Download Unidad 1: Introducción a la Electrónica

Electrónica – 5 EM – ITS Lorenzo Massa
Unidad 2 - Ing. Juan Jesús Luna
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Componentes Electrónicos Básicos
Componentes pasivos: Los componentes pasivos son aquellos que dentro de un circuito
no proporcionan ganancia, pero si consumen energía eléctrica.
Resistencias o Resistores: La resistencia es uno de los componentes imprescindibles en
la construcción de cualquier equipo electrónico, ya que permite distribuir
adecuadamente la corriente y voltaje a todos los puntos necesarios.
El valor de la resistencia se expresa en Ohmios, al cual se representa con el símbolo  .
Si se someten 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 Ohmios de la
resistencia. Para calcular dicha relación no hay más que aplicar la Ley de Ohm:
𝐼=
𝑉
𝑅
Hay dos formas de asociar resistencias en un circuito: En Serie y en Paralelo:
La resistencia equivalente de un circuito serie es:
𝑅𝑇 = 𝑅1 + 𝑅2 + ⋯ + 𝑅𝑛
Si el circuito es en paralelo entonces la resistencia equivalente es:
1
1
1
1
=
+
+ ⋯+
𝑅𝑇
𝑅1 𝑅2
𝑅𝑛
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Cuando se trata de dos resistencias en paralelo se tiene:
𝑅𝑇 =
𝑅1 𝑅2
𝑅1 + 𝑅2
Código de Colores: Sirve para identificar el Valor Nominal de un Resistor.
Poseen 4 bandas de colores, 3 de idénticas proporciones y una más alejada de éstas.
Estas bandas representan el valor real del resistor incluyendo su porcentaje de tolerancia
o error siguiendo un código de colores estándar.
En primer lugar se trata de identificar el extremo que corresponde a la banda de
tolerancia del resistor, que en la mayoría de los casos suele ser dorada (5%) o (algo más
raro) plateada (10%). Una vez localizada ésta, se la deja de lado, (literalmente a la
derecha), se va al otro extremo y se lee la secuencia:
- Primera banda: corresponde al primer dígito del valor
- Segunda banda: corresponde al segundo dígito del valor
- Tercera banda: representa al exponente, o "números de ceros" a agregar
- Cuarta banda: porcentaje de tolerancia (la que se había identificado al principio)
Los colores corresponden a valores estandarizados como se detallan:
Color
1º y 2º dígitos
multiplicador
0
Negro
0
1 (x10 )
Marrón
1
10 (x101)
Rojo
2
100 (x102)
Naranja
3
1000 (x103)
Amarillo
4
10000 (x104)
Verde
5
100000 (x105)
Azul
6
1000000 (x106)
Violeta
7
10000000 (x107)
Gris
8
100000000 (x108)
Blanco
9
1000000000 (x109)
tolerancia
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0.1 (x10-1)
Dorado
Plateado
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5%
10%
Ejemplo con los siguientes valores:
1º banda = amarillo = 4
2º banda = violeta
=7
3º banda = rojo
= 100
4º banda = dorado
= 5%
es decir: 47 por 100 = 4700  o comúnmente 4.7k con un 5% de tolerancia o error.
Ejemplos 1:
1º banda = naranja = 3
2º banda = naranja = 3
1º banda = verde = 5
2º banda = azul = 6
3º banda = naranja = 1000
3º banda = amarillo = 10000 3º banda = marrón = 10
4º banda = dorado = 5%
33 x 1000 = 33,000 
Ejemplos 2:
1º banda = marrón = 1
2º banda = negro = 0
3º banda = negro = x1
4º banda = dorado = 5%
10 x 1= 10 
4º banda = dorado = 5%
56 x 10000 = 560,000 
1º banda = marrón = 1
2º banda = negro = 0
3º banda = dorado = x 0.1
4º banda = dorado = 5%
10 x 0.1 = 1 
1º banda = amarillo = 4
2º banda = violeta = 7
4º banda = plata = 10%
47 x 10 = 470 
1º banda = rojo = 2
2º banda = rojo = 2
3º banda = dorado = 0.1
4º banda = dorado = 5%
22 x 0.1 = 2.2 
Notar que la mayoría de los valores de resistores corresponden a un patrón ya
establecido para el primer y segundo dígito, (dependiendo de la tolerancia), siendo
común en unidades del 5% valores para el 1º y 2º dígito de 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39,
47, 56, 68, 75 y 82 como los más comunes. Esto es una buena guía para el caso de que
equivocarse y leer las bandas de colores al revés.
