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Bloque 3_1: ELECTRONICA
ELECTRÓNICA ANALÓGICA
TECNOLOGÍA 4º ESO
ELECTRÓNICA ANALÓGICA
1. RESISTENCIAS
1.1 RESISTENCIAS FIJAS
1.2 RESISTENCIAS VARIABLES
2. CONDENSADORES
3. MATERIALES SEMICONDUCTORES
4. DIODOS
5. TRANSISTORES
1. RESISTENCIAS
Uno de los componentes más usados en electrónica es la
resistencia. Las resistencias ofrecen oposición al paso de los
electrones a través de ellas.
Cómo se mide la resistencia (UNIDADES):
- Ohmios (Ω)
- Kilo-ohmios (kΩ); 1 kΩ = 1.000 Ω
- Mega-ohmios: (MΩ); 1 MΩ = 1.000.000 Ω
Por ejemplo, una resistencia de 2200 Ω puede expresarse de
diferentes maneras:
• 2.200 Ω
• 2,2k
• 2,2k Ω
• 2k2 (notación europea, no es muy habitual
verla en USA ni en otros países)
1. RESISTENCIAS
Hay dos tipos de resistencias: fijas y variables
1.1 RESISTENCIAS FIJAS
El valor de la resistencia se puede determinar siguiendo un código
de colores.
1. RESISTENCIAS
1.1 RESISTENCIAS FIJAS (Continua)
Las resistencias fijas impiden el flujo de la
corriente eléctrica. Tienen diferentes tamaños,
cuanto más grandes, más energía son capaces
de disipar en forma de calor. Si se las
sometiera a voltajes muy elevados podrían
quemarse.
1. RESISTENCIAS
1.2 RESISTENCIAS VARIABLES
a) POTENCIOMETROS:
Son resistencias cuyo valor puede ser ajustado entre un mínimo
de 0 y un máximo dado por el fabricante.
Este tipo de resistecias se usan en circuitos para el control de la
temperatura, la cantidad de luz, la energía, velocidad o el
volúmen de la radio.
1. RESISTENCIAS
1.2 RESISTENCIAS VARIABLES (continua)
b) RESISTENCIAS CUYO VALOR DEPENDE DE UN PARÁMETRO
FÍSICO: hay resistencias que varían por ejemplo, con la LUZ y la
TEMPERATURA.
b.1) LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR):
La resistencia disminuye cuando aumenta la intensidad luminosa.
1. RESISTENCIAS
1.2 RESISTENCIAS VARIABLES (continua)
b.2) TERMISTORES (RESISTENCIAS QUE VARÍAN CON LA
TEMPERATURA): El valor de la resistencia aumenta o disminuye
con los cambios de temperatura.
NTC
(Negative Temperature Coefficient)
PTC
(Positive Temperature Coefficient)
2. CONDENSADORES
Un condensador es un componente que puede almacenar carga
eléctrica.
La capacidad se define como la relación entre carga eléctrica y
voltaje:
C = Q/V
Q = carga eléctrica (Coulombs, C)
V = voltaje (Volts, V)
Cuanto mayor sea la capacidad, mayor carga puede almacenar el
condensador. La unidad para medir la capacidad es el FARADIO.
Submultiplos que es frecuente usar:
- microfaradio (F): 1F = 10-6 F
- nanofaradio (nF): 1nF = 10-9 F
- picofarad (pF): 1pF = 10-12 F
Hay dos tipos de condensadores:
• Polarizados o electrolíticos
• No polarizados o cerámicos
2. CONDENSADORES
CONDENSADORES POLARIZADOS O
ELECTROLÍTICOS:
Presentan
valores altos de capacidad.
Presentan un polo positivo y otro negativo, por
lo que tienen que ser conectados a la pila
adecuadamente.
CONDENSADORES NO POLARIZADOS:
Son mucho más pequeños que los condensadores electrolíticos y
presentan una capacidad menor. Su capacidad va desde los
picofaradios a los microfaradios. No tienen polaridad, por lo que
pueden conectarse a la pila sin tener en cuenta cuál es el positivo
y el negativo.
2. CONDENSADORES
¿CÓMO FUNCIONAN?
Los condensadores almacenan electricidad (se parecen a una pila, sólo
que la pila produce electrones y el condensador sólo puede
almacenarlos). Internamente un condensador consiste en dos placas de
material conductor separadas por una región no conductora, llamada
dieléctrico, que puede ser cualquier aislante eléctrico(cristal, aire,
papel, vacío…)
Cuando se conecta el condensador a
una pila, la placa que se une al polo
negativo de la pila recoge los
electrones que la pila está produciendo
y la placa que se conecta al positivo de
la pila cede sus electrones hacia la pila,
quedando cargada positivamente.
Una vez cargado, el condensador tiene el mismo voltaje que la pila (si
la pila es de 1,5 voltios, el condensador se carga con 1,5 voltios).
