ELECTRÓNICA ANALÓGICA ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1. MAGNITUDES ELECTRICAS (V, I, R) 2. RESISTENCIAS (Ω) 1.1 RESISTENCIAS FIJAS (Ω) 1.1.1 CIRCUITOS SERIE – PARALELO - MIXTO 1.2 RESISTENCIAS VARIABLES (Ω) 1.3 LEY DE POTENCIAS (W) 1.4 ENERGIA CONSUMIDA (Joule) 1.5. ELEMENTOS ACTIVOS Y PASIVOS EN UN CIRCUITO 3. CONDENSADORES (F) 4. MATERIALES SEMICONDUCTORES 5. RESISTIVIDAD (Ω mm2/m) 6. DIODOS SEMANA II 7. DIODO RECTIFICADOR 8. DIODO ZENER 9. TRANSISTORES (BJT) 1. RESISTENCIAS Uno de los componentes más usados en electrónica es la resistencia. Las resistencias ofrecen oposición al paso de los electrones a través de ellas. Cómo se mide la resistencia (UNIDADES): - Ohmios (Ω) - Kilo-ohmios (kΩ); 1 kΩ = 1.000 Ω - Mega-ohmios: (MΩ); 1 MΩ = 1.000.000 Ω Por ejemplo, una resistencia de 2200 Ω puede expresarse de diferentes maneras: • 2.200 Ω • 2,2k • 2,2k Ω • 2k2 (notación europea, no es muy habitual verla en USA ni en otros países) 1. RESISTENCIAS Hay dos tipos de resistencias: fijas y variables 1.1 RESISTENCIAS FIJAS El valor de la resistencia se puede determinar siguiendo un código de colores. 1. RESISTENCIAS 1.1 RESISTENCIAS FIJAS (Continua) Las resistencias fijas impiden el flujo de la corriente eléctrica. Tienen diferentes tamaños, cuanto más grandes, más energía son capaces de disipar en forma de calor. Si se las sometiera a voltajes muy elevados podrían quemarse. 1. RESISTENCIAS 1.2 RESISTENCIAS VARIABLES a) POTENCIOMETROS: Son resistencias cuyo valor puede ser ajustado entre un mínimo de 0 y un máximo dado por el fabricante. Este tipo de resistecias se usan en circuitos para el control de la temperatura, la cantidad de luz, la energía, velocidad o el volúmen de la radio. 1. RESISTENCIAS 1.2 RESISTENCIAS VARIABLES (continua) b) RESISTENCIAS CUYO VALOR DEPENDE DE UN PARÁMETRO FÍSICO: hay resistencias que varían por ejemplo, con la LUZ y la TEMPERATURA. b.1) LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR): La resistencia disminuye cuando aumenta la intensidad luminosa. 1. RESISTENCIAS 1.2 RESISTENCIAS VARIABLES (continua) b.2) TERMISTORES (RESISTENCIAS QUE VARÍAN CON LA TEMPERATURA): El valor de la resistencia aumenta o disminuye con los cambios de temperatura. NTC (Negative Temperature Coefficient) PTC (Positive Temperature Coefficient) 2. CONDENSADORES Un condensador es un componente que puede almacenar carga eléctrica. La capacidad se define como la relación entre carga eléctrica y voltaje: C = Q/V Q = carga eléctrica (Coulombs, C) V = voltaje (Volts, V) Cuanto mayor sea la capacidad, mayor carga puede almacenar el condensador. La unidad para medir la capacidad es el FARADIO. Submultiplos que es frecuente usar: - microfaradio (F): 1F = 10-6 F - nanofaradio (nF): 1nF = 10-9 F - picofarad (pF): 1pF = 10-12 F Hay dos tipos de condensadores: • Polarizados o electrolíticos • No polarizados o cerámicos 2. CONDENSADORES CONDENSADORES POLARIZADOS O ELECTROLÍTICOS: Presentan valores altos de capacidad. Presentan un polo positivo y otro negativo, por lo que tienen que ser conectados a la pila adecuadamente. CONDENSADORES NO POLARIZADOS: Son mucho más pequeños que los condensadores electrolíticos y presentan una capacidad menor. Su capacidad va desde los picofaradios a los microfaradios. No tienen polaridad, por lo que pueden conectarse a la pila sin tener en cuenta cuál es el positivo y el negativo. 2. CONDENSADORES ¿CÓMO FUNCIONAN? Los condensadores almacenan electricidad (se parecen a una pila, sólo que la pila produce electrones y el condensador sólo puede almacenarlos). Internamente un condensador consiste en dos placas de material conductor separadas por una región no conductora, llamada dieléctrico, que puede ser cualquier aislante eléctrico(cristal, aire, papel, vacío…) Cuando se conecta el condensador a una pila, la placa que se une al polo negativo de la pila recoge los electrones que la pila está produciendo y la placa que se conecta al positivo de la pila cede sus electrones hacia la pila, quedando cargada positivamente. Una vez cargado, el condensador tiene el mismo voltaje que la pila (si la pila es de 1,5 voltios, el condensador se carga con 1,5 voltios). 