TEMA 1.- ELECTRÓNICA ANALÓGICA
ÍNDICE
1.- Introducción. Definiciones
2.- Elementos de los circuitos eléctricos y electrónicos
2.1.- Generador o fuente de tensión
2.2.- Conductores y aislantes
2.3.- Elementos de control
2.4.- Elementos de protección
2.5.- Receptores
3.- Componentes pasivos
3.1.- Resistencias
3.2.- Condensadores
4.- Componentes activos
4.1.- Diodos
4.2.- Transistores
1.- INTRODUCCIÓN. DEFINICIONES
Electrónica: es la rama de la ciencia que se ocupa del estudio de los circuitos y de sus componentes, que permiten modificar la corriente eléctrica y que aplica la electricidad al tratamiento de la información.
Corriente eléctrica: es el flujo de electrones a través de un material conductor desde un cuerpo con carga negativa (exceso de electrones) hasta un cuerpo con carga positiva (déficit de electrones).
Sentido de la corriente: por convenio se fijó que su sentido es contrario al flujo de electrones. Los electrones circulan siempre hacia el polo positivo, por lo que la corriente circulará en sentido contrario, es decir, desde el polo positivo al negativo.
Cantidad de carga (Q): es la carga total que circula a través de un circuito eléctrico. En el sistema internacional (S.I.) se emplea como unidad de carga el Culombio (C), que es la carga contenida en 6,3 x 10⁸ electrones, ya que la carga de un electrón es muy pequeña.
2.- Elementos de los circuitos eléctricos y electrónicos
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. También podemos definir generador como un dispositivo que transforma cualquier tipo de energía en energía eléctrica con una tensión (o voltaje) entre sus bornes.2.2.- Conductores y aislantes
Tanto los materiales conductores como los aislantes son de una gran importancia en electricidad, mientras los primeros dejan pasar la corriente eléctrica con mucha facilidad, los segundos la bloquean. Esto es muy interesante, por ejemplo, un cable de cobre recubierto por una funda de plástico, impide que la corriente se fugue hacia otros lugares no deseados, al tiempo que evita fallos y descargas eléctricas indeseables.
A diferencia de los aislantes, los conductores permiten con facilidad el movimiento de los electrones por su estructura molecular. Prácticamente todos los metales son buenos conductores. En orden de mejores a peores podemos nombrar a: Platino, plata, cobre, oro, aluminio, cinc, estaño, hierro, plomo, mercurio, nicrom, carbón. La plata es un excelente conductor pero su precio es muy elevado, el cobre es casi tan buen conductor como la plata y su coste es muy inferior.
2.3.- Elementos de control
Los componentes eléctricos que se utilizan para gobernar circuitos forman la familia de los elementos de control. Las funciones más básicas que realizan son las de encender y apagar circuitos. Los componentes electrónicos más utilizados de esta familia son los interruptores y los pulsadores, aunque existen otros componentes también de gran importancia como los conmutadores, los selectores, los potenciómetros, etc.
2.4.- Elementos de protección
Las instalaciones eléctricas disponen de diversos elementos de seguridad para disminuir el riesgo de accidentes, como los causados por cortocircuitos, sobrecargas o contacto de personas o animales con elementos en tensión.
Un cortocircuito se produce por fallos en el aislante de los conductores, por contacto accidental entre conductores aéreos debidos a fuertes vientos o rotura de los apoyos.
Dado que un cortocircuito puede causar daños importantes en las instalaciones eléctricas e incluso incendios en edificios, las instalaciones están normalmente dotadas de fusibles, interruptores magnetotérmicos o diferenciales y tomas de tierra, a fin de proteger a las personas y las cosas.
Los elementos de seguridad más habituales son:
- Fusible:
Dispositivo, constituido por un filamento con bajo punto de fusión. El fusible se intercala en un punto de una instalación eléctrica para que, por efecto Joule, se funda cuando la intensidad de corriente supere un determinado valor, ya sea por un cortocircuito o por un exceso de carga, que pudiera poner en peligro la integridad de la instalación con el subsiguiente peligro de incendio o destrucción de elementos.- Interruptor magnetotérmico (PIA):
Dispositivo empleado para proteger los circuitos eléctricos de sobrecargas y cortocircuitos, en sustitución de los fusibles. Una vez que actúan debido a una sobrecarga o un cortocircuito, se pueden rearmar sin necesidad de sustituirlos como ocurre con los fusibles. Cuando desconectan el circuito.- Interruptor diferencial:
Dispositivo electromecánico que se conecta en las instalaciones eléctricas para proteger a las personas de posibles derivaciones debidas a falta de aislamiento entre los conductores activos y tierra de los aparatos. El diferencial corta el suministro de corriente cuando existe una derivación de corriente a tierra, que de pasar a través de un cuerpo humano podría tener fatales consecuencias.- Toma de tierra:
Se emplea en las instalaciones eléctricas para evitar el paso de corriente al usuario por un fallo del aislamiento de los conductores activos. La puesta a tierra es un camino que ofrece muy poca resistencia a cualquier corriente de fuga para que cierre el circuito "a tierra" en lugar de pasar a través del usuario.
