TEMA 2: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Transcripción

1 TEMA 2: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA 2.1. Electrónica. Componentes electrónicos. La electrónica estudia los circuitos y los componentes que permiten modificar la corriente eléctrica. Algunos de estos componentes ya los conocemos del curso anterior: resistencias, condensadores, diodos y transistores Resistencias y ley de Ohm. Resistencias fijas: Son resistencias que presentan una determinada oposición al paso de la corriente eléctrica. Esta oposición se mide en ohmios (). Resistencias variables: Son resistencias cuyo valor puede ajustarse entre 0 y un máximo especificado por el fabricante. Resistencias que dependen de un parámetro físico: Según que el parámetro físico que afecta al valor de la resistencia sea la luz (LDR) o la temperatura (NTC, coeficiente de temperatura negativo y PTC, coeficiente de temperatura positivo) Condensadores. Los condensadores son componentes capaces de almacenar determinada carga eléctrica. Están formados por dos conductores separados por un aislante llamado dieléctrico. Cuando se utilizan condensadores electrolíticos, hay que respetar la polaridad de las patillas.

2 Los condensadores vienen determinados por el material con el cual están construidos: de papel, cerámicos, de poliéster La capacidad de un condensador se mide en faradios (F) e indica la cantidad de carga que es capaz de almacenar por voltio aplicado en sus extremos. =, siendo la capacidad del condensador en faradios, la cantidad de corriente que almacena en culombios y la tensión entre las patillas del mismo. Como el faradio es una unidad muy grande, se suelen utilizar el microfaradio (1F=10-6 F), el nanofaradio (1nF=10-9 F), el picofaradio (1pF=10-12 F). En el condensador también se suele indicar la tolerancia o margen de variación respecto al valor indicado por el fabricante (mediante una letra) y la tensión máxima que pueden soportar. En la figura anterior se lee que la capacidad del condensador es 10 F y el voltaje máximo es 25v Transistores. Se fabrican con semiconductores. Poseen tres patillas denominadas base, colector y emisor. Pueden ser de dos tipos NPN o PNP. Mediante una pequeña corriente de electrones en la base (B) es posible controlar la circulación de electrones entre el colector (C) y el emisor (E) de un transistor. Si por la base no circula corriente, los electrones no pueden pasar del colector al emisor: el transistor está en corte. Si a la base llegan muchos electrones, el paso del colector al emisor queda totalmente libre: el transistor se encuentra en saturación. Si la corriente de base se encuentra entre los dos valores anteriores, el transistor está en su zona activa, y la corriente entre colector y emisor es proporcional a dicha corriente de base. La ganancia de un transistor: En el primer circuito solo circula 1 electrón y el timbre no suena. En el segundo circuito, el transistor multiplica por 100 cada electrón que pasa por la base, de tal manera que la corriente que entra por el colector (pasando antes por el timbre) es 100 veces mayor. El siguiente montaje se conoce con par Darlington. Si la ganancia de los dos transistores es 100, cuántos transistores bajan por el emisor del segundo transistor si entra 1 electrón por la base del primero?

3 De tensión alterna a tensión continua: fuente de alimentación. Para obtener, por ejemplo, una tensión continua de 5 V, no es posible mediante pilas, ya que no existen pilas que proporcionen esa tensión. Una forma de obtener ese valor es transformar la elevada tensión de la red eléctrica (220 V) a una cercana a 5 V. Para ello, se utiliza el transformador. Mediante 4 diodos (o un puente de diodos) se cambia después la forma de la señal para que se parezca más a una señal continua. Si a continuación, se añade un condensador capaz de almacenar la carga y descargarse muy lentamente, se obtiene una señal casi continua. Para eliminar el rizado de la señal de salida y evitar que esta dependa de la resistencia que se conecte, ha de utilizarse un regulador de tensión. Como la finalidad es obtener 5 V, habrá que utilizar un Los condensadores C 2 y C 3 permiten eliminar subidas repentinas de tensión. Regulador de tensión: Se trata de un circuito integrado que se usa en las fuentes de alimentación para obtener una señal continua. Existen reguladores fijos, con los que se puede obtener una tensión determinada a la salida (como el 7805, 7806, 7809, 7812, etc.), y reguladores variables, como el LM317, que permiten ajustar la tensión de salida (Vs) mediante una resistencia variable. La tensión de salida será: = +

