Elemento que dificulta el paso de la corriente eléctrica en un circuito. Esta oposición es constante y se mide en ohmios (Ω).

Transcripción

1 0. Resistencias fijas Elemento que dificulta el paso de la corriente eléctrica en un circuito. Esta oposición es constante y se mide en ohmios (Ω). Múltiplos kilo (1kΩ = 1.000Ω) Mega (1MΩ= Ω). Se suele colocar la letra k o M en lugar de la coma, así 1k5 indica 1,5 kω. En electrónica el símbolo de una resistencia es: 1

2 0. Resistencias fijas Código color: El valor de la resistencia se muestra a través de un código de colores. Cada resistencia está pintada con cuatro anillos de color. Se deja la banda más separada hacia la derecha. Se empieza a leer por la izquierda. Las dos primeras bandas son cifras La tercera un multiplicador. La cuarta indica la tolerancia. Tabla de valores Colores 1ª Cifra 2ª Cifra Multiplicador Tolerancia Negro 0 0 Marrón 1 1 x 10 1% Rojo 2 2 x % Naranja 3 3 x 10 3 Amarillo 4 4 x 10 4 Verde 5 5 x % Azul 6 6 x 10 6 Violeta 7 7 x 10 7 Gris 8 8 x 10 8 Blanco 9 9 x 10 9 Oro x % Plata x % Sin color 20% Primer anillo Naranja 3 Segundo anillo Blanco 9 Tercer anillo Marrón x 10 Cuarto anillo Oro / 5% 2

3 Ejemplo 1: Determina el valor teórico, tolerancia y los valores máximo y mínimo de la siguiente resistencia: Primer anillo Amarillo 4 Segundo anillo Violeta 7 Tercer anillo Marrón x 10 Cuarto anillo Oro / 5% Tolerancia: 5% de 470 = 470 x 5 / 100 = 23,5 Ω Los valores de la resistencia estarán comprendidos entre: Valor mínimo: ,5 = 446,5 Ω Valor máximo: ,5 = 493,5 Ω es decir, el fabricante dice que esa resistencia puede valer entre 446,5 Ω y 493,5 Ω. 3

4 Ejemplo 2: Utilizando el código de colores, determinar el valor teórico, la tolerancia y los valores máximo y mínimo de la siguiente resistencia: Solución: Primer anillo Naranja 3 Segundo anillo Naranja 3 Tercer anillo Marrón x 10 Cuarto anillo Plata / 10% Tolerancia: 10% de 330 = 330 x 10 / 100 = 33 Ω Valor mínimo: = 297 Ω Valor máximo: = 363 Ω el fabricante indica que la resistencia puede valer entre 297 Ω y 363 Ω Ejemplo 2: Utilizando el código de colores, determinar el valor teórico, la tolerancia y los valores máximo y mínimo de la siguiente resistencia: Solución: Primer anillo Marrón 1 Segundo anillo Verde 5 Tercer anillo Rojo x 100 Cuarto anillo Oro / 5% Tolerancia : 5% de = x 5 / 100 = 75 Ω Valor mínimo: = Ω Valor máximo: = Ω Nota: El valor Ω, se suele poner como 1,5 kω 4

5 0. CONTROL DE LOS CIRCUITOS: INTERRUPTORES Y RELÉS Recordatorio: RESISTENCIA: Magnitud física que indica la mayor o menor dificultad que ofrece un elemento al paso de la corriente eléctrica a su través. Hasta ahora hemos trabajado con resistencias que tenían un valor de resistencia FIJO, este valor venía dado por un código de color. En este tema vamos a ver otros tipos de resistencias cuyo valor no es constante, puede modificarse bien sea: Manualmente: El usuario actúa sobre la resistencia para variar su valor (Potenciómetros) Debido a variaciones ambientales (Luz: LDR, Temperatura: NTC,PTC). DEFINICION 1. Definición Parte de la electricidad que estudia el funcionamiento de circuitos eléctricos que contienen semiconductores. Recordatorio: MATERIAL CONDUCTOR: Conduce la corriente eléctrica (ej. metales) MATERIAL AISLANTE: No deja pasar la corriente eléctrica (ej. plásticos) MATERIAL SEMICONDUCTOR: Conduce la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un conductor. A bajas temperaturas actúan como aislantes (resistividad alta) A altas temperaturas actúan como conductores (resistividad baja hasta acercarse a la de los metales). Silicio, selenio y germanio son los materiales semiconductores más importantes. 5

