electrónica básica.

TECNOLOGÍA SECUNDARIA 3
Electrónica básica
TEMA 5: ELECTRÓNICA BÁSICA.
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INTRODUCCIÓN.
RESISTENCIAS.
EL CONDENSADOR.
SEMICONDUCTORES. DIODOS.
TRANSISTORES.
CIRCUITOS IMPRESOS Y CIRCUITOS INTEGRADOS.
1. INTRODUCCIÓN.
La electrónica se encarga de controlar la circulación de los electrones de
forma minuciosa. Se encarga de que pasen en mayor o menor cantidad con
dispositivos pasivos y activos.
- Los dispositivos pasivos son resistencias, condensadores y bobinas.
- Los dispositivos activos son diodos, transistores y circuitos integrados
(semiconductores). Las bobinas y los circuitos integrados no los estudiaremos en
esta unidad.
2. RESISTENCIAS.
Con el objeto de producir caídas de tensión en puntos determinados y limitar
la corriente que pasa por diversos puntos se fabrican elementos resistivos de los
que se conoce su valor Óhmico.
Estos elementos se conocen como resistencias. Se caracterizan por su:
- Valor nominal: es el valor marcado sobre el cuerpo del resistor.
- Tolerancia: porcentaje en más o menos, sobre el valor nominal, que el
fabricante respeta en todos los resistores fabricados.
- Coeficiente de temperatura: la resistencia varía con la temperatura. Esta
variación se puede calcular en función del coeficiente de temperatura: RT = R0 (1
+αT)
- Potencia nominal: potencia que puede disipar el resistor en condiciones
ambientales de 20 a 25ºC. Cuanto mayor es la potencia mayor será el tamaño del
resistor.
- Tensión límite nominal: es la máxima tensión que puede soportar, en
extremos, el resistor.
Existen tres tipos de resistencias, fijas, variables y dependientes.
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2.1
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RESISTENCIAS FIJAS.
Se caracterizan por mantener un valor óhmico fijo, para potencias inferiores
a 2 W suelen ser de carbón o de película metálica. Mientras que para potencias
mayores se utilizan las bobinadas.
Los valores de las mismas están normalizados en series y generalmente la
forma de indicarlo sobre el cuerpo es mediante un código de colores, en las
resistencias bobinadas se escribe el valor directamente.
2.2
RESISTENCIAS VARIABLES: POTENCIÓMETROS.
Las resistencias variables, llamadas potenciómetros, son usadas
frecuentemente en circuitos electrónicos dado su pequeño tamaño. Los símbolos
que se usan para representar una resistencia variable son los siguientes:
Los potenciómetros poseen un mando giratorio o deslizante para graduarlos
desde el exterior. Ejemplos de potenciómetros son los mandos de volumen de
radios y televisores y también los controles de brillo y color de los televisores. Al
variar la posición del eje del potenciómetro, varía la resistencia.
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2.3
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RESISTENCIAS DEPENDIENTES.
Existen cuatro tipos de resistencias dependientes: NTC, PTC, LDR y VDR.
- NTC: Resistencia de coeficiente negativo de temperatura. Cuando aumenta
la temperatura de la misma disminuye su valor óhmico. Si nos pasamos de la
temperatura máxima o estamos por debajo de la mínima se comporta de forma
inversa. Se utiliza en aplicaciones relacionadas con la temperatura.
- PTC: Resistencia de coeficiente positivo de temperatura. Cuando aumenta
la temperatura de la misma aumenta su valor óhmico. También se utiliza en
aplicaciones relacionadas con la temperatura.
- LDR: Resistencias dependientes de la luz. Se basa en el efecto de la
fotoconductividad que poseen determinados materiales como el selenio que, en
función de la luminosidad que incide sobre ellos, varían sus propiedades
conductoras. En una célula LDR la resistencia interna disminuye al aumentar la
intensidad de luz que incide sobre ella.
Las LDR se emplean como detectores de la luminosidad del ambiente. Un uso
muy extendido es el encendido y apagado de las iluminaciones públicas; al caer la
tarde, encienden las luces de una calle y, al llegar el día, se apagan. Los símbolos que
se utilizan para representar una LDR son:
- VDR: Resistencia dependiente de la tensión. Cuando
aumenta la tensión en sus extremos disminuye su valor óhmico,
y circula más corriente por sus extremos. Se utiliza como
protección para evitar subidas de tensión en los circuitos.
Cuando se supera la tensión de la VDR la corriente se marcha
por ella y protege al circuito.
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3. EL CONDENSADOR.
Es un componente utilizado para almacenar cargas eléctricas y usarlas en el
momento adecuado. La capacidad de almacenar cargas (electrones) es muy
pequeña por lo cual no se emplean como pilas.
