ELECTRÓNICA ANALÓGICA IES PRADO DE SANTO DOMINGO CURSO 2010-2011 Tema 2 Componentes Electrónicos Profesor: Ramón Rodríguez Luque Web: http://platea.pntic.mec.es/rrodrigu/cms/
Índice 1.- RESISTENCIAS. Tipos: fijas, variables, integradas. Identificación: código de colores. Valores normalizados. Potencia. 2.- CONDENSADORES. 2.1. Constitución física. Capacidad y carga. 2.2. Asociación. 2.3. Tipos: cerámicos, MKT, poliéster, electrolíticos, tántalo, SMD, ajustables. 2.4. Funcionamiento en continua. Proceso de carga. Proceso descarga. 3.- BOBINAS. 3.1. Constitución física. Coeficiente de autoinducción. 3.2. Asociación. 3.3. Funcionamiento en continua. 4.- COMPONENTES SEMICONDUCTORES. 4.1. Semiconductores tipo N y tipo P. 4.2. Diodos: Rectificador; LED; Varicap; Fotodiodo; Zéner. 4.3. Transistores Bipolares: NPN. PNP. Tipos de encapsulado. 4.4. Transistores Unipolares: FET. MOSFET.
Tolerancia 1.Resistencias Los resistencias son componentes pasivos diseñados para presentar un determinado valor de resistencia eléctrica y que sirven para: Limitar la intensidad en determinados puntos de un circuito. Proteger otros componentes del equipo. Polarizar componentes como, por ejemplo, transistores (es decir, hacer que funcionen correctamente). Su valor nominal se da en ohmios (V), que es la unidad de medida de la resistencia. Antes de analizar cómo podemos identificar los resistencias, vamos a ver cuáles son los parámetros fundamentales que debemos tener en cuenta cuando vayamos a elegir un componente. Así, tendremos: Resistencia nominal Potencia máxima
Componentes pasivos 1.1 Clasificación de las resistencias Fijos: presentan un valor óhmico que no podemos modificar. Variables: presentan un valor óhmico que podemos variar nosotros mismos, modificando la posición de un contacto deslizante. Especiales: varían su valor óhmico en función de la estimulación que reciben de un factor externo.
Componentes pasivos resistencias fijos Bobinados: están fabricados con hilos metálicos bobinados sobre núcleos cerámicos. resistencias bobinados de potencia: son robustos y se utilizan en circuitos de alimentación, como divisores de tensión. Están formados por un soporte de porcelana o aluminio aglomerado sobre el que se devana el hilo resistivo. resistencias bobinados de precisión: su estabilidad es muy elevada y presentan una tensión de ruido poco relevante. El soporte, cerámico o de material plástico (baquelita), posee gargantas para alojar el hilo resistivo.
Componentes pasivos resistencias fijas No bobinados: en estos resistencias el material resistivo se integra en el cuerpo del componente. Son más pequeños y económicos que los bobinados y el material resistivo suele ser el carbón o una película metálica. Los símbolos que más se utilizan en los esquemas eléctricos para los resistencias fijos son los siguientes:
Componentes pasivos resistencias variables Resistencias ajustables: tienen tres terminales, dos que fijan el valor nominal de la resistencia y uno común, de manera que puede variarse la resistencia (hasta su valor máximo) entre el común y cualquiera de los dos extremos. Resistencias variables (potenciómetros): su estructura es semejante a la de los resistencias ajustables, aunque la disipación de potencia es considerablemente superior. Al igual que en los casos anteriores, cuando colocamos un resistencia variable en un esquema debemos utilizar su símbolo. Los más utilizados son los siguientes:
Componentes pasivos resistencias especiales Termistores: los termistores son resistencias que varían con la temperatura. NTC (Negative Thermistor Coeficient): posee un coeficiente de temperatura negativo. PTC (Positive Thermistor Coeficient): en este caso el coefi ciente de temperatura es positivo. Varistores o VDR: son resistencias cuyo valor óhmico con la tensión. Fotorresistencias o LDR: el valor óhmico del componente disminuye al aumentar la intensidad de la luz que incide sobre él. 7
Componentes pasivos resistencias especiales Los símbolos que debemos utilizar para representar cada uno de estos componentes se presentan en la siguiente tabla:
1.2 Identificación de los resistencias Existen diferentes formas para asignar los valores de los parámetros de clasificación. En el caso de los resistencias lineales fijos, lo habitual es utilizar el código de colores para indicar el valor de la resistencia nominal y la tolerancia. La potencia máxima que aguanta el resistencia viene determinada por el tamaño físico del mismo.
