción que la que existe entre los valores de las resistencias R1 y R2. Se puede observar que la tensión de salida es mayor cuanto mayor sea la resistencia eléctrica a la que está asociada.
Ejemplo: Supongamos una pila con una tensión de 10 V, la cual ha de alimentar una bombilla que puede soportar una tensión máxima de 3,5 V. Disponemos de dos resistencias de 6.500 ohmios y 3.500 ohmios, y con ellas podemos hacer un divisor de tensión.
Si se coloca la bombilla en paralelo con la segunda resistencia, no sufrirá daño.
Por ejemplo, qué hacer si queremos que funcione una calculadora, que necesita una pila de 3 voltios, si disponemos de una pila de 9 voltios? Una buena solución consiste en construir un divisor de tensión, que convierta los 9 voltios de la pila en los 3 voltios que necesita la calculadora.
Resistencias variables o potenciómetros
Una resistencia variable, también llamada potenciómetro, puede regular su resistencia entre un valor mínimo (cercano a cero) y un valor máximo especificado por el fabricante. Así, si nos encontramos con un potenciómetro de 100 K Ω, en realidad se refiere al valor máximo en ohmios que puede conseguir. La resistencia se puede regular accionando una palanca o un mando que lleva a este efecto. Se trata de los mandos giratorios de cualquier aparato electrónico: Volumen, Graves, Agudos, Balance, etc.
Como se puede observar en la imagen, los potenciómetros tienen tres contactos o terminales.
Su función principal es el control de la intensidad de corriente que pasa por una parte del circuito.
Ejemplo de aplicación: Control del brillo de una bombilla.
En el primer caso, el potenciómetro tiene una resistencia de 500 ohmios y deja pasar poca corriente (15 mA), es por eso que la bombilla no se enciende. En el segundo caso, el potenciómetro tiene una resistencia de 0 ohmios y deja pasar mucha más corriente (90 mA) y es por ello que la bombilla se enciende.
Resistencias dependientes de otra magnitud
Las resistencias dependientes se llaman así porque dependen de un parámetro físico, que puede ser la temperatura, la luz ambiental, la presión, etc. Dependiendo de estos dos factores, las resistencias dependientes pueden ser:
a) Fotorresistencias
b) Termistores
Fotorresistencias o LDR
Se trata de resistencias que varían con la cantidad de luz que reciben. Al aumentar la cantidad de luz sobre ellas, disminuye el valor en ohmios de la resistencia.
Ejemplo: En el siguiente circuito la resistencia LDR, que podemos iluminar con una linterna, controla el funcionamiento del diodo LED.
En el circuito de la izquierda, la LDR no está iluminada por la linterna. El valor de la resistencia de la LDR es alto, del orden de unos 8.000 Ω, lo que hace que pase poca intensidad de corriente y no se encienda la luz del LED. En el circuito de la derecha, la LDR está iluminada por la linterna. El valor de la resistencia de la LDR es bajo, del orden de unos 400 Ω, lo que hace que pase una mayor intensidad de corriente y encienda la luz del LED.
Este tipo de circuitos pueden emplearse en sistemas detectores de luminosidad.
Termistores NTC y PTC
Los termistores son resistencias en las que su valor en ohmios depende de la temperatura. Estas resistencias, a su vez, pueden ser de dos tipos, resistencias NTC y resistencias PTC. En las resistencias NTC el valor en ohmios de la resistencia disminuye cuando su temperatura aumenta. En las resistencias PTC el valor en ohmios de la resistencia aumenta cuando su temperatura aumenta. Ambas pueden emplearse como sensores de temperatura.
En el siguiente circuito disponemos de un termistor NTC que controla la iluminación de una bombilla. A la izquierda la temperatura ambiente es de 40 ° C, el valor de la resistencia NTC es de 10 Ω, el valor de la intensidad que atraviesa el circuito es de 81,8 mA, por lo que la bombilla está iluminada.
En el circuito de la derecha, al disminuir la temperatura (-20 ° C), se ha elevado el valor en ohmios de la resistencia NTC (170,1 Ω) a causa de ello ha disminuido el valor de la intensidad de corriente (33, 3 mA) y esto se nota en que la bombilla brilla menos.
