TEMA 1: DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

I.E.S. Pablo Picasso. Departamento de Tecnología
U.D. 1 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
TEMA 1: DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
1.- Sistemas electrónicos: análisis por bloques
Los circuitos eléctricos-electónicos están formados por distintos componentes con una
determinada función en el circuito. Según la función de cada elemento, también
podemos distinguir entre elementos que sirven para introducir una orden o señal en el
circuito, devolver una señal, controlar las acciones que se producen, etc.
Por tanto, podemos clasificar los elementos de un circuito en los bloques siguientes:
 Elementos de entrada. Son los que introducen una orden o señal en el circuito.
a) Interruptor
b) LDR
 Elementos de proceso. Son los que se utilizan para realizar las operaciones para
las que está diseñado el circuito.
a) Relé
b) Fusible
c) Resistencias
d) Diodos
e) Transistores
f) Condensadores
g) Circuitos integrados
 Elementos de salida. Proporcionan una señal de salida como consecuencia del
funcionamiento del circuito.
a) Zumbadores
b) Bombillas
c) Diodos LED
d) Relés
Elementos de entrada
Elementos de proceso
Elementos de
salida
2.- Componentes electrónicos
ELEMENTOS DE ENTRADA
 Interruptores
Son elementos que permiten o impiden el paso de la corriente eléctrica a través de un
circuito.
Símbolo
Resistencias variables en función de la luz
Las resistencias LDR reciben ese nombre porque funcionan cuando incide en ellas la
luz, tienen un valor variable (en función de la luz) y están compuestas por
semiconductores.
Su funcionamiento: cuanto mayor es la intensidad de la luz que incide sobre la LDR
menor es la resistencia y a la inversa.

Símbolo
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Aplicaciones de las LDR
Circuito que enciende la bombilla cuando no hay luz, incidiendo sobre la LDR.
Circuito que pone en marcha el motor cuando incide la luz sobre la LDR.
ELEMENTOS DE PROCESO
 Resistencias
Se define la resistencia ( R ) como la oposición que presenta un elemento a ser
atravesado por la corriente eléctrica. unidad OHMIO ()
Además de la resistencia que presenta cada elemento de un circuito, existen unos
elementos específicos que concentran una resistencia de un valor determinado
Símbolo

El diodo
Es un componente que permite la circulación en un solo sentido, creando como
se puede observar en el siguiente dibujo, una especie de “calle de dirección única” en un
circuito eléctrico
a) Polarización directa
Símbolo
b) Polarización inversa
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Los diodos más corrientes consisten en una unión de materiales
semiconductores de silicio de “tipo p” (pasa) y “tipo n “ (no pasa).
Un diodo tiene dos terminales que son conocidos por el nombre de “ánodo” y
“cátodo”. La corriente circulará solamente cuando el ánodo, conectado al lado “p”, esté
conectado al polo positivo de la fuente de energía, y el cátodo ”n”, al polo negativo.
Cuando un diodo está conectado de esta forma, se dice que está polarizado
directamente.
Si el diodo está polarizado de forma indirecta (el polo positivo al “n” y el
negativo al “p”) la corriente no circula.
Aplicaciones de los diodos
Una aplicación habitual de los diodos es la rectificación de corriente alterna para
transformarla , posteriormente, en corriente continua. Se trata de una aplicación muy
importante, tanto en el ámbito industrial como en el doméstico, ya que , el transporte y
la distribución de energía eléctrica se realizan en forma de corriente alterna; pero
algunos aparatos domésticos, muchos electrodomésticos y muchas empresas (químicas)
necesitan para funcionar corriente continua y trabajan enchufados a la red alterna de
220 V. Esto se consigue usando transformadores –rebajan el voltaje- y a continuación
un puente de diodos.
Relé
Un relé es un automatismo que permite conectar entre sí dos circuitos independientes.
Uno de los circuitos permite activar el relé con un
pequeño voltaje, de manera que el relé pondrá en
funcionamiento el otro circuito cuyo voltaje puede ser
mucho mayor. De esta manera se pueden controlar
corrientes de elevada intensidad mediante corrientes
muchos más débiles.
Básicamente, un relé está formado por dos circuitos
diferentes: el circuito de activación y el circuito, o los
circuitos, de conmutación:
El circuito de activación es un electroimán, que
funciona con corrientes de poca intensidad. Cuando se
cierra este circuito, el electroimán atrae una pieza
metálica, la armadura, que al moverse acciona el circuito de conmutación.
El circuito de conmutación está formado por una conjunto de contactos que se mueve
accionado por la armadura. El circuito de conmutación puede tener dos, tres o más
contactos; dependiendo del número de contactos de su circuito de conmutación, los
relés reciben distintos usos. Así, los relés de
dos contactos se
emplean como interruptores, mientras que
los de tres
contactos se utilizan como conmutadores.
Con independencia del número de
contactos que
tengan, básicamente hay dos tipos de relés:
los relés