Además de estar las resistencias caracterizadas por su valor y tolerancia, éstas están
definidas por su poder de disipación de potencia, los valores más típicos son: 1/8, 1/4,
1/3, 1/2, 1 y 2 W, con tolerancias del 1 %, 2 %, 5 %, 10 % y 20 %.
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Resistores Variables: Son muy utilizados cuando es necesario realizar algún tipo de
ajuste interno en un circuito. También se usan para hacer correcciones externas, tales
como el caso de control de volumen, tono, luminosidad, etc.
Las resistencias variables se dividen en dos categorías: Los Potenciómetros y
los Reóstatos que se diferencias entre si, entre otras cosas, por la forma en que se
conectan.
Potenciómetros: Se conectan en paralelo al circuito y se comporta como un divisor de
tensión. Ver la figura.
Reóstatos: Van conectados en serie con el circuito y se debe tener cuidado de que su
valor (en  ) y la potencia que puede aguantar (en watts) sea el adecuado para soportar
la corriente (I en amperios) que por el va a circular por él.
Potenciómetro
Resistores Especiales: Los resistores VDR, NTC, PTC y LDR son las llamadas
resistencias dependientes, ya que su valor óhmico depende de una magnitud externa a
ellas, por lo que estas resistencias pueden ser dependientes de la luz, de la temperatura,
o de la tensión.
Son resistencias no lineales porque su resistencia no varía de forma proporcional al
valor de la magnitud que las modifica. Estas resistencias pertenecen al mismo grupo de
los semiconductores, aunque dependen de magnitudes diferentes:
- El valor de la resistencia VRD depende de la tensión
- El valor de las resistencias NTC y PTC depende de la temperatura
- El valor de la resistencia LDR depende de la intensidad luminosa
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Resistencia VDR: La resistencia VDR (Voltage Dependent Resistors) o Varistor varía
su valor óhmico al aplicarle diferentes valores de tensión entre sus extremos. La
propiedad que caracteriza esta resistencia consiste en que disminuye su valor óhmico
cuándo aumenta la tensión entre sus extremos. Ante picos altos de tensión se comporta
casi como un cortocircuito.
Resistencia VDR
Símbolo Electrónico: El símbolo para representar estas resistencias en un esquema
electrónico es el siguiente:
Características Electrónicas: La resistencia óhmica de una resistencia VDR varía según
la tensión aplicada en sus extremos, por lo tanto la corriente que circula por la
resistencia VDR no es proporcional a la tensión aplicada. Al aumentar la tensión, el
valor de la resistencia VDR disminuye rápidamente.
Característica Tensión-Corriente de una resistencia VDR: Observar que al aumentar la
tensión, el valor óhmico de la resistencia disminuye.
Asociación de Resistencias: Igualmente que otros componentes electrónicos, se pueden
montar las resistencias VDR en serie y paralelo.
- Mediante conexionados en serie se consigue mantener el valor de corriente y aumentar
el valor de tensión que se puede aplicar en extremos de la serie de resistencias.
- Mediante conexionados en paralelo se consigue aumentar el valor de corriente
manteniendo el valor de tensión en extremos del paralelo. Es muy importante que
cuando se conecten en paralelo todos sus valores sean lo más iguales posibles.
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Características Generales:
- Amplia gama de voltajes, desde 14 V a 550 V. Esto permite una selección fácil del
componente correcto para una aplicación específica.
- Alta capacidad de absorción de energía respecto a las dimensiones del componente.
- Tiempo de respuesta de menos de 20 ns, absorbiendo el transitorio en el instante que
ocurre.
- Bajo consumo en reposo.
- Valores bajos de capacidad, lo que hace al varistor apropiado para la protección de
circuitos en conmutación digital.
- Alto grado de aislamiento.