33.- ¿Cuál es la función básica de un resistor?
34.- Dibuja un circuito con un resistor que actúe de lirnitador de intensidad y otro como divisor de tensión.
35.- Indica el valor de estas resistencias.
36.- Identifica el valor de las siguientes resistencias:
37.- Indica si los valores de las resistencias está dentro de la tolerancia facilitada por el fabricante:
a) Rojo, lila, rojo, oro 2.570 Ω
b) Gris, rojo, marrón, plata 905 Ω
c) Marrón, verde, naranja, oro 15.700 Ω
d) Gris, rojo, negro, oro 77 Ω
38.- Dibuja el esquema de un regulador de luz con un potenciómetro.
39.- ¿Qué es una resistencia no lineal? De qué tipos hay? Dibuja el símbolo de alguna de ellas.
40.- Calcula los valores de la resistencia total de cada circuito:
41.- Calcula los valores de la resistencia total y las intensidades y voltajes parciales del siguiente circuito:
42.- Calcula los valores de la resistencia total y las intensidades y voltajes parciales del siguiente circuito:
43.- Calcula los valores de la resistencia total y las intensidades y voltajes parciales del siguiente circuito:
44.- Circuito con tres resistencias en serie.
R 1 rojo negro amarillo dorado
R2 negro naranja negro plateado
R3 marrón rojo rojo dorado
45.- Circuito con tres resistencias en paralelo.
R 1 naranja azul amarillo dorado
R2 gris blanco negro plateado
R3 marrón marrón marrón dorado
46.- Circuito con dos resistencias en paralelo.
R 1 rojo verde verde dorado
R2 verde naranja naranja plateado
47.- Circuito mixto serie-paralelo.
R 1 marrón negro naranja dorado
R2 marrón marrón rojo plateado
R3 rojo rojo rojo dorado
R4 marrón lila rojo plateado
48.- Circuito mixto serie-paralelo.
R 1 amarillo lila naranja dorado
R2 marrón verde rojo plateado
R3 rojo rojo naranja dorado
R4 marrón gris rojo plateado
49.- Circuito mixto serie-paralelo.
R 1 marrón negro negro dorado
R2 marrón marrón marrón plateado
R3 rojo rojo naranja dorado
R4 marrón lila negro plateado
50.- Circuito mixto serie-paralelo.
R 1 marrón gris naranja dorado
R2 marrón marrón amarillo plateado
R3 rojo negro rojo dorado
R4 marrón lila amarillo plateado
51.- Circuito mixto serie-paralelo.
R 1 amarillo negro naranja dorado
R2 lila marrón rojo plateado
R3 naranja rojo rojo dorado
R4 amarillo lila rojo plata
R5 verde azul rojo dorado
52.- Calcula el valor del voltaje de salida (Vs) en el siguiente divisor de tensión:
Se puede utilizar esta fórmula:
53.- Qué es un potenciómetro y que utilidades tiene?
54.- Describe que es una fotorresistencia y que utilidades tiene.
55.- Describe que es un termistor y que utilidades tiene.
56.- Haz un cuadro en donde se muestren los diferentes tipos de resistencias y sus símbolos.
2) Condensadores
Un condensador es un componente utilizado en electrónica, capaz de almacenar carga eléctrica. Los condensadores están formados por un par de superficies conductoras metálicas, separadas por un material aislante. las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra.
La cantidad de energía que es capaz de almacenar un condensador está relacionada con una magnitud llamada capacidad del condensador. La unidad de medida de la capacidad en el Sistema Internacional es el faradio (F). Esta unidad es muy grande, para las necesidades de los condensadores, por lo que se utilizan submúltiplos como el milifaradio, el microfaradio el nanofaradio y el picofaradio.
En el siguiente circuito un condensador de 200 μF se carga a través de una resistencia de 1 K Ω, con una pila de 12 V.
Se puede utilizar un condensador para encender una bombilla.
