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BLOQUE V. CIRCUITOS
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TEMA V-1. Circuitos eléctricos analógicos.
TEMA V-2. Circuitos digitales.
TEMA V-3. Circuitos neumáticos.
Cualquier circuito está compuesto por las siguientes partes:
- Generadores.
- Conductores.
- Receptores.
- Dispositivos de regulación y control.
- Transductores y captadores
Estudiaremos los circuitos atendiendo al elemento conductor, que puede ser: electricidad (dependiendo de la
forma que tiene la señal eléctrica se dividen en circuitos analógicos y circuitos digitales) o aire (circuitos
neumáticos).
TEMA V-1. CIRCUITOS ELÉCTRICOS ANALÓGICOS
1.- Introducción.
2.- Generadores eléctricos.
3.- Conductores.
4.- Receptores.
5.- Dispositivos de regulación y control.
6.- Transductores y captadores.
1.- INTRODUCCIÓN.
Los circuitos eléctricos son un conjunto de elementos eléctricos o electrónicos interconectados entre sí, mediante
conductores adecuados. Estos circuitos eléctricos tienen su aplicación en prácticamente todos los sectores de la
industria. Dependiendo del tipo de señal eléctrica utilizada se dividen en: circuitos analógicos o circuitos
digitales.
Una señal eléctrica es aquella que transporta una cierta información codificada. Dependiendo del sistema de
código utilizado, tendremos una señal analógica o digital.
Señal analógica: es aquella en la que el valor
instantáneo de la señal eléctrica es directamente
proporcional al valor instantáneo de la señal
original de información.
Ejemplo de señal analógica: Gráfica de la
variación de temperatura a lo largo de un día.
Señal digital: es aquella en la que la información viene representada por una serie de impulsos eléctricos que
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toman solamente dos posibles valores: uno alto (1) y otro bajo (0).
El número de impulsos, la duración o la frecuencia de los mismos
puede ser el código usado para transportar la información, pero
nunca la amplitud de los mismos.
Ventajas e inconvenientes entre unas señales y otras. En los
sistemas digitales la amplitud del impulso no contiene información
como ya se ha mencionado, con lo que cualquier deterioro en ella, no afecta a la calidad de la información. Si un
impulso eléctrico a la salida de un circuito digital tiene 4 voltios, en el nivel alto, en vez de 5 voltios, el siguiente
circuito que lo recibe, lo considerará como nivel alto igualmente, con lo que la información no sufre ninguna
alteración. Además, el hecho de que en los circuitos digitales solamente se trabaje con dos niveles de tensión,
hace que la respuesta de éstos a su salida sea también de dos niveles, con lo que se simplifica mucho su
funcionamiento. En los sistemas analógicos, cualquier deterioro en la amplitud de la señal, afecta directamente a
la información que lleva.
Cuando se tiene una información original analógica y se desea tratarla con las ventajas de la tecnología digital, lo
que se hace es convertir esta señal en digital mediante un circuito llamado conversor analógico-digital (A/D) y si
posteriormente se desea obtener de nuevo la información codificada en analógica, se utiliza otro circuito llamado
conversor digital-analógico (D/A).
2.- GENERADORES ELÉCTRICOS.
Son dispositivos que engendran señales o corrientes eléctricas a partir de cualquier otro tipo de energía. Algunos
de estos generadores son las pilas y los alternadores.
- Pilas. Son generadores que transforman la energía química en energía eléctrica bajo las formas de la corriente
continua. Se denomina batería al conjunto de pilas unidas en serie o paralelo.
Por la alta toxicidad de los elementos usados en la fabricación de las pilas, pueden provocar grandes
daños al medio ambiente y a los seres vivos (una pila de “botón“ contamina unos 60.000 litros de agua), por lo
que no se deben tirar una vez agotadas en cualquier sitio, sino que deben ser depositadas en contenedores
especiales para su posterior tratamiento y almacenamiento.
- Alternadores. Son generadores que transforman la energía mecánica en eléctrica bajo la forma de la corriente
alterna.
3.- CONDUCTORES.
El conductor mas utilizado en la interconexión de los diferentes elementos que configuran un circuito eléctrico es
el cobre, el cual posee unas buenas características de conductividad eléctrica y poca resistividad.
4.- RECEPTORES.
Son elementos que reciben la energía eléctrica para convertirla en otro tipo de energía. Existen una gran
variedad de ellos: motores, lámparas, altavoces...