Está formado por placas metálicas (aluminio) separadas por un material
aislante denominado dieléctrico como el aire, papel, cerámica, plásticos, etc. La
capacidad que puede almacenar un condensador se mide en faradios (F) y su
expresión matemática es:
C=
q
V
El símbolo del condensador es el siguiente:
Los hay de diversos tipos, cerámicos, de poliéster, electrolíticos, de papel, de
mica, de tántalo, variables y ajustables.
Para entender el funcionamiento de un condensador vamos a ver la siguiente
secuencia de circuitos:
Al cargarse los condensadores aparecen signos “+” rojos en la placa
conectada a positivo y signos “-” azules en la placa conectada a negativo. El
número de signos da una idea visual de la cantidad de carga que tiene el
condensador.
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Una de las aplicaciones más comunes para los condensadores son los
temporizadores, esperar hasta que el condensador se cargue o descargue.
El tiempo de carga de un condensador es directamente proporcional a la
carga del condensador y al valor de la resistencia que esté en serie con él:
t (s ) = C (Faradios) ⋅ R(Ω )
Ejemplo: Calcula el tiempo que tardará en cargarse un condensador de 4700
μF que está en serie con una resistencia de 1000 Ω.
t = 4700 x 10-6 x 1000 = 4,7 s
Ejemplo Cuanto tiempo lucirá una bombilla que se conecta al condensador
una vez cargado si la bombilla tiene 2000 Ω de resistencia.
t = 4700 x 10-6 x 2000 = 9,4 s
4. SEMICONDUCTORES. DIODOS.
Un semiconductor es un elemento que se comporta como conductor o como
aislante dependiendo del campo eléctrico en el que se encuentre.
Los elementos químicos, más utilizados como semiconductores, son el Silicio
y el Germanio. Existen varios tipos de diodos.
4.1
DIODOS RECTIFICADORES.
Un
diodo
es
un
dispositivo
semiconductor, que permite el paso de la
corriente eléctrica en una única dirección.
Presenta dos zonas en su estructura; en una se
comporta como un circuito abierto (no
conduce), y en otra como un circuito cerrado
con muy pequeña resistencia eléctrica.
Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que
son dispositivos capaces de convertir una corriente alterna en corriente continua.
El símbolo del diodo es:
4.2
DIODOS LED.
La diferencia entre un diodo semiconductor y un diodo Led reside en que el
diodo Led al dejar pasar la corriente eléctrica emite luz. Sin embargo, a diferencia
de las bombillas incandescentes no se calienta, pero ilumina menos. Por ello, sólo se
utilizan como señalizadores. Por ejemplo, en los equipos de música, en los
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ordenadores, en las televisiones, etc. Mediante ellos se puede indicar si están
conectados y en funcionamiento, si están conectados pero fuera de servicio, etc.
No todos los diodos se pueden conectar directamente a una corriente Vcc,
se deben proteger con otros elementos conectados en serie con él.
El símbolo del diodo led es:
5. TRANSISTORES.
El Transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que se utiliza como
amplificador o conmutador electrónico (llave electrónica). Es un componente clave
en toda la electrónica moderna, donde es ampliamente utilizado formando parte de
conmutadores electrónicos, puertas lógicas, memorias de ordenadores y otros
dispositivos. En el caso de circuitos analógicos los transistores son utilizados como
amplificadores, osciladores y generadores de ondas.
5.1
TRIODO Ó VÁLVULA TERMOIÓNICA
Consta de tres electrodos:
- El primero es el cátodo, que al calentarse produce
electrones.
- El segundo es el ánodo, que está cargado positivamente
y, por tanto, atrae a los electrones.
- El tercero es la rejilla que se sitúa entre el cátodo y el
ánodo. Con una pequeña tensión controlamos una gran corriente. A ese fenómeno
se le llama amplificación. Por eso, el triodo es un amplificador.
5.2
- TRANSISTOR BIPOLAR O BJT.
Se divide en tres partes como el diodo
- EMISOR (E): emite portadores.
- COLECTOR (C): recibe portadores.
- BASE (B): Se encuentra intercalada entre las dos primeras y regula el paso de
los portadores.
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Según sea el flujo de los portadores podemos tener transistores NPN y PNP.
Se usan generalmente, en electrónica analógica. Su símbolo es:
Transistor PNP
5.3
Transistor NPN
- FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR.
Para que funcione como un interruptor abierto o cerrado es necesario que
circule o no circule corriente entre el colector y el emisor. En ambos casos se
intercalan dos resistencias, que tiene como misión limitar la cantidad de corriente
que circula por la base y el colector. Estas resistencias se llaman:
- Resistencia de base (RB).
- Resistencia de carga (RC).
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5.4
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FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR.
El transistor está funcionando como un AMPLIFICADOR de corriente, ya que
con una pequeña intensidad que entra en la base (IB) logramos una intensidad
mucho mayor por el emisor (IE).