6 Los componentes electrónicos más importantes son el diodo y el transistor. Antes de estudiarlos veremos otros elementos eléctricos que aparecen un muchos circuitos. Componentes electrónicos: Diodos Transistor Componentes eléctricos Resistencias especiales. Potenciómetros LDR NTC,PTC Condensadores RESISTENCIAS ESPECIALES Recordatorio: RESISTENCIA: Magnitud física que indica la mayor o menor dificultad que ofrece un elemento al paso de la corriente eléctrica a su través. Hasta ahora hemos trabajado con resistencias que tenían un valor de resistencia FIJO, este valor venía dado por un código de color. En este tema vamos a ver otros tipos de resistencias cuyo valor no es constante, puede modificarse bien sea: Manualmente: El usuario actúa sobre la resistencia para variar su valor (Potenciómetros) Debido a variaciones ambientales (Luz: LDR, Temperatura: NTC,PTC). 6

7 2.1 Potenciómetros, resistencias ajustables Resistencia de valor variable. El valor de la resistencia puede ajustarse a voluntad moviendo un elemento mecánico, giratorio o deslizante. Se suelen llamar potenciómetros cuando poseen un eje practicable, y resistencias ajustables cuando para variar su valor se necesita una herramienta (útil cuando una vez ajustados no se van a volver a retocar). El símbolo de un potenciómetro es: 2.1 Potenciómetros, resistencias ajustables Aplicación: Controlar la intensidad de corriente a través de una bombilla y con ello su brillo. Supongamos que la bombilla solo puede soportar una tensión de 4V. 12V 4V 1A 8V Qué resistencia ha de disipar el potenciómetro? La fuente de alimentación está comunicando 12V. El potenciómetro ha de disipar 8 voltios. 7

8 2.1 Potenciómetros, resistencias ajustables Aplicación: Controlar la intensidad de corriente a través de una bombilla y con ello su brillo. Supongamos que la bombilla solo puede soportar una tensión de 4V. 12V 1A Qué resistencia ha de disipar el potenciómetro? 4V 8V Para determinar la resistencia en el potenciómetro aplicamos la ley de ohm: R= V / I R= 8 / 1 = 8Ω 2.2 Resistencia variable con la luz: LDR o célula fotoeléctrica El valor de la resistencia varía con la intensidad de la luz que incide sobre ella. LDR Mayor intensidad Menor resistencia El símbolo de una resistencia LDR es: 8

9 2.2 Resistencia variable con la luz: LDR o célula fotoeléctrica Los LDR están fabricados con materiales de estructura cristalina. En ellos, cuanto mayor es la iluminación mejor conducen la corriente eléctrica, se hacen más conductores. 2.2 Resistencia variable con la luz: LDR o célula fotoeléctrica Ejemplo: Al disminuir la intensidad lumínica aumenta la resistencia, por lo tanto: La intensidad de corriente disminuye 9

10 2.2 Resistencia variable con la luz: LDR o célula fotoeléctrica Ejercicio: 4 Ω En el circuito de la figura el valor de la resistencia LDR es: 14Ω a plena luz del día. 886Ω al anochecer En qué situación lucirá más intensamente la bombilla? 9V 9V Es decir: En que caso la potencia disipada es mayor? P = I. V 4 Ω 2.2 Resistencia variable con la luz: LDR o célula fotoeléctrica Ejercicio: 9V Inicialmente calculamos la intensidad en la bombilla en cada uno de los casos: De día: R total = R B R LDR R total = 4 14 = 18 Ω I = V / R = 9 / 18 = 0,5A De noche: R total = R B R LDR R total = = 890 Ω I = V / R = 9 / 890 = 0,01A 4 Ω R B (Ω) R LDR (Ω) I(A) V(V) P(W) Día ,5 Noche ,01 10

