Electrónica
De acuerdo con la Real Academia Española, se puede definir la electrónica como el estudio y la aplicación de los comportamientos de los electrones en diversos escenarios. Estos pueden ser el vacío, los gases y los semiconductores sometidos a la acción de campos eléctricos y magnéticos.
En un lenguaje menos académico, se define la electrónica como una rama de la física con rasgos técnicos y científicos. Esta estudia los sistemas físicos basados en la conducción y el control del flujo de los electrones.
En pocas palabras, podemos afirmar que la electrónica se ocupa de los dispositivos de electrones y su uso, para lo cual se apoya en diversas disciplinas como la ingeniería y la tecnología.
En un lenguaje menos académico, se define la electrónica como una rama de la física con rasgos técnicos y científicos. Esta estudia los sistemas físicos basados en la conducción y el control del flujo de los electrones.
En pocas palabras, podemos afirmar que la electrónica se ocupa de los dispositivos de electrones y su uso, para lo cual se apoya en diversas disciplinas como la ingeniería y la tecnología.
Edison fue el primero que observó en 1883 la emisión termoiónica, al colocar una lámina dentro de una bombilla para evitar el ennegrecimiento que producía en la ampolla de vidrio el filamento de carbón.
Cuando se polarizaba positivamente la lámina metálica respecto al filamento, se producía una pequeña corriente entre el filamento y la lámina. Este hecho se producía porque los electrones de los átomos del filamento, al recibir una gran cantidad de energía en forma de calor, escapaban de la atracción del núcleo – emisión termoiónica y, atravesando el espacio vacío dentro de la bombilla, eran atraídos por la polaridad positiva de la lámina. |
Para qué sirve |
La mejor forma de comenzar en la electrónica será centrarse en sus propósitos o funciones. La electrónica sirve principalmente para confeccionar y diseñar todo tipo de aparatos electrónicos como computadoras, celulares, relojes digitales, televisores, circuitos electrónicos, entre muchos otros. Todos estos parten de la electrónica básica, por lo que sin esta disciplina no podría existir nada que necesite de una corriente eléctrica para su funcionamiento.
De igual manera, la electrónica sirve y mejora la función de otras disciplinas como las telecomunicaciones y la robótica. El óptimo desarrollo de la electrónica permite mejorar la capacidad tecnológica de cualquier objeto o aparato que usemos en la vida diaria. |
Las diferentes características de la electrónica permiten aplicarla en una diversidad de campos, dispositivos y sitios.
La electrónica se encuentra en casi todo lo que hacemos y usamos hoy en día; sin embargo, en la actualidad su evolución se dirige especialmente hacía la tecnología de la información y el internet, por lo que la mejor opción es centrarse en uno de estos emprendimientos. |
Aplicaciones |
Conceptos Básicos
Para el correcto conocimiento de la electrónica es necesario saber algunas leyes y teoremas fundamentales como la Ley de Ohm, las Leyes de Kirchhoff, y otros teoremas de circuitos.
Ley de OhmCuando una resistencia es atravesada por una corriente se cumple que:
V = I*R
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Ley de KirchoffLa suma algebraica de todas las intensidades que llegan a un nudo es igual a la suma algebraica de todas las intensidades que salen del nudo, consideradas todas ellas en el mismo instante de tiempo
ΣI entrante = ΣI saliente ΣI = 0 En toda malla o circuito cerrado, la suma algebraica de todas las tensiones generadas debe ser igual a la suma algebraica de las caídas de tensión en todas las resistencias a lo largo de la malla ΣV = ΣI*R ΣV = 0 |
ResistenciasDos o más resistencias en serie (que les atraviesa la misma intensidad) es equivalente a una única resistencia cuyo valor es igual a la suma de las resistencias.
Rt = R1 + R2 Cuando tenemos dos o más resistencias en paralelo (que soportan la misma tensión), pueden ser sustituidas por una resistencia equivalente 1/Rt = 1/R1 + 1/R2 |
Generadores
En los generadores, el convenio de signos para la tensión es el siguiente:
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Componentes
Resistencias fijas |
Las Resistencias fijas o resistores son componentes electrónicos que se oponen al paso de la corriente, como se había mencionado en la publicación anterior sobre componentes pasivos, todo material tanto conductor como aislante tiene una resistencia al paso de la corriente. Los conductores tienen una resistencia muy baja, mientras que los materiales aislantes como el vidrio y la cerámica ofrecen una resistencia muy alta.
La unidad de medida de la resistencia es el Ohm u ohmio Ω |
Los principales tipos de resistencias utilizadas en electrónica generalmente son construidas a partir de carbón y son conocidas como aglomeradas, las de película de carbón llamadas pirolíticas, las de película metálica y alambre devanado llamadas bobinadas. Otra clasificación dada a las resistencias es por el tipo de montaje ya que pueden ser por montaje de inserción que son instaladas por agujeros en las tarjetas de circuitos impresos o de montaje superficial que suelen ser diminutas, más precisas y deben ir soldadas directamente sobre las pistas del circuito.
La identificación de los resistores aglomerados se basa en una codificación por bandas de colores ubicadas sobre el cuerpo del componente y que denotan su valor resistivo así como también su tolerancia. Cada color será asociado a la siguiente tabla: |
La primera banda siempre va a ser la más cercana a uno de los extremos del resistor, esta tiene el valor del primer digito de la resistencia.
La segunda banda tiene el valor del segundo digito de la resistencia. La tercer banda tiene el valor del numero multiplicador decimal, en otras palabras el número de ceros que se deben agregar para tener el valor final de la resistencia o resistor. La cuarta banda es la exactitud o tolerancia y se especifica en porcentaje. |
Es decir si tuviéramos una resistencia de cuatro bandas donde la primera fuera de color rojo, la segunda de color naranja, la tercera de color marrón y la cuarta de color plateado; el valor de dicho componente seria de 230Ω con una tolerancia de 10%.
Las resistencias de cinco bandas suelen ser de película metálica es decir bobinada y en ellas la cuarta banda seria la multiplicadora decimal o el número de ceros, la quinta banda la tolerancia; aunque generalmente vienen marcadas sobre el cuerpo del componente con la tolerancia respectiva.
Las resistencias de cinco bandas suelen ser de película metálica es decir bobinada y en ellas la cuarta banda seria la multiplicadora decimal o el número de ceros, la quinta banda la tolerancia; aunque generalmente vienen marcadas sobre el cuerpo del componente con la tolerancia respectiva.
Un potenciómetro es un resistor eléctrico con un valor de resistencia variable y generalmente ajustable manualmente. Los potenciómetros utilizan tres terminales y se suelen utilizar en circuitos de poca corriente, para circuitos de mayor corriente se utilizan los reostatos. En muchos dispositivos eléctricos los potenciómetros son los que establecen el nivel de salida. Por ejemplo, en un altavoz el potenciómetro ajusta el volumen; en un televisor o un monitor de ordenador se puede utilizar para controlar el brillo.
El valor de un potenciómetro viene expresado en ohmios (símbolo Ω) como las resistencias, y el valor del potenciómetro siempre es la resistencia máxima que puede llegar a tener. |
Potenciómetro o resistencia variable |
Los potenciómetros los podemos clasificar de dos maneras según su aplicación.
2. Según la ley de variación de la resistencia
- Potenciómetros de Mando: Son adecuados para su uso como elemento de control de la tensión en los aparatos electrónicos. El usuario acciona sobre ellos para variar los parámetros normales de funcionamiento. Por ejemplo, el volumen de un aparato de audio. Dentro de los mando podemos encontrar:
- Giratorios: Se controlan girando su eje, son los mas usados por que son de larga duración y usan poco espacio.
- Deslizantes: El recorrido del cursor es de forma recta, se utilizan en ecualizadores gráficos.
- De ajuste: Controlan la tensión reajustándola, normalmente en fábrica. El usuario no suele tener que retocar, por lo que no suelen ser accesibles desde el exterior. Existen tanto encapsulados en plástico como sin cápsula, y se suelen distinguir potenciómetros de ajuste vertical, cuyo eje de giro es vertical, y potenciómetros de ajuste horizontal, con el eje de giro paralelo al circuito impreso.
2. Según la ley de variación de la resistencia
- Variación lineal: La resistencia es directamente proporcional al ángulo de giro.
- Logarítmicos: Estos son empleados normalmente para audio por su manera asimétrica de comportarse ante la variación de su eje, al principio sufriremos un incremento de la resistencia muy leve, hasta llegar a un punto en que el incremento será mucho mayor. Se suelen usar por ejemplo para el volumen de una radio.
- Senoidales: La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos potenciómetros senoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y el coseno del ángulo de giro. Pueden tener topes de fin de carrera o no
LDR o resistencia variable con luz |
Una LDR o resistencia dependiente de la luz también conocida como fotorresistencia, fotocélula, o fotoconductor, es un tipo de resistencia cuya resistencia varía dependiendo de la cantidad de luz que cae sobre su superficie. Cuando la luz cae sobre la resistencia, entonces la resistencia cambia. Por lo tanto, son dispositivos sensibles a la luz.
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Esta resistencia funciona con el principio de la fotoconductividad. La fotoconductividad es un fenómeno óptico en el que la conductividad del material aumenta cuando la luz es absorbida por el material.
Cuando la luz incide, es decir, cuando los fotones caen sobre el dispositivo, los electrones de la banda de valencia del material semiconductor son excitados a la banda de conducción.
Por lo tanto, cuando la luz que tiene suficiente energía incide en el dispositivo, más y más electrones son excitados a la banda de conducción, lo que resulta en un gran número de portadores de carga. El resultado de este proceso es que cada vez más corriente comienza a fluir a través del dispositivo cuando el circuito se cierra y por lo tanto se dice que la resistencia del dispositivo ha disminuido. Este es el principio de funcionamiento más común de la LDR.
Resumiendo cuando la LDR recibe luz, su resistencia será baja, del orden de algunos KΩ y cuando permanece a oscuras su resistencia será muy alta del orden al algunos MΩ. Esto se puede apreciar claramente en el vídeo adjunto. En primer lugar recibe luz de la sala y medimos con el polímetro la resistencia está en torno a los 5KΩ , si enciendo la lámpara y recibe más luz la resistencia baja hasta 1,3 KΩ , pero si simulamos la oscuridad tapando con una tela negra la LDR, su resistencia cae hasta los 20 MΩ.
Cuando la luz incide, es decir, cuando los fotones caen sobre el dispositivo, los electrones de la banda de valencia del material semiconductor son excitados a la banda de conducción.
Por lo tanto, cuando la luz que tiene suficiente energía incide en el dispositivo, más y más electrones son excitados a la banda de conducción, lo que resulta en un gran número de portadores de carga. El resultado de este proceso es que cada vez más corriente comienza a fluir a través del dispositivo cuando el circuito se cierra y por lo tanto se dice que la resistencia del dispositivo ha disminuido. Este es el principio de funcionamiento más común de la LDR.
Resumiendo cuando la LDR recibe luz, su resistencia será baja, del orden de algunos KΩ y cuando permanece a oscuras su resistencia será muy alta del orden al algunos MΩ. Esto se puede apreciar claramente en el vídeo adjunto. En primer lugar recibe luz de la sala y medimos con el polímetro la resistencia está en torno a los 5KΩ , si enciendo la lámpara y recibe más luz la resistencia baja hasta 1,3 KΩ , pero si simulamos la oscuridad tapando con una tela negra la LDR, su resistencia cae hasta los 20 MΩ.