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normalmente abiertos y los relés normalmente cerrados:
 En los relés normalmente abiertos, la salida del circuito está conectada cuando la
entrada del circuito también lo está. Se emplean, por ejemplo, en el circuito de
arranque de un motor, cuando se hace girar la llave de contacto.
 En los relés normalmente cerrados, la salida del circuito está desconectada
cuando la entrada del circuito está conectada. Se emplean en circuitos de
seguridad, por ejemplo en los circuitos de maquinaria eléctrica, en los que se
corta la corriente cuando se pulsa un botón.
Un relé es un tipo muy útil de interruptor porque se puede encender y apagar de
maneras diferentes, como se puede observar en las siguientes cuestiones.
Cuestión 1. - El relé de este circuito se puede encender y apagar con luz empleando una
LDR. Si la luz ilumina la LDR, ¿el motor se enciende o apaga?
Cuestión 2. - El relé de este circuito se puede encender y apagar con calor empleando un
termistor. ¿Una subida o un descenso de temperatura hará que el motor se encienda?

El transistor
Tiene funciones más variadas que los componentes vistos hasta ahora (LED,
resistencia y diodo). Los LEDs emiten luz, las resistencias pueden frenar el flujo
eléctrico y los diodos sólo dejan pasar la corriente en una dirección. El transistor en
cambio, puede como un diodo, no dejar pasar la corriente más que en un solo sentido y
puede también decidir si la corriente debe o no circular y a qué intensidad. El transistor
puede por lo tanto dejar pasar o bloquear la corriente y también atenuarla o amplificarla.
Se puede así utilizar el transistor como conmutador o como amplificador.
El transistor tiene tres patas (emisor, base, colector), sobre el cuerpo del transistor se
pueden leer las referencias del tipo. No hay en cambio indicaciones para identificar las
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patas. Para identificarlas, observamos el esquema del transistor.
Los electrones circulan a través del transistor, del emisor (E) hacia el colector (C).
La base (B) es la que controla esta circulación. Es pues la base la que determina si el
transistor actúa en fase de paso o de bloqueo. Cuando la base no recibe corriente, no hay
paso de corriente entre el colector y el emisor y se dice en este caso que el transistor está
bloqueado.
Al aplicar una pequeña corriente sobre la base y mientras dure ésta, el transistor se
desbloquea y permite el paso de la corriente. Por lo tanto y cómo se ha comentado
anteriormente, el transistor es un componente electrónico que puede cumplir dos
funciones:
o Puede utilizarse como interruptor, bloqueando o dejando pasar la
corriente a través del colector-emisor.
o Puede utilizarse como amplificador.
Una corriente muy débil aplicada sobre la base es suficiente para transmitir el flujo
de una fuerte corriente a través del colector.
A modo de resumen:
E = EMISOR (Emite electrones)
B = BASE (Controla el flujo de electrones)
C = COLECTOR (Recoge los electrones)
Para el transistor BC 548 B, la corriente del colector es de 200 a 450 veces más
grande que la de la base. En algunos transistores (BC 517), la corriente del colector
es 30.000 veces más grande que la de la base.
Explicación de los transistores
Como ya hemos visto anteriormente un transistor es un componente
semiconductor, y es sin duda, el elemento electrónico por excelencia. Gracias a ellos,
ha sido posible el desarrollo tan elevado De nuevas tecnologías como la informática.
Para explicar su funcionamiento recurriremos a la comparación con un circuito
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hidráulico. Consideramos dos canales, uno muy grande y el otro muy pequeño, que
conducen agua y están situados como se muestra en la figura:
El caudal de estos dos canales está regulado por sendas compuertas. En un
principio, el canal de mayor tamaño (que llamaremos colector) tiene la compuerta
bajada y no circula agua. Cuando abrimos la compuerta del canal pequeño, un sistema
de palancas abre automáticamente la compuerta grande y deja pasar gran cantidad de
agua. Con este ejemplo vemos que con un caudal pequeño de agua enviado desde el
canal pequeño, que llamamos base, logramos controlar un gran caudal que proviene del
colector, y por la salida, que llamaremos emisor, circulará la suma de los dos caudales,
el del colector y el de la base.
Está fabricado con tres capas de material semiconductor de los tipos n y p. Las
tres capas se denominan: emisor, base y colector.
Pero, ¿qué hacen los transistores?
Para contestar a esta pregunta observemos el diagrama 1, en él el interruptor IN1 está
abierto, y en estas condiciones la corriente
no circulará en ninguna parte del circuito.
Sin embargo, cuando IN1 está cerrado, una
corriente muy pequeña circula por la base
del transistor vía la resistencia R (diagrama
2).
Cuando esto ocurre, el transistor “se activa”
permitiendo que una corriente más grande
circule por su colector, saliendo por el emisor
hacia la bombilla. Por tanto el transistor ha
utilizado una corriente pequeña para conectar
una corriente grande.
NOTA:
la resistencia está incluida en este circuito
para proteger al transistor. Si la corriente de la base se hiciera demasiado grande, el
transistor se estropearía.
Veamos a continuación un circuito con transistor. Supongamos una máquina
indicadora de la contaminación del agua utilizable en
ríos y canales; en su circuito habrá entre otros
componentes una resistencia LDR (células
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fotoeléctricas) y una bombilla.
El funcionamiento del indicador es el siguiente:
El agua contaminada a menudo contiene partículas suspendidas, que afectan al paso de
la luz. Por tanto, cuando la luz es dirigida por el agua hacia el LDR, la cantidad de luz
que llega al LDR dependerá del nivel de contaminación.
La resistencia de un LDR depende de la cantidad de luz que recibe. El nivel de la luz
aumenta en la misma proporción que disminuyen las partículas del agua.
El circuito funciona, sin tener en cuenta el potenciómetro en principio, del siguiente
modo:
“Cuando la LDR está a oscuras (agua contaminada), su resistencia es alta. La corriente
que circula por la base es insuficiente para
encender el transistor, y la bombilla del
indicador se apaga. Sin embargo, en aguas
menos contaminadas, la resistencia del
LDR disminuye. Esto permite que circule
la suficiente corriente de base para activar
el transistor. La corriente del colector del
transistor pasa por la bombilla del
indicador, haciendo que se encienda”.
La resistencia variable RV tiene una misión que es la siguiente. La corriente que circula
por la LDR se divide en dos rutas como se observa en el
esquema inferior, ahora bien, la corriente que circula en el
circuito de base depende del voltaje a través del RV, que a su
vez depende de la resistencia del RV y del LDR. Por tanto, al
regular el potenciómetro, podemos hacer funcionar al circuito
a un determinado nivel de luz ( y por tanto a un determinado
nivel de contaminación).
Ganancia del transistor
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Hemos visto que una corriente pequeña que circule en la base de un transistor “activará”
una corriente de colector mayor. Esto se conoce como amplificación de la corriente.
La relación
Ic
Ib
Es una medida que denominamos ganancia de corriente del transistor. El símbolo de la
ganancia de corriente del transistor es hfe.
Para el transistor del circuito del dibujo.
h fe 
Ic
Ib
h fe 
0,05
 200
0,00025
El amplificador del par Darlington
La amplificación de un transistor único no suele ser suficiente en un circuito. Sin
embargo, si se alimenta la base del segundo transistor con la corriente amplificada de
otro transistor, se puede aumentar la amplificación
muchas veces.
Si la ganancia de cada transistor del dibujo es de 100,
por ejemplo, entonces la ganancia combinada es
superior a 10.000.
Este método de conectar transistores se conoce con el
nombre de par de Darlington.