11 2.2 Resistencia variable con la luz: LDR o célula fotoeléctrica 9V Ejercicio: Con Ohm calcularé V en cada caso De día: V B = I B. R B V B = 0,5. 4 = 2V 4 Ω De noche: V B = I B. R B V B = 0,01. 4 = 0,04V R B (Ω) R LDR (Ω) I(A) V(V) P(W) Día ,5 Noche ,01 2 0, Resistencia variable con la luz: LDR o célula fotoeléctrica Ejercicio: Calculamos la potencia disipada en cada caso: 9V De día: P B = I B. V B P B = 0,5. 2 = 1W 4 Ω De noche: P B = I B. V B P B = 0,01. 0,04 = 0,0004W R B (Ω) R LDR (Ω) I(A) V(V) P(W) Como era de prever brilla más la bombilla cuando la LDR está a plena luz Día ,5 2 Noche ,01 0,04 1 0,

12 2.2 Resistencia variable con la luz: LDR o célula fotoeléctrica Aplicaciones: Permite detectar cambios en la iluminación de un lugar, útil para: Encendido de farolas. Apertura de puertas. Alarmas. Detección de movimientos. Relé controlado por luz. Cualquier proceso en el que se pueda producir una variación lumínica. 2.3 Resistencia variable con la temperatura: NTC y PTC El valor de la resistencia varía con la temperatura: Existen dos tipos: NTC Mayor temperatura Menor resistencia El símbolo de una resistencia NTC es: 12

13 2.3 Resistencia variable con la temperatura: NTC y PTC El valor de la resistencia varía con la temperatura: Existen dos tipos: PTC Mayor temperatura Mayor resistencia El símbolo de una resistencia PTC es: 2.3 Resistencia variable con la temperatura: NTC y PTC En los elementos se indica el valor de resistencia a 25ºC. Se indica o por código de colores o escrito sobre el elemento. 13

14 2.3 Resistencia variable con la temperatura: NTC y PTC Por medio de gráficas el fabricante informa de cómo varía el valor de la resistencia en el elemento con la temperatura. Es necesario escoger una resistencia cuyo comportamiento se adapte a las necesidades del problema. 2.3 Resistencia variable con la temperatura: NTC y PTC Ejemplo: Al aumentar la temperatura la intensidad disminuye, por lo tanto: La resistencia aumenta: PTC 14

15 2.3 Resistencia variable con la temperatura: NTC y PTC Ejercicio: 10V Utilizando una resistencia NTC diseña un circuito que funcione como alarma de incendios. Se dispone de: Un motor de 10Ω que funciona a tensiones mayores a 2V. Como fuente de alimentación pila de 10V. M 10Ω 2.3 Resistencia variable con la temperatura: NTC y PTC Ejercicio: 10V La resistencia se comporta según curva de funcionamiento de la derecha: M 10Ω Determinar si la bomba funcionará a temperatura ambiente y cuando la temperatura suba hasta los 100ºC. 15

16 A A a 2.3 Resistencia variable con la temperatura: NTC y PTC Ejercicio: 10V Temperatura ambiente, tomamos 20ºC La resistencia a esa Temperatura es 100Ω: Aplico la ley de Ohm al circuito equivalente para obtener la Intensidad: Req = RM RNTC = = 110Ω a I = V / R = 10 / 110 = 0,09A Para obtener el valor de tensión en el motor, le aplicamos la ley de ohm: V = I.R = 0,09.10 =0,9 V Tensión menor a 2V por lo tanto el motor no gira M 10Ω a 2.3 Resistencia variable con la temperatura: NTC y PTC Ejercicio: 10V Temperatura 100ºC La resistencia a esa Temperatura es 10Ω: Aplico la ley de Ohm al circuito equivalente para obtener la Intensidad: Req = RM RNTC = = 20Ω a I = V / R = 10 / 20 = 0,5A Para obtener el valor de tensión en el motor, le aplicamos la ley de ohm: V = I.R = 0,5.10 =5 V Tensión mayor a 2V por lo tanto el motor gira M 10Ω 16

17 2.3 Resistencia variable con la temperatura: NTC y PTC Aplicaciones: Permite detectar cambios en la iluminación de un lugar, útil para: Alarmas de incendios Sistema de refrigeración Cualquier proceso en el que se pueda producir una variación térmica. RESUMEN Potenciómetro Resistencia variable manualmente LDR NTC Mayor intensidad Mayor temperatura Menor resistencia Menor resistencia PTC Mayor temperatura Mayor resistencia 17

