ELECTRÓNICA ANALÓGICA - Tectarquetectarque.16mb.com/apuntes/ud_elec_analog.pdf · electrÓnica analÓgica. 4º eso 1 gustavo zazo. 2013 unidad didÁctica nivel: 4ºeso electrÓnica

ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 4º ESO 1

Gustavo Zazo. 2013

UNIDAD DIDÁCTICA NIVEL: 4ºESO

ELECTRÓNICA ANALÓGICA

1 ¿QUÉ ES LA ELECTRÓNICA? ............................................................................................................... 2

2 CONCEPTOS PREVIOS ........................................................................................................................ 2

2.1 ELECTRICIDAD ..................................................................................................................................... 2

2.2 ELEMENTOS DE CONTROL ................................................................................................................. 2

2.3 SEMICONDUCTORES .......................................................................................................................... 4

3 COMPONENTES ELECTRÓNICOS ....................................................................................................... 5

3.1 CIRCUITO IMPRESO ............................................................................................................................ 5

3.2 RESISTENCIAS ..................................................................................................................................... 5

3.3 CONDENSADORES .............................................................................................................................. 8

3.4 RESISTENCIAS VARIABLES SEGÚN UNA MAGNITUD FÍSICA ..........................................................10

3.5 DIODOS ...............................................................................................................................................11

3.6 TRANSISTORES ..................................................................................................................................13

3.7 CIRCUITOS INTEGRADOS ..................................................................................................................16

4 SISTEMAS ELECTRÓNICOS............................................................................................................... 19

4.1 ETAPA DE ENTRADA ...........................................................................................................................19

4.2 ETAPA DE PROCESO ..........................................................................................................................20

4.3 ETAPA DE SALIDA ...............................................................................................................................20

4.4 SISTEMAS CON REALIMENTACIÓN ...................................................................................................20

5 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................................................... 22


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1 ¿QUÉ ES LA ELECTRÓNICA?

La electrónica es la parte de la electricidad que se ocupa del diseño y la construcción de sistemas de con-trol. En nuestros días, la electrónica está presente en prácticamente todos los ámbitos de la vida. Puede decirse que vivimos rodeados de electrónica: teléfonos, lavadoras, ordenadores, televisiones, sistemas antiincen-dio, termómetros y un sinfín de aparatos y sistemas incorporan la electrónica para su correcto funciona-miento. Actualmente los sistemas electrónicos se basan en el empleo masivo de semiconductores, que son un tipo de materiales con unas características peculiares y que se estudiarán a lo largo del tema. Es precisamente el uso de los semiconductores para la fabricación de algunos elementos lo que diferencia la electrónica de la electricidad. En esta unidad didáctica solo se tratarán las aplicaciones de la electrónica en corriente continua

2 CONCEPTOS PREVIOS

2.1 ELECTRICIDAD

Antes de adentrarse en el mundo de la electrónica es necesario tener presentes los siguientes conceptos eléctricos:

Magnitudes eléctricas fundamentales: Tensión o voltaje (V), Intensidad de corriente (I), Resistencia eléc-trica (R) y potencia eléctrica (P)

Ley de Ohm. Montaje de circuitos: serie, paralelo y mixto.

Simbología eléctrica básica.

2.2 ELEMENTOS DE CONTROL

ELEMENTO SÍMBOLO IMAGEN FUNCIONAMIENTO

Interruptor UPUD (Unipolar de una dirección)

www.incopia2.com

Cambian de estado (abierto o cerrado) cuando son accionados y permanecen en ese estado hasta que vuelven a ser accio-nados.

Conmutador sencillo UPDD (Unipolar de dos direcciones)

www.bricogeek.com

Distribuyen la corriente eléctrica alternativa-mente en dos ramas de un circuito.


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Conmutador doble DPDD (Dipolar de dos direcciones)

www.shoptronica.com

Son dos conmutadores sencillos que se mueven a la vez.

Pulsador Normalmente abierto (N/A)

www.brunk.es

Permite el paso de corriente mientras se acciona.

Pulsador Normalmente cerrado (N/C)

Impide el paso de corriente mientras se acciona.

Final de carrera

tecnosi.wikispaces.com

Es una combinación de pulsador y conmu-tador. Se utiliza como indicador de posición de un elemento móvil. Se suele conectar como un pulsador N/A.