El condensador
Es un componente que sirve para almacenar cargas eléctricas durante un corto
periodo de tiempo y liberarlas posteriormente.
El símbolo del condensador representa la forma como está construido. Está formado
por dos placas metálicas separadas por un aislador, llamado dieléctrico: aire, papel,
mica, etc.
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Por razón de espacio, las placas y el dieléctrico están enrollados por lo que
generalmente los condensadores tienen forma cilíndrica.
La característica que tiene el condensador de almacenar cargas eléctricas se
denomina CAPACIDAD y se mide en Faradios (F).
Dado que la capacidad de los condensadores que se emplean habitualmente es muy
pequeña, para indicar su capacidad de emplea el microfaradio (F), que corresponde a
la millonésima parte de un faradio (10-6). También se emplean el nanofaradio (nF),
equivalente a una mil millonésima parte (10-9) y el picofaradio (pF), equivalente a una
billonésima (10-12) de Faradio.
Existe un tipo de condensadores cuyo dieléctrico es una disolución química; son los
condensadores electrolíticos. Con estos condensadores se consiguen capacidades
elevadas, pero tienen algunos inconvenientes como es que al ser polarizados, se han de
utilizar en circuitos de corriente continua y conectados de acuerdo con su polaridad.
El símbolo gráfico de estos condensadores indica su polaridad y la forma externa del
componente permite determinarla fácilmente. Es muy importante la forma de conectar
los condensadores electrolíticos y por esta razón, una pata de conexión está identificada
como muestra la figura inferior, o de forma similar. NO DEBE CONECTARSE
NUNCA UN CONDENSADOR ELECTROLÍTICO CON LA POLARIDAD
EQUIVOCADA, puesto que se destruiría el condensador y su contenido corrosivo
provocar heridas.
Circuitos temporizadores
Además de las aplicaciones sencillas de la “temporización”, como los empleados en las
máquinas de fotos sencillas, relojes de arena, relojes avisadores para cocinar, etc., los
circuitos retardadores se emplean para crear secuencias de acción retardada en
procesos de control. Los semáforos, por ejemplo, funcionan con circuitos retardadores.
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Veamos circuitos temporizadores que puedan ser útiles para proyectos de aula. Para
entenderlos es necesario recordar lo anteriormente comentado sobre los condensadores.
Circuito 1
Este circuito está diseñado para mantener encendido un
dispositivo durante unos segundos, después de que hayas
utilizado el interruptor para apagarlo.
Observa como se ha conectado un condensador en paralelo
con la bobina del relé de este circuito.
Cuando IN1 está cerrado, el relé se activa y la bombilla se
enciende. Al mismo tiempo el condensador se carga. Por
tanto, cuando IN1 se abre, el relé no se apaga. Permanece
encendido unos segundos mientras el condensador se
descarga por la bobina del relé. Por tanto, la bombilla
también permanece encendida. Sin embargo, mientras el
condensador se descarga, la corriente que suministra disminuye cada vez más hasta que
ya no es suficiente para mantener el relé activado.
Circuito 2
El funcionamiento de este circuito temporizador es muy diferente del circuito 1. Se
puede usar para encender una bombilla (u otro
dispositivo) durante un periodo corto de tiempo, y
apagarse después automáticamente. Observa que se
ha conectado un condensador en serie con la bobina
del relé de este circuito.
Cuando IN1 está cerrado, el condensador se carga vía la
bobina del relé. La corriente de carga al principio es
alta, pero disminuye progresivamente, hasta que
finalmente es cero cuando el condensador está
completamente cargado (Véase gráfico adjunto)
Por tanto, cuando IN1 se cierra por primera vez, el relé
se activa. Después permanece activado hasta que la corriente de carga del condensador
disminuye por debajo del mínimo necesario para hacer funcionar el relé. Al llegara a
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este punto, el relé se desconecta. Cuanto mayor sea el valor del condensador, mayor es
el tiempo controlado.
Observación: para poner a cero el circuito, primero abre IN1, después pulsa IP1 (esto
descargará el condensador). Cuando se vuelva a cerrar IN1, el circuito funcionará como
antes.

