sergio guerrero
QUÉ ES LA ELECTRÓNICA:
La electrónica puede definirse como el estudio de los electrones de la materia en movimiento y de los fenómenos capaces de influir sobre tales movimientos. En base a los principios de la electrónica la tecnología desarrolló elementos y dispositivos electrónicos para infinidad de usos prácticos, provocando una verdadera revolución técnica. Este desarrollo ha posibilitado el perfeccionamiento en el ámbito de las comunicaciones. Ejemplo de esto es la radiofonía y la televisión. También dicha revolución facilitó el desarrollo de la cibernética, lo cual hace posible el procesamiento de datos, el control administrativo, el almacenaje de información, etc. Por medio de la electrónica se ha permitido la verificación de cálculos muy precisos, lo que contribuyó a facilitar la creación de instrumentos cuya precisión era inimaginable años atrás, tales como medidores térmicos, de pesos, tiempos, etc.
Componentes pasivos: Los componentes pasivos comprenden las resistencias, capacitores, inductores, transformadores, etc. analizaremos los tres componentes pasivos más importantes: Resistencias, Capacitores e Inductores.
RESISTENCIAS: La resistencia es uno de los componentes imprescindibles en la construcción de cualquier equipo electrónico, ya que permite distribuir adecuadamente la tensión y corriente eléctrica a todos los puntos necesarios.
El valor de la resistencia se expresa en ohm, al cual representamos con el símbolo W.
Si sometemos los extremos de una resistencia al paso de una corriente continua se producirá en la misma una caída de tensión proporcional a su valor. La intensidad que la atraviese será también proporcional a la tensión aplicada y al valor en ohms de la resistencia. Para calcular dicha relación no hay mas que aplicar la Ley de Ohm: I=V/R. Hay dos formas de asociar resistencias en un circuito: asociación serie y asociación paralelo:
La resistencia equivalente de la combinación
Serie es: RT = R1 + R2 + R3 +... + Rn
La combinación es paralelo entonces la resistencia
Equivalente es: RT = 1/(1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ... + 1/Rn)
Dígitos | Multiplicador | Tolerancia |
| Negro | 0 |
| Plateado | 10-2 |
| Plateado | ± 10 % |
| Marrón | 1 |
| Dorado | 10-1 |
| Dorado | ± 5 % |
| Rojo | 2 |
| Negro | 100 |
| Marrón | ± 1 % |
| Naranja | 3 |
| Marrón | 101 |
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| Amarillo | 4 |
| Rojo | 102 |
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| Verde | 5 |
| Naranja | 103 |
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| Azul | 6 |
| Amarillo | 104 |
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| Violeta | 7 |
| Verde | 105 |
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| Gris | 8 |
| Azul | 106 |
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| Blanco | 9 |
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Capacitores:
Los capacitores tampoco nunca están ausentes en los circuitos electrónicos, éstos consisten básicamente de dos placas metálicas separadas por un material aislante (llamado dieléctrico). Este material dieléctrico puede ser aire, mica, papel, cerámica, etc.
El valor de un capacitor se determina por la superficie de las placas y por la distancia entre ellas, la que está determinada por el espesor del dieléctrico, dicho valor se expresa en términos de capacidad. La unidad de medida de dicha capacidad es el faradio (F). Los valores de capacidad utilizados en la práctica son mucho más chicos que la unidad, por lo tanto, dichos valores estarán expresados en
Microfaradios (1 mF = 1 x 10-6 F), nano faradios (1 hF = 1 x 10-9 F) o picofaradios (1 rF = 1 x 10-12 F).
Cuando se aplica una tensión continua entre las placas de un capacitor, no habrá circulación de corriente por el mismo, debido a la presencia del dieléctrico, pero se producirá una acumulación de carga eléctrica en las placas, polarizándose el capacitor.
Una vez extraída la tensión aplicada, el capacitor permanecerá cargado debido a la atracción eléctrica entre las caras del mismo, si a continuación se cortocircuitan dichas caras, se producirá la descarga de las mismas, produciendo una corriente de descarga entre ambas.
Si ahora le aplicamos una tensión alterna se someterá al capacitor a una tensión continua durante medio ciclo y a la misma tensión, pero en sentido inverso, durante la otra mitad del ciclo. El dieléctrico tendrá que soportar esfuerzos alternos que varían de sentido muy rápidamente, y por lo tanto, su polarización deberá cambiar conforme el campo eléctrico cambia su sentido, entonces si aumentamos la frecuencia el dieléctrico ya no podrá seguir estos cambios, produciéndose eventualmente una disminución en la capacidad. En síntesis, la capacidad de un capacitor disminuye conforme aumenta, Los condensadores, al igual que las resistencias, se pueden conectar tanto en serie como en paralelo:
La capacidad equivalente serie es:
CT = 1/(1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ... + 1/Cn)
la capacidad equivalente paralelo es:
La capacidad equivalente paralelo es:
Corriente alterna
Ya hemos visto los componentes pasivos y su comportamiento en corriente continua. Dado que el comportamiento de éstos varía al tratarlos en corriente continua o corriente alterna merece un párrafo aparte la discusión sobre el comportamiento de estos elementos cuando se los somete a la circulación de una corriente alternada. Antes de comenzar conviene remarcar la diferencia de este tipo de corriente con la corriente continua y también la explicación de los parámetros mas importantes de una señal alterna. La corriente continua es aquella que mantiene su valor de tensión constante y sin cambio de polaridad, ejemplo de ella puede ser una batería de las que se utilizan en los automóviles o las pilas con las que alimentamos nuestros juguetes o calculadoras electrónicas. A este tipo de corriente se la conoce como C.C. o, según los autores de habla inglesa, D.C. La corriente alterna también mantiene una diferencia de potencial constante, pero su polaridad varía con el tiempo. Se la suele denominar C.A. o A.C. en inglés.
Parámetros importantes de la corriente alterna:
Frecuencia: Número de veces que una corriente alterna cambia de polaridad en 1 segundo. La unidad de medida es el Hertz (Hz) y se la designa con la letra F. De esta forma si en nuestro hogar tenemos una tensión de 220 V 50 Hz, significa que dicha tensión habrá de cambiar su polaridad 50 veces por segundo.
Una definición más rigurosa para la frecuencia: Número de ciclos completos de C.A. que ocurren en la unidad de tiempo.
Fase: Es la fracción de ciclo transcurrido desde el inicio del mismo, su símbolo es la letra griega .q
Período: Es el tiempo que tarda en producirse un ciclo de C.A. completo se denomina T. En nuestro ejemplo de una tensión de 220 V 50 Hz su período es de 20 mseg.
La relación entre la frecuencia y el período es F=1/T
Valor instantáneo: Valor que toma la tensión en cada instante de tiempo.
Valor máximo: Valor de la tensión en cada "cresta" o "valle" de la señal.
Valor medio: Media aritmética de todos los valores instantáneos de la señal en un período dado.
Su cálculo matemático
Otros tipos de corriente alterna:
En electrónica se utilizan infinidad de tipos de señales por lo cual se hace prácticamente imposible enumerarlas a todas, pero haremos referencia a las más comunes, luego de senoidal y la continua pura. Una de ellas es la pulsatoria (también llamada onda cuadrada)
Comportamiento de los componentes pasivos en C.A:
Los componentes pasivos tienen distinto comportamiento cuando se les aplican dos corrientes de distinta naturaleza, una alterna y la otra continua. La respuesta en C.C. ya la analizamos, nos resta analizar la respuesta de estos elementos en C.A.
Resistencias y C.A: Estos son los únicos elementos pasivos para los cuales la respuesta es la misma tanto para C. A. como para C.C.
Se dice que en una resistencia la tensión y la corriente están en fase.
Capacidad y C.A: En la figura vemos la conexión de una capacidad a un circuito de C.A.
Es ahora el caso en el que la corriente se adelanta 90º con
Respecto a La tensión, manteniendo la misma forma de onda
Que ésta. El cálculo de la reactancia capacitiva
(Medida en ohm) se hace con la siguiente fórmula:
XC = 1/2pfC
Y aplicando nuevamente la Ley de Ohm:
i(t) = V(t) / XC = 2pfC V(t)
También aquí la corriente depende de la frecuencia,
pero ahora es directamente proporcional a ésta.
Componentes semiconductores
Un semiconductor es un componente que no es directamente un conductor de corriente, pero tampoco es un aislante. En un conductor la corriente es debida al movimiento de las cargas negativas (electrones). En los semiconductores se producen corrientes producidas tanto por el movimiento de electrones como de las cargas positivas (huecos). Los semiconductores son aquellos elementos pertenecientes al grupo IV de la Tabla Periódica (Silicio, Germanio, etc.). Generalmente a estos se le introducen átomos de otros elementos, denominados impurezas, de forma que la corriente se deba primordialmente a los electrones o a los huecos, dependiendo de la impureza introducida. Otra característica que los diferencia se refiere a su resistividad, estando ésta comprendida entre la de los metales y la de los aislantes.
Los semiconductores son muy importantes en electrónica ya que gracias a ellos contamos hoy con diversos componentes de gran utilidad en electrónica, tales como diodos, transistores, tiristores, triac, etc.
El diodo:
El nacimiento del diodo surgió a partir de la necesidad de transformación de corrientes alternas en continua.
La corriente en un diodo presenta un sentido de circulación de cargas positivas que van desde el ánodo al cátodo, no permitiendo la circulación de la corriente en el sentido opuesto, lo cual nos permite la conversión de corriente alterna a continua, procedimiento conocido como rectificación. Esto ocurre porque por el diodo solamente podrá circular corriente cuando el ánodo sea más positivo que el cátodo.
Están compuestos por dos regiones de material semiconductor que se llama unión P-N que es la base de todo componente electrónico de tipo activo. Entre las dos partes de la unión P-N, y en la zona de contacto entre ambas, se produce una región denominada de transición, donde se genera una pequeña diferencia de potencial, dado que se conforma una recombinación de electrones, quedando la zona N a mayor tensión que la zona P. Cuando se le aplica una tensión al diodo con el terminal positivo conectado a la zona P y el negativo a la N se producirá una circulación de corriente entre ambas debido a que una pequeña parte de esta tensión nivelará la diferencia de potencial entre zonas, llamada tensión umbral, quedando éstas niveladas en tensión, y el resto de la tensión aplicada producirá una circulación de electrones de la zona N a la P. Si esa tensión externa se aplica con los bornes intercambiados, es decir el terminal positivo de la fuente conectado a la zona N y el negativo a la región P, no habrá circulación de corriente por el diodo, debido a que por efecto de la tensión aplicada se aumentará la diferencia de potencial existente entre las zonas P y N, impidiendo así la circulación de corriente a través del mismo.
El L.E.D.:
Otro tipo de diodo, quizá el de mayor difusión, es el diodo emisor de luz, conocido comúnmente como LED (Light Emmitting Diode)
El funcionamiento de este tipo de diodo se basa en la polarización en sentido directo de una unión P-N. Al hacer esto se origina una recombinación de electrones y huecos, lo que origina gran cantidad de energía, que en el caso de algunos semiconductores se traduce en una radiación luminosa.
Sus colores típicos son: rojo, verde y ámbar los que hacen al LED idóneo para ser utilizado en muchos tipos de indicadores. Además su durabilidad y bajo consumo los convierten en componentes casi imprescindibles a la hora de querer utilizar algún tipo de indicador luminoso.
Transistores:
El transistor es un elemento semiconductor que tiene la propiedad de poder gobernar a voluntad la intensidad de corriente que circula entre dos de sus tres terminales (emisor y colector), mediante la circulación de una pequeña corriente aplicada en el tercer terminal (colector).
Este efecto se conoce con el nombre de amplificación de corriente, y nos permite aplicarle en el emisor una corriente muy pequeña con cualquier forma de variación en el tiempo, y obtener la misma corriente, con la misma variación en el tiempo, pero de mayor amplitud.
Se utilizan fundamentalmente en circuitos que realizan funciones de amplificación, control, proceso de datos, etc.
El funcionamiento interno se puede describir a partir de lo ya explicado para los diodos, con la diferencia de que este último posee dos uniones semiconductoras, esto es: el transistor posee dos zonas semiconductoras, que pueden ser N o P, y entre ambas una muy delgada del tipo P o N respectivamente. Este conjunto formará dos uniones: una N-P, entre el emisor y la base, y la otra P-N entre la base y el colector (si las dos zonas exteriores son del tipo N y la interior tipo P, es decir un transistor NPN. Si las regiones exteriores son del tipo P y la interior del tipo N el transistor será del tipo PNP).
Si le aplicamos una tensión externa a la unión N-P, de forma que quede polarizada en directa, se producirá una circulación de corriente entre ambas regiones. Aplicando una segunda tensión externa a la otra unión, de modo que ésta quede en inversa (el terminal positivo de la fuente conectado al colector y el negativo a la base), la corriente generada en la otra unión, será atraída por la diferencia de potencial positiva aplicada al colector, generando que prácticamente toda la corriente proveniente del emisor llegue al colector, salvo una pequeña cantidad de corriente que saldrá por la base. Y es justamente esta pequeñísima corriente de base la que nos permite gobernar la corriente circulante desde el emisor al colector. El sentido de circulación de la corriente adoptado hasta ahora es el de circulación de los electrones, y como la convención utilizada toma el sentido opuesto entonces en un transistor del tipo NPN la corriente será entrante por el colector y la base, y saliente por el emisor.
El estudio y análisis de los transistores se realiza mediante el empleo de las "curvas características" del mismo, con las cuales se puede caracterizar completamente el comportamiento o funcionamiento eléctrico del transistor, siendo ésta expresada en relaciones gráficas de las corrientes Ib, Ic e Ie, en función de las tensiones externas y para las distintas configuraciones: Emisor Común (EC), Base Común (BC) y Colector Común (CC).
Aplicaciones más usuales de los transistores:
Ya comentamos que al transistor se lo puede montar en emisor común (EC), base común (BC) o colector común (CC). Cada una de estas configuraciones posee ventajas y desventajas una respecto de las otras, siendo la de emisor común la más recurrida a la vez que es la de mejor respuesta en la mayor parte de las aplicaciones. Cada configuración obtiene diferentes coeficientes de ganancia en tensión (GV), así como diferentes impedancias tanto de entrada como de salida. A continuación vemos un resumen de las principales características de cada uno de los tres posibles montajes:
Montaje | G. V. | Desfasaje (V) | Ze | Zs |
E. C. | Alta | 180º | media | media |
B. C. | Alta | 0º | baja | alta |
C. C. | <> | 0º | alta | baja |
El montaje en Base Común posee una mayor ganancia de tensión frente a los otros dos. También tiene baja impedancia de entrada, lo que lo hace bastante inadecuado para operar en circuitos de baja frecuencia (B. F.).
Con un montaje en Colector Común logramos una muy baja distorsión sobre la señal de salida y, junto con el montaje en Base Común, es bastante idóneo a la hora de diseñar adaptadores de impedancia.
