DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA I.E.S EDUARDO JANEIRO. UNIDAD-2 Electrónica
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- Raquel Sánchez Sáez
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1 UNIDAD-2 Electrónica
2 1. RESISTENCIAS 1.1 Resistencias fijas. 1.2 Código de colores en las resistencias. 1.3 Resistencias variables. Potenciómetros Termistores Resistencias variables con la luz: LDR
3 1.1 RESISTENCIAS FIJAS Dentro de los componentes de electrónica, nos encontramos con dos tipos de componentes: Activos y Pasivos. Dentro de los pasivos nos encontramos con las resistencias En este tema vamos a estudiar tanto uno como otro. Las resistencias fijas son elementos pasivos. Sabemos que las Resistencia eléctrica es la dificulta que presentan los materiales al paso de la corriente eléctrica. En en los circuitos electrónicos empleamos estos componentes para: Limitar o regular la cantidad de corriente que circula por un circuito. Proteger algunos componentes por los que no debe de circular una corriente elevada. Resistencia Símbolo
4 1.1 RESISTENCIAS FIJAS Aplicación práctica de las resistencias: Dentro de las aplicaciones prácticas de las resistencias fijas, esta la de proteger componentes por los que no puede pasar una intensidad elevada. Ejemplo práctico: Disponemos para montar un circuito, de una pila de 9 V., y bombilla de 3, de una intensidad máxima de 0,2 A. Si la pila es de 9 V. y la conectamos al receptor de 3v directamente, triplicaremos la intensidad pasando de 0,2 A. a 0,6 A. y por tanto la bombilla se fundirá. La solución al problema es poner en serie con la bombilla una resistencia, de manera que produzca en el circuito una caída de tensión de 6V.
5 1.1 RESISTENCIAS FIJAS Aplicación práctica de las resistencias: Para calcular la resistencia, aplicaremos la ley de Ohm, además de saber que las tensiones parciales en serie se suman. Datos Fórmula Solución Vt = 9 V.. It = 0,2 A. Vb = 3 V. Vt=Vb+Vr R V I Calculamos primero la tensión de la resistencia Vr=Vt Vb=9V-3V=6V. Después determinamos la resistencia. V 6V. R 30Ω I 0,2A. Con esta solución tendremos garantizado, que la bombilla no se funda, dado que la resistencia de 30 Ω ha producido uan caida de tensión de 6V. reduciendo la tensión de la bombilla a 3 V.
6 1.2 CÓDIGO DE COLORES Para identificar el valor en Ohmios de una resistencia fija, se emplea un código formado por cuatro banda o franjas de colores. Las tres primeras indican el valor en ohmios de la resistencia, y la cuarta proporcionan el valor de la tolerancia ; es decir la desviación máxima, expresa en tanto por ciento, sobre el valor indicado por las tres bandas anteriores. Franja de colores Tabla de colores
7 1.3 RESISTENCIAS VARIABLES Las resistencias variables son resistencias, cuyo valor en ohmios es variable en función de aspectos externos. Entre estas nos encontramos las siguientes: Potenciómetros. Resistores. LDR. Símbolo Potenciómetros Los potenciómetros son resistencias variables, cuyo valor óhmico vara mediante el giro o deslizamiento de un cursor Potenciómetro
8 1.3 RESISTENCIAS VARIABLES Los potenciómetros se emplean en los circuitos electrónicos para producir caídas de tensión. Los potenciómetros varían su resistencia entre cero óhmios (Ω) y un valor máximo indicado en el componente. El de la figura de la derecha es el más empleado en los circuitos electrónicos. Entre los terminales 1 y 2 tenemos el valor total de la resistencia. Se debe conectar el terminal C y uno de los dos terminales numerados. Una de las aplicaciones del potenciómetros es la variación lumínica de una bombilla. Aplicación del Potenciómetro
