1. INTRODUCCIÓN

Hasta los años cincuenta, casi todas las aplicaciones de la electricidad aprovechaban la energía del movimiento de los electrones para transformarla en otro tipo de energía: Luminosa, en el caso de las bombillas, mecánica, en el caso de los motores o térmica, en el caso de las resistencias.

Para alimentar los aparatos eléctricos se necesita mucha energía, por lo que se utiliza una tensión elevada, normalmente 220 voltios.

La electrónica, en cambio, es una rama de la tecnología que se interesa no tanto por la energía que transportan los electrones como por la información que su movimiento puede transmitir.

La electrónica considera el movimiento de los electrones como una señal, que puede transportar sonido, datos, vídeo, etc. Como la cantidad de energía no es importante, en los circuitos electrónicos se emplean voltajes e intensidades muy pequeñas, por lo que pueden ser alimentados con pilas.

Una de las características de la electrónica es que emplea componentes cada vez más pequeños, por lo que los circuitos electrónicos suelen tener un tamaño pequeño.

La historia de la electrónica es relativamente reciente (El transistor se inventó en 1947) y ya se ha hecho indispensable tanto en el ámbito industrial como en el doméstico (ordenadores, televisores, teléfonos, radios, lavadoras, videojuegos, neveras, cafeteras, etc.) de hecho, hoy en día es difícil encontrar alguna máquina que no tenga algún componente electrónico.

1.1. Ejemplo de aplicaciones de la electrónica

1. La puerta automática de un garaje tiene un circuito eléctrico para mover el mecanismo. Este circuito podría manejarse mediante manualmente mediante un interruptor, sino que está controlado por un circuito electrónico que detecta las pulsaciones del mando a distancia y conecta el motor para abrir o cerrar la puerta. También controla que no haya ningún obstáculo antes de cerrar la puerta.

2. Aparatos con micrófonos pueden recoger las vibraciones de la voz y convertirlas en ondas electromagnéticas que pueden ser amplificadas o transmitidas a grandes distancias.

3. Las calculadores tienen un circuito electrónico en su interior que detectan las teclas pulsadas, realizan operaciones matemáticas y las muestran en una pantalla digital en forma de números que podemos entender.

2. COMPONENTES ELECTRÓNICOS

Los elementos que forman los circuitos electrónicos se denominan componentes electrónicos. Cada uno de ellos por separado tiene un comportamiento sencillo, pero al conectar varios de ellos soldándolos con estaño en un circuito impreso, podemos obtener comportamientos más complejos.

En los siguientes videos de Youtube podemos ver cómo se hace un circuito impreso y cómo se sueldan los componentes para hacer un circuito electrónico funcional.

Los materiales de los que están hechos los componentes electrónicos se clasifican en tres tipos: aislantes, conductores y semiconductores.

• • Materiales aislantes: Son los que no dejan pasar la corriente eléctrica a través de ellos, como los plásticos, que se utilizan en el recubrimiento de componentes y cables y en el dieléctrico de condensadores.

  • Materiales conductores: Son los que permiten el paso de la corriente eléctrica a través de ellos, como los metales, que se utilizan en cables, conectores, como soldadura de componentes, etc.

  • Materiales semiconductores: Son los que se comportan como aislantes unas veces y como conductores otras veces, como el Silicio, que se utiliza para construir transistores, circuitos integrados, microchips, etc.

Los principales componentes electrónicos son las resistencias, los condensadores, los diodos y los transistores, los cuales estudiaremos a continuación.

2.1. Resistencias

Las resistencias son componentes electrónicos que consumen parte de la tensión que las atraviesa, transformándola en calor, limitando así el valor de corriente que llega a otros componentes. Por tanto, sirve para conseguir distintos niveles de tensión dentro de un circuito electrónico.

Existen resistencias con un valor fijo y conocido y existen resistencia variables las resistencias se miden en Ohmios ( Ω ).