4 2.2. Sistemas electrónicos. La mayoría de los sistemas electrónicos disponen de una etapa de entrada encargada de recoger datos del exterior (como la humedad, la temperatura, la pulsación de una tecla, etc.) y una etapa de proceso que tiene la función de interpretar esos datos y activar, de acuerdo con ellos, los dispositivos de salida. Vamos a utilizar este circuito para estudiar las etapas de un sistema electrónico La etapa de entrada. Para obtener información del exterior, es necesario un sensor. Los sensores son componentes que modifican sus propias características (como la resistencia que presentan al paso de la corriente) en función del ambiente que les rodea (luz, temperatura, humedad, humo, etc.). - Diferentes sensores de la etapa de entrada: Divisor de tensión: Los divisores de tensión se emplean para obtener tensiones de valor inferior al de una fuente de alimentación disponible. Está compuesto por dos o más resistencias conectadas de forma que en bornes de una o varias de ellas aparezca la tensión deseada. Para determinar los valores de y aplicamos las leyes de Ohm y de Kirchoff. =, =, =. Sabiendo los valores de, y, y predeterminando el valor de se puede hallar el valor de en cada caso = = = = de donde = y =, y por tanto, = = y = = + +

5 Para conectar un sensor a un circuito, podemos utilizar un divisor de tensión. Su función consiste en aprovechar los cambios de resistencia a fin de producir cambios de tensión. La tensión de salida del circuito viene dada por la relación: = + Cuando está anocheciendo ( Ω ), la tensión de salida es prácticamente cero. Al amanecer ( Ω ), es La etapa de salida. = = El conjunto formado por el sensor y el resto de los elementos que posibilitan su conexión al circuito es conocido como transductor. Está formada por los elementos sobre los que actuamos; una bombilla, un motor, un LED, una bomba de agua En nuestro caso accionamos un relé que enciende o apaga una bombilla conectada a 220 V. - Diferentes componentes electrónicos de la etapa de salida: - ACTIVIDADES: En el circuito de iluminación automática aparece otro divisor de tensión formado únicamente por un potenciómetro de 10 K. Calcula cuánto valdrá Vs, cuando: R = 5k, R = 2k, y R = 8k. Para qué sirve este potenciómetro?. Indica qué valores puede tomar la tensión de salida en los siguientes circuitos y explica por qué.

6 La etapa de proceso. En esta etapa se utilizan los datos de entrada para actuar sobre la salida. Cuando los sistemas son muy complejos como, por ejemplo, para procesar información en un ordenador o controlar una comunicación vía satélite, es necesario trabajar con muchos datos, se usan entonces los microprocesadores. En nuestro caso hemos usado un circuito integrado llamado amplificador operacional, que funciona como comparador. El modo en que actúa es simple: si V+ es mayor que V-, entonces Vs = 12 V, y si V- es mayor que V+, entonces Vs = 0 V. dicho: Un amplificador operacional puede usarse también como un amplificador propiamente La relación entre la tensión de salida Vs y la de entrada Ve, se conoce como ganancia. La ganancia del circuito de al lado es = +. Para los valores de resistencias usados, G = 5. La señal que se obtiene a la salida es 5 veces mayor que la aplicada a la entrada, como pues observar en la siguiente gráfica: La etapa de potencia: Si los componentes de la etapa de salida necesitan una corriente elevada para activarse, es necesario añadir algún elemento que la proporcione. Un transistor puede resolver el problema. El siguiente circuito te permitirá entender mejor este punto: Ahora, el comparador necesita proporcionar muy poca corriente para iluminar el LED. Cuando hay una tensión alta a la salida del comparador, circula una corriente pequeña por la base del transistor, lo que posibilita la circulación de electrones entre colector y emisor: el LED se ilumina. Si a la salida del comparador hay 0 V o una tensión negativa, el transistor estará en corte. Esto impide que circulen electrones entre el colector y el emisor.

7 - ACTIVIDADES: 1. En vez de iluminar un LED, Qué se activa en el circuito de iluminación automática mediante el transistor?. 2. Un termistor NTC es una resistencia cuyo valor desciende al aumentar la temperatura. El siguiente circuito electrónico usa un NTC para refrigerar un microprocesador y evitar que se queme. a) Escribe el nombre de todos los componentes que intervienen. b) Explica su funcionamiento e indica a qué valor ajustarías Rv para que la temperatura no supere los 70 ºC. Relación entre la temperatura y la resistencia de un termistor NTC Realimentación. El objetivo perseguido en el siguiente circuito es controlar la temperatura mediante un radiador eléctrico. La principal diferencia entre los circuitos anteriores es que el inferior realiza una medida continua de la temperatura y, cuando esta supera un determinado valor, el radiador desconecta. Dibujando el circuito anterior de esta otra forma:

8 se obtiene un diagrama del sistema de control de temperatura: En sistemas de control como este, donde se observa continuamente la salida para activar o no el actuador, se dice que existe realimentación de la salida en la entrada. - ACTIVIDADES: 1. Fíjate en la gráfica de la izquierda, e indica cómo debería ajustarse la resistencia variable para que el radiador se activase a 15 ºC. 2. El circuito anterior presenta un problema: está continuamente activándose y desactivándose. Explica el porqué.