Al conectar la pila al condensador, este se carga. Seguidamente se conecta el condensador a una bombilla y se enciende, pero sólo durante dos segundos, porque la energía que tenía almacenada el condensador se va descargando en la bombilla que la va consumiendo. Se puede decir que los condensadores son como baterías recargables que se cargan y descargan a gran velocidad.
Hay varios tipos de condensadores, según sean los materiales de los que están construidas las láminas y el aislante que hay entre ellas. De esta manera encontramos condensadores de papel, cerámicos, electrolíticos, de poliéster o de tántalo. También se pueden clasificar los condensadores en dos tipos, según que se deba
respetar una polaridad en su montaje, como en el caso de los condensadores electrolíticos, o que no sea necesario hacerlo. Los condensadores polarizados o electrolíticos suelen ser de mayor capacidad y poseen polos positivo y negativo diferenciados. Al conectarlos se debe tener en cuenta la polaridad porque de otro modo se estropearían.
Combinación de condensadores
Al igual que las resistencias, los condensadores se combinan unos con otros para aumentar o disminuir su capacidad, y del mismo modo se pueden montar en serie o en paralelo.
Condensadores en serie
Los condensadores en serie se montan uno a continuación del otro, como en el caso de las resistencias.
La capacidad total se calcula con la siguiente fórmula:
Ejemplo: Se calculará la capacidad equivalente de tres condensadores conectados en serie con unas capacidades de 1.000 μF, 500 μF y 250 μF.
Condensadores en paralelo
Los condensadores en paralelo se montan de manera que sus extremos estén en común.
Para calcular la capacidad equivalente se suman las capacidades de cada uno de ellos.
Ejemplo: Se ha de encontrar la capacidad equivalente de tres condensadores montados en paralelo, las capacidades son de 1.000 μF, 500 μF y 250 μF.
57.- ¿Qué es un condensador? De qué depende su capacidad? ¿Cuáles son sus aplicaciones?
58.- ¿Cuál es la constitución interna de un condensador? ¿Qué características hay que tener presentes a la hora de utilizar un condensador?
59.- Haz un cuadro en donde se muestren los diferentes tipos de condensadores con su símbolo.
60.- Tenemos que calcular la constante de tiempo del siguiente circuito RC. También hemos de calcular el tiempo en el que se carga totalmente el condensador. Para calcular la constante de tiempo se han de multiplicar el valor de la capacidad del condensador por el valor de la resistencia. El tiempo total de carga se obtiene multiplicando por 5 el valor de la constante de tiempo.
61.- Calcula el valor de la capacidad total de este circuito con condensadores en serie.
62.- Calcula el valor de la capacidad total de este circuito con condensadores en paralelo.
63.- Calcula el valor de la capacidad total de este circuito mixto, con condensadores en serie - paralelo.
3) Diodos
Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. De la misma forma que los transistores, los diodos están fabricados con materiales semiconductores.
Los materiales semiconductores tienen un comportamiento intermedio entre los conductores (Como el cobre) y los aislantes (Como la madera y los plásticos). Los diodos están compuestos de dos cristales semiconductores, uno llamado tipo P y otro de tipo N, de modo que si la corriente entra a través del cristal P, puede atravesar el diodo, pero si lo hace por el cristal N, no puede pasar.
Cuando se conecta el diodo de modo que deja pasar la corriente, se dice que está directamente polarizado. Si se conecta de forma que no deja pasar la corriente se dice que está inversamente polarizado. El cristal tipo P se denomina también ánodo o terminal positivo y el vidrio tipo N se dice cátodo o terminal negativo.
El triángulo simboliza la flecha que indica la dirección en la que el diodo deja pasar la corriente, en definitiva, el triángulo simboliza el vidrio P, en cambio la línea vertical simboliza el Cristal N.
Para distinguir el ánodo del cátodo, los diodos tienen un anillo blanco junto al terminal del cátodo (o terminal negativo).
Si la corriente entra en el diodo por la parte del triángulo, la deja pasar. En este caso se dice que el diodo está polarizado directamente o tiene polarización directa. si por contra, la corriente entra por la parte de la línea, no la deja pasar y se dice que la polarización es inversa.