2. CONDENSADORES
•
Cuando conectamos condensadores en paralelo, el resultado será un condensador
que actúa como un condensador de capacidad igual a la suma de las capacidades
de todos los condensadores.
•
Cuando se conectan en serie, el condensador resultante tiene menos capacidad
que cada uno de los que lo componen.
EJEMPLOS DE APLICACIONES DE LOS CONDENSADORES: En ocasiones los
condensadores se utilizan cuando se quiere almacenar carga que se va a usar
sólo en un instante, como por ejemplo en el caso del flash de una cámar de
fotos, que usa un condensador en vez de una batería para funcionar.
2. CONDENSADORES
CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR
La velocidad de carga y descarga de un condensador depende de:
• su capacidad
• la resistencia del circuito a través del cual el
condensador se carga o descarga.
La resistencia SOLO afecta al TIEMPO que necesita el
condensador para cargarse o descargarse completamente. El
voltaje que adquire el condensador será el de la pila al que se
conecte, independientemente de las resistencias que aparezcan
en el circuito.
Resistencia pequeña, el
condensador se carga y
descarga rápidamente.
Resistencia grande, el
condensador se carga y
descarga lentamente.
2. CONDENSADORES
CONSTANTE DE TIEMPO: Es el tiempo que necesita el condensador
para adquirir un 63% del voltaje total de la pila. Se calcula del
siguiente modo:
TC = C·R
Ejemplo: una resistencia de 1K en serie con un condensador de
1,000 μF tiene una constante de tiempo de 1s. Por tanto, un
segundo es el tiempo que necesita el condensador para cargarse
con un 63% del voltaje de la pila.
Time(s)
2. CONDENSADORES
CARGA:
En este circuito la carga y la descarga
requiere el mismo tiempo pues
sucede a través del mismo
condensador.
Time(s)
DESCARGA:
Time(s)
3. MATERIALES SEMICONDUCTORES
Los materiales semiconductores tienen propiedades intermedias
entre los materiales conductores y los aislantes. Dependiendo de
cómo se conecte el semiconductor a una pila, conducirá o no la
corriente.
Los materiales semiconductores más habituales son el silicio y el
germanio (aunque este último se usa mucho menos)
Los semiconductores se emplean para hacer componentes como:
–Transistores
– Diodos
– Circuitos integrados
3. MATERIALES SEMICONDUCTORES
CÓMO FUNCIONA UN SEMICONDUCTOR
El silicio y el germanio se convierten en semiconductores cuando
se introduce en ellos determinadas impurezas.
El silicio puro tiene una estructura atómica en la que en la última
capa tiene 4 electrones, cuando el silicio se une a otros átomos
de silicio forma una estructura cristalina que es eléctricamente
neutra.
Electrones compartidos
Silicio
3. MATERIALES SEMICONDUCTORES
El silicio se convierte en un material semiconductor cuando se le
introducen pequeñas cantidades de otros elementos como el
boro y el fósforo. Esto se denomina “dopaje”.
El boro tiene sólo tres electrones en
su capa más externa, cuando se
introduce un átomo de boro en una
estructura cristalina de silicio, uno
de los electrones se queda sin
enlazar, creando en el material un
defecto de electrones (el material
tiene “huecos” y está cargado
positivamente. Este material se
denomina semiconductor de tipo P.
Boro
Semiconductor de tipo P
(Cristal de Silicio dopado con
Boro)
Hueco
3. MATERIALES SEMICONDUCTORES
Si en vez de un átomo de boro,
introducimos un átomo de fósforo
o de arsénico (que tienen 5
electrones en su capa más
externa), observamos que ahora
existe un electrón extra y que el
material en este caso tiene un
exceso de carga negativa. Este
material
se
denomina
semiconductor de tipo N.
Arsénico
Semiconductor de tipo N (Cristal
de Silicio dopado con arsénico)
4. DIODOS
ESTO ES LO QUE HASTA AHORA SABEMOS DE LOS DIODOS:
Un diodo es un componente que permite el paso de la corriente
eléctrica únicamente en una dirección.
Los diodos tienen dos terminales: ánodo y cátodo. La corriente
fluye del ánodo hacia el cátodo y no en sentido contrario. Para
que el diodo conduzca es necesario que el ánodo esté
conectado a un voltaje superior que el cátodo.
Los diodos se usan para dirigir la corriente en una determinada
dirección en un circuito.
4. DIODOS
PERO… ¿POR QUÉ LOS DIODOS FUNCIONAN DE ESTE
MODO? ¿QUÉ SUCEDE DENTRO DEL DIODO?
Un diodo es la unión de dos materiales. Un semiconductor P y un
semiconductor N.
Cuando un material de tipo P se une a un
material de tipo N, algunos electrones libres del
material N ocuparán huecos disponibles en el
material P. Esto genera una zona eléctricamente
neutra denominada “barrera de potencial”
A continuación vamos a ver cómo podemos
eliminar esta barrera y hacer que el diodo
conduzca.