9 1.3 RESISTENCIAS VARIABLES Termistores. Estas resistencia son las que su valor óhmico varían con la temperatura. Existen dos tipos, denominadas: NTC: Si la temperatura aumenta, la resistencia disminuye. PTC: Si la temperatura aumenta, la resistencia aumenta. Termistor Este tipo de resistencias se emplean en los sistemas de regulación de la temperatura. (Calefacción y aire acondicionado) Símbolos
10 1.3 RESISTENCIAS VARIABLES Resistencias variables con la luz: LDR. Estas resistencia tienen la propiedad de disminuir su valor óhmico, cuando aumenta la cantidad de luz que reciben disminuye. Este tipo de resistencias se emplean en los sistemas de regulación de iluminación, sobre todo para alumbrado en zonas urbanas. LDR Símbolos
11 2. CONDENSADORES Los condensadores permiten almacenar carga eléctrica y usarla después. Constan de dos placas metálicas separadas por un aislante (dieléctrico). A cada placa se le une un terminal para poder conectarlo al circuito. La capacidad (C.) del condensador es la relación entre la carga (q) que es capaz de almacenar y la tensión (V) al que se somete. Se mide en faradios (F). C q V Donde : C = Capacidad del condensador en faradios (F) q = Carga del condensador en Culombios (C). V= Tensión en voltios (V.) Tipos de condensadores
12 2. CONDENSADORES Dado que la unidad de faradio es muy grande, se emplean submúltiplos de el, en la tabla adjunta se ven los distintos submúltiplos. Milifaradio mf=10-3 F Nanofaradio nf=10-9 F Microfaradio μf=10-6 F Picofaradio pf=10-12 F Si a un condensador le conectamos una pila entre sus terminales, el condensador se carga instantáneamente. El tiempo que tarda en este proceso se llama tiempo de carga. Si después lo unimos a un receptor (bombilla, motor, ) el condensador se descarga inmediatamente. El tiempo que tarda en realizar este proceso se llama tiempo de descarga. Los tiempos empleados dependen del valor de la resistencia del elemento conectado.
13 2. CONDENSADORES En el circuito de la figura inferior se ha diseñado un circuito en el que se permite, mediante el conmutador realizar tanto la carga como la descarga de un condensador. Pila 6 V. Conmutador Condensador 50 mf Sonda de medida Diagrama v-t
14 2. CONDENSADORES Controlando el tiempo de carga y descarga del condensador se pueden construir temporizadores. Esto se consigue colocando una resistencia en serie con el condensador, dado que el tiempo de carga y descarga depende de la Resistencia conectada a el. El tiempo de carga y descarga del condensador viene dado por la siguiente expresión: t 5 R C Un condensador tarda en cargarse y descargarse más tiempo cuanto mayores son los valores de resistencia (R.) en Ω y capacidad (C.) en F del condensador. En el esquema siguiente hemos duplicado el número de bombillas (2), y se ha realizado un ensayo con los dos para ver que ocurre.
15 2. CONDENSADORES Diagrama v-t
16 2. CONDENSADORES Problema práctico: Queremos que una bombilla tarde en apagarse unos 20 segundos, con un condensador de 100mF, la bombilla tiene una resistencia interna de 10 Ω. Qué resistencia deberemos de colocar en serie con la bombilla para cumplir ese tiempo? Datos Fórmula Solución t = 20 s. Rb = 10 Ω C = 100 mf t=5*r*c Despejamos R de la expresión, siendo esta la resistencia total, y a esta le restaremos el valor de la resistencia de la bombilla, obteniendo el valor de la resistencia que debemos de colocar. Resultado: 30 Ω.
17 3.SEMICONDUCTORES 3.1 Introducción. 3.2 Diodos. 3.3 Diodo LED. 3.4 Polarización y cálculo de la resistencia de polarización.