Aplicaciones: Se emplean generalmente como estabilizadores de tensión, como
supresores de picos de tensión en redes eléctricas (transporte de energía), en redes de
comunicación (telefonía), para evitar sobretensiones en componentes delicados
colocándolas en paralelo con ellos.
Resistencia NTC: La resistencia NTC (Negative Temperature Coefficient) se caracteriza
por la disminución del valor óhmico a medida que aumenta la temperatura, por tanto
presenta un coeficiente de temperatura negativo.
Símbolo Electrónico: El símbolo para representar estas resistencias en un esquema
electrónico es el siguiente:
Características Electrónicas:
Gráfica Resistencia-Temperatura en una resistencia NTC
- Relación Tensión – Intensidad: Cuando una intensidad muy pequeña atraviesa una
resistencia NTC, el consumo de potencia será demasiado pequeño para registrar
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aumentos apreciables de temperatura o descensos en el valor óhmico, por lo tanto, la
relación tensión-intensidad será prácticamente lineal.
Si se aumenta la tensión aplicada al termistor, se obtendrá una intensidad en el que la
potencia consumida, provocará aumentos de temperatura suficientes para que la
resistencia NTC disminuya su valor óhmico, incrementándose la intensidad.
Gráfica Característica Tensión Intensidad de una resistencia NTC (E.Log)
Aplicaciones: Se emplean en sistemas de regulación, compensación de temperaturas,
estabilizadores de tensión, como sensores para alarmas o termostatos.
Resistencia PTC: La resistencia PTC (Positive Temperature Coefficient) se caracteriza
por el aumento del valor óhmico a medida que aumenta la temperatura, por tanto
presenta un coeficiente de temperatura positivo.
Símbolo Electrónico: El símbolo para representar estas resistencias en un esquema
electrónico es el siguiente:
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Características Electrónicas:
Relación Resistencia – Temperatura:
En la gráfica se ven las variaciones del valor óhmico de la resistencia PTC al aumentar
la temperatura. Al principio la resistencia no experimenta casi ninguna variación (I), se
sigue aumentando la temperatura, hasta llegar a producirse un aumento considerable de
la resistencia (II), pero si se sigue aumentando la temperatura, el valor óhmico vuelve a
disminuir (III). Entonces solo se puede trabajar con la resistencia cuándo se encuentra
en las zonas I y II, ya que en la III el componente puede estropearse. El límite de
temperatura al que se puede llegar está en torno a los 400 ºC.
Relación Tensión – Intensidad: Hasta un determinado valor de voltaje, la característica
I/V sigue la ley de Ohm, pero la resistencia aumenta cuando la corriente que pasa por la
resistencia PTC provoca un calentamiento y se alcanza la temperatura de conmutación,
temperatura a la cual el valor de la resistencia es igual al doble del que tiene a 25ºC. La
característica I/V depende de la temperatura ambiente y del coeficiente de transferencia
de calor con respecto a dicha temperatura ambiente.
Si la temperatura llega a ser demasiado alta, la resistencia PTC pierde sus propiedades y
puede comportarse eventualmente de una forma similar a una resistencia NTC. Por lo
tanto, las aplicaciones de una resistencia PTC están restringidas a un determinado
margen de temperaturas.
Gráfica Característica Tensión - Intensidad de una resistencia PTC
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Aplicaciones:
Las resistencias PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones: limitación de
corriente, sensor de temperatura, desmagnetización y para la protección contra el
recalentamiento de equipos tales como motores eléctricos. También se utilizan en
indicadores de nivel, para provocar retardos en circuitos, como termostatos, y como
resistencias de compensación.
Resistencia LDR: La resistencia LDR (Light Dependent Resistors) o fotorresistencia, es
un componente electrónico cuya resistencia varía según la intensidad de luz que incide
sobre él. A medida que la intensidad luminosa incide sobre ella, el valor óhmico de la
resistencia LDR disminuye. Puede pasar de varios Mohmios en la oscuridad a unos
pocos ohmios al aumentar la intensidad de la luz.
