Electrónica 3º E.S.O. 1 TEMA : LA ELECTRÓNICA 1. ELEMENTOS COMPONENTES DE LOS CIRCUITOS ELECTRÓNICOS. 1.1. Resistencias. Una resistencia es un operador o componente eléctrico que se opone al paso de la corriente. Su valor óhmico R depende de su longitud (l), de su sección (s) y de un parámetro específico del material con que se fabrica, llamado resistividad ( ), según la expresión: λ R = ρ S En un circuito eléctrico, la resistencia de un componente es directamente proporcional a la tensión V que se le aplica e inversamente proporcional a la intensidad I que circula por él. Esta relación se conoce como Ley de Ohm. V R = I Las resistencias más corrientes están constituidas por una pieza de carbono (el carbono es un mal conductor) dentro de un tubo cerámico. A cada extremo del tubo están situadas las patas de la resistencia. Unas bandas de colores pintadas en la resistencia permiten identificar su valor. Este valor se da en Ohmios ( ) y determina si la resistencia deja pasar una corriente fuerte o débil. Así, una resistencia de valor alto, por ejemplo 1,8 K (1,8K = 1800 ), deja pasar menos corriente que una resistencia de valor más bajo, por ejemplo de 130. Con la ayuda del siguiente cuadro se puede determinar fácilmente el valor de las resistencias que se utilizan, tal y como aparece en el ejemplo:
Electrónica 3º E.S.O. 2 COLOR ABREVIADO 1ª BANDA 2ª BANDA 3ª BANDA 4ª BANDA Negro Ne 0 0 Sin anillo - Marrón Ma 1 1 0 1 % Rojo Ro 2 2 00 T O 2 % Naranja Na 3 3 000 L - Amarillo Am 4 4 0.000 E - Verde Ve 5 5 00.000 R 0.5% Azul Az 6 6 000.000 A N 0.25 % Violeta Vi 7 7 0.000.000 C 0.1 % Gris Gr 8 8 00.000.000 I - Blanco Bl 9 9 - A - Oro Or - - 1/10 S 5 % Plata Pt - - 1/100 10 % Sin anillo S/a - - - 20 % La cuarta banda, normalmente más ancha, indica en porcentaje, la tolerancia sobre el valor indicado EXPERIENCIAS CON RESISTENCIAS 1. Comprobar el código de colores de las resistencias mediante el uso del polímetro. 2. Comprobar la función de las resistencias en los circuitos. 1.2. El diodo electroluminiscente (LED). Un diodo electroluminiscente (LED) no es una bombilla de incandescencia, sino que la luz de un LED proviene de un cristal que emite ondas electromagnéticas visibles. Si se observa un LED a la luz (ventana, lámpara, etc.), se puede ver dicho cristal. La luz de un LED no es muy fuerte, por ello no puede reemplazar la bombilla de una linterna. Sin embargo existen numerosas aplicaciones de los LED en muchos aparatos modernos en los que se utilizan como indicadores de funcionamiento o de control, como en ordenadores, relojes digitales o televisores. Hay LEDs de color rojo, amarillo, verde y azul. La forma más utilizada es la redonda aunque también los hay cuadrados y triangulares. Las ventajas de los LEDs respecto a pequeñas bombillas de incandescencia son las siguientes: menor consumo eléctrico, resistencia a los choques, mayor duración y menor tamaño.
Electrónica 3º E.S.O. 3 Las siglas LED provienen de su denominación inglesa Light-Emitting-Diode. Su símbolo gráfico y su aspecto son los siguientes: Para su conexión debe siempre respetarse: 1. El LED debe conectarse siempre respetando su polaridad, de lo contrario no se ilumina. La pata larga corresponde al ánodo (conectado al polo +) y la corta al cátodo (conectado al polo -). 2. la tensión de los bornes del LED no debe exceder nunca de 1,6 voltios, en caso contrario se quema inmediatamente. Como se usan siempre tensiones superiores, se deben reducir estas con resistencias, tal y como aparece en el siguiente cuadro: Resistencias para protección de LED 130 para 4,5 V 180 para 6 V 390 para 9 V 510 para 12 V 1,2 K para 24 V EXPERIENCIAS DE RESISTENCIAS Y DIODOS ELECTROLUMNISCENTES. 3. Polarización directa de un diodo LED. 4. Polarización de un diodo LED, aumentando la resistencia. 5. Polarización inversa de un diodo LED. 1.3. El diodo. El diodo es uno de los componentes más empleados en los circuitos electrónicos. Está formado por la unión de dos cristales semiconductores, uno de tipo N, llamado cátodo, y otro de tipo P, llamado ánodo. El ánodo y el cátodo de un diodo se diferencian en su símbolo así como en el elemento en la realidad, que lo hace mediante un anillo que marca el cátodo, tal y como aparece en la figura.