Un termistor es un elemento de detección de temperatura compuesto por material semiconductor sinterizado que presenta un gran cambio en la resistencia en proporción a un cambio pequeño en la temperatura. En general, los termistores tienen coeficientes de temperatura negativos, lo que significa que la resistencia del termistor disminuye a medida que aumenta la temperatura.
Hay dos tipos: la NTC y la PTC.
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Termistor |
Diodo |
El diodo es un dispositivo semiconductor que permiten pasar la corriente eléctrica en un sentido y la bloquean en el sentido contrario. Es un componente básico de los circuitos electrónicos y eléctricos, muy presentes en nuestra vida diaria (ordenadores, equipos de música, televisores, móviles, radios, mandos a distancia, lavadoras, lavavajillas, etc).
Los diodos también se conocen como rectificadores porque cambian corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) pulsante.
Los diodos tienen una polaridad determinada por un ánodo (terminal positivo) y un cátodo (terminal negativo). La mayoría de los diodos permiten que la corriente fluya solo cuando se aplica tensión al ánodo positivo |
El diodo emisor de luz o LED (light-emitting diode) es un fuente de luz que emite fotones cuando se recibe una corriente eléctrica de muy baja intensidad. El LED por lo general se encierra en un material plástico de color que acentúa la longitud de onda generada por el diodo y ayuda a enfocar la luz en un haz.
La terminal positiva, o ánodo, por lo general es la más larga de las dos terminales, algunos diodos leds tienen una base plana que sirve para identificar la terminal negativa, o cátodo. |
Diodo LED |
Un diodo LED únicamente puede ser polarizado directamente, esto quiere decir que conduce corriente y emite luz, mientras que al ser polarizado inversamente no conduce corriente y no emite luz. Es importante incluir una resistencia limitante de corriente en serie en el circuito para evitar una excesiva corriente hacia adelante, lo que puede dañar al diodo LED. (En circuitos en los cuales se utiliza una tensión de 5V es común utilizar un resistor de 330Ω).
Algunas consideraciones aproximadas para el valor de tensión dependiendo del color son:
Algunas consideraciones aproximadas para el valor de tensión dependiendo del color son:
Condensador |
El condensador se utiliza generalmente para almacenar carga eléctrica. La carga del condensador se almacena en forma de «campo eléctrico». Condensadores desempeñan un papel importante en muchos circuitos eléctricos y electrónicos.
Generalmente, un condensador tiene dos placas de metal paralelas que no están conectadas entre sí. Las dos placas del condensador están separadas por un aislamiento no conductor, este medio se conoce comúnmente como dieléctrico. A diferencia de una resistencia, un condensador ideal no disipa energía. Para los diferentes tipos de condensadores están disponibles diferentes símbolos. |
La capacitancia es la propiedad del condensador que define la cantidad máxima de carga eléctrica almacenada en èl.
La capacitancia puede variar dependiendo de la forma del condensador. La capacitancia se puede calcular mediante el uso de las características de los conductores y las propiedades del material dieléctrico. Veamos la capacidad de un condensador de placas paralelas.
La capacitancia se define como la relación de la carga (Q) en las placas o bien a la diferencia de potencial (V) entre ellas
C = Q / V
La capacitancia puede variar dependiendo de la forma del condensador. La capacitancia se puede calcular mediante el uso de las características de los conductores y las propiedades del material dieléctrico. Veamos la capacidad de un condensador de placas paralelas.
La capacitancia se define como la relación de la carga (Q) en las placas o bien a la diferencia de potencial (V) entre ellas
C = Q / V
La tensión de trabajo o voltaje de funcionamiento es la tensión máxima hasta la que el condensador puede funcionar con seguridad.
En el diseño de los circuitos con condensadores se debe tener cuidado de que el voltaje del condensador sea mayor que el voltaje utilizado en el circuito. Por ejemplo, si la tensión de funcionamiento del circuito es de 12 V, entonces es necesario escoger un condensador con tensión nominal de 12 V o superior.