Símbolo Electrónico: El símbolo para representar estas resistencias en un esquema
electrónico es el siguiente:
Material de Fabricación y Funcionamiento:
Los materiales fotosensibles más utilizados para la fabricación de las resistencias LDR
son, el sulfuro de talio, el sulfuro de cadmio, el sulfuro de plomo, y el seleniuro de
cadmio.
Cuando la LDR no está expuesta a radiaciones luminosas los electrones están
firmemente unidos en los átomos que forman la red del metal. Cuando sobre ella
inciden radiaciones luminosas esta energía libera electrones y el material se hace más
conductor, es decir disminuye su resistencia.
Las resistencias LDR solamente reducen su resistencia con una radiación luminosa
situada dentro de una determinada banda de longitudes de onda. Las construidas con
sulfuro de cadmio son sensibles a todas las radiaciones luminosas visibles, las
construidas con sulfuro de plomo solamente son sensibles a las radiaciones infrarrojas.
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Características Electrónicas:
- Curva Caracteristica Resistencia – Iluminacion
En la gráfica se observan tres curvas subministradas por el fabricante, la de trazo
continuo es la curva nominal, y las otras dos discontinuas corresponden a las curvas
características típica máxima o mínima.
Tiempo de Recuperación: Si una resistencia LDR pasa de estar iluminada a oscuridad
total, el valor de la resistencia no aumenta inmediatamente, debe transcurrir un cierto
tiempo, llamado tiempo de recuperación. En el caso inverso, al pasar de la oscuridad a
un cierto valor de iluminación, la velocidad del tiempo de recuperación es mayor.
Aplicaciones: Se emplean en iluminación, apagado y encendido de alumbrado
(interruptores crepusculares), en alarmas, en cámaras fotográficas, en medidores de luz.
Las de la gama infrarroja en control de máquinas y procesos de conteo y detección de
objetos.
Capacitores: Los capacitores 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.
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Símbolo condensador (no polarizado)
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Símbolo condensador electrolítico
(polarizado)
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  F = 1 x 10-6 F),
nanofaradios (1 nF = 1 x 10-9 F) o picofaradios (1 pF = 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 se le aplica 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 se aumenta 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 la
frecuencia.
Los condensadores, al igual que las resistencias, se pueden conectar tanto en serie como
en paralelo:
La capacidad equivalente serie es:
1
1
1
1
=
+ + ⋯+
𝐶𝑇
𝐶1 𝐶2
𝐶𝑛
y la capacidad equivalente paralelo es:
𝐶𝑇 = 𝐶1 + 𝐶2 + ⋯ + 𝐶𝑛
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Especificaciones: Son los datos que se necesitan brindar para realizar la compra de un
capacitor:
1 – Valor Nominal de Capacidad: Se refiere al valor de C en Faradios o alguno de sus
submúltiplos.
2 - Máxima Tensión Admisible: Se refiere al valor de tensión máxima que puede
soportar el capacitor sin que se rompa o perfore su dieléctrico.
3 – Tolerancia: Con la tolerancia, el fabricante le indica al usuario cuanto puede
desviarse el valor real de C respecto de su Valor Nominal.
Tipos de Capacitores: Existe mucha variedad de capacitores. Están los cerámicos, que
están construidos normalmente por una base tubular de dicho material con sus
superficies interior y exterior metalizadas con plata, sobre
las cuales se encuentran los terminales del mismo. Se
aplican tanto en bajas como en altas frecuencias.
Otro tipo es el de plástico, que está fabricado con dos tiras
de poliéster metalizado en una cara y arrolladas entre sí.
Este tipo de capacitor se emplea a frecuencias bajas o
medias. Con este tipo de capacitor se pueden conseguir
capacidades elevadas a tensiones de hasta 1.000 V.
Capacitores Electrolíticos: Presentan la mayor capacidad de todos para un determinado
tamaño. Pueden ser de aluminio o de tántalo. Los primeros están formados por una hoja
de dicho metal recubierta por una capa de óxido de aluminio que actúa como
dieléctrico, sobre el óxido hay una lámina de papel
embebido en un líquido conductor llamado electrolito y
sobre ella una segunda lámina de aluminio. Son de
polaridad fija, es decir que solamente pueden funcionar si
se les aplica la tensión continua exterior con el positivo al
ánodo correspondiente. Son usados en baja y media
frecuencia.