- Motor eléctrico. Convierten la energía eléctrica en mecánica de rotación. Los hay de corriente continua y
corriente alterna
- Lámparas. Convierten energía eléctrica en luz. Existen una gran variedad de ellas entre las que destacamos:
Lámpara incandescente.- Se basa en el calentamiento de un hilo, llamado filamento, de elevado punto de
fusión (wolframio), el cual está introducido en un ampolla de vidrio en la que se ha hecho el vacío. El
filamento se pone incandescente al paso de los electrones a través suyo, produciendo calor y luz.
Lámpara de descarga.- Consiste en un tubo de vidrio lleno de un gas a baja presión, el cual produce luz
mediante una descarga eléctrica entre dos electrodos situados en el interior del mismo. Los hay de neón, de
relámpago electrónico (cámaras de fotos), fluorescente, tubo de rayos catódicos, etc.
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- Altavoces. Convierten energía eléctrica en acústica, mediante el movimiento de unas membranas accionadas
por una bobina situada en el interior de un campo magnético. Las variaciones de corriente eléctrica a través de la
bobina hacen que ésta se mueva y produzca la vibración de la membrana, emitiendo un determinado sonido.
5.- DISPOSITIVOS DE REGULACIÓN Y CONTROL.
Son elementos que permiten regular y controlar el funcionamiento de un determinado sistema en el que
pueden intervenir operadores eléctricos y mecánicos. Existen una gran variedad de ellos y en función de la
operación a realizar pueden clasificarse en: componentes electrónicos de uso general y elementos de
accionamiento.
5.-1. COMPONENTES ELECTRÓNICOS DE USO GENERAL.
Son los componentes básicos que aparecen en la mayoría de los circuitos y son:
- Resistencia. Es el elemento que ofrece dificultades al paso de la corriente eléctrica. Puede ser de valor fijo o
variable (potenciómetro).
- Condensador. Es un elemento que almacena la carga eléctrica. Se usa mucho en circuitos temporizadores y
como filtro.
- Diodo. Es un elemento semiconductor formado por dos uniones una de tipo P y otra de tipo N y que permite el
paso de la corriente eléctrica en un solo sentido. Se usa principalmente en rectificación de señales alternas.
Existen varios tipos entre los que mencionamos por su importancia:
- Diodo Zener. Se usa como estabilizador de tensión polarizándolo en forma inversa.
- Diodo led. Es un diodo que funciona eléctricamente igual que uno normal, pero que cuando conduce
corriente a través de él se ilumina.
- Transistor. Es uno de los elementos semiconductores que ha revolucionado la tecnología de la electrónica en
los últimos tiempos y que ha permitido un gran avance en el diseño y fabricación de los actuales circuitos
integrados. Está formado por la unión de tres semiconductores P - N - P ó bien N - P - N, dando lugar a
transistores NPN ó PNP y posee tres contactos exteriores que son la base, el colector y el emisor. Sus zonas de
trabajo son tres (corte, saturación y activa) y dependiendo en la que esté trabajando, se usa como interruptor
electrónico (trabajando en zonas de corte y saturación) o como amplificador de señales (en zona activa). Sus
aplicaciones combinándolo con otros elementos son ilimitadas. Es el elemento a partir del cual se han fabricado
todos los componentes utilizados en los circuitos digitales (microprocesadores, circuitos integrados, etc.)
5.2. ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO.
Son dispositivos de mando manual y sirven para conectar o desconectar la entrada de corriente eléctrica a
los sistemas. Los de uso más común son: pulsadores, interruptores, conmutadores y relés.
- Pulsadores. Actúan solo cuando se les está presionado, volviendo a su posición cuando se dejan de pulsar. Los
hay de conexión y desconexión o mixtos.
- Interruptores. Realizan la misma función de conexión - desconexión, pero al accionarlos permanecen en ese
estado permanentemente.
- Conmutadores. Son interruptores, que además de abrir o cerrar un circuito, puede cambiar la conexión, de
manera que la corriente fluya por otro camino. Los haya de muchos tipos y se pueden obtener de diferentes
formas exteriores. Los hay de varias posiciones, según los circuitos que queramos conmutar.