En el diseño de los circuitos con condensadores se debe tener cuidado de que el voltaje del condensador sea mayor que el voltaje utilizado en el circuito. Por ejemplo, si la tensión de funcionamiento del circuito es de 12 V, entonces es necesario escoger un condensador con tensión nominal de 12 V o superior.
Es un interruptor eléctrico que permite el paso de la corriente eléctrica cuando está cerrado e interrumpirla cuando está abierto, pero que es accionado eléctricamente, no manualmente.
El relé está compuesto de una bobina conectada a una corriente. Cuando la bobina se activa produce un campo electromagnético que hace que el contacto del relé que está normalmente abierto se cierre y permita el paso de la corriente por un circuito para, por ejemplo, encender una lámpara o arrancar un motor. Cuando dejamos de suministrar corriente a la bobina, el campo electromagnético desaparece y el contacto del relé se vuelve a abrir, dejando sin corriente el circuito eléctrico que iba a esa lámpara o motor. |
Relé |
Existen diferentes tipos de relés:
- Relés electromecánicos que tiene variantes según el mecanismo de activación. Pueden ser de tipo armadura, de núcleo móvil, reed o de lengüeta, relés polarizados o relés tripolares.
- Relés de estado sólido, que son utilizados en situaciones donde hay un uso continuo de los contactos del relé y se precisa una mayor velocidad en la conmutación.
- Relés de corriente alterna.
- Relé temporizador o de acción retardada. Con estos relés se consigue que la conexión o la desconexión se haga pasado un tiempo determinado.
- Relés térmicos. Se utilizan para proteger los motores de las sobrecargas. Tienen unas láminas metálicas en su interior que se deforman más o menos según el calor. Si llegan a un punto de deformación determinado porque ha aumentado el calor del motor, abren el circuito y no dejan pasar la corriente.
- Relé Arduino. Con una placa de Arduino podemos controlar un relé. Solo tenemos que conectar al relé a uno de los pines de 5 voltios que tiene esta placa. Programando la placa podemos obtener resultados interesantes para controlar encendidos de iluminación y motores.
Divisor de tensión |
Es un circuito que como su propio nombre indica divide la tensión que existe a su entrada en otras tensiones más pequeñas a su salida. Por tanto, es una pieza clave para alimentar a circuitos que necesiten tensiones más reducidas a las que proporciona la fuente de alimentación, baterías/pilas, o toma con la que cuentes.
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Se llama transistor a un tipo de dispositivo electrónico semiconductor, capaz de modificar una señal eléctrica de salida como respuesta a una de entrada, sirviendo como amplificador, conmutador, oscilador o rectificador de la misma.
Los transistores operan sobre un flujo de corriente, operando como amplificadores (recibiendo una señal débil y generando una fuerte) o como interruptores (recibiendo una señal y cortándole el paso) de la misma. Esto ocurre dependiendo de cuál de las tres posiciones ocupe un transistor en un determinado momento, y que son:
El transistor opera como un modo de controlar la cantidad de electricidad que pasa en determinado momento, permitiendo así la construcción de relaciones lógicas de interconexión. |
Transistor |
Existen diversos tipos de transistores:
- Transistor de contacto puntual. También llamado “de punta de contacto”, es el tipo más antiguo de transistor y opera sobre una base de germanio. Fue un invento revolucionario, a pesar de que era difícil de fabricar, frágil y ruidoso. Hoy en día no se le emplea más.
- Transistor de unión bipolar. Fabricado sobre un cristal de material semiconductor, que se contamina de manera selectiva y controlada con átomos de arsénico o fósforo (donantes de electrones), para generar así las regiones de base, emisor y colector.
- Transistor de efecto de campo. Se emplea en este caso una barra de silicio o algún otro semiconductor semejante, en cuyos terminales se establecen terminales óhmicos, operando así por tensión positiva.
- Fototransistores. Se llaman así a los transistores sensibles a la luz, en espectros cercanos a la visible. De modo que se pueden operar por medio de ondas electromagnéticas a distancia.