Los capacitores electrolíticos de tántalo son muy similares
a los de aluminio.
Comportamiento de un Capacitor: La siguiente ecuación diferencial define el
comportamiento de un capacitor:
𝑖(𝑡) = 𝐶
𝑑𝑢(𝑡)
𝑑𝑡
Donde C es la capacidad, u(t) es la función diferencia de potencial o tensión aplicada a
sus terminales e i(t) la corriente resultante que circula. Para entender cualitativamente
esta ecuación, se puede afirmar que solo habrá corriente eléctrica a través de un
capacitor solamente cuando haya variación de tensión en sus bornes.
Comportamiento en Corriente Continua: Todo fenómeno físico esta compuesto por 2
componentes: Una componente Transitoria y otra Permanente. En el caso del Capacitor
en Corriente Continua, la componente Permanente siempre será un Circuito Abierto
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(debido a que al tener un aislante en el medio, la corriente no puede atravesarlo). Solo
habrá una componente Transitoria que será de carga o de descarga del mismo cuando
haya una variación en la tensión de sus bornes. Hay una forma de cuantificar esa carga o
descarga y se llama Constante de Tiempo, es el tiempo que tarda el Capacitor en
cargarse o descargarse hasta el 63% de su final o permanente y se la representa con la
letra griega Tau; esta es una forma de saber si la carga o la descarga es rápida o lenta. El
valor de Tau es el producto de C por la resistencia a través de la cual se carga o se
descarga; si C se expresa en Faradios y el valor de la resistencia en Ohmios, Tau se
expresa en Segundos.
Comportamiento en Corriente Alterna: Debido a que en Corriente Alterna, la polaridad
de la tensión cambia periódicamente, el Capacitor nunca llega al régimen Permanente;
está en permanente régimen Transitorio. El Capacitor se opone al paso de la corriente
pero lo hace de una manera distinta que una resistencia; a esta oposición se le llama
Reactancia Capacitiva y se mide en Ohmios. Observar que el termino Reactancia se
debe a que el componente “reacciona oponiéndose” al paso de la corriente. El valor de
la Reactancia Capacitiva es:
𝑋𝑐 =
1
2𝜋𝑓𝐶
Donde f es la frecuencia con la cual cambia la polaridad y C es la Capacitancia del
Capacitor. Si la frecuencia se expresa en Hertz y el Capacitor en Faradios, la Reactancia
Capacitiva se expresa en Ohmios.
Identificación de Condensadores: Al haber varias tecnologías de fabricación de
capacitores, hay varios códigos para la identificación del valor de un Capacitor, a
continuación se detallan los más usados:
Capacitores Cerámicos Tipo Placa:
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Capacitores Cerámicos Tipo Disco:
Condensadores de Plástico: Algunos usan Código de Colores.
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Otros usan Código de Marcas:
Aplicaciones:
1 - De descarga rápida: Como ser en un Flash, en donde el condensador se tiene que
descargar a gran velocidad para generar la luz necesaria (algo que hace muy fácilmente
cuando se le conecta en paralelo un medio de baja resistencia)
2 - Como Filtro: Un condensador de gran valor (1,000 uF - 12,000 uF) se utiliza para
eliminar el "rizado" que se genera en el proceso de conversión de corriente alterna a
corriente continua.
3 - Para aislar etapas o áreas de un circuito: Un condensador se comporta (idealmente)
como un corto circuito para la señal alterna y como un circuito abierto para señales de
corriente continua, etc.
Capacitores Variables: Son capacitores cuya capacidad puede ser modificada
intencionalmente de forma mecánica o electrónica.
Diversos tipos de condensadores variables.
Variables mecánicamente: La distancia entre las placas, o la cantidad de área de la
superficie de la lámina que coincide, pueden ser cambiadas. La forma más común
dispone un grupo de láminas semicirculares de metal en un eje rotatorio (“rotor”)
ubicándose en los huecos existentes en una serie de láminas estacionarias (estátor) para
que el área de solapamiento pueda cambiarse girando el eje. Se pueden usar como
material dieléctrico láminas de plástico o de aire. Dependiendo de la forma de las placas
rotatorias, se pueden crear varias funciones de capacidad según el ángulo, por ejemplo
para obtener una escala de frecuencia lineal.