Consiste en una pieza metálica enterrada en una mezcla especial de tierra y conectada a la instalación eléctrica a través de un cable. En todas las instalaciones interiores el cable de tierra se identifica por ser de color verde y amarillo y a él se deben conectar todos los elementos metálicos de los componentes eléctricos.
- Pararrayos:
Un receptor eléctrico es todo dispositivo, aparato o máquina capaz de transformar la energía eléctrica que recibe en cualquier otra clase de energía. Hay distintos tipos de receptores eléctricos:
Receptores térmicos: son dispositivos en los que se transforma la energía en calor (estufas, calentadores, planchas, secadores).
Receptores lumínicos: son aparatos que reciben energía eléctrica y la transforman en luz (lámparas).
Receptores electroquímicos: son los que transforman la energía eléctrica en energía química, dando lugar a reacciones químicas (células electrónicas).
Receptores mecánicos: es una máquina que transforma la energía eléctrica en energía mecánica (motores eléctricos de corriente continua o alterna).
Los receptores consumen la energía eléctrica y los generadores la producen.
3.- COMPONENTES PASIVOS
- Los componentes pasivos son aquellos que no pueden excitar o suministrar energía al circuito, es decir, actúan como receptores y consumidores de energía eléctrica. Los componentes pasivos pueden almacenar o mantener energía en forma de corriente o voltaje, pero no son capaces de controlar esta energía. Son resistencias, condensadores, bobinas o inductancias, transformadores, etc.
- Los componentes activos pueden generar, modificar o amplificar la señal eléctrica.Un ejemplo de componente activo es una batería que proporciona energía eléctrica al circuito. También el diodo y el transistor.
3.1.- RESISTENCIAS
Una resistencia o resistor es un componente eléctrico que se opone al paso de la corriente eléctrica a través de él. Su misión en un circuito es regular la corriente (intensidad) y la tensión (voltaje) para proteger a otros elementos del circuito eléctrico. Se mide en ohmios (Ω).
Una resistencia se compone de un recubrimiento aislante en cuyo interior hay un cilindro de cerámica sobre el que está enrollada una hélice de carbón que constituye el conductor. En los dos extremos hay unos casquillos con los terminales.
El valor de una resistenca (R) depende de:
-La longitud (L) expresada en metros (m)
-La sección (S) expresada en m2 y
-La resistividad del material (ρ) expresada en ohm•metro (Ω•m).
-> Resistividad baja: buen conductor eléctrico
-> Resistividad alta: mal conductor eléctrico
Siendo la formula: R=ρxL/S
Ejemplo resuelto: Calcular la resistencia eléctrica de un cable de cobre de 5 mm de diámetro y 1 km de longitud.
En primer lugar pasamos el diámetro a metros
d= 5 mm x (1 m/ 1000 mm) = 0,005 m
Por tanto, la sección del cable es: S= π x R2 = π x (d/2)2 = 3,14 x (0,005/2)2 = 0.000019625 (m)2
Actividad 5: S= 0,23 mm2 = 0,23 /1000000 = 2,3x10-7 m2
R= 3,5x10-5 x 0,3 / 2,3x10-7 = 45,65 Ω
Siempre tienen el mismo valor y se indica mediante un código de colores. El valor nominal de una resistencia se indica mediante un código de colores que consta de cuatro bandas, 3 bandas de valor y una de tolerancia. El código que se emplea es el siguiente:
El valor de una resistenca (R) depende de:-La longitud (L) expresada en metros (m)
-La sección (S) expresada en m2 y
-La resistividad del material (ρ) expresada en ohm•metro (Ω•m).
