ELEMENTOS BÁSICOSELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS

CORRIENTE ELECTRICA

•La corriente eléctrica o intensidad de corriente es la cantidad de carga que pasa por un determinado material por unidad de tiempo.

•Dicha corriente se produce por el movimiento de los electrones por un material.

•Por ejemplo, la corriente eléctrica se podría asemejar al flujo de agua que fluye en una tubería por unidad de tiempo.

•El símbolo comúnmente utilizado para representar la corriente en las ecuaciones es la I y su unidad de medida es el Amperio (A).

Circuito eléctrico básico con la corriente representada

DIFERENCIA DE POTENCIAL

•La diferencia de potencial, o más comúnmente denominado tensión eléctrica es el esfuerzo necesario para desplazar una carga positiva de un punto a otro.

•El símbolo comúnmente utilizado para representar la diferencia de potencial o tensión en las ecuaciones es la V y su unidad de medida es el Voltio (V).

Circuito eléctrico básico con la corriente y la tensiónrepresentadas

RESISTENCIA ELÉCTRICA

•La resistencia eléctrica de un objeto es la medida en que dicho objeto deja o no pasar la corriente eléctrica a través de él.

•El símbolo comúnmente utilizado para representar la resistencia eléctrica en las ecuaciones es la R y su unidad de medida es el Ohmio (Ω).

Circuito eléctrico básico con la corriente, tensión yresistencia representadas

LEY DE OHM

•La Ley de Ohm define que la corriente atravesada a través de un conductor entre dos puntos es directamente proporcional a la diferencia de potencial existente entre dichos puntos e inversamente proporcional a la resistencia ofrecida por el conductor entre ellos.

•La ecuación matemática es: I=V/R

TRIÁNGULO NEMOTÉCNICO

El funcionamiento del triángulo nemotécnicodetermina el valor de una magnitud con respecto a las otras sólo con eliminar del triángulo la que queremos calcular

TRIÁNGULO NEMOTÉCNICO

• Un circuito hidráulico es semejante a un circuito eléctrico.

• Para hacer circular agua por un circuito se necesita que el nivel del agua en un depósito sea superior al del otro y que una bomba mantenga el desnivel para que la circulación sea continua.

• En un circuito eléctrico la pila mantiene el “desnivel”. En este caso la diferencia de potencial.

• El ancho de la tubería y los codos y estrechamientos que tenga ofrecen distinta resistencia.

• El caudal (intensidad) que circula dependerá directamente de la altura e inversamente de la resistencia.

• Si aumenta la sección de la tubería, baja la resistencia y pasa más caudal. Por lo tanto, la intensidad es inversamente proporcional a la resistencia.

CORRIENTE CONTINUA

•La corriente continua o también llamada corriente directa (DC) es aquella que fluye en una sola dirección. Esta definición se aplica tanto a los voltajes como a las corrientes eléctricas.

•Por ejemplo, si conectamos un aparato a una batería, la corriente que se producirá entre los terminales de la batería será una corriente continua. Por convenio la corriente continua siempre tendrá su origen en el polo positivo de una batería y su sentido será el polo negativo de la misma.

SÍMBOLO DE UNA BATERIA

La línea más delgada es el polo positivo.

RECUERDA

•Todos los circuitos electrónicos necesitan de una o varias alimentaciones de corriente continua para su funcionamiento. Por ejemplo, la fuente de alimentación de un ordenador convencional suministra diferencias de potencial continuas de +5V, -5V, +12 V y -12 V entre otras.

CORRIENTE ALTERNA• La corriente alterna (AC) es aquella que

cambia de valor a lo largo del tiempo.• A diferencia de las corrientes continuas en las

que solamente necesitábamos definir la magnitud y el signo de dicha fuente, en la corriente alterna hay más parámetros. Los parámetros que necesitamos proporcionar para identificar inequívocamente una corriente o tensión alterna son:▫Amplitud.▫Periodo o frecuencia.

REPRESENTACIÓN DE LA CORRIENTE ALTERNA

PARÁMETROS CORRIENTE ALTERNA• Amplitud: Es el valor máximo que tiene la señal en

un periodo de tiempo. Por ejemplo, la amplitud de la señal sinusoidal representada en la figura anterior es de 1 V.

• Periodo: Es el tiempo que transcurre entre dos puntos idénticos de la señal. Su unidad de medida es el segundo (s). Por ejemplo, el periodo de la señal sinusoidal representada en la figura anterior es de 1 segundo. Se representa con la letra T.

• Frecuencia: La frecuencia es una medida para definir el número de repeticiones de una señal en un segundo. Su unidad de medida es el Hercio (Hz). Por ejemplo, la frecuencia de la señal sinusoidal representada en la figura es de 1 Hz ya que solamente se repite una vez en un segundo.

• La relación entre la frecuencia y el periodo es: f (frecuencia) = 1 / T (periodo)

EL POLÍMETRO•El polímetro es la herramienta básica para

medir todas las magnitudes eléctricas vistas.•Los más básicos son capaces de medir

resistencia, tensión e intensidad de corriente ya sea continua o alterna. Los más sofisticados permiten medir además de todo lo anterior otro tipo de magnitudes como la frecuencia de una señal alterna, capacidad de condensadores y ganancia de transistores entre otras.

TIPOS DE POLÍMETROS

•ANALÓGICOS•DIGITALES

POLÍMETRO ANALÓGICO•Los polímetros analógicos son relativamente

simples, poco costosos y se utilizan con frecuencia en lugar de instrumentos digitales.

•Aunque los polímetros digitales tienen la ventaja de tener una mayor precisión, los polímetros analógicos sufren de menos problemas de ruido.

•Además, los polímetros analógicos son generalmente instrumentos pasivos que no necesitan una fuente de alimentación.

POLÍMETRO ANALÓGICO

Ruido: Es una señal aleatoria no deseada que suma a la señal que queremos medir provocandosu deformación.

POLÍMETRO DIGITAL• Los polímetros digitales han sido diseñados

para satisfacer una necesidad de una mayor precisión de medición y una mayor velocidad de respuesta a los cambios de voltaje que puede lograrse con instrumentos analógicos. Son técnicamente superiores a los polímetros analógicos en casi todos los aspectos.

• Sin embargo, tienen un mayor coste debido al mayor coste de fabricación en comparación con los polímetros analógicos. La medida realizada se muestra con dígitos numéricos en una pantalla de cristal líquido, lo que hace la lectura mucho más sencilla y reduce los errores de medida.

POLÍMETRO DIGITAL

FUENTE DE ALIMENTACIÓN

•Una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la salida de una línea de alimentación de corriente alterna (AC), como la que disponemos en los enchufes de nuestras casas, a una salida constante de corriente continua (DC), como la que utilizan los componentes de un ordenador.

•Existen tres tipos de fuentes de alimentación:

▫Fuentes de alimentación sin regular▫Fuentes de alimentación reguladas

linealmente▫Fuentes de alimentación conmutadas.

FUENTES DE ALIMENTACIÓN SIN REGULAR•Las principales ventajas:

▫Simples, fiables y baratas.▫La tensión de salida no tiene interferencias.

•Las principales desventajas:▫La tensión de salida es menos estable.▫ Transformador más pesado y voluminoso.▫ Se debe seleccionar la tensión de entrada

de la línea (110 V o 220 V).

FUENTES DE ALIMENTACIÓN REGULADAS LINEALMENTE• Las principales ventajas :

▫La tensión de salida es muy estable, incluso cuando varía la tensión de la línea de entrada.

▫Protección contra cortocircuitos.• Las principales desventajas:

▫ Complicadas y menos fiables.▫ Bastante más costosas debido a que

incorporan más circuitería.▫ Producen más calor.▫ Se debe seleccionar la tensión de entrada de

la línea (110 V o 220 V).

FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONMUTADAS• Las principales ventajas :

▫ La tensión de salida es menos estable que las fuentes de alimentación reguladas pero bastante mayor que las fuentes de alimentación sin regular.

▫ No necesitan un transformador de entrada, por lo que se reduce el volumen y el peso del aparato.

▫ No es necesario seleccionar la tensión de la línea ya que pueden funcionar dentro de un rango muy amplio (desde 90 V a 260 V).

• Las principales desventajas :▫ Presencia de interferencias en la tensión de salida.▫ Mucho más complejas que las fuentes de alimentación sin

regular y mucho menos fiables. • Debido al coste de fabricación, volumen y peso de las

fuentes de alimentación conmutadas, son las más comúnmente utilizadas en los ordenadores personales.