En el circuito de la izquierda, el diodo está polarizado directamente para que la corriente (Que sale siempre del polo positivo) entra por el cristal P, en cambio, en el circuito de la derecha, la polarización es al revés para que la corriente intenta entrar por el cristal N. De esta manera, la bombilla del primer caso se enciende y la del segundo caso permanece apagada. En definitiva, los diodos son unos componentes electrónicos que permiten el paso de la corriente en un sentido, pero lo impiden en el sentido contrario.
Rectificadores
Los diodos son fundamentales para unos dispositivos electrónicos llamados rectificadores, los cuales se encargan de convertir la corriente alterna (La del enchufe de nuestras viviendas) en corriente continua. Así, por ejemplo, los cargadores de los móviles tienen un rectificador en su interior.
Rectificador de media onda
Con un solo diodo se puede conseguir un rectificador, pero sólo aprovechará corriente alterna, durante la mitad del tiempo. Esto resulta muy poco eficiente y la señal de salida es muy irregular.
Para solucionar estos problemas se deben utilizar más diodos para construir un rectificador de onda completa.
Rectificador de onda completa
Un rectificador de onda completa convierte la totalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante a la salida, mediante la inversión de los semiciclos negativos de la onda de entrada. Las porciones positivas se combinan con las inversas de las negativas para producir una forma de onda positiva.
Fuente de alimentación
Una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la corriente alterna, en uno o varios corrientes continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc).
Las fuentes de alimentación pueden clasificarse, básicamente, en fuentes de alimentación lineales y conmutadas. Las lineales tienen un diseño relativamente simple, pero la su regulación de tensión es poco eficiente. Una fuente conmutada es más pequeña y más eficiente.
Las fuentes de alimentación lineales tienen un transformador, un rectificador y un filtro. En primer lugar el transformador modifica la tensión de entrada, adaptándola a la necesaria. El circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua se llama rectificador. Para disminuir el rizado de la corriente de salida se utiliza un filtro dotado de condensadores y autoinducciones. La regulación, o estabilización de la tensión en un valor establecido, se consigue con un componente llamado regulador de tensión.
Diodos LED
Un diodo LED, (diodo emisor de luz) es un dispositivo semiconductor que emite luz, cuando se polariza directamente y es atravesado por la corriente eléctrica. Tiene el aspecto de una pequeña bombilla y se puede ver en muchos electrodomésticos para indicar si el aparato está o no en funcionamiento.
El LED tiene, como los otros diodos, dos terminales. El más largo es el ánodo y se debe conectar al polo positivo porque el LED emita luz.
Terminal largo: ánodo
Terminal corto: cátodo
AI igual que los diodos normales, los LED únicamente dejan pasar la corriente cuando están en polarización directa y la impiden en polarización inversa. Una precaución importante a la hora de montar el LED en los circuitos es que la tensión en sus extremos no debe sobrepasar los 2 V, de modo que, cuando la tensión es superior, se debe poner una resistencia en serie con él para ajustarla.
En el circuito anterior, a la izquierda, el LED está polarizado directamente y protegido por una resistencia de 700 ohmios, con lo que se enciende. A la derecha no se enciende porque está inversamente polarizado.
Diodos zener
El diodo zener es la parte esencial de los reguladores de tensión.
Si a un diodo zener se le aplica una corriente eléctrica del ánodo al cátodo (Polarización directa) se comporta como un diodo rectificador, pero si se le suministra corriente eléctrica de cátodo a ánodo (polarización inversa), el diodo sólo deja pasar una tensión constante. El diodo zener debe ser polarizado al revés para que adopte su función característica de regulador de tensión.
64.- ¿Qué es un diodo? Dibuja su símbolo y menciona dos materiales semiconductores utilizados en su construcción.
65.- Completa las frases siguientes:
a) Cuando el diodo tiene polarización directa, se comporta como un interruptor ................
b) El diodo no permite el paso de corriente cuando tiene polarización ............ y, por tanto. se encuentra en estado de ............
c) El diodo semiconductor que emite luz cuando está directamente polarizado se llama ...................
66.- Menciona un par de aplicaciones de los diodos.