Circuitos integrados
Los circuitos de los que se ha hablado hasta ahora se conformaban de componentes
discretos (o independientes), como las resistencias, transistores, etc. Sin embargo, los
circuitos integrados (o CI) son circuitos completos en sí mismos. Los CI contienen
pequeños chips de silicio, dentro de los cuales se han construido numerosos
componentes. Cada chip de silicio está instalado dentro de una funda de plástico y
conectado a un juego de patillas en los laterales de la funda.
El amplificador operacional 741, o op amp, es un CI muy útil para proyectos de
Tecnología. Contiene un circuito complejo, no podemos verlo, ni podríamos arreglarlo
si se estropeara. Por tanto, sólo hace falta entender lo que puede hacer, no cómo lo hace.
Ya hemos hablado de la amplificación de un transistor y conocemos la ganancia de
corriente. Sin embargo, en el caso del op amp, es más apropiado tener en cuenta la
ganancia de voltaje.
El símbolo corriente de un amplificador es un triángulo.
ELEMENTOS DE SALIDA

Diodos emisores de luz (LED)
Se fabrican diodos especiales que emiten luz. Estos se
denominan emisores de luz (o LED). Se usan
principalmente como indicadores visuales de que un
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circuito está funcionando o de que el aparato está encendido.
Al igual que los diodos normales, los LED permiten que la corriente circule en un
solo sentido. Su símbolo y apariencia externa se muestran en la siguiente figura.
Los LED normalmente funcionan a 2 voltios aproximadamente. Para obtener la
tensión de funcionamiento correcta para el LED en un circuito, normalmente se coloca
una resistencia en serie con el LED. Se puede usar la ley de Ohm para calcular el valor
de esta resistencia.
Cálculo del valor de la resistencia
Cuando se conectan de esta forma dos o más
componentes a través de una fuente de alimentación,
se dice que forman un reductor de voltaje. Los
componentes dividen el voltaje de la fuente de
alimentación entre ellos. Si el LED necesita 2 V en
bornes, hay que “dejar caer” 10 V a través de la resistencia.
Si el LED necesita, digamos, 10 mA (1.000 mA  1 A) para hacerlo funcionar, el
valor de R se puede calcular aplicando la ley de Ohm en los bornes de la resistencia.
Así, el valor de la resistencia que debemos conectar en serie valdrá: