Taller de electrónica para usos creativos: Conceptos básicos

Transcripción

1 Taller de electrónica para usos creativos: Conceptos básicos 8 al 11 de Mayo de

2 Sistema electrónico SISTEMA ELECTRÓNICO SISTEMA FÍSICO sensores procesamiento y control actuadores SISTEMA FÍSICO alimentación Un sistema electrónico toma información de una magnitud externa de un sistema físico, la transforma en una señal eléctrica (a través de un sensor), la procesa y genera otra señal, de la magnitud que corresponda, que actúa sobre el sistema físico (a través de un actuador) 2

3 Conceptos básicos Qué señales procesa? Se procesan y modifican magnitudes electrónicas (tensión, corriente, ) Cómo interactúa con el mundo físico? A través de sensores y actuadores De dónde viene la energía? De la fuente de alimentación (pilas, adaptadores de corriente ) 3

4 Tensión, corriente y resistencia Tensión: diferencia de potencial entre dos puntos Corriente: flujo de carga eléctrica que pasa por un punto por unidad de tiempo Resistencia: característica de un material a oponerse al paso de la corriente 4

5 Tensión, corriente y resistencia Analogías presión o altura grande presión o altura pequeña tensión grifo resistencia caudal grande corriente caudal pequeño grifo más cerrado 5

6 Tensión, corriente y resistencia Tensión: diferencia de potencial entre dos puntos. La unidad de medida es el voltio (V) También hablamos de milivoltios (1 mv = 0,001 V), o de kilovoltios (1 kv = 1000 V) Siempre hablamos de tensión entre dos puntos (también decimos diferencia de tensión, o caída de tensión) Para simplificar, normalmente suponemos un punto como el cero (p.e. el polo negativo de la pila), 6

7 Tensión, corriente y resistencia Tensión: diferencia de potencial entre dos puntos. Valores típicos En electrónica (corriente continua, o CC, DC): 5V, 3.3V, 2.5V En automoción: 12V, 24V, 48V En hogar (corriente alterna, o AC): 220V, 380V En distribución (líneas de alta tensión, AC): 220kV V + - Medir tensión de una pila o dos pilas U 3.3V 7

8 Instrumentación básica: el polímetro Puede medir distintas magnitudes (V, Ω, A) pantalla digital selector bornas positivo (cable rojo) puntas común (cable negro) 8

9 Tensión, corriente y resistencia Corriente: flujo de carga que pasa por un punto por unidad de tiempo. La unidad de medida es el amperio (A) También hablamos de miliamperios (1 ma = 0,001 A), de microamperios (1 µa = 0,001 ma), o incluso de nanoamperios (1 na = 0,001 µa) Siempre hablamos de corriente a través de un elemento (un cable, una resistencia) Se considera que la corriente fluye de + (mayor tensión, polo positivo) a (menor tensión, polo negativo) I I 9

10 Tensión, corriente y resistencia Resistencia: característica de un elemento a oponerse al paso de la corriente. La unidad de medida es el ohmio (Ω) También hablamos de kilohmios (1 kω = 1000 Ω), de megaohmios (1 MΩ = 1000 kω), (normalmente decimos un ka, diez kas, un mega ) 1.5kΩ Medir resistencias R1 100 Ω 10

11 Tensión, corriente y resistencia Ley de Ohm: I = U R U = R * I U = 3V + - I? I = R = 1000 Ω U R = 3V/ 1000 Ω = 3 ma 11

12 Tensión, corriente y resistencia Potencia: energía consumida por un componente (o aportada, en el caso de una fuente o batería). La unidad de medida es el vatio (W) También hablamos de milivatios (1 mw= 0,001 W), y kilovatios (1 kw= 1000 W). Es el producto de la tensión por la corriente Ej: una bombilla de 220V por la que circulase 1A consumiría 220W La energía se transforma en calor, luz, o movimiento, o en una mezcla de todas 12

13 Los placeres de la electrónica 13

14 Circuito electrónico y esquemático Circuito electrónico: Montaje realizado con componentes electrónicos Esquemático: representación gráfica del circuito I + U - R 14

15 Símbolos más frecuentes Fuente de tensión (pila, batería) U 3.3V Resistencia 1.5kΩ R1 100 Ω Circuito integrado Masa o tierra (referencia) 15

16 Símbolos más frecuentes Uff! hay muchos más y más y más y más 16

17 Circuito abierto y cerrado La corriente circula del + al. Es necesario un camino por donde circule la corriente. I = 0 interruptor I = V/R U + - R U + - R Circuito abierto Circuito cerrado 17

18 Alimentación y masa La masa (o tierra) es un punto que elegimos como referencia (normalmente es el polo negativo) 3V + - I 100Ω 3V + - I 100Ω + 3V - 3V I 100Ω En esquemas grandes nos simplifica el dibujo 18

19 Conexiones en serie y en paralelo Conexión en serie Conexión en paralelo En la conexión en serie, la tensión se reparte entre los dos componentes. En la conexión en paralelo, se aplica la misma tensión a los dos componentes. 19

20 Conexiones en serie y en paralelo U + - R2 Conexión en serie R1 U + - R1 Conexión en paralelo R2 Medir la resistencia resultante 20

