Electrnica analgica.

IntroduccinLa electrnica es una parte de la electricidad que estudia el funcionamiento de los circuitos formados por una serie de componentes llamados semiconductores. Los materiales semiconductores tienen un comportamiento intermedio entre los aislantes y los conductores y se construyen bsicamente de silicio, selenio y germanio.Gracias a la electrnica se pueden realizar de forma automtica procesos muy complejos utilizando pequeos circuitos.Existe en el mercado una gran variedad de circuitos electrnicos que desempean diferentes funciones. Todos ellos estn formados por un conjunto de componentes que se diferencian por su forma, su funcin y sus caractersticas.Algunos de estos componentes son conocidos porque tambin intervienen en los circuitos elctricos (componentes pasivos). Otros son especficos de los circuitos electrnicos (semiconductores). Corriente elctrica Es un flujo ordenado de electrones que atraviesa un material movindose en una misma direccin conforme saltan de un tomo a otro tomo. Para lograr este movimiento de electrones, es necesaria una diferencia de potencial elctrico, generada habitualmente por una fuente de tensin. Corriente directa La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas elctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito elctrico cerrado, movindose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM), tal como ocurre en las bateras, las dinamos o en cualquier otra fuente generadora de ese tipo de corriente elctrica.Aunque comnmente se identifica la corriente contina con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batera), es corriente continua toda aquella que mantenga siempre la misma polaridad. Corriente AlternaCorriente elctrica en la que la magnitud y el sentido varan cclicamente. Se denomina corriente alterna (abreviada CA en espaol y AC en ingls, de Alternating Current) a la corriente elctrica en la que la magnitud y direccin varan cclicamente. La forma de onda de la corriente alterna ms comnmente utilizada es la de una onda senoidal, puesto que se consigue una transmisin ms eficiente de la energa. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda peridicas, tales como la triangular o la cuadrada. Utilizada genricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las seales de audio y de radiotransmitidas por los cables elctricos, son tambin ejemplos de corriente. Generacin de corriente en CA y CD El generador de corriente alterna es un dispositivo que convierte la energa mecnica en energa elctrica. El generador ms simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magntico uniforme. El movimiento de rotacin de las espiras es producido por el movimiento de una turbina accionada por una corriente de agua en una central h hidroelctrica, o por un chorro de vapor en una central trmica. En el primer caso, una parte de la energa potencial agua embalsada se transforma en energa elctrica; en el segundo caso, una parte de la energa qumica se transforma en energa elctrica a l quemar carbn u otro combustible fsil. Cuando la espira gira, el flujo del campo magntico a travs de la espira cambia con el tiempo. Se produce una fem. Los extremos de la espira se conectan a dos anillos que giran con la espira, tal como se ve en la figura. Las conexiones al circuito externo se hacen mediante escobillas estacionarias en contacto con los anillos. Si conectamos una bombilla al generador veremos que por el filamento de la bombilla circula una corriente que hace que se ponga incandescente, y emite tanta ms luz cuanto mayor sea la velocidad con que gira la espira en el campo magntico.Componentes electrnicosLa mayora de los circuitos electrnicos estn formados por un gran nmero de componentes. Se pueden distinguir dos grandes grupos de componentes electrnicos: los componentes pasivos (resistencias, condensadores y bobinas), y los componentes semiconductores (diodos, transistores, circuitos integrados, etc.).

Resistencias

Es un operador o componente electrnico que se opone al paso de la corriente elctrica. Su valor depende de su longitud (l), de su seccin (S) y de un parmetro que depende del material con el que se fabrica, llamado resistividad del material (). Su unidad de medida es el ohmio (), pero como es una unidad muy pequea, se utilizan algunos mltiplos, como el kiloohmio (k = 1.000) y el megaohmio (M = 1.000.000).

Es muy importante saber la Ley de Ohm, que dice as:

La intensidad de corriente elctrica que circula por un conductor es directamente proporcional a la tensin aplicada entre sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia que ste ofrece al paso de la corriente elctrica.

Para qu sirven las resistencias?

Se suelen utilizar para ajustar la tensin que debe soportar un componente o para limitar la intensidad de corriente que circula por l. Condensadores

Un condensador es un operador o componente elctrico formado por dos placas metlicas, denominadas armaduras, que se encuentran separadas por un material aislante, denominado dielctrico.

La misin de un condensador es almacenar carga elctrica para suministrarla en un momento determinado.

Condensadores cermicos. Condensadores electrolticos.

La capacidad C de un condensador depende: de la superficie de las armaduras (S), de la distancia que las separa (d) y de una constante llamada dielctrica () que depende del material con el que se hace el dielctrico (papel, cermica, aire, etc.).

Su unidad es el faradio (F), pero al tratarse de una unidad muy grande, en electrnica se usan algunos submltiplos como: Microfaradio (F); nanofaradio (nF) y picofaradio (pF) 1 F = 10-6 F; 1 nF = 10-9 F; 1 pF = 10-12 F.