2.1.1. Resistencias fijas

Son componentes que tiene un valor en ohmios fijo. Pueden estar fabricadas de distintos materiales:

• • De hilo bobinado

  • Carbón prensado

  • Película de carbón

  • Película óxido metálico

  • Película metálica

  • Metal vidriado

Las resistencias más usadas son las de película de carbón, por su estabilidad y bajo coste.

Para conocer el valor de una resistencia podemos medirla con un Óhmetro, como vimos el curso pasado, aunque dicho valor suele venir serigrafiado en el cuerpo de la resistencia, directamente o mediante un código de colores.

Para conocer el valor de una resistencia mediante su código de colores hay que recurrir a la siguiente tabla:

Las resistencias tienen cuatro franjas de colores, poniendo la más separada hacia la derecha, podemos identificarlas como en la siguiente figura:

Para leer el valor, buscamos en la tabla en valor correspondiente a cada banda y los escribimos juntos:

Todas las resistencia tienen una tolerancia o margen de error respecto al valor teórico indicado en la misma. Este margen de error puede calcularse añadiendo o restando al valor teórico el porcentaje indicando por la cuarta banda. 

2.1.2. Resistencias variables

Son resistencias cuyo valor puede variar al variar algún parámetro físico: como la posición, la luz, la temperatura, etc.

• POTENCIÓMETROS: Los potenciómetros son resistencias que cambian su valor dependiendo de un cursor que podemos desplazar con los dedos. Pueden ser giratorios o lineales y tienen su valor puede oscilar entre 0 y su valor máximo.

Se suelen emplear para variar el volumen de un aparato de música, para variar la intensidad de una bombilla, para variar la temperatura de un horno o de una estufa, etc.

• RESISTENCIA LDR: Son resistencias cuyo valor varía según la luz que incide sobre ellas. Cuanta más luz reciben, menos resistencia tienen.

Se emplean para el control automático de iluminación en farolas, luces de coche, etc.

• RESISTENCIA PTC  y NTC: Son resistencias cuyo valor varía con la temperatura.

Las resistencias PTC tienen un coeficiente positivo de temperatura, es decir, que al subir su temperatura, aumenta su resistencia.

Las resistencias NTC tienen un coeficiente negativo de temperatura, es decir, que al subir su temperatura, disminuye su resistencia.

Se emplean en el control de aparatos de calefacción, de aire acondicionado, de hornos, etc.

2.2. Condensadores

Los condensadores son componentes electrónicos capaces de almacenar y ceder energía eléctrica.

Está formado por dos placas conductoras separadas entre sí y entre las que hay una sustancia aislante llamada dieléctrico.

Al aplicar corriente a las placas, quedan cargadas de electrones y cuando se conecta un receptor a dichas placas, se descarga la corriente acumulada un tiempo después.

La capacidad de corriente que es capaz de almacenar un condensador, se mide en Faradios (F), milifaradios (mF) o microfaradios (uF).

Se utilizan en circuitos electrónicos de control de tiempo (relojes, temporizadores, alarmas, etc.)

2.2.1. Condensadores electrolíticos

Utilizan un líquido iónico como dieléctrico. Sus placas suelen se de aluminio y están enrolladas.

El valor de la capacidad de corriente que puede almacenar así como la tensión máxima que puede resistir entre sus placas está indicada en la superficie del mismo. Su tamaño es mayor, cuanta mayor es la tensión entre sus placas.

Hay que tener cuidado al conectar un condensador electrolíticos, ya que tiene polaridad.

2.2.2. Condensadores cerámicos

Son condensadores de pequeño tamaño y de pequeña capacidad. Responden muy bien a las altas frecuencias, por eso se suelen emplear en aparatos de música, televisores, aparatos de radio, etc.

Este tipo de condensadores no tienen polaridad.

Existen otros tipos de condensadores de poliester, los de tántalo, los tubulares, etc.

2.3. Diodos

Los diodos son componentes electrónicos que solo dejan pasar la electricidad en un solo sentido.

Están construidos por dos cristales semiconductores de distinta polaridad, uno de tipo P y otro de tipo N, soldados entre sí.

