Circuitos electrónicos

En la primera evaluación hemos estudiado los
circuitos eléctricos, su principal misión es
convertir la energía eléctrica en otra
energía más útil, luz en una bombilla,
movimiento en el motor, etc.

¿A qué aparatos llamamos
eléctricos? ¿Qué diferencia hay con los
llamados aparatos electrónicos?

En general los aparatos llamados electrónicos
utilizan la energía eléctrica para "procesar
información", el ejemplo más claro es un ordenador
pero cualquier otro aparato electrónico recibe, transforma
o emite información. Teléfonos, equipos de sonido,
de vídeo, televisión, radio. Son aparatos que
procesan diferentes formas de información, la imagen, el
sonido, el nivel de iluminación, de temperatura,
etc.

Todos estos aparatos contienen en su interior "circuitos
electrónicos", estos circuitos se construyen mediante
"componentes electrónicos" algunos de los cuales (los
más sencillos) los vamos a estudiar en este
tema.

Componentes
electrónicos

COMPONENTES PASIVOS

RESISTENCIAS

Son componentes electrónicos cuya misión
es la de oponerse al paso de la corriente eléctrica
(circulación de electrones), actúan como un freno
para los electrones. Recuerda la Ley de Ohm

Recuerda el símbolo de la resistencia:

Existen gran cantidad de elementos que son resistencias,
la resistencia de un horno eléctrico, de un radiador, de
un secador de pelo. En los circuitos electrónicos, la
función de la resistencia no es la de generar calor, se
emplean resistencias de tres clases:

• Resistencias fijas (su valor es fijo).

• Potenciómetros o resistencias variables
  (podemos modificar el valor manualmente).

• Resistencias dependientes de otra magnitud (su valor
  cambia al variar la luz, o la temperatura u otras
  magnitudes).

Resistencias fijas

Para la construcción de circuitos
electrónicos, se emplean unas resistencias construidas de
carbón. El exterior está formado por
plástico pintado con unas bandas de colores, estas bandas
nos indican el valor en de la resistencia.

¿Cómo saber el valor de una resistencia
electrónica?

Pintadas en la resistencia hay unas bandas de colores,
estas bandas nos indican el valor de la resistencia, cada color
equivale a un número:

Resistencias variables o
potenciómetros

Su valor de resistencia varía entre un
mínimo y un máximo especificado por el fabricante.
Los hay de muchos tipos. Pueden servir para modificar el volumen
de una radio, el nivel de iluminación de una
lámpara, etc.

El símbolo del componente es el
siguiente:

Resistencias dependientes de otra
magnitud

Su valor en ohmios depende de otra magnitud:
iluminación, humedad, temperatura, etc.

Termistores: son resistencias cuyo valor
depende de la temperatura, permite medir esta magnitud, pueden
ser:

• NTC su resistencia disminuye al aumentar la
  temperatura.

• PTC la resistencia aumenta al aumentar la
  temperatura.

El símbolo del elemento es el
siguiente:

Resistencias dependientes de la luz
LDR.

Su valor depende del nivel de luz que incida en la
resistencia, cuanta más luz menos resistencia, permiten
medir la cantidad de luz.

El símbolo es el siguiente:

Condensadores

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.

El símbolo del condensador es el
siguiente:

Funcionamiento:

Materiales
semiconductores

Para la construcción de la mayoría de
componentes electrónicos se utilizan los materiales
"semiconductores", estos materiales tienen propiedades entre los
conductores y aislantes.

El principal material semiconductor es el silicio, otros
materiales semiconductores son el germanio o el arseniuro de
galio.

El silicio es un material barato y abundante en la
corteza terrestre. Con los materiales semiconductores se
construyen los "componentes electrónicos activos". Estos
componentes realizan las funciones principales de los circuitos
electrónicos.

Componentes
electrónicos activos

LOS DIODOS

Es un componente electrónico que sólo
permite el paso de corriente eléctrica en un sentido.
Está formado por dos cristales semiconductores de silicio
o germanio unidos entre sí.

Cuando el lado positivo del diodo está unido al
positivo de la pila el diodo permite la conducción como si
fuera un interruptor cerrado, si el positivo de la pila
está conectado al negativo del diodo, éste se
comporta como un interruptor abierto no conduce.

La corriente sólo circula en un sentido el que
indica la "flecha" del símbolo.

Existen varios tipos de diodos para distintas
funciones:

• Diodos rectificadores, su función principal
  es la de convertir corriente alterna en corriente
  continua.

• Diodos Led: se fabrican en varios colores (rojo,
  amarillo o blanco), tienen la propiedad de emitir luz cuando
  pasa por ellos la corriente. Se utilizan como elementos de
  señalización en muchos aparatos, otra
  aplicación es la de los mandos a distancia.