2. CONDENSADORES • Cuando conectamos condensadores en paralelo, el resultado será un condensador que actúa como un condensador de capacidad igual a la suma de las capacidades de todos los condensadores. • Cuando se conectan en serie, el condensador resultante tiene menos capacidad que cada uno de los que lo componen. EJEMPLOS DE APLICACIONES DE LOS CONDENSADORES: En ocasiones los condensadores se utilizan cuando se quiere almacenar carga que se va a usar sólo en un instante, como por ejemplo en el caso del flash de una cámar de fotos, que usa un condensador en vez de una batería para funcionar. 2. CONDENSADORES CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR La velocidad de carga y descarga de un condensador depende de: • su capacidad • la resistencia del circuito a través del cual el condensador se carga o descarga. La resistencia SOLO afecta al TIEMPO que necesita el condensador para cargarse o descargarse completamente. El voltaje que adquire el condensador será el de la pila al que se conecte, independientemente de las resistencias que aparezcan en el circuito. Resistencia pequeña, el condensador se carga y descarga rápidamente. Resistencia grande, el condensador se carga y descarga lentamente. 2. CONDENSADORES CONSTANTE DE TIEMPO: Es el tiempo que necesita el condensador para adquirir un 63% del voltaje total de la pila. Se calcula del siguiente modo: TC = C·R Ejemplo: una resistencia de 1K en serie con un condensador de 1,000 μF tiene una constante de tiempo de 1s. Por tanto, un segundo es el tiempo que necesita el condensador para cargarse con un 63% del voltaje de la pila. Time(s) 2. CONDENSADORES CARGA: En este circuito la carga y la descarga requiere el mismo tiempo pues sucede a través del mismo condensador. Time(s) DESCARGA: Time(s) 3. MATERIALES SEMICONDUCTORES Los materiales semiconductores tienen propiedades intermedias entre los materiales conductores y los aislantes. Dependiendo de cómo se conecte el semiconductor a una pila, conducirá o no la corriente. Los materiales semiconductores más habituales son el silicio y el germanio (aunque este último se usa mucho menos) Los semiconductores se emplean para hacer componentes como: –Transistores – Diodos – Circuitos integrados 3. MATERIALES SEMICONDUCTORES CÓMO FUNCIONA UN SEMICONDUCTOR El silicio y el germanio se convierten en semiconductores cuando se introduce en ellos determinadas impurezas. El silicio puro tiene una estructura atómica en la que en la última capa tiene 4 electrones, cuando el silicio se une a otros átomos de silicio forma una estructura cristalina que es eléctricamente neutra. Electrones compartidos Silicio 3. MATERIALES SEMICONDUCTORES El silicio se convierte en un material semiconductor cuando se le introducen pequeñas cantidades de otros elementos como el boro y el fósforo. Esto se denomina “dopaje”. El boro tiene sólo tres electrones en su capa más externa, cuando se introduce un átomo de boro en una estructura cristalina de silicio, uno de los electrones se queda sin enlazar, creando en el material un defecto de electrones (el material tiene “huecos” y está cargado positivamente. Este material se denomina semiconductor de tipo P. Boro Semiconductor de tipo P (Cristal de Silicio dopado con Boro) Hueco 4. DIODOS ESTO ES LO QUE HASTA AHORA SABEMOS DE LOS DIODOS: Un diodo es un componente que permite el paso de la corriente eléctrica únicamente en una dirección. Los diodos tienen dos terminales: ánodo y cátodo. La corriente fluye del ánodo hacia el cátodo y no en sentido contrario. Para que el diodo conduzca es necesario que el ánodo esté conectado a un voltaje superior que el cátodo. Los diodos se usan para dirigir la corriente en una determinada dirección en un circuito. 4. DIODOS PERO… ¿POR QUÉ LOS DIODOS FUNCIONAN DE ESTE MODO? ¿QUÉ SUCEDE DENTRO DEL DIODO? Un diodo es la unión de dos materiales. Un semiconductor P y un semiconductor N. Cuando un material de tipo P se une a un material de tipo N, algunos electrones libres del material N ocuparán huecos disponibles en el material P. Esto genera una zona eléctricamente neutra denominada “barrera de potencial” A continuación vamos a ver cómo podemos eliminar esta barrera y hacer que el diodo conduzca. 4. DIODOS Cuando conectamos el positivo de una pila al material tipo N (catodo) y el negativo al material tipo P (ánodo). Los electrones y los huecos se concentran en los extremos del componente, haciendo que la barrera de potencial crezca. El diodo en este caso se dice que está inversamente polarizado y no conduce. Por el contrario, cuando el negativo de la pila se conecta al material tipo N (cátodo) y el positivo al material tipo P (ánodo), se inicia un movimiento de electrones del material tipo N hacia los huecos del material tipo P, la barrera se elimina y el diodo conduce. Se dice que el diodo tiene entonces polarización directa. Siempre será necesario aplicar al menos un voltaje de 0.7 V para conseguir que el diodo conduzca. 