21 El divisor resistivo A veces necesitamos obtener una tensión proporcional a una cierta tensión de entrada 3V + - R1 R2 V2? V2 = R2 R1 + R2 * U 21

22 R 1kΩ El potenciómetro Un potenciómetro es una resistencia con un punto intermedio 500Ω 700Ω 300Ω 500Ω 300Ω 700Ω Potenciómetro U 3V + - V? 300Ω 700Ω V? Montar un potenciómetro y ver cómo varía la tensión 22

23 Protoboards, placas y circuitos integrados Protoboard: Placa para prototipado donde los componentes se insertan (en vez de soldarse) 23

24 Protoboards, placas y circuitos integrados Protoboard: si el circuito es un poco complicado, la cosa se lia 24

25 Protoboards, placas y circuitos integrados Perfboard: placa pre-perforada donde se sueldan componentes y se hacen uniones con cables. Prototipo más sólido 25

26 Señales analógicas y digitales Analógico gico continuo Digital discreto 26

27 Señales analógicas y digitales El mundo digital es más inmune al ruido 3 0 Analógico + ruido -3 Es una señal con ruido, o es una señal rara? Digital ruido

28 Señales periódicas y aperiódicas Periódicas: Se repiten en el tiempo tras un cierto periodo T T Senoidal T Cuadrada Triangular Aperiódicas: no se repiten Pulso 28

29 Características de una señal periódica Frecuencia: número de veces que la señal se repite en un segundo (f) Periodo: duración de un ciclo de la señal (T = 1/f) Valor instantáneo: valor que toma en cada instante Valor medio: media de la señal a lo largo de un cierto tiempo ,5 1 Algunos componentes (p.e. los motores), responden al valor medio de la señal 29

30 Introducción a los sensores Tipos de sensores: en función de su modo de funcionamiento Activos y pasivos Activos: me dan directamente una señal eléctrica (tensión, corriente, ). P.ej: SHARP GP2D12 Pasivos: varía alguna característica eléctrica del sensor (resistencia, capacidad, ). P.ej: LDR. Necesitan una circuitería externa para obtener una señal (tensión, corriente, ) 30

31 Introducción a los sensores Tipos de sensores: en función de cómo me dan la información Analógicos y digitales Analógicos: la señal que obtengo es analógica (variación continua). P.ej: SHARP GP2D12, circuito con LDR Digitales: la señal que obtengo es digital (valores discretos). P.ej: interruptor, receptor de infrarojos del televisor 31

32 Introducción a los sensores Tipos de sensores: en función de la característica eléctrica que varían Resistivos: varía la resistencia. P.ej: LDR, potenciómetro Capacitivos, Inductivos, de efecto Hall, Directos y con accionamiento intermedio 32

33 Ejemplo: la LDR, una resistencia variable LDR o fotoresistencia: Light Dependent Resistor. La resistencia varía con la luz U 3V + - I R1 10KΩ LDR (1kΩ - 50kΩ) V? Montar un divisor con una LDR 33

34 hasta mañana 34

35 Más arroz? 35

36 Conexiones en serie y en paralelo Si conectamos dos componentes en serie, circula la misma corriente por los dos, y la tensión total es la suma de las tensiones en cada componente. U + - I? R1 V1 = R1 * I R2 V2 = R2 * I Conexión en serie V = V1 + V2 = (R1 + R2) * I 36

37 Conexiones en serie y en paralelo Ejemplo con números de conexión en serie 3V + - I? 400Ω V1 = 400Ω * I 600Ω V2 = 600Ω * I Conexión en serie 3V = V1 + V2 = (400Ω + 600Ω) * I 3V = 1000Ω * I I = 3mA 37

38 Conexiones en serie y en paralelo Si conectamos dos componentes en paralelo, se aplica la misma tensión a los dos, y la corriente total es la suma de las corrientes por cada componente. I? I1 I2 U + - R1 R2 V V = R1 * I1 I1 = V / R1 V = R2 * I2 I2 = V / R2 Conexión en paralelo 38 I = I1 + I2

39 Conexiones en serie y en paralelo Ejemplo con números de conexión en paralelo I? I1 I2 3V + - 3kΩ 1,5kΩ V I1 = 3V / 3000Ω = 1 ma I2 = 3V / 1500Ω = 2 ma Conexión en paralelo 39 I = I1 + I2 = 3mA

40 Conexiones en serie y en paralelo Resumiendo: mediante las reglas de conexión en serie y paralelo de dos componentes es posible calcular cómo se comportan en conjunto R1 R2 = R1 R2 = R R R1*R2 R = R1 + R2 R = R1 + R2 En serie, la resistencia resultante es la suma de las dos En paralelo, la resistencia resultante es siempre más pequeña que la más pequeña de las dos 40

41 El divisor resistivo A veces necesitamos obtener una tensión proporcional a una cierta tensión de entrada I V2 = R2 * I U + - R1 I = U / (R1 + R2) R2 V? V2 = R2 R1 + R2 * U 41

42 El divisor resistivo Ejemplo numérico: la tensión de salida V2 es menor que la de entrada I 3V + - R1 300Ω V2 = 600Ω * I I = 3V / (300Ω + 600Ω) R2 600Ω V? V2 = 600Ω 900Ω * 3V = 2V 42