El diodo se comporta como un embudo para los electrones, permitiendo el paso de la corriente del ánodo al cátodo, pero no del cátodo al ánodo.

Los diodos se emplean en rectificadores de corriente, fuentes de alimentación y cargadores, etc.

2.3.1. Diodos LED

Los diodos LED (Light Emiter Diode) es un diodo que emite luz, por tanto se comporta como una pequeña bombilla, pero con polaridad. Existen diodos LED de distintos colores y distintas formas.

Los diodos LED son simplemente diodos que se encuentran dentro de una capsula de plástico transparente. Cuando la corriente circula en sentido correcto, emite una pequeña luz.

Consumen muy poca potencia, por lo que no se utilizan para iluminar, sino como indicación en un cirtuito electrónico. Aunque últimamente se están fabricando bombillas con diodos LED de alta luminosidad.

Los diodos LED pueden agruparse para construir displays numéricos, alfanuméricos o pantallas.

Últimamente están proliferando las pantallas LED en teléfonos móviles y televisores. Estas pantallas están construidas por millones de pequeños diodos que pueden iluminarse en distintos colores.

2.4. Transistores

El transistor es un componente electrónico que está fabricado a partir de material semiconductor, como los diodos pero tiene tres terminales o patillas. Es uno de los componentes más importantes y versátiles.

Se suelen usar como amplificadores de señales o de sonido y como interruptores electrónicos.

Existen dos tipos de transistores, los bipolares y los de efecto de campo. Los bipolares son los más utilizados.

Los electrones circulan a través del transistor, del colector (C) hacia el emisor (E), y solo en ese sentido. La base (B) es la que controla esta circulación.

Es pues la base la que determina si el transistor actúa en fase de paso (deja pasar la corriente) o de bloqueo (no la deja pasar), y además a que intensidad la deja pasar, es decir, la puede atenuar o amplificar.

Actualmente los microchips que hacen funcionar los ordenadores, teléfonos móviles, tablets, etc. están compuestos por millones de transistores microscópicos.

2.5. CIRCUITOS ELECTRÓNICOS BÁSICOS

Para dibujar circutos electrónicos, se emplean símbolos para representar los componentes, lo que facilita la realización y la interpretación de los mismos.

Los símbolos que se utilizan para los componentes vistos en el tema son los siguientes:

En el curso anterior estudiamos el programa CROCODILE CLIPS, que es un programa simulador de circuitos eléctricos y electrónicos sencillo. En este apartado vamos a utilizar dicho programa para simulas los circuitos propuestos.

CIRCUITO Nº 1: INTERRUPTOR DE LUZ AUTOMÁTICO

Este es un circuito muy utilizado para controlar lámparas automáticamente, en las farolas de la calle, las luces de los coches, etc.

Está compuesto por una resistencia LDR como detector del nivel de luz y un transistor como interruptor electrónico que a su vez controla un relé, al cual puede conectarse lámparas de cualquier voltaje. Las resistencias aseguran los niveles de tensión adecuados para que el circuito funcione.

Tras el siguiente esquema tenemos una foto del circuito real, en el que se ha sustituido el transistor por un amplificador operacional LM 741, que se más preciso.

CIRCUITO Nº 2: CONTROL DE CALEFACCIÓN

Este es un circuito muy utilizado para controlar automáticamente la calefacción o el aire acondicionado.

Está compuesto por una resistencia NTC como detector de temperatura y un transistor como interruptor electrónico que a su vez controla un relé, al cual puede conectarse al motor que controla un ventilador a una resistencia. También se dispone de un potenciómetro mediant el cual podemos elegir la temperatura de conexión de la calefacción o ventilador. Las resistencias aseguran los niveles de tensión adecuados para que el circuito funcione. El diodo se conecta en paralelo al relé para proteger el circuito de los picos de tensión generados por el mismo.

Tras el siguiente esquema tenemos una foto del circuito real, en el que se ha sustituido el transistor por un amplificador operacional LM 741, que se más preciso.