TEMA 5: ELECTRÓNICA ANALÓGICA

Transcripción

1 TEMA 5: ELECTRÓNICA ANALÓGICA La electrónica es la parte de la electricidad que estudia el paso de corriente eléctrica a través de componentes llamados semiconductores. Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los semiconductores más utilizados son el silicio y el germanio. La electrónica se divide en dos grupos: electrónica analógica y electrónica digital. En la electrónica analógica los valores de tensión e intensidad pueden tomar muchos valores, de forma que los sensores y receptores pueden comportarse de diferentes maneras (diferentes velocidades de un motor, sensor que detecta diferentes temperaturas, ). En la electrónica digital la información está codificada en forma binaria (0 y 1) y sólo hay dos valores de tensión: HIGH (5V, 1 binario, ON, pasa corriente) y LOW (0V, 0 binario, OFF, no pasa corriente). La electrónica se emplea fundamentalmente para controlar y automatizar aparatos, máquinas o circuitos y para procesar información. Vamos a estudiar los componentes electrónicos de los circuitos. 1.- Resistencia: Son pequeños componentes que se colocan en los circuitos para limitar o regular la cantidad de corriente que circula por ellos, así como para proteger algunos componentes por los que no debe circular una intensidad de corriente elevada. Tipos de resistencias: las resistencias pueden clasificarse según su comportamiento en: Fijas Variables: Potenciómetro LDR Termistor Resistencias fijas: Físicamente las resistencias son pequeños cilindros con unas bandas de colores impresas que se emplean para identificar su valor en ohmios Se fabrican con materiales malos conductores como el grafito y carbón, y se recubren de plástico. La unidad de medida de las resistencias es el ohmio (Ω). A veces resulta pequeña y se emplean múltiplos: 1 Ω = 1 = Ω 1 MΩ = 1 M = Ω Normalmente las letras sustituyen a los decimales: 4700 Ω = 4,7 = Ω = Ω = = Ω = Ω= 1

2 Mediante la tabla siguiente podemos obtener el valor teórico de una resistencia. Código de colores Color 1ª Cifra 2ª Cifra Nº de ceros Negro Marrón Rojo Naranja Color Tolerancia Oro 5% Plata 10% Sin color 20% Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Tolerancia: Es el margen de error entre el valor teórico y el valor real de una resistencia, que nos asegura el fabricante. Es un dato que nos dice que tanto (en porcentaje) puede variar el valor de la resistencia (hacia arriba o hacia a bajo) de su valor teórico indicado en el código de colores Ejemplo: Si una resistencia tiene las siguientes bandas de colores: rojo amarillo verde oro /- 5 % La resistencia tiene un valor de Ohmios 5% El valor máximo de esta resistencia puede ser: % = 2.520,000 Ω El valor mínimo de esta resistencia puede ser: % = 2.280,000 Ω La resistencia puede tener cualquier valor entre el máximo y mínimo calculados Resistencias variables: Potenciómetro: Es una resistencia variable que se acciona manualmente mediante un cursor. Se utiliza para regular la cantidad de corriente de un circuito, ajustando el cursor entre el 0 y el valor máximo del potenciómetro. Físicamente lleva tres patillas: una patilla común y dos patillas fijas con valor 0 y valor máximo de la resistencia. Se debe conectar la patilla común y una de las patillas fijas. Si realizamos la conexión utilizando las dos patillas fijas, la resistencia funciona como una resistencia fija con el valor máximo. 2