5.5
OTRAS APLICACIONES CON TRANSISTORES.
- ENCENDIDO POR PRESENCIA DE LUZ.
Cuando la LDR recibe luz, disminuye su resistencia (tendrá un valor
comprendido entre varios cientos de ohmios y algún KW), por lo que en la R1 habrá
una caída de tensión suficiente como para hacer que circule corriente por la base
del transistor, que conduzca y se encienda el LED.
Cuando la luz disminuye, la resistencia de la LDR aumenta (puede llegar a
valer varios cientos de KW); en estas condiciones toda la tensión estará
prácticamente en la LDR y casi nada en R1 con lo que no circulará suficiente
corriente por la base del transistor y éste permanecerá en corte y diodo LED
apagado. Crocodile presenta estos dispositivos LDR para realizar los circuitos.
LDR con lámpara: se puede ajustar la luz incidente moviendo una linterna. Su
resistencia varía desde 400 Ω muy iluminada hasta 8000 Ω muy poco iluminada. En
oscuridad mide 1 MΩ.
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LDR (sin lámpara): se ilumina colocándole una lámpara (de señal o de
filamento) justo a la izquierda. Por lo demás igual que la anterior.
El esquema del circuito será el siguiente:
- TEMPORIZADOR A LA DESCONEXIÓN.
Al principio, la lámpara está apagada, ya que por la base no circula corriente.
Estamos, por tanto, ante un transistor en corte. Cuando accionamos el pulsador,
circula corriente por la base, se activa el transistor y la lámpara se enciende. A la
vez, el condensador se carga. Al soltar el pulsador, la lámpara sigue luciendo
durante un tiempo; ahora, la corriente de base la proporciona el condensador;
cuando éste se descarga, el transistor se bloquea y la lámpara se apaga.
Cuanto mayor sea la capacidad del condensador, más carga adquirirá y más
tiempo tardará en descargarse.
Para realizar con Crocodile el esquema, necesitaremos acoplar un
condensador electrolítico. Están en el bloque componentes pasivos. El programa
les llama capacitores, (este término no se emplea en España). Pueden ser
electrolíticos (polarizados) o no electrolíticos (no polarizados).
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- CONTROL DE TEMPERATURA CON UNA RESISTENCIA NTC.
Cuando la temperatura supera un valor, indicado por la resistencia
ajustable, hace que el transistor conduzca y que se encienda el diodo led. Cuando
la temperatura baja se apaga el led. En este montaje se aprovecha la característica
de las NTC, cuando la temperatura aumenta, bajan su valor óhmico. En ese instante
la tensión en la resistencia ajustable es lo suficientemente grande como para hacer
que el transistor pase a conducción y hacer que luzca el led. Si baja de nuevo la
temperatura la tensión en la base del transistor baja y deja de lucir el led. Para
realizar el esquema con el Crocodile necesitamos una resistencia NTC. Se
encuentran en el bloque componentes de entrada. La Tª puede ajustarse entre –
20ºC y + 40ºC. El valor de su resistencia de referencia se puede cambiar haciendo
clic sobre el valor. La simulación de la variación de la temperatura se realiza
arrastrando el cursor deslizante del termómetro.
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6. CIRCUITOS IMPRESOS Y CIRCUITOS INTEGRADOS.
6.1
CIRCUITOS IMPRESOS
Si los en los circuitos eléctricos uníamos los componentes mediante cables, en
los circuitos electrónicos, se suele utilizar las “placas de circuito impreso”. Mirando
el circuito electrónico de cualquier aparato verás que los componentes se
encuentran montados sobre una placa, esta placa es por un lado aislante y por el
otro verás unas “pistas” de cobre con las que se unen las patillas de los
componentes electrónicos formando el circuito.
Los fabricantes de productos electrónicos, realizan estas placas mediante
máquinas especiales, en el taller podemos construirnos placas de Circuito Impreso
de forma artesanal.
6.2
CIRCUITOS INTEGRADOS
Los circuitos integrados o microchips son componentes electrónicos
complejos. Están constituidos por un variado número de componentes electrónicos
que se han formado e interconectado sobre un mismo bloque de material
semiconductor, formando así circuitos microscópicos completos.
Tienen la gran ventaja de que cada circuito integrado realiza una función
completa, de modo que se pueden combinar como módulos funcionales,
conectándose con otros componentes para conseguir funcionamientos más
complejos en un espacio reducido.
Hay toda una gama de circuitos integrados, que según la escala de integración
o número de componentes por chip, va desde los de baja escala de integración (SSI),
que tienen menos de cien componentes, a los de muy alta escala de integración
(VLSI), con varios millones de componentes.
Uno de los circuitos integrados más complejos es el microprocesador de un
ordenador. Este chip es el principal de un ordenador.
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