18 Componentes capaces de almacenar y descargar cargas eléctricas Formados por: Dos láminas de material conductor enfrentadas entre sí, se llaman ARMADURAS. Capa intermedia de material aislante llamado DIELÉCTRICO que separa a las dos capas de conductor. Símbolos: positivo polarizado no polarizado FUNCIONAMIENTO Supongamos un circuito sencillo formado por: Pila Bombilla Interruptor Al cerrar el interruptor se inicia el flujo de electrones desde el polo negativo de la pila. 18

19 FUNCIONAMIENTO Supongamos un circuito sencillo formado por: Pila Bombilla Interruptor Al cerrar el interruptor se inicia el flujo de electrones desde el polo negativo de la pila. Los electrones ceden su energía a la bombilla en forma de luz. Tras pasar por la bombilla los electrones regresan a la pila, tomando de ella energía e iniciando de nuevo el proceso. La bombilla luce mientras la pila tiene energía que comunicar FUNCIONAMIENTO Añadimos al circuito anterior un condensador 19

20 FUNCIONAMIENTO Añadimos al circuito anterior un condensador Al cerrar el interruptor el circuito funciona de igual forma al caso anterior. FUNCIONAMIENTO Añadimos al circuito anterior un condensador Al cerrar el interruptor el circuito funciona de igual forma al caso anterior. Sin embargo al cabo de un instante se ve como la intensidad de la bombilla va disminuyendo poco a poco hasta apagarse. 20

21 FUNCIONAMIENTO Añadimos al circuito anterior un condensador Al cerrar el interruptor el circuito funciona de igual forma al caso anterior. Sin embargo al cabo de un instante se ve como la intensidad de la bombilla va disminuyendo poco a poco hasta apagarse. FUNCIONAMIENTO Añadimos al circuito anterior un condensador Al cerrar el interruptor el circuito funciona de igual forma al caso anterior. Sin embargo al cabo de un instante se ve como la intensidad de la bombilla va disminuyendo poco a poco hasta apagarse. 21

22 FUNCIONAMIENTO Qué ha ocurrido? Al cerrar el circuito, los electrones salen de la pila y llegan a la placa de la derecha del condensador (placa negativa). FUNCIONAMIENTO Qué ha ocurrido? Al cerrar el circuito, los electrones salen de la pila y llegan a la placa de la derecha del condensador (placa negativa). 22

23 FUNCIONAMIENTO Qué ha ocurrido? Al cerrar el circuito, los electrones salen de la pila y llegan a la placa de la derecha del condensador (placa negativa). Los electrones no pueden atravesar el material aislante del dieléctrico y quedan acumulados en la placa negativa. FUNCIONAMIENTO Qué ha ocurrido? Los electrones que se acumulan en la placa negativa repelen a electrones de la placa de la izquierda hacia el polo positivo del generador que los atrae. 23

24 FUNCIONAMIENTO Qué ha ocurrido? Los electrones que se acumulan en la placa negativa repelen a electrones de la placa de la izquierda hacia el polo positivo del generador que los atrae. Al pasar por la bombilla está se enciende FUNCIONAMIENTO Qué ha ocurrido? Esto hace que en la placa de la izquierda del condensador aparezca una carga positiva. 24

25 FUNCIONAMIENTO Qué ha ocurrido? A medida que el proceso continúa va aumentando la carga en las placas del condensador FUNCIONAMIENTO Qué ha ocurrido? A medida que el proceso continúa va aumentando la carga en las placas del condensador. 25

26 FUNCIONAMIENTO Qué ha ocurrido? A medida que el proceso continúa va aumentando la carga en las placas del condensador FUNCIONAMIENTO Qué ha ocurrido? A medida que el proceso continúa va aumentando la carga en las placas del condensador 26

27 FUNCIONAMIENTO Porqué se va apagando la bombilla? Desde el instante en que la placa negativa del condensador ha comenzado a cargarse (carga negativa) comienza a repeler a los electrones que van llegando. Esta fuerza de repulsión va aumentando a medida que llegan más electrones. Esto hace que cada vez lleguen menos electrones. Cada vez salen menos electrones de la placa de la izquierda. FUNCIONAMIENTO La intensidad cada vez es menor. Llega un instante en le que la carga en las placas del condensador es tan alta como para detener el flujo de corriente. 27