4. DIODOS LED: DIODO EMISOR DE LUZ (light emitting diode) Un LED es un diodo especial que emite luz cuando conduce. Al igual que los diodos de silicio descritos anteriormente, sólo permite el paso de la corriente en una dirección y siempre que el ánodo esté conectado a un voltaje superior al cátodo. Los LED necesitan un voltaje de 2 V para romper la barrera de potencial y conducir. 5. TRANSISTORES Los transistores son uno de los componentes electrónicos más importantes. Se inventaron en 1947. Sus inventores Shockley, Bardeen, and Brattain fueron galardonados conjuntamente con e Premio Nóbel de Física en 1956 “por sus investigaciones en el campo de los semiconductores y el descubrimiento de los transistores” 5. TRANSISTORES Un transistor es un componente semiconductor que consiste en la unión de 2 materiales P-N. Dependiendo de cómo se unan estos materiales tendremos transistores NPN y transistores PNP. Los transistores de tipo NPN son un “sandwich” en el que el material P se encuentra en el medio, mientras que el transistor de tipo NPN, es un “sandwich” con el material N en el medio. 5. TRANSISTORES Los transistores tienen tres terminales: • BASE • COLECTOR • EMISOR Para entender cómo funcionan, podemos imaginar un transistor como un componente con un pequeño botón interno. Cuando se pulsa ese botón, se permite el paso de una corriente mayor. Para que el botón esté presionado sólo hace falta una pequeña corriente y pequeño voltaje en la base. 5. TRANSISTORES ¿CÓMO FUNCIONA UN TRANSISTOR? Con una pequeña corriente en la base (B) podemos controlar el flujo de electrones entre el colector (C) y el emisor (E): IE = IC + IB Collector Base 5. TRANSISTORES TRANSISTOR FUNCIONANDO COMO UN INTERRUPTOR TRANSISTOR FUNCIONANDO COMO UN AMPLIFICADOR 1. Si no hay suficiente corriente por la base, no puede haber corriente entre el colector y el emisor: el transistor está en CORTE. 2. Si muchos electrones llegan por la base, el camino entre colector y emisor se encuentra completamente libre: el transistor está SATURADO. 3. Si la corriente de la base tiene un valor intermedio entre los dos anteriores, el transistor está ACTIVO y la corriente entre colector y emisor es proporcinal a la corriente de la base. Ganancia (β) es una medida de cuanto más grande es la corriente del colector con respecto a la de la base. β = IC / IB 3. MATERIALES SEMICONDUCTORES Si en vez de un átomo de boro, introducimos un átomo de fósforo o de arsénico (que tienen 5 electrones en su capa más externa), observamos que ahora existe un electrón extra y que el material en este caso tiene un exceso de carga negativa. Este material se denomina semiconductor de tipo N. Arsénico Semiconductor de tipo N (Cristal de Silicio dopado con arsénico) 5. TRANSISTORES Cada modelo de transistor se identifica por un código que está impreso en el componente. Los fabricantes ofrecen hojas de especificaciones (data sheet) de cada componente en las que se indican las equivalencias de los terminales (base, colector y emisor) c b emitter tag e c b e c b e e b c 5. TRANSISTORES MONTAJES BÁSICOS CON TRANSISTORES CÓMO CONECTAR UN TRANSISTOR: 1. TRANSISTOR QUE FUNCIONA COMO UN AMPLIFICADOR: a) DETECTOR DE AGUA 5. TRANSISTORES PAR DARLINGTON: El Par Darlington es un transistor especial que combina dos transistores consiguiendo de este modo amplificar más (conseguir una ganancia mayor), así hay también una corriente mayor circulando entre el colector y el emisor. c b em t e c b e c b e 5. TRANSISTORES 2. TRANSISTOR QUE FUNCIONA COMO UN INTERRUPTOR: Cuando un transistor está funcionando como un interruptor, no conduce hasta que la corriente de la base adquiere un determinado valor. a) DETECTOR DE INCENDIOS : En este circuito se enciende una luz cuando se detecta un incendio (un aumento de la temperatura). El detector empleado es una NTC, cuya resistencia decrece al aumentar la temperatura. A 20ºC, la resistencia de la NTC es alta, la corriente por la base es demasiado pequeña, el transistor no conduce. A 40ºC el valor de la resistencia de la NTC disminuye, la corriente por la base aumenta y el transistor conduce. Ec= P * t