67.- ¿Cómo se puede saber cuál de los dos terminales de un diodo es el cátodo y cuál el ánodo? Señálalos en el dibujo.
68.- Dibuja los esquemas de dos circuitos: uno con un diodo en polarización directa y el otro en polarización inversa. Dibuja también junto a cada uno el esquema del circuito eléctrico equivalente. Sobre los esquemas marca los sentidos de circulación de la corriente eléctrica.
69.- ¿Qué es un LED? ¿Qué ventajas tienen respecto de las bombillas?
70.- ¿Cómo se identifican los terminales de los LED? Di tres aplicaciones de los LED.
71.- En el circuito de la figura, determina las características que debe tener la resistencia R (Valor nominal en Ω, código de colores correspondiente y potencia) para alimentar los dos LED. Datos: la tensión en los terminales de los LED debe ser de 1,6 V y la intensidad máxima para cada uno, de 0.020 A. Recuerda que la fórmula para calcular la potencia del resistor es: P = I2 . R.
72.- Analiza este circuito.
¿Porque es necesario conectar una resistencia en serie con el diodo LED? ¿Cuál de los dos circuitos funciona y porque? ¿Cuál de los dos circuitos no funciona y por qué motivo?
73.- De los tres circuitos siguientes dos no funcionan y otro sí. Analiza su funcionamiento.
¿Qué circuito es lo que funciona y por qué lo hace? ¿Por qué razón no funcionan los otros dos circuitos?
74.- ¿Qué es un diodo zener y que aplicaciones puede tener?
75.- Dibuja un rectificador de media onda y uno de onda completa y describe su utilidad.
76.- Dibuja una fuente de alimentación con todos sus elementos. Describe cual es el funcionamiento de una fuente de alimentación.
4) Transistores
El transistor es un elemento básico de todos los circuitos electrónicos y, de hecho, es el más importante de todos. Está formado por semiconductores, al igual que los diodos, y dispone de tres patillas o terminales, denominadas emisor, base y colector, la posición relativa depende del modelo de transistor.
Está formado por cristales semiconductores de tipo P y de tipo N, como los diodos, pero en lugar de dos cristales, tienen tres. En base a esto, hay dos tipos de transistores:
Transistores PNP: Tienen dos cristales tipo P y un tipo N entre los otros dos.
Transistores NPN: Tienen dos cristales tipo N y un tipo P entre los otros dos.
A cada cristal le corresponde uno de los tres terminales: Colector (C), Emisor (E) y Base (B). El cristal semiconductor que está en medio de los otros dos siempre es la
base.
Un transistor es un componente que tiene, básicamente, dos funciones:
a) Dejar pasar o impedir el paso de una corriente eléctrica mediante una pequeña señal de control.
b) Funciona como un elemento amplificador.
Funcionamiento de un transistor
Para entender mejor el funcionamiento de los transistores recurriremos a un símil. Imaginemos que en una toma de agua hay un gran embalse que será el colector (C), pero en lugar de agua, suponemos que está lleno de electrones. Estos tienden a pasar al emisor (E) que es como el desagüe, pero sólo podrán pasar si alguien abre la compuerta del embalse, que se controla mediante el canal de la base (B). Entonces sólo se pueden dar tres casos:
1. Por la base (B) no entra ningún electrón, es decir, la corriente en la base es cero. Entonces la compuerta del embalse permanece cerrada y no pasan electrones del colector al emisor. En este caso, decimos que el transistor está en corte. En este caso, el colector y el emisor están aislados.
2. Supongamos ahora que se introducen algunos electrones por la base. En este caso, la pequeña corriente que entra por la base tiene energía suficiente para abrir un poco la compuerta del embalse. Cuanto más electrones entren por la base más abierta estará la compuerta y mayor será la corriente que salga del colector al emisor. Decimos entonces que el transistor está en activa.
3. Si llegan muchos electrones por la base, la compuerta estará completamente abierta y los electrones circularán del colector al emisor libremente. En este caso, el transistor funciona en saturación.
Ejemplo: En este ejemplo veremos las tres situaciones que se acaban de describir.