Identificación de los resistencias Código de colores
Identificación de los resistencias El tamaño del resistencia generalmente nos indica la potencia máxima a la que este puede trabajar y depende también de la fabricación del mismo. Ejemplo de cómo varían los tamaños en los resistencias aglomerados:
Identificación de los resistencias Otra forma de determinar el valor nominal de la resistencia, la tolerancia y la potencia en los resistencias es mediante el marcado alfanumérico. Este método se utiliza en los resistencias para montaje superficial (SMD), en los resistencias variables y en los resistencias fijos. Sistema que siguen los resistencias SMD:
Identificación de los resistencias Los valores de los resistencias que encontramos en el mercado siguen series estandarizadas. Existen otras dos series: la E96, con una tolerancia de 1 %, utilizada en los resistencias de precisión, y la E192, con una tolerancia de 0,5 %.
1. 3 Medida de la resistencia de una resistencia El aparato que se utiliza para medir los resistencias es el óhmetro. Generalmente, utilizaremos un polímetro o multímetro, que nos permitirá realizar diferentes medidas según las seleccionemos en el conmutador.
La resistencia, cualidad de los resistencias Se puede definir un concepto inverso al de resistencia. Si resistencia es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica, la conductancia será la mayor o menor facilidad que presenta un cuerpo para ser recorrido por la corriente eléctrica. Por tanto, la fórmula con que podemos calcularla será:
Tipos de potenciómetros POTENCIÓMETRO LINEAL POTENCIÓMETRO LINEAL C/ INTERRUPTOR POTENCIÓMETRO LOGARÍTMICO BOTONES PARA POTENCIÓMETROS PT10H (RESISTENCIAS AJUSTABLES HORIZONTAL) PT10V (RESISTENCIAS AJUSTABLES VERTICAL) RESISTENCIA MULTIVUELTA HORIZONTAL RESISTENCIA MULTIVUELTA VERTICAL
Condensadores Los podemos encontrar dentro de circuitos como filtros, circuitos para sintonizar diferentes frecuencias, circuitos de protección contra sobrecargas, etc. Su parámetro fundamental es la capacidad, y se mide en faradios (F). Debemos tener en cuenta alguna de sus principales características: Tensión máxima: es el valor máximo de tensión que podemos colocar entre los terminales del condensador sin que se estropee. Polaridad: algunos condensadores tienen un polo positivo y otro negativo, y debe respetarse su orden a la hora de conectarlos. Temperatura máxima
Clasificación de los condensadores Condensadores de capacidad fija (I)
Clasificación de los condensadores Condensadores de capacidad fija (II)
Clasificación de los condensadores Condensadores de capacidad variable En los esquemas eléctricos deberemos representar el condensador con su símbolo normalizado:
Identificación de los condensadores En el caso de los condensadores nos encontramos con varias formas de marcado, en función de la capacidad y del tipo de material con el que están construidos. Vamos a analizar cada una de ellas. A. Marcado por código de colores Es similar al que se utiliza para los resistencias, aunque sus bandas indican parámetros diferentes.
Identificación de los condensadores B. Marcado alfanumérico En los condensadores de disco, la letra K indica que se trata de un condensador cerámico. Si el condensador no es de disco, esta letra indicará la tolerancia sobre la capacidad según la tabla que podemos a continuación. El formato típico de este tipo de marcado es: Valor + letra tolerancia + tensión nominal Para el valor hay que tener en cuenta que: Si no lleva coma decimal ni unidad, viene dado en picofaradios (pf). Si lleva coma decimal, y no lleva unidad, viene dado en microfaradios (mf). Si lleva unidad (n, p, K 5 Kp 5 n), esta sirve también de coma decimal.
Identificación de los condensadores C. Código «101» de los condensadores Se utiliza en condensadores cerámicos. En este código se imprimen tres cifras. Las dos primeras son cifras significativas, y la tercera indica el número de ceros que se le añaden a las otras dos. La capacidad viene dada en picofaradios (pf). Por ejemplo, si tenemos un condensador marcado con el código 403, el valor de la capacidad sería: D. Condensadores electrolíticos Los condensadores electrolíticos llevan marcado sobre su cuerpo el valor de la capacidad y la tensión nominal del mismo. Son condensadores con polaridad, y por tanto tienen un polo positivo y otro negativo. El polo negativo viene marcado sobre el cuerpo y mediante la longitud del terminal correspondiente (es más corto que el positivo).