3 LDR (sensor de luz) Un LDR es una resistencia variable, que varía su valor dependiendo de la cantidad de luz que incide sobre su superficie. Cuanta mas intensidad de luz incide en la superficie de la LDR menor será su resistencia y cuanta menos luz incide mayor será la resistencia. Se comporta como un interruptor que funciona con luz. Si recibe luz deja pasar la corriente y en la oscuridad impide que pase. Se le llama, también, fotorresistor o fotorresistencia. El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (en algunos casos puede descender a tan bajo como 50 ohmios) y muy alto cuando está a oscuras (puede ser de varios megaohmios). Suelen ser utilizados como sensores de luz que activan determinados proceso en ausencia o presencia de luz. LDR viene de la expresión inglesa Light Dependent Resistor. - Con luz: - Sin luz: Inconveniente: Por una LDR circula poca corriente, que luego puede ser insuficiente para activar un receptor (motor, bombilla, ) por lo que es necesario después acoplar un transistor para amplificar la intensidad de salida. Termistor (sensor de temperatura) + tº - tº PTC Un termistor es una resistencia variable con la temperatura. Hay dos tipos de termistores: NTC 1. Termistor NTC (Coeficiente de temperatura negativo), son resistencias variables cuyo valor disminuye a medida que aumenta la temperatura. Su conductividad aumenta con la temperatura. 2. Termistor PTC (Coeficiente de temperatura positivo), son resistencias variables cuyo valor aumenta a medida que la temperatura aumenta. Se comportan como interruptores que se accionan con el calor. Aplicaciones: alarmas contra incendios, control de temperatura de hornos, calefacción, agua caliente PTC - Con temperatura alta: - Con temperatura baja: Inconveniente: Por un termistor circula poca corriente, que luego puede ser insuficiente para activar un receptor (motor, bombilla, ) por lo que es necesario después acoplar un transistor para amplificar la intensidad de salida. 3

4 Cátodo Diodo: + - Ánodo Cátodo Son componentes electrónicos que permiten la circulación de corriente en un solo sentido. Llevan dos terminales: el ánodo o borne positivo y el cátodo o borne negativo. La corriente sólo circula cuando el ánodo está conectado al polo positivo de la fuente de energía y el cátodo al polo negativo. Cuando está conectado de esta forma se dice que está polarizado de forma directa, la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose prácticamente como un cortocircuito. Cuando la corriente no circula está polarizado de forma inversa. Se comporta como un circuito abierto. Los diodos se utilizan para distintas funciones: rectificador de corriente (son capaces de convertir la corriente alterna en corriente continua), protección de cortocircuitos en componentes electrónicos (relés, colector del transistor). Diodo polarizado directamente Diodo polarizado directamente Diodo polarizado inversamente Diodos LED : + Ánodo - Cátodo Light Emitting Diode Son diodos que convierten en luz toda la energía eléctrica que les llega, sin calentarse. Se utilizan como indicadores visuales del funcionamiento de un circuito y para iluminación. Como cualquier diodo están polarizados, sólo iluminan cuando están conectados correctamente. Para identificar los terminales del diodo LED observaremos como el cátodo será el terminal más corto, siendo el más largo el ánodo. Además, en el encapsulado, normalmente de plástico, se observa un chaflán en el lado en el que se encuentra el cátodo. 2V Cuando se polariza inversamente no se enciende y además no deja circular la corriente. Los LED funcionan con tensiones de 2 V e intensidades comprendidas entre 5mA - 50mA. Cuando en un circuito se conectan a más de 2 V, es necesario conectar una resistencia en serie para protegerlos. Ejemplo: Calcula la resistencia que hay que colocar para proteger al Diodo LED (intensidad de corriente de 50 ma). 12 V 4

5 Display.- Es una combinación de diodos LED alargados que permiten visualizar letras y números, situados de tal manera que dependiendo del número de ellos que se enciendan pueden iluminar un número determinado o una letra.. Se denominan comúnmente displays de 7 segmentos. Su control suele ser mediante electrónica digital. Se fabrican en dos configuraciones: ánodo común y cátodo común. DISPLAY CÁTODO COMUN LC3041 GND - a f g e d b c. GND Relé: C NA conmutador NC bobina El relé es un dispositivo que, al recibir corriente eléctrica, acciona varios circuitos a través de conmutadores. Consta de un electroimán o bobina (imán activado por corriente eléctrica) y uno o varios conmutadores activados por el imán. Cuando una corriente pequeña circula por la bobina produce un campo magnético y el conmutador o conmutadores cambian de posición. Cuando la corriente deja de pasar por la bobina, los conmutadores vuelven a su posición inicial. 6V Ejemplo: 12V M1 M2 0V El relé se puede controlar de maneras diferentes: interruptor, pulsador, LDR, termistor, etc. 5