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UNA F.A.REGULADA LINEALMENTE

•Cortocircuito: Fenómeno accidental que se produce cuando se une el polo positivo y el negativo de una fuente de energía, provocando la circulación de una gran corriente debido a la falta de resistencia entre dichos terminales.

•Transformador: Este componente eléctrico nos permite aumentar o reducir la tensión en un circuito de corriente alterna, manteniendo la frecuencia original de la señal de entrada.

ELEMENTOS HARDWARE BÁSICOS•BATERÍAS•PULSADORES

BATERIAS•Las baterías están presentes en multitud de

aparatos electrónicos de hoy en día, sobre todo en los aparatos que precisan de movilidad como teléfonos móviles y reproductores de audio entre otros. Las baterías son una fuente de energía que suministran tensión y corriente continua.

•Las baterías se pueden clasificar en dos grandes

•grupos:▫Recargables.▫No recargables.

BATERÍAS

Batería recargable

Batería no recargable

Baterías de diversos tamaños

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES•Capacidad de carga: La unidad de

medida es Amperios- hora (Ah) y mide la cantidad de energía que puede almacenar una batería recargable. Cuando mayor sea dicho valor, más tiempo durará la carga de dicha batería.

•Tensión: Es la diferencia de potencial que suministra dicha batería expresada en voltios (V).

•Las baterías que se encuentran en el mercado tienen una gran variedad de formas y tamaños. Las más comunes son: pilas de botón, A, AA, AAA, AAAA, 2/3 A, 4/3 A, 4/5 A, C, D, DD, 9 V, entre otras.

INTERRUPTORES• El elemento hardware más básico es el

interruptor.• El interruptor tiene dos estados, uno en el que

deja pasar la corriente cuando está cerrado y otro en el que no deja pasar la corriente cuando está abierto.

• Existen interruptores simples que disponen de un solo mecanismo destinado para un único circuito y bloques de interruptores que bajo la misma carcasa podemos encontrar varios interruptores para actuar sobre diversos circuitos

INTERRUPTORES

Bloque de mini interruptores

Símbolo del interruptor

PULSADORES• El pulsador tiene también dos estados como el

interruptor pero su funcionamiento es ligeramente distinto.

• Cuando está en reposo no deja pasar la corriente y cuando se hace presión sobre accionador deja pasar la corriente por el circuito hasta que se deja de hacer presión volviendo a su estado inicial de reposo.

• Este tipo de elemento es muy útil cuando necesitamos generar una señal a un circuito de manera temporal.

PULSADORES

Pulsador

Símbolo pulsador

El botón de encendido y de Reset de un ordenador son pulsadores.

COMPONENTES ELECTRÓNICOS BÁSICOS•RESISTENCIAS•CONDENSADORES•DIODOS•TRANSISTORES

RESISTENCIAS

•Las resistencias, también llamadas resistores es uno de los componentes más habituales en un circuito electrónico debido a sus múltiples funcionalidades.

•La función de una resistencia en un circuito es dificultar el paso de la corriente eléctrica y, como consecuencia, producir una caída de tensión entre sus terminales.

RESISTENCIAS

•Las resistencias de miden en óhmios (Ω) y su símbolo es:

Valor óhmico: Es el valor de la resistencia en ohmios. Cuanto mayor sea el valor óhmico mayor resistencia ofrecerá a la corriente.

RESISTENCIAS SEGÚN SU FUNCIONALIDAD• Resistencias fijas: Se denominan resistencias fijas

porque su valor óhmico no puede modificarse.• Resistencias ajustables: Se denominan

resistencias ajustables porque su valor óhmico puede ser modificado, normalmente en la fase de ajuste del circuito electrónico. Normalmente el ajuste se realiza con un destornillador y rara vez se debe reajustar su valor óhmico.

• Resistencias variables (también denominados potenciómetros): Se denominan resistencias variables o potenciómetros porque su valor óhmico es ajustable por el usuario. Un ejemplo de este tipo de resistencias es el control de volumen de una radio analógica.

RESISTENCIAS

Resistencia fija

Resistencia variable

Resistencia ajustable

RESISTENCIAS

•Hay distintos tipos de resistencias atendiendo al material que se usa para su fabricación, se clasifican en:▫Resistencias de carbón aglomerado.▫Resistencia de película de carbón.▫Resistencias de película metálica.▫Resistencias bobinadas.▫Resistencias de montaje superficial.