18 3.1 INTRODUCCIÓN El silicio (Si) y el germanio (Ge) son dos elementos de la tabal periódica, con la característica común de que son semiconductores. Normalmente son aislantes, pero si aplicamos un voltaje ente los extremos de estos materiales o aumentamos su temperatura, comienzan a conducir la electricidad, aunque mucho peor que los materiales conductores. Los materiales semiconductores son aquellos que pueden llegar a conducir la electricidad si reciben energía externa. Para mejorar las propiedades de los semiconductores, se les somete a un proceso de impurificación, o dopaje, consistente en introducir átomos de otras sustancias. Según la impureza los semiconductores pueden ser: Tipo P Tipo N
19 3.2 DIODOS Semiconductor tipo P: Si el dopante tiene falta de electrones, esto hace que se produzcan huecos que permiten la circulación de electrones con facilidad, es decir se transforma en un electropositivo (P). Como dopantes se emplea el boro, galio, indio. Semiconductor tipo N: Si el dopante aporta electrones, hace mejorar la conducción eléctrica, es decir facilita el trasvase de electrones, es decir se transforma en un electronegativo (N) Si unimos dos semiconductores uno del tipo P y con uno del tipo N, obtenemos un diodo Ánodo + Tipo P Barrera Tipo N Cátodo - Diodo Símbolo
20 3.2 DIODOS Al producirse la unión de estos dos semiconductores, algunos de los electrones del semiconductor N, pasan al semiconductor P, llenando los huecos de este, creándose una barrera de potencial que impide que haya mas movimiento de electrones de la zona N a la zona P. Una vez esto, puede ocurrir dos cosas cuando conectemos el diodo a una fuente de tensión: A. Si conectamos de polo negativo (-) al semiconductor P y el positivo (+) al semiconductor N la barrera aumenta y el diodo no conduce. Se comporta como aislante. B. Si conectamos el polo positivo (+) al semiconductor P y el negativo (-) al semiconductor N la barrera se reduce y el diodo conduce. Se comporta como conductor. En los esquemas siguientes se pone de manifiesto lo expuesto, mediante la colocación del diodo junto a una lámpara.
21 3.2 DIODOS Caso A: La lámpara no luce, ya que el diodo al comportarse como aislante no deja pasar la corriente. Caso B: La lámpara luce, ya que el diodo al comportarse como conductor deja pasar la corriente.
22 3.3 DIODO LED El diodo LED toma su nombre de la expresión Light Emitting Diode, que significa diodo emisor de luz. Su comportamiento es el mismo que el diodo, es decir es conductor cuando esta directamente polarizado, (polo positivo de la pila con ánodo del diodo y negativo con cátodo), pero tiene la particularidad de que se ilumina. Diodo LED El voltaje necesario para que se ilumine es superior al del diodo, en torno a los 2 V., y la intensidad de corriente que circula por ellos es de 20 ma. Símbolo
23 3.3 DIODO LED Su potencia les muy pequeña, según la expresión nos da: P V I 2V 0,02A 0,04w. Su uso es muy frecuente, en equipos de música, televisores, ordenadores y otros dispositivos electrónicos. Dado la tensión de trabajo del LED, en la mayoría de los casos es necesario para conectarlos a una pila, el colocarles en serie una resistencia, de manera que limite la tensión a la de alimentación del LED, esto es lo que se conoce como Polarización de un diodo LED.
24 3.4 POLARIZACIÓN Y CALCULO DE LA RESISTENCIA DE POLARIZACIÓN Cuando conectamos un diodo LED a un circuito tenemos que tener la precaución de colocar una resistencia en serie con el, de manera que la resistencia produzca una caída de tensión, y por tanto una disminución de la intensidad que circula por el circuito, evitando de esta manera que el diodo se estropee. El valor de la resistencia dependerá de la tensión de alimentación del circuito y de las características del diodo LED. Para determinar la resistencia que debemos de poner, aplicaremos la ley de Ohm al circuito, así como saber que la tensión de dos receptores en serie se suman. Los datos que conocemos del circuito son: La tensión de alimentación del circuito V= 6v. La intensidad de trabajo del LED I=20 ma. La tensión de trabajo del LED Vd=2 V.
25 3.4 POLARIZACIÓN Y CALCULO DE LA RESISTENCIA DE POLARIZACIÓN Como tenemos el circuito en serie la tensión de la resistencia: Vr = V Vd = 6v 2v = 4v. En un circuito en serie la intensidad que circula por el LED es la misma que la que circula por la resistencia R. Por tanto: I = 20 ma = 0,02 A. Ahora aplicando la ley de Ohm, el valor de la resistencia es: R V I R 4v. 0,02A. 200Ω
26 4.TRANSISTORES 4.1 Definición. 4.2 Transistor bipolar. 4.3 Tipo de transistores. 4.4 Aplicaciones del transistor Transistor como interruptor Transistor como amplificador.
