Introducción a Electrónica

Cristóbal ValenzuelaEnero 2013Alicura/UAI

cristobal.hvb@gmail.com

Introducción al profe y la clase

Introducción a Electricidad

Átomo

• Átomos se componen de 3 sub partículas atómicas: protones(+), neutrones y electrones(-).

• Los átomos generalmente tienen una carga eléctrica neutral al contar con el mismo número de electrones y protones.

• Solo se puede modificar la cantidad de electrones(-) en un átomo. Y de este modo, cargarlo positiva o negativamente. Todo átomo con exceso o falta de electrones se llama ión.

• Un ión es un átomo que ha perdido su equilibrio eléctrico

• Algunos materiales mantienen sus electrones fuertemente unidos y es muy difícil moverlos a través de ellos. Estos materiales se llaman aislantes o dieléctricos (plástico, vidrio, madera, etc.)

• En otros materiales es muy fácil mover los electrones. Estos son los conductores.

• La movilidad de electrones determina su conductividad.

• En algunos casos pueden aceptarse electrones y en otros perderse con facilidad, por eso, al frotar dos materiales entre sí, dependiendo de cuáles sean, uno de ellos pierde electrones y el otro los gana.

• Al solo contacto o al frotar dos materiales el área de contacto aumenta y permite una mayor transferencia de electrones de un material a otro.

Electricidad Estática

• Estudia el desequilibrio de cargas en los materiales• «Estática» ya que las cargas permanecen sin movimiento la

mayor parte del tiempo y sus movimientos son cortos y no constantes

• Cuando se pone en contacto un material que ya está cargado negativa o positivamente con otro, se realiza una transferencia de cargas de uno a otro hasta que se restablece el equilibrio de cada uno. Hasta que ambos recuperan su estado de carga neutral.

Electricidad Dinámica

• Cuando las cargas son continuas y prolongadas se cambia el término «estática» por electricidad «dinámica». De aquí nace la electrodinámica.

• Si aplicamos energía a los electrones, entonces podemos lograr que fluyan a través de un material conductor en forma continua, lo cual se llama corriente eléctrica.

Entonces…

Corriente eléctrica: flujo de electrones causados por una energía o fuerza

• La corriente eléctrica es como el agua en un tubería. Los electrones pueden moverse dentro de un alambre conductor y así como es posible medir el flujo de agua en la tubería también se puede medir la cantidad de electrones que avanzan en un conductor cuando se les aplica fuerza para moverlos.

Carga Eléctrica

• No sería útil medir la corriente el electrones por segundo, ya que serían número gigantes.

• Para ello, se utilizan unidades de carga eléctrica. La unidad para medir la carga eléctrica es el Coulomb (Q).

• 1 Coulomb equivale a 6.24 x 1018 electrones aproximadamente.

1 Q = 62.400.000.000.000.000 e

Corriente Eléctrica

• Así como la corriente de agua se mide en litros por segundo, la corriente eléctrica se mide en Coulombs por segundo. Es decir

I = Q tDonde: I = Corriente Eléctrica (A)Q= Carga (C)t= Tiempo (s)

• La corriente eléctrica se representa por la letra I y se mide en Amperes (A).

• Ahora bien, para poner los electrones en movimiento se necesita aplicarles algún tipo de energía para que se muevan.

• Esto se logra mediante una fuente que aplica una diferencia de potencial a los extremos del material conductor. Dicha fuente puede producir la energía mediante reacciones químicas, como las pilas o por inducción, como en los generadores eléctricos.

Voltaje

• Una fuente proporciona un diferencial de potencial para que los electrones se muevan a través de un material conductor.

• Esta diferencia de potencial se llama voltaje: mientras mayor sea el voltaje, mayor será la corriente que podrá generar.

• En los circuitos eléctricos, esta diferencia de potencial se llama tensión eléctrica, potencial eléctrico o voltaje.

• El voltaje es la energía potencial que espera ser liberada y la corriente es la energía cinética provocada por el voltaje.

Resistencia Eléctrica

• En condiciones normales no existe ningún material que permita el movimiento de los electrones en él de forma perfecta. Todos los materiales ofrecen cierto grado de oposición a la corriente eléctrica.

• Esta oposición se conoce como resistencia eléctrica.

• La resistencia se mide en Ohms (Ω)

• Cada material tiene una resistencia específica que está determinada principalmente por el tipo de material en sí. Se representa por la letra griega (ρ).

• Para calcular la resistencia de un material: R = ρ 1 (Ω) s

• La resistencia eléctrica de algún material está dada por cuatro factores que son:

1) El tipo de material (resistencia específica)2) La longitud3) Sección transversal4) Temperatura

• Así, se aprovecha la resistencia eléctrica para fabricar componentes que buscan eso: ofrecer oposición a la corriente. Estos componentes se llaman resistores o resistencias

• Todo conductor que ofrezca una resistencia eléctrica generará calor cuando pase una corriente en él. La cantidad que se genere depende de la resistencia y de la intensidad de la corriente que circule

Ley de Ohm

• La Ley de Ohm relaciona el voltaje y la corriente que pasa por un resistencia o cualquier elemento que ofrezca resistencia al paso de la corriente eléctrica:El voltaje en las terminales de un resistor es

directamente proporcional a la corriente que pasa por él.

• Es decir:V = I x R

Donde:V = Voltaje (V)I = Corriente (A)R = Resistencia (Ω)

Circuitos Eléctricos

• Para que una corriente eléctrica recorra un material conductor, se debe cumplir una condición importante:

El conductor debe formar un circuito eléctrico, es decir, debe existir una trayectoria cerrada

Circuito Eléctrico

• Def: Conjunto de elementos o componentes

interconectados de tal forma que debe haber, al menos, una trayectoria cerrada.