2.2.1 RELÉS

Los relés son elementos de control que se usan como interruptores o conmutadores. Su accionamiento es electromagnético en vez de manual.

PARTES DE UN RELÉ:

1. Electroimán. Se acciona mediante corriente continua. Cuando se hace pasar corriente a través de su bobina-do, se convierte en un imán y atrae un extremo de la armadura.

2. Armadura. Es una palanca que, al ser atraída por el electroimán, bascula y empuja los contactos para que cambien de posición.

3. Contactos. Abren o cierran las ramas del circuito al que estén conectados

wikipedia.org

Los relés tienen dos circuitos independientes:

El circuito de control: es el constituido por el electroimán, su alimentación (de corriente continua) y los correspondientes elementos de accionamiento (interruptores, transistores,…).

El circuito de potencia: es el formado por los contactos y los elementos a los que van conectados (lámparas, motores, etc.). Puede ser alimentado por corriente continua o alterna.

www.zigbe.net Símbolo de relé

interruptor Símbolo de relé

conmutador Símbolo de relé conmutador doble

APLICACIONES

Control de elementos de gran potencia (un motor, por ejemplo) con una señal de baja potencia.

Accionamiento con una señal eléctrica de otros elementos que usualmente se accionarían mediante elementos de control mecánicos (interruptores o pulsadores).

A lo largo de los apartados posteriores se verán aplicaciones concretas de los relés.


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2.3 SEMICONDUCTORES

¿QUÉ SON? Los semiconductores son materiales que en condiciones ―normales‖ se comportan como aislantes, pero cuando cambian esas condiciones se convierten en conductores. El cambio de condiciones viene dado por un suministro de energía en alguna de estas formas:

Intensidad de luz. Corriente eléctrica.

Calor. Presión. Hay diferentes elementos y compuestos químicos semiconductores pero el más empleado es el silicio (Si). DOPADO Para mejorar la conductividad eléctrica de los semiconductores se los somete a un proceso que se deno-mina dopado. El dopado consiste en la adición de pequeñas cantidades de elementos con valencia (o número de oxida-ción) una unidad mayor o menor que la del elemento dopado, por lo general el Si, de valencia 4. De esta manera se distinguen dos tipos de dopado:

Dopado tipo N Dopado tipo P

Se añaden átomos con valencia 5, con lo que se consigue que algunos electrones ―sobren‖ y el ma-terial adquiera una ligera carga negativa. Los ele-mentos mas usados para conseguir un dopado de tipo N son As, P o Sb.

Se añaden átomos con valencia 3, con lo que se consigue que algunos electrones ―falten‖ y el mate-rial adquiera una ligera carga positiva. Los elemen-tos mas usados para conseguir un dopado de tipo P son Al, Ga o In.

Fuente de las imágenes: Wikimedia Commons

APLICACIONES Los semiconductores se utilizan en la fabricación de diodos, transistores, LDR y termistores, como se verá en apartados posteriores.

electrón que ―sobra‖

electrón que ―falta‖


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3 COMPONENTES ELECTRÓNICOS

La industria fabrica muchos tipos diferentes de compo-nentes que se usan en los circuitos electrónicos. En este tema solo veremos algunos de ellos. Todos los componentes electrónicos se fabrican en-capsulados en un material aislante y tienen al menos dos contactos en forma de alambre mediante los que se conectan al circuito.

Componentes electrónicos. Fuente: Wikimedia Commons

3.1 CIRCUITO IMPRESO

Los componentes electrónicos que integran un circuito suelen montarse en circui-tos impresos. Un circuito impreso o PCB (Printed Circuit Board) clásico es una placa de mate-rial aislante. Sobre una de sus caras se montan los componentes electrónicos pasando sus contactos a través de taladros. Sobre la otra cara se encuentran los caminos o pistas de material conductor laminadas (o impresas). Los contactos de los componentes se conectan a las pistas mediante soldaduras. Las pistas son generalmente de cobre mientras que la base se fabrica con materiales plásticos. En la actualidad la miniaturización de componentes ha obligado a usar técnicas mas sofisticadas que las aquí expuestas para la fabricación de circuitos impresos.

Fuente: Wikimedia Commons

Fuente: ayudaelectronica.com

3.2 RESISTENCIAS

Son componentes que presentan oposición al paso de la corriente eléctrica y transforman la energía eléctrica en energía térmica. Por tanto se ―quedan‖ con parte de la energía eléctrica que los recorre.