Cmo funciona un condensador?

Para conocer su funcionamiento, debemos suponer que est descargado y se conecta en serie con una resistencia y con una fuente de alimentacin continua. En la posicin del conmutador, el condensador se va cargando a travs de la resistencia R, hasta alcanzar el valor Vc = Condensador cargado, si una vez cargado el condensador, ponemos el conmutador en la posicin, el condensador se descarga a travs de la resistencia.

Las curvas de carga y descarga de un condensador se representan mediante el siguiente diagrama:

De esta curva se deduce que cuanto mayor capacidad tenga un condensador, mayor cantidad de carga elctrica podr almacenar.

Bobinas

Una bobina es un componente elctrico formado por un conductor arrollado de forma cilndrica. En algunos casos, el conductor se arrolla sobre un ncleo magntico; en otros casos, el ncleo es aire.

Los hilos de cobre deben estar aislados con esmalte para evitar el contacto entre ellos.

La misin de una bobina es almacenar energa elctrica de forma magntica para cederla en un momento determinado.

La autoinduccin (L) de una bobina, depende: del nmero de espiras que forman el arrollamiento (N), del flujo magntico que la atraviesa () y de la intensidad de corriente que la recorre (I).

La unidad de autoinduccin es el henrio (H), pero, como tambin se trata de una unidad muy grande, en electrnica, se usan algunos submltiplos como el milihenrio (mH) y el microhenrio (H). 1 mH = 10-3 H; 1 H = 10-6 H.

Cmo funciona una Bobina?

El funcionamiento de una bobina es el siguiente: supongamos un circuito R-L serie como el de la figura, al cerrar el interruptor se produce una circulacin de corriente elctrica que a travs de la R carga la bobina y genera un campo magntico.

Componentes electrnicos semiconductores.

Dentro de este grupo de componentes nos encontramos como ms importantes: el diodo, los transistores y los circuitos integrados.

El Diodo

Es uno de los componentes ms usados en los circuitos electrnicos. Est formado por la unin de dos cristales semiconductores, uno tipo N, llamado ctodo, y otro de tipo P, llamado nodo. El semiconductor usado para formar diodos es el Silicio (Si).

El smbolo de un diodo es:

El diodo LED

Se trata de un diodo emisor de luz. Cuando se encuentra en conduccin (polarizado directamente), la energa generada se libera en forma de radiacin electromagntica visible.

En la figura se puede ver el aspecto real de un diodo LED y su smbolo. Se fabrican como pequeas lmparas, generalmente de color rojo, amarillo o verde.

Tambin constituyen los segmentos luminosos de los nmeros o letras en los displays, empleados en multitud de aparatos electrnicos. Diodo LED

Nota La tensin umbral o de conduccin de un diodo LED suele estar comprendida entre 1,8 y 2 V. Para la proteccin del diodo se coloca en serie una resistencia encargada de limitar la tensin en el diodo LED.

Transistores

Son los componentes electrnicos ms importantes que existen y uno de los ms verstiles. Existen 2 clases de transistores: los transistores bipolares y los transistores de efecto campo. Los transistores bipolares estn formados por la unin de 3 cristales semiconductores.

Segn la combinacin de stos, pueden ser de dos clases: NPN Y PNP. De cada uno de los cristales sale un terminal que permite conectar fsicamente el componente al circuito. Los 3 terminales se denominan base (B), emisor (E) y colector (C).

Imagen Real Smbolo de un NPN

Imagen Real Smbolo de un PNP

Los transistores de efecto campo estn formados por un sustrato de material semiconductor sobre el que se difunden dos islas de material semiconductor de diferente dopado. Los terminales se denominan surtidor (S), drenador (D) y el tercero que gobierna la conductividad de los 2 anteriores, llamado puerta (G).

Existe una amplia variedad de transistores por efecto de campo. Los ms abundantes, son los MOS (Metal xido Semiconductor). Como los anteriores, tambin pueden ser de dos tipos: de canal N y de canal P.

Imagen Real Smbolo:

Imagen Real Smbolo:

Regiones de funcionamiento de un transistor bipolar.

Bsicamente, el transistor podr trabajar en tres regiones de funcionamiento, llamadas corte, activa y regin de saturacin.

Regin de corte: Se caracteriza porque tanto la unin base-emisor como la unin base-colector estn polarizadas inversamente. En estas condiciones, las intensidades de corriente por el transistor son prcticamente nulas y se dice, entonces, que el transistor no conduce.

Regin activa: En esta regin se debe polarizar en directo la unin B-E y en inverso la unin B-C. En este caso las intensidades de corriente no son nulas y la tensin C-E est comprendida entre 0,2v y la tensin de alimentacin.

Regin saturacin: En esta regin de trabajo el transistor conduce plenamente y la tensin C-E est en torno a 0,2 v. Para que esto ocurra las uniones B-E y B-C deben estar polarizadas en directo. En esta zona no se cumple la ecuacin fundamental del transistor.