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Variables electrónicamente: El grosor de la capa reductora de un diodo semiconductor
polarizado de forma inversa varía con el voltaje DC aplicado a través del diodo.
Cualquier diodo muestra este efecto (incluyendo uniones p/n) en transistores), pero los
dispositivos vendidos específicamente como diodos de capacitancia variable (también
llamados varactores) están diseñados con una gran área de unión y un perfil de dopaje
específicamente diseñado para maximizar la capacitancia. Su uso está limitado a bajas
amplitudes de señal para evitar obvias distorsiones. Los varactores se usan para modular
la frecuencia en osciladores y para hacer osciladores de alta frecuencia controlados por
voltaje (VCOs), el componente del núcleo en sintetizadores de frecuencia PLL que son
omnipresentes en los equipamientos de comunicaciones modernos establecidos.
Transductores: La capacidad de los varactores se usa a veces para convertir un
fenómeno físico en señales eléctricas.
• En un micrófono condensador, el diafragma actúa como una placa de un condensador
y las vibraciones producen cambios en la distancia entre el diafragma y la placa fija,
cambiando el voltaje existente entre las placas del condensador.
• Algunos tipos de sensores industriales utilizan un condensador como elemento para
convertir cantidades físicas, como presión, desplazamiento o humedad relativa en una
señal eléctrica como objeto de medida.
• Los sensores capacitativos se pueden usar también en lugar de interruptores, por
ejemplo en teclados de ordenadores o en botones táctiles de ascensores que no tienen
partes móviles.
Inductores o Bobinas: A diferencia del condensador, la bobina por su forma (espiras de
alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnético. Todo cable por el
que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético generado por la
mencionada corriente, siendo el sentido de flujo del campo magnético el que establece
la Ley de la Mano Derecha. Al estar la bobina hecha de espiras de cable, el campo
magnético se establece por el centro de la bobina y cierra su camino por su parte
exterior.
Una característica interesante de las bobinas es que se oponen a los cambios bruscos de
la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente
que circula por ellas (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de poder), esta
tratará de mantener su condición anterior.
Las bobinas se miden en Henrios (H), pudiendo encontrarse bobinas que se miden
en miliHenrios (mH). El valor que tiene una bobina depende de:
1 - El número de espiras que tenga la bobina (a más vueltas mayor inductancia, o sea
mayor valor en Henrios).
2 - El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o sea mayor valor
en Henrios).
3 - La longitud del cable de que está hecha la bobina.
4 - El tipo de material de que esta hecho el núcleo: Los más usados son aire, hierro y
ferrite.
Símbolo de la bobina
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Especificaciones: Son los datos que se necesitan para fabricar una bobina:
1 – Valor Nominal de Inductancia (L): Se refiere al valor de L en Henrios o alguno de
sus submúltiplos.
2 - Máxima Corriente Admisible: Se refiere al valor de corriente máxima que puede
circular por la bobina sin que se rompa.
3 – Tolerancia: Con la tolerancia, se le indica al usuario cuanto puede desviarse el valor
real de L respecto de su Valor Nominal.
Asociaciones comunes:
Asociación serie general.
Asociación paralelo general.
Al igual que las resistencias, las bobinas pueden asociarse en serie, paralelo o de forma
mixta. En estos casos, y siempre que no exista acoplamiento magnético, la inductancia
equivalente para la asociación en serie vendrá dada por:
𝐿𝑇 = 𝐿1 + 𝐿2 + ⋯ + 𝐿𝑛
Para la asociación en paralelo se tiene:
1
1
1
1
=
+ +⋯+
𝐿𝑇
𝐿1 𝐿2
𝐿𝑛
Para la asociación mixta se procederá de forma análoga que con las resistencias.