Electrónica 3º E.S.O. 4 - Los cristales tipo N se obtienen inyectando en el silicio (material semiconductor) algunos átomos de otros materiales (de fósforo, arsénico o antimonio) capaces de ceder electrones. - Los cristales tipo P se obtienen inyectando en el silicio algunos átomos de otros materiales (como el boro) capaces de aceptar electrones. Cuando se conecta a una fuente de alimentación de corriente continua, el diodo actúa como un componente unidireccional, es decir, deja pasar la corriente sólo en un sentido. Sirve, así, el diodo para bloquear ciertas corrientes de sentido no deseado, lo que se comprobará con las experiencias que se realizarán seguidamente. Según la forma de conectarlo al circuito, distinguiremos entre polarización directa y polarización inversa. Polarización directa. Se produce cuando el polo positivo (+) de la fuente de alimentación se une al ánodo, y el negativo (-), al cátodo, y se intercala una resistencia R en serie con el diodo. Así, el diodo se comporta como un conductor y deja pasar la corriente eléctrica. Polarización inversa. También llamada de bloqueo. Se produce cuando el polo negativo (-) de la fuente de alimentación se une al ánodo, y el positivo (+), al cátodo, y se intercala una resistencia R en serie con el diodo. Así, el diodo se comporta como aislante y no permite el paso de la corriente eléctrica. EXPERIENCIAS CON DIODOS. 6. Polarización directa de un diodo. 7. Polarización inversa de un diodo. 8. Sistema de llamada con indicadores luminosos. 9. Tester de polaridad.
Electrónica 3º E.S.O. 5 1.4. El transistor. El transistor es el componente electrónico más importante que existe y uno de los más versátiles, también está constituido por semiconductores. Existen dos clases de transistores los bipolares y los de efecto de campo, y serán los primeros los que más se utilizarán. Composición y funcionamiento. El transistor tiene tres patas. Sobre el cuerpo del transistor se pueden leer las referencias del tipo. No hay en cambio indicaciones para identificar las patas. Para identificarlas, se observa el esquema del transistor. E = Emisor (Emite los electrones) B = Base (Controla el flujo de electrones) C = Colector (Recoge los electrones) Los electrones circulan a través del transistor, del emisor (E) hacia el colector (C), y solo en ese sentido. La base (B) es la que controla esta circulación. Es pues la base la que determina si el transistor actúa en fase de paso (deja pasar la corriente) o de bloqueo (no la deja pasar), y además a que intensidad la deja pasar, es decir, la puede atenuar o amplificar. TIPO DE TRANSISTOR SÍMBOLO IMAGEN REAL NPN PNP Se puede así utilizar el transistor como conmutador o como amplificador. Esto es lo que las experiencias siguientes ilustrarán. EXPERIENCIAS CON TRANSISTORES Y LEDS. 10. Montaje del transistor en emisor común. 11. Sistema de alarma mediante un emisor común
Electrónica 3º E.S.O. 6 12. Detector de humedad. 13. Interruptor sensitivo. 14. Mini órgano luminoso. 15. Juego de luz. 1.5. El condensador. Un condensador es un operador o componente eléctrico formado por dos placas metálicas, denominadas armaduras, que se encuentran separadas por un material aislante, denominado dieléctrico. Su misión es almacenar carga para suministrarla en un momento determinado. La capacidad C de un condensador depende de la superficie de las armaduras (S), de la distancia que las separa (d) y de la naturaleza del dieléctrico (papel, cerámica, aire, etc.), que está determinada por la llamada constante dieléctrica ( ), según la expresión: C = ε S d Esta capacidad se define como el cociente entre la carga eléctrica Q que puede almacenar y la diferencia de potencial que existe entre las armaduras. Q C = V En la figura puedes observar distintos tipos de condensadores. Como se puede observar tienen dos patas de conexión. Lo más frecuente es que una de ellas sea positiva y la otra negativa (condensador electrolítico), existiendo otros tipos que carecen de tal polaridad (condensador normal).
Electrónica 3º E.S.O. 7 EXPERIENCIAS CON CONDENSADORES. 16. Carga y descarga de un condensador. 17. Carga y descarga de manera ralentizada. 18. Descarga de condensador durante 20 segundos. 19. Biestable de encendido intermitente (parpadeo alterno). 1.6. Otros elementos optoelectrónicos. Fotorresistencia (LDR). Son fotodetectores que presentan una resistencia de valor variable en función de la incidencia de la luz sobre ella. Se las conoce por las siglas LDR, del inglés Light Depending Resistor. Una de las aplicaciones más características de las resistencias LDR es el encendido o apagado de las luces en función de la intensidad luminosa del ambiente: cuando la luz desciende por debajo de un determinado umbral, el sistema se activa; por el contrario, cuando la intensidad luminosa aumenta y es superior al umbral máximo fijado, el sistema se apaga. Es, por tanto, un elemento capaz de convertir energía luminosa en energía eléctrica. Fotodiodo. Es un fotodetector que reacciona como un diodo normal bloqueando la corriente. Pero mientras hay luz la resistencia de bloqueo disminuye con esta y la corriente pasa. Los fotodiodos comparados con las fotorresistencias tienen la ventaja de que reaccionan más rápidamente que estas pero son bastante más caros.
Electrónica 3º E.S.O. 8 Fototransistor. Es un fotodetector que trabaja como un transistor clásico, pero normalmente no tiene conexión base, es decir, sólo tiene dos patas. En estos transistores, la base está reemplazada por un cristal fotosensible que cuando recibe luz, produce una corriente y desbloquea el transistor. En este caso, la pata larga es el negativo (-) y la pata corta el positivo (+), al contrario que en los LED. Es decir, mientras que en la fotorresistencia, la conductibilidad varía con la luz y en el caso del fotodiodo es el bloqueo el que depende de la luz; el fototransistor asocia las dos funciones en un solo componente. La corriente circula sólo en un sentido y el bloqueo del transistor depende de la luz; cuanta más luz hay más conduce. EXPERIENCIAS CON ELEMENTOS OPTOELECTRÓNICOS. 20. Barrera luminosa. 21. Montaje detector de luz. 22. Montaje detector de oscuridad.