Realiza un circuito para que cuando pulsamos un pulsador
un motor gira en un sentido y se enciende una luz roja, y cuando
pulsamos otro pulsador el motor gira en sentido contrario y se
enciende una luz verde. Disponemos de 2 pilas, dos pulsadores, un
motor un diodo led rojo, un diodo led verde y 2 resistencias de
100(.

El
transistor

Es un componente electrónico de tres terminales
capaz de controlar la corriente que pasa entre dos de los
terminales mediante la corriente que pasa por el tercero.
Explicado de otra manera, podemos decir, que funciona como un
interruptor que se cierra y se abre dependiendo de que por la
tercera patilla, entre o no entre corriente
eléctrica.

También tiene efecto amplificador, como ejemplo,
el amplificador de un equipo de música tiene que tener
unos circuitos, construidos con transistores que "amplifican"
aumentan la señal eléctrica en que se convierte el
sonido, para transmitirla a los altavoces.

Resumiendo, los transistores tienen dos tipos de
funciones:

• De amplificación de una señal
  (amplificador de un equipo de sonido)

• Como interruptor controlado por corriente
  eléctrica.

Funcionamiento de un transistor

Un transistor tiene tres terminales, el colector C, el
emisor E y la base B. La corriente que circula de colector a
emisor se controla mediante una débil corriente de base o
control.

Para explicar el funcionamiento del transistor
recurriremos a un símil.

Imagina que en una presa hidráulica (colector C)
hay un embalse lleno de electrones. Estos tienden a pasar al
emisor (E), sólo podrán hacerlo si alguien abre la
compuerta (base B), pueden ocurrir tres casos:

• 1. Por la base (B) no entra ningún
  electrón, por tanto, no se produce circulación
  de electrones entre el colector y el emisor. Decimos que el
  transistor está en corte y que el colector y el emisor
  están aislados.

• 2. Algunos electrones se introducen por la
  base. En este caso, la energía que transportan es
  suficiente para abrir un poco la compuerta de la presa.
  Cuantos más electrones entren, más abierta
  quedará la presa y mayor será la corriente
  entre el colector y el emisor. El transistor funciona en la
  zona activa como un amplificador.

• 3. Si pasan muchos electrones por la base,
  podrán derribar y abrir por completo la presa. El
  colector y el emisor quedan unidos y los electrones circulan
  de uno a otro libremente. El interruptor funciona como un
  interruptor cerrado.

Veamos este funcionamiento en un circuito de
ejemplo:

CIRCUITOS CON TRANSISTORES

"Despertador solar". Cuando hay luz suena un timbre, si
hay oscuridad no suena. Se dispone de pila, resistencia LDR,
resistencia fija, transistor y timbre.

"Interruptor crepuscular". Cuando no hay luz, se
enciendo una lámpara, si hay luz, la lámpara se
apaga. Se dispone de pila, resistencia LDR, resistencia fija,
transistor y lámpara.

"Apagado de luz temporizado". Mediante un pulsador
encendemos un diodo led, al retirar el dedo el led permanece
encendido unos segundos. Se dispone de pila, pulsador,
condensador, transistor, diodo led, dos resistencias
fijas.

"Detector de humedad". Cuando se sumergen dos cables en
un recipiente con líquido (o en la tierra mojada) de una
maceta , se enciende un led. Se dispone de pila, transistor,
diodo led y resistencia.

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.

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.

¿Cómo se fabrican los circuitos
integrados?

Corriente alterna
y corriente continua (AC/DC)

¿Qué componentes eléctricos nos
proporcionan voltaje? Ya sabemos que para que funcionen los
aparatos eléctricos hemos de conectarlos generadores
eléctricos: pilas, baterías, fuentes de
alimentación o enchufes. Recuerda que cada generador
de los nombrados nos da un voltaje determinado que se mide en
voltios. Las pilas 1,5V o los enchufes 220V.

Vamos a ver que además de distinto valor de
voltios, los generadores eléctricos nos proporcionan el
voltaje de diferente manera.

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA (DC)

Son las baterías, pilas o las fuentes de
alimentación que usamos en el taller. Nos proporcionan un
voltaje que no varía con el tiempo. Si una pila es de 9 V,
este valor es constante.

Si representamos en una gráfica como varía
el voltaje (Tensión) con el tiempo, tenemos una
línea horizontal.

GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA (AC)

La energía eléctrica se produce en las
centrales en forma de corriente alterna, en nuestras casas, los
enchufes nos proporcionan la energía eléctrica de
esta manera.