3.2.1 RESISTENCIAS FIJAS

Son aquellas cuyo valor (en ohmios, Ω) no es modificable. Las mas corrientes se fabrican con una película de carbón que va encapsulada en un material aislante con forma de pequeño cilindro. Poseen dos terminales de cobre con baño de estaño. Las resistencias solo se fabrican con unos determinados valores, que están de-terminados por estándares internacionales. Los valores mas usuales son: 1 – 1,2 – 1,5 – 1,8 – 2,2 – 2,7 – 3,3 – 3,9 – 4,7 – 5,1 – 5,6 – 6,8 - 8,2 y sus múltiplos. Por ejemplo, partiendo de 2,2, existen resistencias de: 2,2 Ω - 22 Ω - 220 Ω - 2k2 - 22 k - 220 k - 2M2. Asimismo, se fabrican con diferentes valores de potencia que puedan disipar; por lo general ¼, ½ y 1 W (a mayor potencia disipable, mayor tamaño de la resisten-cia).

www.circuitstoday.com

Símbolos de resistencias


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Para facilitar la identificación de su valor óhmico, las resistencias incorporan unas bandas de colores en su superficie. El código es el que se indica en la tabla siguiente:

CÓDIGO DE COLORES PARA VALORES DE RESISTENCIAS FIJAS

1ª banda 1ª cifra

2ª banda 2ª cifra

3ª banda nº de ceros

4ª banda tolerancia

negro ne 0 0 -

marrón ma 1 1 0 ± 1 %

rojo ro 2 2 00 ± 2 %

naranja na 3 3 000

amarillo am 4 4 0.000

verde ve 5 5 00.000

azul az 6 6 000.000

violeta vi 7 7

gris gr 8 8

blanco bl 9 9

oro or ± 5 %

plata pl ± 10 %

sin color --- --- ± 20 %

3.2.2 RESISTENCIAS VARIABLES (POTENCIÓMETROS)

Su valor puede ser ajustado, entre 0 y un valor máximo, mediante un vástago (giratorio o deslizante) o me-diante una ranura en la que se inserta la boca de un destornillador.

Distintos tipos de potenciómetros Símbolos de potenciómetros

ESQUEMA DE UNA RESISTENCIA VARIABLE

Los potenciómetros tienen tres contactos (ver esquema). Dos de ellos (B y C) se corresponden con los extremos del elemento resistivo y el tercero está conectado al contacto móvil.

RAB es el valor de la resistencia que ofrece el elemento entre el extremo B y el contacto A.

RAC es el valor de la resistencia que ofrece el elemento entre el extremo C y el contacto A.

RAB + RAC = RBC

A B C

RAB

RAC

Elemento resistivo

Contacto móvil giratorio

5 6 00 ± 10% = 5.600 Ω = 5k6 ± 10 %

ve az ro pl


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3.2.3 UTILIZACIÓN DE LAS RESISTENCIAS EN CIRCUITOS ELECTRÓNICOS

Tanto las resistencias fijas como los potenciómetros tienen dos utilizaciones en montajes electrónicos: DIVISOR DE TENSIÓN (MONTAJE EN SERIE) Se montan en serie con un elemento para reducir la tensión que cae en éste. Obviamente, a la vez tam-bién se reduce la intensidad que pasa por el elemento.

𝑉𝑇 = 𝑉𝑅 + 𝑉𝐵

𝑉𝑅 = 𝑉𝑇 ∙𝑅𝑅𝑅𝑇

= 6 𝑉 ∙100 Ω

100 Ω + 200 Ω= 2 𝑉

𝑉𝐵 = 𝑉𝑇 ∙𝑅𝐵𝑅𝑇

= 6 𝑉 ∙200 Ω

100 Ω + 200 Ω= 4 𝑉

Se montan dos o mas en serie para obtener diferentes tensiones a partir de una única fuente de alimen-tación.