28 FUNCIONAMIENTO En ese instante la placas quedan cargadas con una carga eléctrica neta. La cantidad de carga que puede llegar a acumular el condensador depende de una propiedad llamada CAPACIDAD. La capacidad se mide en faradios (F). Normalmente se utilizan submúltiplos: Microfaradio µf 10 6 F Nanofaradio nf 10 9 F picofaradio pf F FUNCIONAMIENTO II: DESCARGA DEL CONDENSADOR Una vez que hemos cargado el condensador lo conectamos con una resistencia formando un circuito cerrado. 28

29 FUNCIONAMIENTO II: DESCARGA DEL CONDENSADOR Una vez que hemos cargado el condensador lo conectamos con una resistencia formando un circuito cerrado. Las cargas negativas de la placa de la derecha son atraídas por las cargas positivas de la armadura de la izquierda. Se inicia el flujo de corriente y la bombilla se enciende. FUNCIONAMIENTO II: DESCARGA DEL CONDENSADOR Una vez que hemos cargado el condensador lo conectamos con una resistencia formando un circuito cerrado. Las cargas negativas de la placa de la derecha son atraídas por las cargas positivas de la armadura de la izquierda. Se inicia el flujo de corriente y la bombilla se enciende. Los electrones llegan a la placa de la izquierda. 29

30 FUNCIONAMIENTO II: DESCARGA DEL CONDENSADOR La carga en las placas va disminuyendo. El flujo de carga va disminuyendo, la bombilla cada vez brilla menos. FUNCIONAMIENTO II: DESCARGA DEL CONDENSADOR La carga en las placas va disminuyendo. El flujo de carga va disminuyendo, la bombilla cada vez brilla menos. 30

31 FUNCIONAMIENTO II: DESCARGA DEL CONDENSADOR La carga en las placas va disminuyendo. El flujo de carga va disminuyendo, la bombilla cada vez brilla menos. FUNCIONAMIENTO II: DESCARGA DEL CONDENSADOR La carga en las placas va disminuyendo. El flujo de carga va disminuyendo, la bombilla cada vez brilla menos. Al final del proceso las placas no tienen carga neta, no hay corriente, la bombilla se apaga. 31

32 APLICACIONES Un condensador funciona como una pequeña batetía que se carga o descarga rápidamente. El tiempo que tarda en cargar o descargar dependerá de su capacidad y del valor de la resistencia que esté en serie con él. Lo utilizaremos para conseguir efectos de retardo en circuitos electrónicos. Ejemplo Partimos del circuito: M 32

33 Ejemplo Añado un condensador en serie con la bobina: M Qué diferencia hay entre este circuito y el anterior? Ejemplo Actúo sobre el pulsador NA: M 33

34 Ejemplo Actúo sobre el pulsador NA: M El circuito de la bobina queda cerrado, la bobina se imanta y los contactos del relé cambian de posición, es sentido de giro del motor cambia Ejemplo Actúo sobre el pulsador NA: M El circuito de la bobina queda cerrado, la bobina se imanta y los contactos del relé cambian de posición, es sentido de giro del motor cambia 34

35 Ejemplo Actúo sobre el pulsador NA: M El condensador también queda en circuito cerrado. Ejemplo Actúo sobre el pulsador NA: M El condensador también queda en circuito cerrado. 35

36 Ejemplo Actúo sobre el pulsador NA: M El condensador también queda en circuito cerrado. Ejemplo Actúo sobre el pulsador NA: M Las placas se cargan: 36

37 Ejemplo Dejamos de actuar sobre el pulsador NA: M Queda en circuito cerrado el conjunto condensador, bobina: Ejemplo Dejamos de actuar sobre el pulsador NA: M Queda en circuito cerrado el conjunto condensador, bobina: 37

38 Ejemplo Dejamos de actuar sobre el pulsador NA: M Queda en circuito cerrado el conjunto condensador, bobina: El condensador comienza la descarga, manteniendo excitada la bobina y el sentido de giro del motor Ejemplo Dejamos de actuar sobre el pulsador NA: M Al descargarse el condensador la bobina deja de actuar como imán y los contactos del relé vuelven a su posición de reposo 38