6 Con pulsador: + PM El problema es que solo funciona mientras se pulsa. Para solucionar esto y que el circuito funcione se usa el autobloqueo o enclavamiento (uno de los conmutadores internos del relé se utiliza para bloquear y que siempre esté conectado el relé) Sin pulsar PM: PM - Al pulsar PM: - Al dejar de pulsar PM: Para poder desbloquear el circuito hay que usar otro pulsador, que será normalmente cerrado (pulsador de paro o final de carrera) Sin pulsar PM: PM - Al pulsar PM: - Al dejar de pulsar PM: PP - Al tocar PP: Ejemplo: + - Sin pulsar PM: PM - Al pulsar PM: - Al dejar de pulsar PM: FC B1 B2 M1 M2 - Al tocar FC: 6

7 Ventajas del relé: - Es un superconmutador múltiple, lo que permite controlar muchos circuitos electrónicos de forma independiente. - Permite el autobloqueo de pulsadores - Permite separar el circuito de control (interruptores, pulsadores, etc) del circuito de potencia (motores, lámparas, zumbadores, etc). 220V Esto es posible porque cada contacto o 12V conmutador es un circuito independiente. M Circuito de cambio de giro del motor: 0V Para que el motor cambie el sentido de giro necesitamos utilizar 2 conmutadores del relé. Cambio de giro con dos relés: relé 1C + relé 2C 5V 24V - Sin pulsar PM: PM 1 - Al pulsar PM: FC M - Al tocar FC: 1 1 0V Cuál es el inconveniente de este circuito? Cambio de giro con dos relés 2C: 5V 24V PM 1 1 PM FC 1 FC 2 M V - Sin pulsar: - Al pulsar PM1: - Al tocar FC1: - Al pulsar PM2: - Al tocar FC2: 7

8 Ejs: ascensores, grúas, etc. Los pulsadores pueden sustituirse por sensores: LDR, termistores,.. 4.-Transistor: B C E Es un componente semiconductor que amplifica la corriente eléctrica (intensidad). Ejemplo: sistema que avisa que un depósito de agua está lleno. Utilizamos unas sondas metálicas separadas entre sí. Cuando llegue el agua a la altura de las sondas, estas se comportan como un interruptor cerrado. Funcionamiento del transistor: El agua es conductora, pero tiene La pequeña corriente una resistencia El transistor tan está alta gobernado que la por la corriente que recibe que por llega la base. a la Cuando base del una corriente pequeña intensidad de corriente es transistor es amplificada circula por la base, el transistor se activa multiplicando la intensidad y permitiendo que una corriente insuficiente para encender la y la bombilla luce bombilla. más Se grande necesita circule un dispositivo entre el colector y el emisor. que amplifique La ganancia esta corriente es el factor por el que se multiplica la corriente de la base cuando se amplifica en un transistor, y se representa por β. La ganancia puede variar desde 50 a 500. Funcionamiento del transistor: El transistor está gobernado por la corriente que recibe por la base. Cuando una corriente pequeña circula por la base, el transistor se activa multiplicando la intensidad y permitiendo que una corriente más grande circule entre el colector y el emisor. La ganancia es el factor por el que se multiplica la corriente de la base cuando se amplifica en un transistor, y se representa por β. La ganancia puede variar desde 50 a V 0 V NTC Cuando la temperatura es alta, deberá sonar el zumbador. Pero en el primer caso la intensidad es insuficiente y no suena. En el segundo caso el transistor amplifica la corriente y el zumbador suena 6 V 0 V NTC BC108 zumbador Polarización del transistor: En los transistores la base y el colector se conecta hacia la tensión + y el emisor hacia la tensión -. La base debe estar a una tensión que supere los 0,7 V para conducir. El transistor puede estar en tres zonas de polarización: corte, activa y saturación. Zona de corte: la tensión de la base no llega a 0,7 V, el transistor no conduce y se comporta como un interruptor abierto. 8