𝑉𝑇 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3

𝑉1 = 𝑉𝑇 ∙𝑅1

𝑅𝑇

= 12 𝑉 ∙1 𝑘

1 𝑘 + 2 𝑘 + 3𝑘= 2 𝑉

𝑉2 = 𝑉𝑇 ∙𝑅2

𝑅𝑇

= 12 𝑉 ∙2 𝑘

1 𝑘 + 2 𝑘 + 3𝑘= 4 𝑉

𝑉3 = 𝑉𝑇 ∙𝑅3

𝑅𝑇

= 12 𝑉 ∙3 𝑘

1 𝑘 + 2 𝑘 + 3𝑘= 6 𝑉

DIVISOR DE INTENSIDAD (MONTAJE EN PARALELO) Se montan en paralelo con un elemento para reducir la intensidad que pasa por él.

RT =R ∙ RM

R + RM

=120 · 60

120 + 60= 40 Ω

IT = IR + IM

IT =VT

RT

=5 V

40 Ω= 0,125 A = 125 mA

IR = IT ∙RT

R= 0,125 ∙

40

120= 0,042 A

IM = IM ∙RT

RM

= 0,125 ∙40

60= 0,083 A


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MONTAJE DE POTENCIÓMETROS Los potenciómetros pueden usarse de dos maneras diferentes

COMO UNA RESISTENCIA FIJA COMO REPARTIDOR DE TENSIÓN EN DOS

RAMAS DE UN CIRCUITO Se conectan uno de los extremos del potencióme-tro (B o C) y el contacto móvil (A). En el ejemplo adjunto el potenciómetro sirve de regulador de la luminosi-dad de la bombilla: cuanto mayor sea la resistencia del potenciómetro, menor será la tensión que cae en la bombilla, y por tanto lucirá menos.

Se conectan los tres contac-tos según se indica en el esquema adjunto. Dependiendo de cómo se regule el contacto móvil (A), así se repartirá la tensión total entre los dos recepto-res B1 y B2.

3.3 CONDENSADORES

QUÉ ES UN CONDENSADOR Un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de un campo eléctrico. Está formado por un par de elementos conductores o armaduras, generalmente en forma de láminas o placas, separadas por un material aislante o por el vacío. A cada placa se le suelda un terminal y el conjun-to se encapsula.

No polarizado Polarizado

Esquema de un condensador Condensadores no

polarizados Condensadores polarizados Símbolos de condensadores

Existen dos tipos de condensadores:

Polarizados (o electrolíticos): cuando se conectan hay que respetar la polaridad que viene indicada en el elemento. En caso contrario, el condensador se daña.

No polarizados (no electrolíticos): no es necesario respetar ninguna polaridad. CAPACIDAD DE UN CONDENSADOR (C) Es la cantidad de carga eléctrica que puede almacenar un condensador por voltio aplicado. Se mide en faradios (F).

𝑪 =𝑸

𝑽 1 F =

1 C

1 V

El faradio es una unidad muy grande, por lo que se suelen usar sus submúltiplos:

milifaradio (mF) = 10-3 F

microfaradio (µF) = 10-6 F nanofaradio (nF) = 10-9 F picofaradio (pF) = 10-12 F


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CÓMO FUNCIONA Cuando se conectan las placas de un condensador a una fuente de alimentación, una de ellas queda car-gada positivamente y la otra negativamente, por lo que entre ellas aparece una tensión. Posteriormente esta carga puede devolverse al circuito en forma de corriente eléctrica. CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR

Cuando se conecta un condensador a una fuente de alimentación a través de una resistencia, el tiempo que tarda en cargarse totalmente es, en segundos:

𝐭 = 𝟓 ∙ 𝐑 · 𝐂

Al cargarse totalmente un condensador, entre sus armaduras aparece una tensión igual a la de alimen-tación y, además, se comporta como un interruptor abierto.

El conjunto de una resistencia y un condensador en serie suele denominarse célula RC. En los siguientes esquemas se ilustra la carga y descarga de un condensador.

En la posición A el condensador se carga a través de la resistencia hasta que alcanza su máxima capacidad en un tiempo t, que depende del valor de la resistencia y de la capacidad del condensador.

En la posición B el condensador se descarga totalmente a través de la bombilla en un tiempo t, que depende de la capacidad del condensa-dor y de la resistencia de la bombilla.

APLICACIONES

Circuitos temporizadores. Suavizado del rizado en fuentes de alimentación. Sintonizadores de radio.

Almacenamiento de energía eléctrica (en flashes de fotografía).


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3.4 RESISTENCIAS VARIABLES SEGÚN UNA MAGNITUD FÍSICA

Son componentes cuya resistencia varía proporcionalmente a una magnitud física.