-> Resistividad baja: buen conductor eléctrico
-> Resistividad alta: mal conductor eléctrico
Siendo la formula: R=ρxL/S
Ejemplo resuelto: Calcular la resistencia eléctrica de un cable de cobre de 5 mm de diámetro y 1 km de longitud.En primer lugar pasamos el diámetro a metros
d= 5 mm x (1 m/ 1000 mm) = 0,005 m
Por tanto, la sección del cable es: S= π x R2 = π x (d/2)2 = 3,14 x (0,005/2)2 = 0.000019625 (m)2
Ahora pasamos la longitud a metros
L=1 km = 1000 m
Aplicamos la fórmula, sabemos que la resistividad del cobre es 1,7 x 10-8 Ω•m, por tanto:
R = 1,7 x 10-8 x 1000 / 0,000019625 = 1,7 x 10-8 x 1000 / 1962,5 x 10-8
R= 1,7 x 1000 / 1962,5 = 0,866 Ω --> R = 0,866 Ω
L=1 km = 1000 m
Aplicamos la fórmula, sabemos que la resistividad del cobre es 1,7 x 10-8 Ω•m, por tanto:
R = 1,7 x 10-8 x 1000 / 0,000019625 = 1,7 x 10-8 x 1000 / 1962,5 x 10-8
R= 1,7 x 1000 / 1962,5 = 0,866 Ω --> R = 0,866 Ω
Actividad 3: Carbono -> 3,5x10-5 Ω•m
Actividad 4: Sección: 0,5 mm2 -> S= 0,5/106 = 5x10-7 m2
R= 1,7 x 10-8 x 100 / 5x10-7 = 1,7 x 100 / 50 = 3,4 Ω
Actividad 4: Sección: 0,5 mm2 -> S= 0,5/106 = 5x10-7 m2
R= 1,7 x 10-8 x 100 / 5x10-7 = 1,7 x 100 / 50 = 3,4 Ω
Actividad 5: S= 0,23 mm2 = 0,23 /1000000 = 2,3x10-7 m2
R= 3,5x10-5 x 0,3 / 2,3x10-7 = 45,65 Ω
Actividad 6:
d= 0,2 mm x (1 m/ 1000 mm) = 0,0002 m
S= π x R2 = π x (d/2)2 = 3,14 x (0,0002/2)2 = 3,14x10-8 m2
235 = 1,7 x 10-8 x L / 3,14x10-8
L = 235 x 3,14 / 1,7 = 434 m
d= 0,2 mm x (1 m/ 1000 mm) = 0,0002 m
S= π x R2 = π x (d/2)2 = 3,14 x (0,0002/2)2 = 3,14x10-8 m2
235 = 1,7 x 10-8 x L / 3,14x10-8
L = 235 x 3,14 / 1,7 = 434 m
Enlace para descargar programa en Java para calcular la resistencia de un conductor en función de su longitud y su sección:
3.1.1.- RESISTENCIAS DE VALOR FIJO
Puedes descargar un sencillo programa realizado en java para calcular la resistencia en función del código de colores en el siguientes enlace Código de colores:
En este enlace puedes acceder a un ejemplo de examen tipo test del tema:
Realiza el examen en este enlace donde se abrirá una ficha interactiva creada con LiveWorkSheets.com
EJERCICIOS PARA RESOLVER
1.- Calcula la resistencia de un conductor sabiendo que tiene una tensión entre sus extremos de 30 V y que la intensidad de corriente que lo atraviesa es de 5 A. ¿Qué potencia consume este conductor?
2.- Calcula la tensión a la que está sometido un conductor cuyo valor resistivo es de 10 ohmios y que es atravesado por una intensidad de corriente de 1,5 A. ¿Cual es la potencia que disipa?.
3.- Calcula la resistencia equivalente de un circuito con tres resistencias en serie de 11, 13 y 22 ohmios. Si el circuito se alimenta con una pila de 9 V, calcula la intensidad que circula por el circuito. Calcula el voltaje que consume cada resistencia.
4.- Calcula la resistencia equivalente en un circuito con tres resistencias en paralelo de 45, 50 y 55 ohmios. Si el circuito se alimenta con una pila de 9 V, calcula la intensidad que circula por el circuito. Calcula el voltaje que consume cada resistencia.
R1=20 Ω
R2=30 Ω
R3= ?
Re= R1+R2+R3 = 20 +30 + R3
Primero tenemos que calcular Re para obtener luego R3
Puesto que conocemos el voltaje y la intensidad, aplicando la Ley de Ohm podemos calcular la Re del circuito.
Resultado: el valor de R3 debe dar 10 Ω
6.-Calcula la resistencia que falta en un circuito en paralelo de tres resistencias, de las cales conocemos R1=45 ohmios y R2=55 ohmios. Además sabemos que el voltaje es de 9 V y la intensidad es de 0,6 Amperios.
Resultado: el valor de R3 debe ser 38 Ω
CUESTIONARIO SOBRE ELECTRÓNICA ANALÓGICA
- ¿Qué es la electrónica analógica?
- ¿Cuál es la principal diferencia entre la electrónica analógica y la electrónica digital?
- ¿Qué es un circuito eléctrico?
- ¿Qué es un circuito analógico?
- ¿Qué es la señal analógica?
- ¿Qué es la señal digital?
- ¿Qué es un amplificador?
- ¿Cuál es la función de un condensador en un circuito eléctrico?
- ¿Qué es un divisor de tensión?
- ¿Qué es un limitador de corriente?
- ¿Qué es la ganancia de un circuito?
- ¿Qué es la respuesta en frecuencia de un circuito?
- ¿Qué es la distorsión armónica?
- ¿Qué es un diodo Zener?
- ¿Qué es un oscilador?
- ¿Qué función tiene el transformador en la fuente de alimentación?
- ¿Qué es el par Darlington y cual es su función?
- ¿Qué es el diodo?
- ¿Qué es el transistor?
- ¿Cuales son las tres formas de funcionamiento de un transistor?
EXAMEN DEL TEMA 1.- ELECTRÓNICA DIGITAL
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