9 IN4007 TECNOLOGIA: 4ºESO. Departamento de Tecnología. IES Nuestra Señora de la Almudena Zona activa: una corriente débil ( 0,7 V) llega a la base y activa el transistor, permitiendo que una corriente más grande circule entre el colector y el emisor. La corriente que circula por el colector es la corriente de base amplificada por la ganancia del transistor Zona de saturación: cuando la intensidad que circula por la base del transistor es muy elevada, entonces el transistor funciona en saturación, es decir, se comporta como un interruptor cerrado, dejando pasar toda la corriente posible entre colector y emisor Conexión en par Darlington: Cuando un solo transistor no es suficiente para amplificar la señal, se colocan dos transistores de forma que se alimenta la base de un segundo transistor con la corriente amplificada del primero. La ganancia obtenida es la multiplicación de ambas ganancias: βtotal = β1 x β2 6 V NTC zumbador Este esquema electrónico es más sensible que el detector de temperatura anterior, ya que el zumbador suena con temperaturas menores. 0 V Ejemplo: Detector de oscuridad (encendido automático de luces al anochecer) 9V 220V Enumera los componentes del circuito: 10 1Ω BD 135 Para qué se utiliza el diodo? 0V Para qué se utiliza la resistencia de 1Ω? Para qué se utiliza el potenciómetro? Explica el funcionamiento del circuito: Estado LDR T (BD135) Luz Oscuridad 9

10 5.- Sensor IR: emisor + receptor Está formado por un emisor de luz infrarroja (diodo led) y un receptor (fototransistor). El transistor se actica cuando recibe la luz infrarroja que emite el diodo, si no recibe luz IR el transistor estaría en corte. Son sensores de corto alcance. Funcionamiento: la luz emitida por el diodo led es reflejada por la superficie y detectada por el fototransistor, que se activa y permite que pase corriente Se debe colocar cerca de la superficie a detectar. C Cuando la luz emitida incide en una línea o pared negra, esta luz es prácticamente absorbida por la línea y el detector (fototransistor) permanece en corte. Cuando existe una superficie de color claro, entonces es cuando el receptor detecta el rayo que se refleja y el fototransistor conduce, entra en zona activa. Conexión: El sensor CNY70 tiene cuatro pines de conexión. Dos de ellos se corresponden con el ánodo y cátodo del emisor, y las otras dos se corresponde con el colector y el emisor del receptor. Existe otro sensor formado por un diodo led emisor de luz infrarroja y un fototransistor, Este dispositivo tiene un alcance algo mayor. En el diodo emisor de infrarrojos TSU S5400 la patilla más larga es el ánodo A y la patilla más corta es el cátodo En el fototransistor BPW40 la patilla más larga es el emisor E y la patilla más corta es el colector C 10

11 Ejemplo: Seguidor de línea negra CNY Con suelo claro, la luz infrarroja del emisor se refleja y llega al receptor, manteniendo los transistores en saturación y el relé activado. Gira el motor 1 - Con línea negra, el receptor no recibe la luz infrarroja reflejada en el suelo; los transistores pasan a corte y el relé no se activa. Gira el motor 2 - El coche se mueve haciendo zig-zag MONTAJES DE CIRCUITOS EN PLACAS BOARD Una placa board es una placa de pruebas donde montar circuitos para comprobar su funcionamiento. La placa board está formada por una serie de huecos donde se insertan los componentes electrónicos y los cables. La unión interna de estos huecos entre sí es la siguiente: E B C 11