Están fabricadas con materiales semiconductores. Se usan como sensores.

3.4.1 LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR)

Son elementos fabricados con materiales semiconductores, generalmente sulfuro de cadmio (CdS). Cuanto mayor es la intensidad de la luz que incide sobre ellas, menor es su resistencia. Su resistencia suele ser de alrededor de 1 MΩ en total oscu-ridad y de unos 100 Ω con luz brillante.

www.tiendaelectronica.com.ve

Símbolo de una LDR

Suelen montarse formando un divisor de tensión con una resistencia fija, de tal manera que cuanto mayor es la iluminación, menor es el valor de la resistencia de la LDR, por lo que es menor la ten-sión que cae en ella y mayor es la tensión que cae en la resistencia fija. Su respuesta a la variación de la iluminación es lenta en comparación con otros sensores lumíni-cos. Se utilizan en fotómetros de cámaras, medidores de luz, alarmas de seguridad o sistemas de en-cendido y apagado del alumbrado de calles.

Relación iluminación – resistencia en una LDR

3.4.2 TERMISTORES

Son elementos sensibles a la temperatura fabricados con materiales semiconductores, generalmente óxi-dos metálicos. Existen dos tipos:

NTC (Negative temperature coefficient) PTC (Positive temperature coefficient)

Al aumentar la temperatura, disminuye su re-sistencia.

Al aumentar la temperatura, aumenta su resisten-cia. Se usan menos que las NTC.

Símbolo

NTC

markdia-gram.blogspot.com

Símbolo PTC

www.cetronic.es

APLICACIONES: Termómetros, termostatos,…


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3.5 DIODOS

QUÉ ES UN DIODO Es un componente construido con dos pastillas (o regiones) de material semiconductor, una tipo P y otra tipo N, que se ponen en contacto la una con la otra. A cada pastilla se le conecta un terminal y el conjunto se encapsula. Al terminal que se corresponde con el semiconductor tipo P se le denomina ánodo y al otro, cátodo. Este último se identifica con una banda gris.

Estructura física, aspecto real y símbolo de un diodo

CÓMO FUNCIONA Un diodo sólo deja pasar corriente en un sentido: en el sentido ánodo – cátodo según el sentido con-vencional de la corriente, siempre que la tensión aplicada sea al menos de 0,7 V (en diodos de Si). En los esquemas adjuntos se observa que en el montaje de la izquierda la bombilla luce porque el diodo deja pasar la corriente (polarización directa). Lo contrario ocurre en el montaje de la derecha (polarización inversa).

APLICACIONES

En circuitos rectificadores (que transforman corriente alterna en corriente continua).

RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA El diodo solo deja pasar el semiciclo positivo, de tal mane-ra que la tensión que se obtiene en la resistencia de carga es como se muestra en la gráfica.

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON UN PUENTE DE DIODOS El montaje de los cuatro diodos se conoce como puente de diodos. Los semiciclos positivos toman el camino que se indica con las flechas rojas (de línea continua); los se-miciclos negativos toman el camino que se indica con las flechas azules (de línea de trazos). Con este montaje la corriente siempre atraviesa la resistencia de carga en el mismo sentido.

RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA CON FILTRO DE RIZADO POR CONDENSADOR En los semiciclos positivos el diodo deja pasar la corriente mientras se carga el condensador. En los semiciclos nega-tivos, el diodo no deja pasar la corriente procedente de la fuente y el condensador se descarga a través de la resis-tencia.

Como protector de sobretensiones en elementos delicados (como los transistores).


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3.5.1 LED

QUÉ ES UN LED Un LED (Light Emitting Diode) es un tipo especial de diodo que emi-te luz.

CÓMO FUNCIONA Cuando un LED se polariza directamente, emite luz debido a un efecto llamado electroluminis-cencia. Los LEDs convencionales suelen funcionar a una tensión de 2 V y una intensidad de 20 mA. La ―pata‖ mas larga de un LED es el ánodo.

Símbolo de LED wikimedia commons

APLICACIONES

Como luz piloto en electrodomésticos: televisores, monitores, cade-nas de música, etc.