En el primer caso el interruptor impide que llegue ninguna corriente en la base del transistor, la prueba es que el amperímetro que mide la intensidad de la corriente que llega a la base marca cero. Por ello el transistor está en corte y no circula ninguna corriente desde el colector hasta el emisor, lo que se demuestra que el LED está apagado.
Si cerramos el interruptor, empezará a circular corriente hasta la base del transistor, la prueba es que el amperímetro que mide la intensidad de corriente que llega a la base marca 233 μA. Por ello el transistor está en activa y comienza a circular corriente desde el colector hasta el emisor, lo que se demuestra porque el LED se empieza a encender.
Sustituyendo la pila de 3 V para una de 4,5 V, aumentará la intensidad de corriente que llega hasta la base del transistor. De hecho observamos que la corriente de la base aumenta hasta 381 μA. Por ello el transistor está en saturación y la corriente circula libremente desde el colector hasta el emisor, lo que se demuestra que el LED está completamente iluminado.
Ganancia de un transistor
En un transistor se consigue que una pequeña corriente de base controle las corrientes de emisor y colector mucho más elevados. De este modo, se define la ganancia de corriente de un transistor como la relación que existe entre la corriente del colector y la corriente de la base.
Así, por ejemplo, en un transistor en que se obtenga una corriente de colector de 8 mA, con una corriente de base de 0,08 mA, podremos concluir que su ganancia será igual a 100.
77.- ¿Que características tienen los materiales semiconductores? ¿De qué tipos pueden ser y con que materiales están construidos?
78.- Analiza el siguiente circuito con transistor.
Enumera (Haz una lista) todos los componentes que se han utilizado en el circuito.
79.- Explica el funcionamiento del transistor en función de cómo esté el interruptor cerrado o abierto, en el ejercicio anterior.
80.- ¿Qué es un transistor? Dibuja el símbolo de un transistor NPN e indica el nombre de sus tres terminales. Detalla algunas aplicaciones de los transistores.
81.- Busca en Internet información sobre uno de estos transistores: BC 548, BC 547, BD 895. Averigua el tipo (NPN o PNP), el tipo de encapsulado, la identificación de los terminales, la intensidad máxima de colector, la tensión máxima de colector-emisor que soporta y la ganancia de corriente.
82.- Señala las diferencias más significativas de un transistor funcionando en conmutación o en modo lineal.
83.- ¿Qué es la ganancia de corriente de un transistor? ¿Qué nos indica? Calcula la ganancia si la intensidad en la base es de 2 mA y en el colector de 370 mA.
84.- Si en un transistor NPN la corriente de base es de 250 μA y la del colector es de 100 mA. cuál es su ganancia? ¿Cuál será la intensidad en el emisor?
85.- ¿Que es un montaje Darlington? Dibújalo. ¿Cuando es conveniente usarlo?
86.- Describe los tres modos de funcionamiento del transistor, y en qué se diferencian.
87.- ¿En cuales de los circuitos siguientes el transistor está en conducción y en cuáles no?
Justifica tus respuestas.
5) Bobinas de autoinducción
La autoinducción es un fenómeno electromagnético que se presenta en los circuitos por los que circula una corriente eléctrica variable. En estas circunstancias la variación de la intensidad de la corriente produce un campo magnético variable, el cual a su vez genera una fuerza electromotriz (voltaje inducido) que genera a su vez otra corriente eléctrica que se opone a la corriente inicial inductor, es decir, tiene sentido contrario.
La magnitud que mide este fenómeno de la autoinducción es la inductancia, la unidad en el SI, es el henry (H).
El fenómeno de la autoinducción se utiliza en unos componentes electrónicos, llamados también bobinas de autoinducción. Están formadas por un hilo conductor enrollado una serie de vueltas.
Una bobina conectada a un condensador forma un circuito oscilador, utilizado como sintonizador de radiofrecuencias, en transmisores y receptores de radio, televisión, telefonía, etc. En las fuentes de alimentación se utilizan las bobinas, junto con condensadores para filtrar la corriente de salida. Los toros de ferrita colocados alrededor de un cable de alimentación evitan las interferencias de radio frecuencia que se transmiten por el cable.