Fundamentos del funcionamiento de un condensador Está formado por un par de superficies conductoras separadas por un material dieléctrico o por el vacío, y que sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra. De este modo, la carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad. En el Sistema Internacional de Unidades la capacidad se mide en faradios (F), estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio (C). El valor de la capacidad de un condensador viene definido por la siguiente fórmula: Donde: C = capacidad; Q = carga eléctrica almacenada en el condensador (dada en culombios); y V es la diferencia de potencial entre ambas placas.
Asociación de condensadores Al igual que ocurre con las resistencias, se pueden asociar varios condensadores de forma que todos ellos se comporten globalmente como si se tratara de un único condensador equivalente. La capacidad del condensador equivalente depende de la de los condensadores asociados y del tipo de disposición que se elija para ellos. A. Condensadores en serie Los condensadores pueden disponerse en serie, o en cascada, cuando la armadura de cada condensador se une con la armadura de signo contrario del siguiente condensador.
Asociación de condensadores B. Condensadores en paralelo En la asociación de condensadores en paralelo, se conectan entre sí las armaduras de igual signo de todos los condensadores, de forma que el circuito principal se divide en varias ramas. El cálculo de la capacidad equivalente de una conexión en paralelo de condensadores se halla de la siguiente manera:
Condensador en contínua El condensador en contínua pasado un periodo transitorio se comporta como un circuito abierto. Esto es: - Corriente por él = CERO
Condensador en contínua Un circuito RC está compuesto por una resistencia y un condensador. En dichos circuitos la corriente fluye en una dirección, como en un circuito de cc, pero a diferencia de éstos, la corriente varía con el tiempo. CASO 1: Proceso de carga del condensador, inicialmente descargado, cuando sus terminales se conectan en serie con un resistencia y una batería. CASO 2: Proceso de descarga del condensador, inicialmente cargado, cuando sus terminales se conectan en serie con un resistencia. Ambos procesos viene definidos por un tiempo característico τ = R C
CARGA DEL CONDENSADOR En t =0 el condensador está descargado. Al cerrar el interruptor, existe una caída de potencial entre los extremos de la resistencia y el condensador empieza a cargarse. Q(t) ε C 1- e t - τ = Condensador cargado Circuito abierto I(t) = I o e t τ
CARGA DEL CONDENSADOR Los valores de Vc e Ic en cualquier momento se pueden obtener con las siguientes fórmulas: Vc = E + ( Vo - E) e -T/ t, Vo es la tensión inicial del condensador (en muchos casos es 0 Voltios) Ic = ( E - Vo ) e -T/ t / R Vo es la tensión inicial del condensador (en muchos casos es 0 Voltios) V R = E e -T/ t Donde : T = R x C
CARGA DEL CONDENSADOR
DESCARGA DEL CONDENSADOR En t =0 el condensador está cargado. Al cerrar el interruptor, existe una caída de potencial entre los extremos de la resistencia debido a la corriente inicial y el condensador empieza a descargarse. Q(t) = - Q o e t τ Condensador descargado Cortocircuito I(t) = I o e t τ
DESCARGA DEL CONDENSADOR Vc = Vo e -T/ t I = -(Vo / R) e -T/ t
Conceptos básicos del electromagnetismo Un imán presenta dos polos magnéticos: polo norte y polo sur. Estos polos son indivisibles, es decir, si rompiésemos un imán, obtendríamos dos imanes más pequeños, pero cada uno con sus propios polos norte y sur. Una de las características fundamentales de los imanes es que dos polos del mismo nombre o signo se repelen, mientras que dos de distinto nombre o signo se atraen. Estos fenómenos magnéticos de atracción y repulsión sólo se producen en zonas próximas al imán, zonas a las que se denomina campos magnéticos.
Conceptos básicos del electromagnetismo Líneas de fuerza En el campo magnético de un imán, las líneas de fuerza van del polo norte al polo sur. Flujo magnético Así, si aumenta el flujo magnético, aumentan las líneas de fuerza. Se representa con la letra F y su unidad es el weber (Wb) en el Sistema Internacional de Unidades (SI).