Formando parte de los displays (visualizadores) de siete segmentos.

www.solostocks.com

NOTAS


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3.6 TRANSISTORES

QUÉ ES UN TRANSISTOR Es un componente construido con tres regiones de material semiconductor, dos tipo P y una tipo N o dos tipo N y una tipo P, que se distribuyen alternativamente. A cada región se le conecta un terminal y el con-junto se encapsula. Suelen fabricarse con silicio, germanio o arseniuro de galio. Existen diferentes tipos de transistores; en este apartado se indicarán las características y aplicaciones de los transistores de unión bipolar (o BJT, Bipolar Junction Transistor) y no los transistores de efecto de campo (o FET, Field-Effect Transistor), de funcionamiento diferente. Cada terminal tiene un nombre:

Base es el terminal central.

Colector y emisor son los terminales de los extremos. En cada tipo de transistor el sentido de la corriente es el que indica la flecha de su símbolo.

Esquema y símbolo de un transistor NPN

Esquema y símbolo de un transistor PNP

Wikimedia commons

Los transistores mas usados actualmente son los de tipo NPN, puesto que son mas efectivos en la mayoría de aplicaciones. CÓMO FUNCIONA

Un transistor es un elemento que controla la corriente que pasa a través del colector mediante la corriente que se suministra a la base.

La intensidad de corriente de la base y la del colector están relacionadas mediante un parámetro que se llama ganancia y que depende del tipo de transistor. El símbolo de la ganancia es β o hfe.

Ganancia 𝛃 =𝐈𝐜𝐈𝐛

Los valores de ganancia oscilan usualmente entre 20 y 400, aunque los valores normales están alrededor de 100.

Estados de funcionamiento de un transistor:

CORTE Ib = 0 Ic = β · 0 = 0

Si la corriente de la base es nula, el transistor no conduce a través del circuito colector - emisor.

Se comporta como un interruptor abierto.

ACTIVA 0 < Ib < Ib máx Ic = β · Ib

El transistor conduce parcialmente a través del circuito colector - emisor.

Se comporta como un amplificador de señal de intensidad.

SATURACIÓN Ib = Ib máx Ic = Ic máx

El transistor conduce totalmente a través del circuito colector - emisor.

Se comporta como un interruptor cerrado.


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Además hay que tener en cuenta que:

Si la tensión entre la base y el emisor (Vbe) es menor de 0,6 o 0,7 V (según el modelo de transistor), el transistor no pasa a activa o saturación, permaneciendo, por tanto, en corte independientemente de la intensidad que le llegue por la base.

La intensidad que sale del emisor es prácticamente igual que la que entra por el colector, ya que Ib <<< Ic (unas 100 veces menor).

Los transistores admiten un valor máximo de intensidad en el colector; si se sobrepasa este valor, el transistor se daña. Para evitar sobrepasar este valor es necesario situar una resistencia en serie con la base.

Según lo antes expuesto, un transistor se puede utilizar:

Como un interruptor, si se aprovechan los estados de corte y saturación.

Como un amplificador de señal, si se aprovecha el estado de activa. APLICACIONES

Como interruptor

ALARMA Si el pulsador N/C no se acciona, la corriente procedente de la rama de la resistencia pasa a través del pulsador (que no ofrece resistencia) y no a través de la base (que sí ofrece re-sistencia). El transistor, por tanto, está en corte y la bombilla no luce. Si el pulsador N/C se acciona, el circuito se abre por esa rama y la corriente pasa a través de la base. El transistor pasa a saturación y la bombilla luce.

Como amplificador

SENSOR DE AGUA SALADA A través del agua que hay entre las sondas (S1 y S2) circula una pequeña corriente, que sería insuficiente por sí misma para encen-der la bombilla. Sin embargo, si esa pequeña corriente se le suministra a la base de un transistor, este amplifica la señal y permite que a través del colector circule una corriente mucho mayor que la de la base, por lo que la bombilla lucirá. Este montaje solo funciona con agua salada, que tiene una con-ductividad mayor que el agua dulce.

0 V

2k2

+ 6 V

BD135 S1 S2


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SENSOR DE AGUA DULCE Si se quiere que el sistema funcione con agua dulce es necesario sustituir el transistor por un conjunto de dos transistores llamado PAR DE DARLINGTON, montados como muestra la figura. Como se observa, el emisor de T1 se conecta a la base de T2, y los colectores de ambos transistores se conectan a un punto común. Suponiendo una ganancia (β) de 100 y una Ib en T1 de 1 µA:

En T1 Ie = Ic + Ib = (Ib · β) + Ib = (1 · 100) + 1 = 101 µA En T2 Ie = Ic + Ib = (Ib · β) + Ib = (101 · 100) + 101 = 10201 µA = 10,2 mA Por tanto, el par de Darlington amplificaría 10201 veces la intensidad que entrara por la base de T1.