27 4.1 DEFINICIÓN Un transistor es un componente electrónico que se emplea para amplificar señales eléctricas; es decir, se utiliza para obtener corrientes de salida de mayor intensidad que las corrientes de entrada. Los transistores pueden ser bipolares o de efecto campo. En esta unidad estudiaremos el comportamiento del transistor bipolar de unión. Dicho transistor está constituido por una especie de emparedado de tres capas de material semiconductor, en el que los elementos de los extremos, denominados emisor y colector, están unidos a la capa central, que se llama base. Cada una de las tres capas se conecta con el exterior mediante un electrodo.
28 4.2 TRANSISTOR BIPOLAR Un transistor bipolar tiene tres electrodos: el emisor, el colector y la base. Cuando está conectado correctamente, el transistor no deja pasar la corriente entre emisor colector, pero permite el paso entre base y colector o base y emisor. Transistores
29 4.3.TIPOS DE TRANSISTORES BIPOLARES En cada transistor es importante saber dónde están situados los electrodos, para poder conectarlos de forma correcta. Para que el transistor funcione bien, la unión base-emisor debe estar polarizada directamente y la unión base-colector debe estar polarizad inversamente. Básicamente, hay dos tipos de transistores bipolares, que se conectan de diferente manera: Colector Tipo N Tipo P Tipo N Emisor Báse
30 4.3.TIPOS DE TRANSISTORES BIPOLARES Transistores NPN: Se conectan uniendo el polo positivo al colector y a la base. Como su nombre indica, están formado por la unión de dos semiconductores N en los extremos con un semiconductor P en el centro. Colector Tipo N Tipo P Tipo N Emisor Base Tipo NPN Símbolo
31 4.3.TIPOS DE TRANSISTORES BIPOLARES Transistores PNP: Se conectan uniendo el polo negativo al colector y a la base. Están formado por la unión de dos semiconductores P y un semiconductor N en el centro. Emisor Tipo P Tipo N Tipo P Colector Base Tipo PNP Símbolo
32 4.4 APLICACIONES DEL TRANSISTOR En un transistor se cumple que: Pequeñas variaciones de la intensidad de base (B) provocan grandes variaciones en colector (C). Se pueden controlar grandes potencias en el circuito de colector, consumiendo una pequeña potencia en el circuito base. Ambas características determinan las dos aplicaciones básicas de los transistores: como interruptor y como amplificador.
33 4.4.1 TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR Para que un transistor funcione como un interruptor abierto o cerrado, es necesario que circule o no circule corriente entre el emisor (E) y colector (C). Para encender un transistor, se necesita que la tensión de base (B), y por tanto, la corriente de base Ib, exceda de un cierto valor mínimo. En el circuito observamos que el positivo del generador esta conectado a la base y al colector, mientras que el negativo al emisor. Circuito con transistor NPN
34 4.4.1 TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR La conexión con el colector C, se realiza a través de una bombilla, mientras que la de la base (B) lo hace a través de un interruptor y resistencia en serie, para protegerla. En este circuito si el interruptor esta abierto, no pasa corriente hacia la base (B), el transistor no se actica, y por tanto no pasa corriente entre colector-emisor, haciendo que la bombilla no luzca. Circuito con transistor NPN
35 4.4.1 TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR Pero si cerramos el interruptor la corriente pasa por la base y saliendo por el emisor, alcanzando el terminal de la pila. Esta corriente, además activa el transistor, haciendo que otra corriente mucho mayor pase del colector al emisor, y hace que la bombilla luzca. FUNCIONAMIENTO DEL TRANSITOR
36 4.4.2 TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR Como hemos visto, una pequeña corriente que entra por la base (B) de un transistor es capaz de multiplicar sus efectos en la corriente que pasa del colector (C) al emisor (E). Este efecto se conoce como amplificación de la corriente. La relación entre la corriente de salida (Colector-emisor) y la de entrada (base-emisor) se denomina ganancia de corriente del transmisor y se calcula mediante la siguiente expresión. La expresión matemática es: β I I C B Donde: IC = Intensidad de colector IB = Intensidad de base β = Ganancia del colector
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