Todos los aparatos que conectamos a los enchufes,
bombillas, motores, electrodomésticos, funcionan con
corriente alterna.

Si representamos en una gráfica como es la forma
del voltaje alterno, vemos que el valor de voltios no es
constante sino que varía continuamente entre dos valores,
con una forma de onda curva.

Si te fijas en la gráfica, puedes comprobar que
hay momentos en los que el voltaje es máximo (250 V) pero
otros el voltaje es 0V.

¿Porqué no se apagan las lámparas
en este momento?. Porque el voltaje cambia muy
rápidamente, de forma que a los aparatos no les da tiempo
a pararse. Fíjate en el tiempo que tarda el voltaje en
cambiar, fíjate que en 20 ms el voltaje completa todo el
recorrido. Esto quiere decir que en un segundo se repite el ciclo
50 veces, a esta medida se le llama frecuencia, y en Europa toda
la red eléctrica funciona a la frecuencia de 50
Hz.

EL TRANSFORMADOR

Es un aparato eléctrico cuya función es
elevar o reducir el valor de voltaje de la corriente alterna.
Sólo funciona con la corriente alterna.

Un transformador tiene dos conexiones de entrada y dos
de salida:

La relación de transformación Rt de un
transformador nos indica cómo se transforma a la salida el
voltaje de la entrada.

Ejemplo si un transformador tiene una Rt de 10/1,
significa que si conectamos a la entrada 220V a la salida
obtenemos 22V.

Además de estos grandes transformadores en
nuestra casa los usamos muy a menudo, todo aparato
electrónico, que funcione enchufado a la red, tiene un
primer circuito que transforma los 220V en un voltaje más
reducido. Además este voltaje alterno, es necesario
convertirlo en continuo.

CIRCUITOS RECTIFICADORES.

Ejercicios de
electrónica 3º

1.- Dibuja el símbolo de los
siguientes componentes electrónicos y explica su
función:

2.- Indica el valor de las siguientes
resistencias:

3.- En el siguiente circuito se han
conectado distintas lámparas a la pila con resistencias de
distintos valores (10, 100, 200, 400, 800 ().

Indica de más a menos las
lámparas que lucen más.

Explica porqué lucen más unas
lámparas que otras.

Explica qué relación hay
entre los valores de las resistencias y la corriente o cantidad
de electrones que circulan por las mismas.

4.- En el siguiente circuito los electrones
tienen dos caminos posibles.

Explica porqué camino
circularán más electrones, en estas
situaciones:

• Si el potenciómetro tiene una
  resistencia elevada.

• Si el potenciómetro tiene una
  resistencia pequeña.

Según lo anterior ¿en
qué caso de los dos dará luz la
bombilla?

5.- Nombra los componentes de cada circuito
y explica su funcionamiento.

6.- Nombra los componentes del siguiente
circuito y responde a las cuestiones siguientes.

7.- Nombra los componentes del siguiente
circuito.

Indica por qué rama del siguiente
circuito circula corriente (electrones).

8.- Funcionamiento de
transistor.

Sobre el símbolo de transistor
sitúa el nombre de cada patilla:

E: Emisor

C: Colector

B: Base

Indica por con flechas los dos caminos por
los que puede circular la corriente en este
componente.

¿Qué relación hay
entre estas dos circulaciones de electrones?

Realiza un circuito para que al pulsar un
pulsador se encienda una lámpara, a través de un
transistor. (Utilizar: la pila, el transistor, la lámpara
y un pulsador)

9.- En el siguiente esquema se utiliza un
transistor para que un motor se ponga en marcha. Para que
funcione el transistor se pueden conectar distintos componentes
que se han dibujado en la columna de la izquierda.

Nombra los mismos e indica en la columna de
la derecha, si se conecta el componente de la izquierda a la base
del transistor de qué dependerá que funcione el
motor.

10.- En el siguiente esquema podemos variar
la resistencia del potenciómetro, completa la
tabla.

11.- Realiza un circuito para que si no hay
luz una lámpara se enciende y si hay luz la lámpara
se apaga.

Utilizar, la pila, la LDR, una resistencia
fija, un transistor y la lámpara.

12.- Los siguientes circuitos no permiten
que un diodo led permanezca encendido durante unos instantes,
completas las cuestiones.

13.- Realiza un esquema para convertir el
voltaje alterno de un enchufe en voltaje continuo, para encender
una lámpara de 12 V DC.

14.- Realiza un circuito para que cuando
sea de día nos despierte un timbre, mediante un
interruptor el despertador estará apagado o
encendido.

Utilizar, la pila, una LDR, un transistor,
un zumbador o timbre e interruptor.

Autor:

Pablo Turmero