Usos comunes Los transistores están presentes en todos los aparatos electrónicos actuales. Entre ellos:

Radios.

Televisores. Reproductores de audio y video. Relojes de cuarzo.

Ordenadores. Teléfonos móviles.

NOTAS

0 V

2k2

+ 6 V

PAR DE DARLINGTON

T1

T2


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3.7 CIRCUITOS INTEGRADOS

Gracias a la miniaturización de los componentes electrónicos es posible fa-bricar circuitos complejos, compuestos por muchos elementos, que ocupan muy poco espacio. Los circuitos así construidos se llaman circuitos integrados (CI), chips o mi-crochips y se encapsulan en forma de cajas negras con un número variable de conectores. Wikimedia commons

Existen numerosos tipos de CI. A continuación se detallan algunos de ellos.

3.7.1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL (OpAmp)

QUÉ ES UN AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Es un CI que consta de : Dos entradas

V1 (+) Entrada de no inversión

V2 (—) Entrada de inversión

Una salida Vs

Contactos para la alimentación +Vcc y - Vcc

www.electronicamagnabit.com

Esquema del circuito de un amplificador operacional amplificadoroperacional.blogspot.com

Símbolo de un amplificador operacional

CÓMO FUNCIONA

Un amplificador operacional es un amplificador de ten-sión. La salida Vs suministra la diferencia entre la entrada de no inversión V1(+) y la entrada de inversión V2(—) multiplicada por la ganancia G, que puede llegar hasta 100.000.

Vs = G · (V1 — V2)

El valor de Vs puede ser, como máximo, el valor de Vcc

Existen diferentes modelos de amplificadores operacionales. Uno de los mas usados es el 741. Aunque los amplificadores operacionales pueden tener alimentación simple, es corriente alimentarlos con tensión simétrica. Con alimentación simple, en la salida se obtienen tensiones siempre positivas, mientras que con alimentación simétrica, en la salida se obtienen tensiones positivas o negativas.

Alimentación simple Alimentación simétrica

APLICACIONES

Comparador. Conversor analógico – digital.

Filtro.


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3.7.2 TEMPORIZADOR 555

QUÉ ES Es un CI que consta de ocho patillas de conexión

Símbolo de un 555 wikimedia commons

CÓMO FUNCIONA Dependiendo de cómo se conecte, el 555 tiene dos modos de funcionamiento: CIRCUITO ASTABLE (INTERMITENCIA) Con las conexiones que se muestran en el esquema, el 555 proporciona en la salida una señal de onda cuadrada con un nivel alto durante un tiempo t1 y un nivel bajo durante un tiempo t2. La duración de estos tiempos depende de los valores de R1, R2 y C. t1 = ln 2·(R1+R2)·C t1 ≈ 0,7·(R1+R2)·C t2 = ln 2·R2·C ≈ 0,7·R2·C t2 ≈ 0,7·R2·C Los elementos que se conecten a la salida (en este caso un LED) funcionarán de forma intermitente.

CIRCUITO MONOESTABLE (TEMPORIZADOR) En este caso el circuito entrega a su salida un solo pulso de un ancho establecido por el diseñador. La señal de disparo se lleva a cabo mediante el accionamiento del pulsador N/A y debe ser de nivel bajo y de muy corta duración. Los elementos que se conecten a la salida (en este caso un LED) se activarán una sola vez durante un tiempo t determinado que depen-de de los valores de R y C. t = ln 3 ·R·C t ≈ 1,1·R·C

APLICACIONES

Temporizador, desde microsegundos hasta horas. Generador de pulsos (oscilador).


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3.7.3 REGULADOR DE TENSIÓN

QUÉ ES

Es un CI que tiene tres patillas de conexión.

www.shoptronica.com Símbolo de un regulador de tensión

CÓMO FUNCIONA. APLICACIONES Se usa en fuentes de alimentación para obtener una señal continua de voltaje sin rizado. Existen dos tipos:

Fijos (7805, 7806, 7809,…), que proporcionan una tensión determinada (5, 6, 9 V, …)

Variables (LM317), que permiten ajustar la tensión de salida mediante una resistencia variable.