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Comportamiento de una Bobina: La siguiente ecuación diferencial define el
comportamiento de una Bobina:
𝑢(𝑡) = 𝐿
𝑑𝑖(𝑡)
𝑑𝑡
Donde L es la Inductancia de la Bobina, u(t) es la diferencia de potencial o tensión
aplicada a sus terminales e i(t) la función corriente que circula a través de la misma.
Para entender cualitativamente esta ecuación, se puede afirmar que solo habrá tensión
eléctrica en los bornes de una bobina solamente cuando haya variación de corriente a
través de la misma.
Comportamiento en Corriente Continua: La componente Permanente siempre será un
Corto Circuito (debido a que es un arrollamiento de un conductor). Solo habrá una
componente Transitoria que será de carga o de descarga de la misma cuando haya una
variación en la corriente a su través. Hay una forma de cuantificar esa carga o descarga
y se llama Constante de Tiempo, es el tiempo que tarda la Bobina en cargarse o
descargarse hasta el 63% de su final o permanente y se la representa con la letra griega
Tau; esta es una forma de saber si la carga o la descarga es rápida o lenta. El valor de
Tau es el cociente entre el valor de L y la resistencia a través de la cual se carga o se
descarga; si L se expresa en Henrios y el valor de la resistencia en Ohmios, Tau se
expresa en Segundos.
Comportamiento en Corriente Alterna: Debido a que en Corriente Alterna, la polaridad
de la tensión cambia periódicamente, la Bobina nunca llega al régimen Permanente; está
en permanente régimen Transitorio. La Bobina se opone al paso de la corriente pero lo
hace de una manera distinta que una resistencia; a esta oposición se le llama Reactancia
Inductiva y se mide en Ohmios. Observar que el termino Reactancia se debe a que el
componente “reacciona oponiéndose” al paso de la corriente. El valor de la Reactancia
Inductiva es:
𝑋𝐿 = 2𝜋𝑓𝐿
Donde f es la frecuencia con la cual cambia la polaridad y L es la Inductancia de la
Bobina. Si la frecuencia se expresa en Hertz y la Bobina en Henrios, la Reactancia
Inductiva se expresa en Ohmios.
Aplicaciones:
1 - Una de la aplicaciones más comunes de las bobinas y que forma parte de nuestra
vida diaria es las bobinas que se encuentran en los transformadores y
autotransformadores para reducir o elevar el Voltaje.
2 - En los sistemas de iluminación con tubos fluorescentes existe un elemento adicional
que acompaña al tubo y que comúnmente se llama reactor.
3 - En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrar componentes de
corriente alterna, y solo obtener corriente continua en la salida.
4 – Debido a que la Reactancia Inductiva de una Bobina es proporcional al producto de
la Frecuencia por la Inductancia; en Radio Frecuencia (Frecuencia alta) se usan unos
inductores llamados Choques que sirven para impedir el paso de la alta frecuencia pero
dejar pasar la corriente continua.
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5 – El relé o relevador es un dispositivo electromecánico que funciona como un
interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un
electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar
otros circuitos eléctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.
Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de
entrada, puede considerarse como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon
en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con
corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea.
Descripción: En la siguiente figura se representa, de forma esquemática, la disposición
de los distintos elementos que forman un relé de un único contacto de trabajo o circuito.
Estructura y funcionamiento: El electroimán hace bascular la armadura al ser excitada,
cerrando los contactos dependiendo de si es N.A ó N.C (normalmente abierto o
normalmente cerrado). Si se le aplica un voltaje a la bobina se genera un campo
magnético, que provoca que los contactos hagan una conexión. Estos contactos pueden
ser considerados como el interruptor, que permite que la corriente fluya entre los dos
puntos que cerraron el circuito.
Tipos de relés: Existen multitud de tipos distintos de relés, dependiendo del número de
contactos, de su intensidad admisible, del tipo de corriente de accionamiento, del tiempo
de activación y desactivación, etc. Cuando controlan grandes potencias se les
llama contactores en lugar de relés.
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Relés electromecánicos:
Relés de tipo armadura: Pese a ser los más antiguos siguen siendo lo más utilizados en
multitud de aplicaciones. Un electroimán provoca la basculación de una armadura al ser
excitado, cerrando o abriendo los contactos dependiendo de si es NA (normalmente
abierto) o NC (normalmente cerrado).