RESISTENCIAS DE CARBÓN AGLOMERADO• Están compuestas de grafito mezclado con

resina. Este compuesto es prensado con forma cilíndrica para formar el producto final.

• La principal ventaja de utilizar resistencias de carbón

• aglomerado es:▫Es el tipo de resistencia más económica.

• Las principales desventajas de utilizar resistencias de carbón aglomerado son:▫No tienen gran precisión en el valor óhmico (del

5 % hasta el 20 % de tolerancia).▫Propensas a tener averías debido a la oxidación

del carbón.

RESISTENCIAS DE PELÍCULA DE CARBÓN• Están compuestas de una fina capa de grafito

cristalizado sobre un material aislante cilíndrico.

• Las principales ventajas de utilizar resistencias de película de carbón son:▫Bajo precio.▫Mejor comportamiento con respecto a las

resistencias de carbón aglomerado.• La principal desventaja de utilizar

resistencias de película de carbón es:▫No tienen gran precisión en el valor óhmico

(del 5 % hasta el 20 % de tolerancia).

RESISTENCIAS DE PELÍCULA METÁLICA• Son similares a las anteriores pero su

composición es una aleación metálica de alto valor resistivo (generalmente níquel y cromo u óxido de estaño).

• Las principales ventajas de utilizar resistencias de película metálica son:▫Gran fiabilidad.▫Gran precisión en el valor óhmico (del 0,1

hasta el 2 % de tolerancia).• La principal desventaja de utilizar

resistencias de película metálica es:▫Se calientan en exceso.

RESISTENCIAS BOBINADAS• Para construir las resistencias bobinadas se

utiliza hilo conductor de alta resistividad arrollado sobre un material cilíndrico aislante, normalmente sobre un tubo de cerámica.

• Las principales ventajas de utilizar resistencias bobinadas son:▫Baja alteración de su valor óhmico con cambios

de temperatura bruscos.▫Gran capacidad de disipación de calor.

• La principal desventaja es:▫Voluminosas.

RESISTENCIAS DE MONTAJE SUPERFICIAL• Son las más utilizadas en los circuitos

impresos en los que existe limitación de tamaño como por ejemplo, las placas base de los sistemas microinformáticos.

• La principal ventaja de utilizar resistencias de montaje superficial es:▫Reducido tamaño.▫Económicas en grandes cantidades.

• Las principales desventajas son:▫Poca disipación de calor debido a su reducido

tamaño.▫Requieren de herramientas muy costosas

económicamente para su montaje.

RESISTENCIAS

Resistencia de película de carbón

Resistencia de película metálica

Resistencia de montaje superficial

Resistencia bobinadas

IDENTIFICACIÓN DE RESISTENCIAS• Para determinar el valor óhmico de una resistencia

podemos emplear dos procedimientos: utilizar un polímetro (con el que obtendremos el valor real) o el código de colores impreso en la misma (con el que obtendremos el valor teórico y los valores máximo y mínimo).

• La lectura de dicho código se realiza de izquierda a derecha situando la banda que queda más separada del resto a la derecha.

• Cada banda representa lo siguiente:▫ La primera representa la primera cifra del valor de la

resistencia que estará comprendido entre el 0 (negro) y el 9 (blanco)

▫ La segunda representa la segunda cifra del valor de la resistencia que estará comprendido entre el 0 (negro) y el 9 (blanco)

▫ La tercera representa el valor por el que hay que multiplicar las dos cifras anteriores.

IDENTIFICACIÓN DE RESISTENCIAS

CONDENSADORES•Los condensadores son los elementos

electrónicos que nos permiten almacenar energía La unidad de medida de la capacidad del condensador es el Faradio (F) y su símbolo es:

CONDENSADORES

•Básicamente, el condensador está compuesto por dos superfícies metálicas denominadas armaduras enfrentadas entre sí y separadas por un material dieléctrico.

•Dieléctrico: es un material cuya resistencia es muy elevada.

CONDENSADORES•Dependiendo del material dieléctrico que

se usa para separar las armaduras podemos clasificar a los condensadores en: ▫Condensadores de mica,▫ Condensadores de papel, ▫Condensadores de styroflex, ▫Condensadores de poliéster, ▫Condensadores cerámicos, ▫Condensadores electrolíticos y ▫Condensadores de montaje superficial.