4. DIODOS
Cuando conectamos el positivo de una pila al
material tipo N (catodo) y el negativo al material
tipo P (ánodo). Los electrones y los huecos se
concentran en los extremos del componente,
haciendo que la barrera de potencial crezca. El
diodo en este caso se dice que está inversamente
polarizado y no conduce.
Por el contrario, cuando el negativo de la pila se
conecta al material tipo N (cátodo) y el positivo al
material tipo P (ánodo), se inicia un movimiento de
electrones del material tipo N hacia los huecos del
material tipo P, la barrera se elimina y el diodo
conduce. Se dice que el diodo tiene entonces
polarización directa.
Siempre será necesario aplicar al menos
un voltaje de 0.7 V para conseguir que el
diodo conduzca.
4. DIODOS
LED: DIODO EMISOR DE LUZ (light emitting diode)
Un LED es un diodo especial que emite luz cuando
conduce. Al igual que los diodos de silicio descritos
anteriormente, sólo permite el paso de la corriente en
una dirección y siempre que el ánodo esté conectado a
un voltaje superior al cátodo. Los LED necesitan un
voltaje de 2 V para romper la barrera de potencial y
conducir.
5. TRANSISTORES
Los transistores son uno de los componentes electrónicos más
importantes. Se inventaron en 1947. Sus inventores Shockley,
Bardeen, and Brattain fueron galardonados conjuntamente con e
Premio Nóbel de Física en 1956 “por sus investigaciones en el
campo de los semiconductores y el descubrimiento de los
transistores”
5. TRANSISTORES
Un transistor es un componente semiconductor que consiste en
la unión de 2 materiales P-N.
Dependiendo de cómo se unan estos materiales tendremos
transistores NPN y transistores PNP. Los transistores de tipo NPN
son un “sandwich” en el que el material P se encuentra en el
medio, mientras que el transistor de tipo NPN, es un “sandwich”
con el material N en el medio.
5. TRANSISTORES
Los transistores tienen tres terminales:
• BASE
• COLECTOR
• EMISOR
Para entender cómo funcionan,
podemos imaginar un transistor como
un componente con un pequeño botón
interno. Cuando se pulsa ese botón, se
permite el paso de una corriente mayor.
Para que el botón esté presionado sólo
hace falta una pequeña corriente y
pequeño voltaje en la base.
5. TRANSISTORES
¿CÓMO FUNCIONA UN TRANSISTOR?
Con una pequeña corriente en la base (B) podemos controlar el
flujo de electrones entre el colector (C) y el emisor (E):
IE = IC + IB
Collector
Base
5. TRANSISTORES
TRANSISTOR
FUNCIONANDO
COMO UN
INTERRUPTOR
TRANSISTOR
FUNCIONANDO
COMO UN
AMPLIFICADOR
1. Si no hay suficiente corriente por la base, no
puede haber corriente entre el colector y el emisor:
el transistor está en CORTE.
2. Si muchos electrones llegan por la base, el
camino entre colector y emisor se encuentra
completamente libre: el transistor está SATURADO.
3. Si la corriente de la base tiene un valor
intermedio entre los dos anteriores, el transistor
está ACTIVO y la corriente entre colector y emisor
es proporcinal a la corriente de la base.
Ganancia (β) es una medida de cuanto más grande
es la corriente del colector con respecto a la de la
base.
β = IC / IB
5. TRANSISTORES
Cada modelo de transistor se identifica por un código que está impreso en el
componente. Los fabricantes ofrecen hojas de especificaciones (data sheet) de cada
componente en las que se indican las equivalencias de los terminales (base, colector y
emisor)
c
b
emitter
tag
e
c
b
e
c
b
e
e b c
5. TRANSISTORES
MONTAJES BÁSICOS CON TRANSISTORES
CÓMO CONECTAR UN TRANSISTOR:
1. TRANSISTOR QUE FUNCIONA COMO UN AMPLIFICADOR:
a) DETECTOR DE AGUA
5. TRANSISTORES
PAR DARLINGTON:
El Par Darlington es un transistor especial que combina dos
transistores consiguiendo de este modo amplificar más (conseguir
una ganancia mayor), así hay también una corriente mayor
circulando entre el colector y el emisor.
c
b
em
t
e
c
b
e
c
b
e
5. TRANSISTORES
2. TRANSISTOR QUE FUNCIONA COMO UN INTERRUPTOR:
Cuando un transistor está funcionando como un interruptor, no
conduce hasta que la corriente de la base adquiere un
determinado valor.
a) DETECTOR DE INCENDIOS : En este circuito se enciende
una luz cuando se detecta un incendio (un aumento de la
temperatura). El detector empleado es una NTC, cuya
resistencia decrece al aumentar la temperatura.
A 20ºC, la resistencia de la NTC es
alta, la corriente por la base es
demasiado pequeña, el transistor no
conduce.
A 40ºC el valor de la resistencia de la
NTC disminuye, la corriente por la
base aumenta y el transistor
conduce.