Relés de núcleo móvil: A diferencia del anterior modelo estos están formados por un
émbolo en lugar de una armadura. Debido a su mayor fuerza de atracción, se utiliza
un solenoide para cerrar sus contactos. Es muy utilizado cuando hay que controlar altas
corrientes
Relé tipo Reed o de lengüeta: Están constituidos por una ampolla de vidrio, con
contactos en su interior, montados sobre delgadas láminas de metal. Estos contactos
conmutan por la excitación de una bobina, que se encuentra alrededor de la mencionada
ampolla.
Relés polarizados o biestables: Se componen de una pequeña armadura, solidaria a
un imán permanente. El extremo inferior gira dentro de los polos de un electroimán,
mientras que el otro lleva una cabeza de contacto. Al excitar el electroimán, se mueve la
armadura y provoca el cierre de los contactos. Si se polariza al revés, el giro será en
sentido contrario, abriendo los contactos ó cerrando otro circuito.
Relé de corriente alterna: Cuando se excita la bobina de un relé con corriente alterna, el
flujo magnético en el circuito magnético, también es alterno, produciendo una fuerza
pulsante, con frecuencia doble, sobre los contactos. Es decir, los contactos de un relé
conectado a la red, en algunos lugares, como varios países de Europa y latinoamérica
oscilarán a 50 Hz y en otros, como en Estados Unidos lo harán a 60 Hz. Este hecho se
aprovecha en algunos timbres y zumbadores, como un activador a distancia. En un relé
de corriente alterna se modifica la resonancia de los contactos para que no oscilen.
Ventajas del uso de relés: La gran ventaja de los relés electromagnéticos es la completa
separación eléctrica entre la corriente de accionamiento, la que circula por la bobina del
electroimán, y los circuitos controlados por los contactos, lo que hace que se puedan
manejar altos voltajes o elevadas potencias con pequeñas tensiones de control. También
ofrecen la posibilidad de control de un dispositivo a distancia mediante el uso de
pequeñas señales de control.
Circuito RLC en serie. Resonancia.
Si un circuito RLC en serie es sometido a una tensión
relación:
, la ley de las mallas impone la
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Introduciendo la relación característica de un condensador:
Se obtiene la ecuación diferencial de segundo orden (la solución de esta ecuación
diferencial queda fuera del alcance de este curso):
Donde:
E es la fuerza electromotriz de un generador, en voltios (V);
uC es la tensión en los bornes de un condensador, en voltios (V);
L es la inductancia de la bobina, en henrios (H);
i es la intensidad de corriente eléctrica en el circuito, en amperios (A);
C es la capacitancia del condensador, en faradios (F);
Rt es la resistencia total del circuito, en ohmios (Ω);
t es el tiempo en segundos (s)
En el caso de un régimen sin pérdidas, esto es para
, se obtiene una solución de
la forma:
Donde:
T0 el periodo de oscilación, en segundos;
φ la fase en el origen (lo más habitual es elegirla para que φ = 0)
Lo que resulta:
Donde
es la frecuencia de resonancia, en hertz (Hz).
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Forma intuitiva de explicar este fenómeno: Si la tensión de la fuente de tensión E es
continua, y si no existieran perdidas
; la forma de la corriente seria una onda
sinusoidal de frecuencia fo (La energía que almacena el Capacitor en forma de campo
eléctrico la entrega a la Bobina que la almacena en forma de campo magnético y así
sucesivamente hasta el infinito). Si se consideran las perdidas (la resistencia Rt distinta
de cero); la forma de onda de la corriente seria una sinusoidal que se va atenuando hasta
llegar a cero debido a la presencia del Capacitor que se encuentra en serie.
Si la tensión de la fuente de tensión E es sinusoidal y de frecuencia fo; se esta en
presencia de Resonancia, la Reactancia Capacitiva y la Reactancia Inductiva tienen el
mismo valor y se cancelan sus efectos; es como si no estuvieran. Los circuitos
resonantes son ampliamente usados en aplicaciones en donde se necesita hacer una
selección de frecuencia, como por ejemplo en la sintonización de estaciones de radio y
de televisión.-