88.- ¿Qué es una bobina? ¿Para qué sirve?
89.- ¿Qué es el coeficiente de autoinducción de una bobina? ¿Cuál es su unidad?
6) Amplificadores operacionales
Un amplificador operacional es un dispositivo electrónico que tiene dos entradas y una salida. La corriente eléctrica en la salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor G (ganancia).
Se utiliza para comparar tensiones. Originalmente se empleaban para realizar operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, etc) en los ordenadores analógicos. En la actualidad se utilizan en convertidores analógico-digitales, en instrumentos de medida digitales, en equipos de protección eléctrica, etc.
Su símbolo es el siguiente:
Disposición de pines del LM 741:
7) Puertas lógicas
Una puerta lógica es un dispositivo electrónico que se comporta siguiendo una función booleana. De este modo, las puertas lógicas realizan operaciones binarias como la suma, la multiplicación o la negación. Se aplican en circuitos y equipos de regulación y control.
Simbología de las puertas lógicas más importantes:
Disposición de pines de un integrado 7400 con cuatro puertas NAND:
8) Microcontroladores
Un microcontrolador es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de un ordenador, unidad central de proceso, memoria y periféricos de entrada / salida.
Los microcontroladores se utilizan en los ordenadores, teléfonos móviles, en todo tipo de electrodomésticos, equipos de control, domótica, control del automóvil, etc.
Los microcontroladores también se utilizan en robótica educativa. Los equipos PICAXE utilizan microcontroladores Microchip y Arduino microcontroladores Atmega.
90.- Comenta las ventajas más importantes de los circuitos integrados respecto de los circuitoshechos con componentes electrónicos individuales.
91.- Redacta un breve informe sobre los circuitos integrados donde se explique qué son, cómo se fabrican y cuáles son sus aplicaciones.
92.- Haz una relación de cinco aparatos que incorporen chips para su funcionamiento.
93.- ¿Qué son los PIC? ¿Y los microcontroladores PICAXE?
9) Relés
El relé es un dispositivo electromecánico que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de un electroimán, se acciona un juego de uno, o varios, contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.
Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, se puede considerar como un amplificador eléctrico.
No siendo un componente electrónico se usa en algunos circuitos electrónicos de control, para conectar aparatos eléctricos de gran potencia.
Utilización de un relé:
Cuando no pasa corriente por la bobina el contacto móvil está tocando a uno de los contactos fijos (El de la izquierda). En el momento que pasa corriente por la bobina, el núcleo atrae el inducido, el cual empuja al contacto móvil hasta que toca al otro contacto fijo (El de la derecha). Por lo tanto, funciona como un conmutador, aunque existen relés con contactos de interruptor y con uno y dos de estos grupos de contactos.
Para conseguir invertir el sentido de giro de un motor de corriente continua se puede utilizar un relé de doble conmutador, tal como se muestra en el siguiente esquema:
94.- Explica qué es un relé y cuáles son sus aplicaciones.
95.- Dibuja un relé indicando sus partes más importantes. A partir del dibujo explica cómo funciona.
96.- Observa el esquema del circuito siguiente y luego contesta las cuestiones que se plantean.
¿Qué función realiza el resistor NTC?
¿Cuál es la tarea del potenciómetro?
¿Cuál es la misión del resistor R1? ¿Y la del diodo?
¿Cuando conducirá el transistor?
¿En qué circunstancias se activa el relé?
¿Qué posibles aplicaciones crees que podría tener este circuito?
¿Como se podría aumentar la sensibilidad del sistema para que el relé se activara y desactivara con una menor variación de temperatura?
Ejemplos de circuitos electrónicos
1) Regulador de luz
Este regulador de luz utiliza un transistor BC 368 y un potenciómetro de 47 k para modificar la tensión que llega a la base del transistor y también la intensidad de la luz.
2) Luces intermitentes
Utilizando la carga y descarga de un condensador y un transistor se puede conseguir el encendido y apagado de unos diodos LED.
3) Luces intermitentes (I)
Utilizando un circuito integrado temporizador 555 se puede conseguir el mismo efecto intermitente que en el ejemplo anterior.