CONDENSADORES DE MICA

•El dieléctrico utilizado la mica (silicato de aluminio). Dicho material es muy estable y tiene una elevada resistividad por lo estos condensadores son idóneos para su utilización en aparatos profesionales debido también a su elevado precio.

CONDENSADORES DE PAPEL

•Los condensadores con el dieléctrico de papel son los más utilizados.

•Las principales características de estos condensadores son su reducido tamaño, su gran capacidad y su tolerancia a grandes tensiones de trabajo.

CONDENSADORES DE STYROFLEX•El dieléctrico de estos condensadores es de

plástico, concretamente poliestireno. •Tienen una gran resistencia de aislamiento

y son resistentes a la humedad.

CONDENSADORES DE POLIESTER•Los condensadores de papel han sido

sustituidos por este otro tipo de dieléctrico, las ventajas sobre aquellos es su mayor resistencia mecánica, y un rango mayor de temperaturas de trabajo. No se suelen utilizar en aplicaciones que requieran frecuencias altas ya que su capacidad disminuye rápidamente cuando la frecuencia aumenta.

CONDENSADORES CERÁMICOS•Son los más pequeños y estables aunque son

de pequeña capacidad. Se suelen utilizar en aparatos en los que la frecuencia de trabajo es alta, como por ejemplo, sintonizadores de radio o televisión. Se pueden encontrar en el mercado con multitud de formas y tamaños dependiendo de su capacidad y tensión de trabajo.

CONDENSADORES ELECTROLÍTICOS•Han sido creados para las aplicaciones en

las que requieren grandes capacidades. Por el contrario no son muy estables con el cambio de temperatura.

CONDENSADORES DE MONTAJE SUPERFICIAL•El dieléctrico de los condensadores de

montaje superficial es cerámico, se caracterizan por su pequeño tamaño y se utilizan en aparatos de gran precisión y en los que el tamaño es muy reducido.

DIODOS•Los diodos están fabricados normalmente

de silicio o germanio y, los podríamos llamar interruptores selectivos debido a que cuando el sentido de la corriente fluye en un sentido determinado, el diodo la deja pasar actuando prácticamente como un cortocircuito (polarización directa), y en el sentido contrario ofrece una gran resistencia haciendo que sea casi imposible que fluya la corriente actuando como un circuito abierto (polarización inversa).

DIODOS

DIODOS

•Los diodos tienen dos terminales como las resistencias y los condensadores y se les denomina ánodo y cátodo. El símbolo del diodo es el siguiente:

DIODOS RECTIFICADORES•Los diodos rectificadores se utilizan para

transformar señales alternas. Tienen multitud de aplicaciones:▫fuentes de alimentación, protección de

entradas de datos, recortadores de señal, etc.•Hay una gran gama de diodos rectificadores

dependiendo de las tensiones de trabajo que deben soportar, cuanto mayor sea la tensión de trabajo, mayor será su tamaño.

DIODOS ESTABILIZADORES•Los diodos estabilizadores o también

llamados zener trabajan de manera muy distinta a los diodos rectificadores.

•Los diodos zéner dejan pasar la corriente en los dos sentidos. Cuando está polarizado directamente trabaja como un diodo rectificador pero cuando está polarizado inversamente tiene la virtud de estabilizar la tensión aunque la corriente que pase por él varíe dentro de unos márgenes.

DIODOS ESTABILIZADORES•Se usan habitualmente para estabilizar la

tensión de salida en fuentes de alimentación reguladas. Su tamaño es más pequeño que el de los diodos rectificadores y trabajan con tensiones más pequeñas.

DIODOS EMISORES DE LUZ (LED)•El color de la luz que emite depende del

material semiconductor del que está construido y los colores más comunes son el rojo y el verde.

DISPLAY DE 7 SEGMENTOS•Cuando unimos varios diodos emisores de luz y

los disponemos de forma que cada diodo es el segmento de un dígito podemos representar números y letras. A este elemento electrónico se le denomina display de 7 segmentos.

DIODOS

TRANSISTORES

•El transistor está presente en todos los aparatos electrónicos de hoy en día y es el componente fundamental de cualquier circuito integrado. Supuso una revolución en los años 50 debido a su reducido tamaño y consumo con respecto a sus predecesoras: las válvulas de vacío.

CIRCUITOS INTEGRADOS