3.7.4 PUERTAS LÓGICAS

Son CI que proporcionan una salida digital binaria. Se estudian en un tema aparte.

NOTAS


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4 SISTEMAS ELECTRÓNICOS

Los componentes de los sistemas electrónicos forman grupos que desempeñan diferentes funciones. A cada grupo se le denomina etapa. Para explicar cada etapa se pondrá como ejemplo el siguiente montaje, que es un sistema de encendido automático de luces según la iluminación ambiente.

4.1 ETAPA DE ENTRADA

Es sensible al ambiente (luz, temperatura, presión, humedad, etc.) y entrega al sistema una señal variable (por lo general, una tensión V).

Consta, básicamente, de un TRANSDUCTOR, que es un divisor de tensión formado por un sensor y otros elementos. Un sensor es un componente que modifica sus características (p. ej. su resistencia) en función del ambiente que lo rodea. Ejemplos de sensores

Resistencia variable LDR Termistor

Pulsador Detector de humo En el ejemplo, el transductor (y por tanto, la etapa de entrada) entrega la señal Vs.

TRANSDUCTOR


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4.2 ETAPA DE PROCESO

Utiliza la señal de entrada para actuar sobre la salida. La señal eléctrica que suministra la etapa de proceso puede ser continua (analógica) o discreta (digital). Esta señal es la que activa la salida. En el ejemplo, el CI 741 compara la señal de entrada con la señal de referencia que se regula mediante el potenciómetro RV y puede dar como salida:

0 V si la señal de entrada es mayor que la de referencia. 12 V si la señal de entrada es menor que la de referencia.

4.2.1 ETAPA DE POTENCIA

Se incluye en la etapa de proceso cuando la intensidad que suministra es insuficiente para activar la salida. En el ejemplo, la etapa de potencia está formada por R2 y el transistor BC548.

4.3 ETAPA DE SALIDA

Son los elementos sobre los que actúa la señal procedente de la etapa de proceso: motor, bombilla, LED, etc. En el ejemplo, la señal procedente de la etapa de proceso es la tensión de salida del 741 (+12 V o 0V) cuya intensidad es amplificada por el transistor. Esta señal es recibida por la bobina del relé y, en su caso, abre o cierra el circuito de la bombilla. En resumen:

4.4 SISTEMAS CON REALIMENTACIÓN

Son aquellos en los que se evalúa continuamente el valor de la variable controlada. El diagrama que co-rresponde a este tipo de sistemas es:

CONTROLADOR

ACTUADOR

SENSOR

ENTRADA T deseada

SALIDA T actual

COMPARADOR

ETAPA DE PROCESO

ETAPA DE SALIDA

Señal Señal AMBIENTE ETAPA DE ENTRADA


Gustavo Zazo. 2013

Un ejemplo de estos sistemas es el circuito que se muestra a continuación, mediante el que se controla la temperatura de un recinto actuando sobre una resistencia eléctrica.

Reordenando el circuito


Gustavo Zazo. 2013

5 EJERCICIOS PROPUESTOS

1. Dado el divisor de tensión representado en el esquema, calcular las tensiones Vs que caen en R y la intensidad que recorre el circuito para cada valor del potenciómetro RV que aparece en la tabla.

RV (kΩ) Vs (V) I (µA)

0

5

10

15

20

2. Calcular el tiempo que tarda en cargarse cada una de las células RC que aparecen en la ta-bla:

CÉLULA R C Tiempo de carga

1 180 Ω 4700 µF

2 2K2 220 nF

3 10 K 330 nF

4 1 M 6,8 µF

Elemento o gru-po de elementos

Nombre Utilidad en el circuito

1

2

3 - 4

5

6

7

8 - 9

“Electrónica analógica” 4º ESO por Gustavo Zazo se encuentra bajo una Licencia

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3. Dado el circuito repre-sentado en el esquema:

Rellenar la tabla con el nombre de cada com-ponente y su utilidad en el circuito.

Suponiendo un NTC con una respuesta como la representada en la gráfi-ca, calcular a qué tem-peratura (en ºC) se pondrá en marcha el mo-tor si el potenciómetro se regula a:

a) 2 K b) 4 K

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/deed.es_CO



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