• Los puntos donde se interconectan dos o más componentes se llaman nodos.

• A cada trayectoria cerrada del circuito, se le llama malla.

Leyes de Kirchhoff

• La primera ley de Kirchhoff o ley de las corrientes establece que: La suma de las corrientes que entran en un

nodo, es igual a la suma de las corrientes que salen de él.

i1+i4=i2+i3

Leyes de Kirchhoff

• La segunda ley de Kirchhofff o ley de los voltajes establece que:

La suma algebraica de los voltajes alrededor de cualquier trayectoria cerrada es siempre 0

v4= v1+v2+v3. No se tiene en cuenta a v5 porque no forma parte de la malla que estamos analizando.

Fuentes de voltaje

• Existen 2 tipos de fuentes de voltaje para suministrar a un circuito eléctrico: las de corriente directa o continua (CD o CC) y las de corriente alterna (CA)

Corriente Continua (CC)

• En este tipo de fuente el voltaje es siempre fijo y por lo tanto harán fluir la corriente eléctrica en un solo sentido y con una intensidad constante.

Símbolo

Corriente Alterna (CA)

• Esta fuente se caracteriza por generar voltaje que cambia periódicamente. Es decir voltaje variable en el tiempo. Existen diferentes formas en las que varía el voltaje.

Símbolo

CA vs CC

Para uso domiciliario se prefiere CA por sobre CC ya que:• 1) Más fácil de construir y mantener generadores de

CA que de CC• 2)CA se trasmite más eficiente que la CC a grandes

distancias• 3)CA puede aumentar o disminuir el voltaje

mediante transformadores• 4)Un voltaje de CA se puede convertir fácilmente en

un voltaje de CD

Entonces….

Vimos:Electricidad(estática y dinámica), concepto de corriente, voltaje, resistencia eléctrica, circuitos eléctricos, Ley de Ohm y Leyes de Kirchhoff, tipos de voltaje, corriente continua y directa

Introducción a Electrónica

¿Qué es la electrónica?

Rama de la ingeniería que estudia el aprovechamiento de la electricidad en

diferentes componentes o dispositivos para generar, transmitir o almacenar información, y

otras aplicaciones.

• Electrónica: Estudio, conducción y control del flujo de partículas cargadas (electricidad)

• Electrónica digital: Sistemas electrónicos cuya información está codificada en dos estados posibles: 0 1

Digital vs Análogo

• La electrónica digital, en oposición a la análoga, es más barata, simple, eficiente y pequeña.

• Permite sistemas que antes no eran posibles: computadores, telefonía, celulares, videos y ahora televisión.

Componentes Electrónicos

• Los componentes electrónicos se encargan de procesar la electricidad y las señales en los circuitos eléctricos.

Resistores o Resistencias

Su principal función es de oponerse al paso de corriente eléctrica

• Se acuerdan de… V = I x R

Resistencia en serie y en paralelo

• Las resistencias pueden agruparse en serie, es decir, una conectada al a terminal de la otra, o en paralelo, con las dos terminales de una conectadas a las de otra resistencia

En serie: Rs= R1+ R2

En paralelo. Rp= (R1*R2)/ (R1+R2)/

• Supongamos que tenemos dos resistencias en seria. La corriente que circula en ellas será la misma para cada una, y el voltaje se divide según el valor de las resistencias, por lo que las resistencias en serie se les llama divisores de voltaje

• Si tenemos dos resistencias conectadas en paralelo, el voltaje en ellas será el mismo y lo que se dividirá será la corriente que pasará en cada uno, por lo que a las resistencias en paralelo se los pueden llamar divisores de corriente

• Existen también resistencias variables o ajustables. Estas se conocen como potenciómetros.

Capacitores o Condensadores

• Dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por un material dieléctrico o aislante. Es decir, por un material que no permite el paso de los electrones de una placa a otra.

• Los capacitores son elementos que almacenan energía. Al contrario de las resistencias

Semiconductores

• Dispositivos fabricados con Silicio que no tienen electrones libres en su última capa.

Existen tres tipos:1) Semiconductores intrínsecos2) Semiconductores extrínsecos tipo N3) Semiconductores extrínsecos tipo P

Diodo

• Los diodos son los componentes más sencillos formados por semiconductores.

• También se les conoce como uniones PN

Diodos

• Dependiendo de cómo los conectemos, los diodos funcionarán como conductor en un solo sentido de la corriente.

• Se utilizan como rectificadores de corriente para evitar que se dañen aparatos

LED

• Uno de los diodos más conocidos son los diodos emisores de luz o (LED por sus siglas en inglés)

Graffiti Research Lab

LED Throwies

Transistores

• Dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.

Circuitos Integrados (CI)• Técnica que consiste en fabricar un circuito

electrónico completo en un pequeño chip, en el cual se construyen e interconectan muchos elementos al mismo tiempo. Están compuestos principalmente de diodos y transistores. Dan inicio a la microelectrónica

Dos tipos de CI

• Analógicos: Circuitos que funcionan con señales analógicas, como amplificadores, osciladores, filtros, reguladores de voltaje, etc

• Digitales: Funcionan con señales digitales y van desde compuertas lógicas hasta microprocesadores

Arduino?

• Es un microcontrolador (circuito integrado) programable para almacenar información y datos.

Ley de Moore

La ley de Moore expresa que aproximadamente cada dos años se duplica el número de transistores en un circuito integrado.

¿Implicancias en la sociedad y la tecnología?

Ejercicio 1

• LED

Ejercicio 2

• Capacitores- LED’s