39 Ejemplo Dejamos de actuar sobre el pulsador NA: M Al descargarse el condensador la bobina deja de actuar como imán y los contactos del relé vuelven a su posición de reposo, el giro se invierte Ejemplo Dejamos de actuar sobre el pulsador NA: M El condensador ha actuado como un dispositivo de retardo, se retrasa el cambio de sentido de giro. 39

40 4. DIODOS Y TRANSISTORES Diodos y transistores son elementos electrónicos formados por materiales semiconductores. Los materiales semiconductores se comportan en determinadas situaciones como aislantes y en otras como conductores. La Física que hay detrás de estos elementos es complicada y no la estudiaremos. Estudiaremos el funcionamiento de los elementos y sus aplicaciones. El funcionamiento de estos elementos se entiende mucho mejor si se considera el sentido tradicional de circulación de la corriente. CARGAS POSITIVAS QUE SE MUEVEN DE POLOS POSITIVOS A POLOS NEGATIVOS 4. DIODOS Elemento formado por la unión de dos láminas de semiconductor. Una de las láminas es de tipo P y otra de tipo N. Su símbolo es: 40

41 4. DIODOS Elemento formado por la unión de dos láminas de semiconductor. Una de las láminas es de tipo P y otra de tipo N. Su símbolo es: El signo negativo () índica el polo negativo del diodo Físicamente el polo negativo se señala en el diodo con una franja de color. 4. DIODOS: FUNCIÓN Los diodos sólo dejan pasar la corriente en un sentido. Sólo dejan pasar la corriente si las cargas positivas entran por su polo positivo y salen por el negativo Ej: Sea un circuito sencillo, pila bombilla 41

42 4. DIODOS: FUNCIÓN Los diodos sólo dejan pasar la corriente en un sentido. Sólo dejan pasar la corriente si las cargas positivas entran por su polo positivo y salen por el negativo Las cargas positivas salen del polo positivo de la pila cargadas de energía 4. DIODOS: FUNCIÓN Los diodos sólo dejan pasar la corriente en un sentido. Sólo dejan pasar la corriente si las cargas positivas entran por su polo positivo y salen por el negativo Las cargas ceden su energía en la bombilla y ésta se enciende 42

43 4. DIODOS: FUNCIÓN Los diodos sólo dejan pasar la corriente en un sentido. Sólo dejan pasar la corriente si las cargas positivas entran por su polo positivo y salen por el negativo Añadimos un diodo Las cargas positivas entran por el polo positivo del diodo. 4. DIODOS: FUNCIÓN Los diodos sólo dejan pasar la corriente en un sentido. Sólo dejan pasar la corriente si las cargas positivas entran por su polo positivo y salen por el negativo Las cargas pueden circular por el diodo La bombilla luce como en el caso anterior. 43

44 4. DIODOS: FUNCIÓN Los diodos sólo dejan pasar la corriente en un sentido. Sólo dejan pasar la corriente si las cargas positivas entran por su polo positivo y salen por el negativo Añadimos un diodo pero cambiando su polaridad Las cargas positivas entran por el polo negativo del diodo. 4. DIODOS: FUNCIÓN Los diodos sólo dejan pasar la corriente en un sentido. Sólo dejan pasar la corriente si las cargas positivas entran por su polo positivo y salen por el negativo Las cargas NO pueden circular por el diodo La bombilla NO LUCE. 44

45 4. DIODOS: FUNCIÓN Los diodos sólo dejan pasar la corriente en un sentido. Sólo dejan pasar la corriente si las cargas positivas entran por su polo positivo y salen por el negativo 4. DIODOS APLICACIONES Asegurar que la corriente circule en el sentido adecuado. Rectificar corriente alterna (transformar la corriente alterna en corriente continua). 45

46 4. LED DIODO EMISOR DE LUZ Diodo que emite luz cuando es atravesado por corriente eléctrica. Se utiliza como indicador luminoso en aparatos eléctricos, carteles expositores, pantallas gigantes, semáforos, linternas Como cualquier diodo tiene dos terminales, la corriente circula si el negativo se conecta al polo negativo, para distinguirlos uno es más corto que el otro. Símbolo: Terminal largo Ánodo Terminal corto Cátodo 4. LED DIODO EMISOR DE LUZ PRECAUCIÓN La tensión entre los terminales de un LED no puede superar los 2V. Para evitar sobrecargas se suelen conectar en serie con una resistencia. 46