- Relé. Sirve para conectar o desconectar un circuito mediante corriente eléctrica. Se basa en los fenómenos
electromagnéticos y está constituido por un núcleo magnético y una bobina, la cual al ser atravesada por una
corriente eléctrica, crea un campo magnético que imanta al núcleo de hierro, el cual atrae a una pieza metálica
situada cerca de él que es la que provoca la unión o separación de los contactos. Al desaparecer la intensidad a
través de la bobina, desaparece la imantación del núcleo y los contactos vuelven a su posición inicial. Los hay de
muy diversas formas, según los contactos que abran o cierren y según la intensidad que necesiten para activar la
bobina del núcleo. Una de las funciones principales del relé es aislar circuitos entre sí, normalmente un circuito
electrónico de pequeña señal o baja potencia que sería la parte de control y otro circuito de gran potencia que
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serían los dispositivos a controlar (motores generalmente). Lógicamente los dos circuitos están relacionados
entre sí, pero no trabajan con las mismas tensiones e intensidades, por lo que se necesita un elemento capaz de
aislarlos sin perder la dependencia de uno con respecto del otro. Este elemento es el relé, ya que el la bobina del
mismo no necesita grandes tensiones e intensidades para activarse, pero en cambio en los contactos de salida
podemos hacer pasar por ellos grandes corrientes eléctricas.
6.- TRANSDUCTORES Y CAPTADORES.
Todas las magnitudes físicas que nos rodean se comportan mediante variaciones de amplitud en función del
tiempo, por ejemplo: el sonido, la luz, la temperatura, la velocidad, la presión, etc. El hombre se ha visto en la
necesidad de poder contar, almacenar, visualizar, o transmitir estas magnitudes y para ello ha necesitado
convertirlas en formas que fuesen más fácilmente manipulables, es decir, en señales eléctricas. Para ello, se
utilizan los transductores. Estos dispositivos aportan una información en forma de señal eléctrica que va a ser
proporcional a la magnitud física que queremos conocer. Los clasificaremos en transductores de contacto y
transductores de respuesta variable.
6.1.- TRANSDUCTORES DE CONTACTO.
Son aquellos que ofrecen a su salida una conexión o desconexión (ON - OFF) eléctrica mediante contactos
cerrados o abiertos. Podemos destacar los siguientes:
- Detectores de posición. Son elementos interruptores que detectan si un objeto se encuentra en un punto
determinado, en cuyo caso los contactos se activan.
- Transductores de proximidad. Cumplen básicamente los mismos objetivos que los anteriores, pero su
diferencia está en que captan la proximidad del objeto sin necesidad de que se ejerza un contacto o esfuerzo
mecánico. Un ejemplo es el relé Reed, que actúa por efecto del campo magnético creado por un imán
permanente sobre dos contactos enfrentados entre sí, los cuales están introducidos en un tubo de vidrio con un
determinado gas.
- Detectores térmicos. Se activan cuando detectan una variación de temperatura determinada. Se suelen usar
como elemento de protección.
6.-2. TRANSDUCTORES DE RESPUESTA VARIABLE.
Son aquellos en los que su salida es una función analógica cuyas variaciones se corresponden con las
variaciones de la magnitud física que queremos medir, por tanto, no ofrecen una salida en ON - OFF . En la
actualidad existe prácticamente un transductor por cada fenómeno físico ( presión, velocidad, temperatura,
luminosidad, humedad, medición de ondas electromagnéticas, señales acústicas, etc, etc. ). De entre ellos, cabe
destacar por su mayor utilización:
- Termistores. Son componentes cuya resistencia eléctrica varía en la temperatura. Pueden ser PTC y NTC. Los
PTC aumentan su resistencia con la temperatura, mientras que los NTC la disminuyen.
- Célula LDR. Varía su resistencia con la luz que reciben.
- Sensores de tacto. Se basan en la resistencia que ofrece el cuerpo humano al paso de la corriente eléctrica, que
normalmente es elevada.
- Potenciómetros. Son detectores de desplazamiento lineal , los cuales asociados mecánicamente al elemento del
que se desea captar su desplazamiento, convierten la variación de posición del mismo en variación de resistencia.
- Micrófono. Recibe señales acústicas y las convierte en variaciones de señales eléctricas proporcionales a la
forma de onda de las primeras. Su funcionamiento es el mismo que el del altavoz (descrito anteriormente), pero
el proceso es el contrario, de tal forma que un altavoz se puede usar como micrófono. Los hay que están basados
en fenómenos no electromagnéticos, como pueden ser: micrófonos por efecto piezoeléctrico, por variación de
resistencia, capacitivos, etc.
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