Tema: Electrónica Analógica
0. Introducción
La electrónica analógica es una rama de la electrónica que estudia los sistemas cuyas variables (tensión, corriente, etc.) varían de una forma continua en el tiempo y pueden tomar (al menos teóricamente) valores infinitos. En contraposición, en la electrónica digital las variables solo pueden tomar valores discretos y tienen siempre un estado perfectamente definido.
Magnitudes Eléctricas
La materia está compuesta por átomos. El átomo es la partícula más pequeña de la materia que conserva sus propiedades químicas. Los átomos a su vez, están formados por protones (carga positiva), neutrones y electrones (con carga negativa). Los protones y neutrones se encuentra en el núcleo, y alrededor de ellos orbitan los electrones.
Los átomos son muy pequeños y se unen entre sí, de tres formas distintas: Enlace iónico, covalente y metálico.
En el enlace metálico los átomos se unen compartiendo los electrones que se encuentran en su última órbita, formando una nube electrónica. Los electrones dejan de pertenecer a un átomo concreto, y se pueden desplazar de de un átomo a otro. Este movimiento de electrones de un punto a otro en un conductor, lo llamamos intensidad de corriente.
Llamamos Intensidad de corriente al flujo de electrones que hay en un conductor por unidad de tiempo. Se mide en Amperios (A).
Para que se produzca un flujo de electrones hace falta que haya una energía que los impulse. Llamamos Tensión eléctrica es la energía por unidad de carga que hace que las cargas circulen. Se mide en Voltivos (V).
Llamamos Resistencia eléctrica a la resistencia que pone el conductor al paso de la corriente eléctrica. Se mide en Omhios (Ω).
2. LEY DE OHM
¿Qué relación existe entre las tres magnitudes que estamos estudiando?. En los estudios donde se mide la relación entre ellos, se observa, que cuanta más tensión se aplica al circuito, más intensidad circula por el, y que cuanta más resistencia oponen el conductor, menos intensidad circula. Estas magnitudes se relacionan a través de la Ley de ohm.
V = I * R
Actividades:
Haciendo uso de la Ley de Ohm, calcula la tensión, intensidad, o la resistencia, según corresponda en cada uno de los casos de la siguiente tabla:
V ( en voltios)
I (en amperios)
R ( en omhios)
12
24
9
1
0,3
20
220
2
4,5
10
Calcular la intensidad, tensión o resistencia eléctrica en cada uno del siguiente circuito:
Ejercicios:
1) Tenemos en casa una plancha con una resistencia interna de 50 ohmios. Calcula la intensidad de corriente que circula por su interior al conectarla a 220 V.
2) Tienes en tu habitación un flexo cuya bombilla tiene una resistencia interna de 800 ohmios. Calcula la intensidad de corriente que circula por su interior al conectarla a 220 V.
1. Diferencia entre componentes pasivos y activos
Componentes pasivos
No requieren fuente externa para funcionar.
Componentes activos
Pueden controlar el flujo de corriente y amplificar señales.
Necesitan una fuente de energía externa.
Ejemplos: diodos, transistores, circuitos integrados.
2. Componentes pasivos
Resistivos (Resistencias)
Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega (Ω), en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.
Para un conductor de tipo cable, la resistencia está dada por la siguiente fórmula:
Donde ρ es el coeficiente de proporcionalidad o la resistividad del material, es la longitud del cable y S el área de la sección transversal del mismo.
| Material | Resistividad (Ω·m) |
|---|---|
| Plata5 | 1,55 × 10–8 |
| Cobre6 | 1,70 × 10–8 |
| Oro7 | 2,22 × 10–8 |
| Aluminio8 | 2,82 × 10–8 |
| Wolframio9 | 5,65 × 10–8 |
| Níquel10 | 6,40 × 10–8 |
| Hierro11 | 8,90 × 10–8 |
| Platino12 | 10,60 × 10–8 |
| Estaño13 | 11,50 × 10–8 |
| Acero inoxidable 30114 | 72,00 × 10–8 |
| Grafito15 | 60,00 × 10– |
Oponen el paso de la corriente eléctrica.
Se usan para limitar corriente, dividir voltaje, proteger circuitos.
Ley de Ohm: V=I⋅RV = I \cdot R.
Ejercicio: Crear un circuito que un potenciómetro varia la intensidad de luz de una bombilla.
Inductivos (Inductores)
Bobinas que almacenan energía en forma de campo magnético.
Se usan en filtros, fuentes de alimentación, transformadores.
Su comportamiento depende de la variación de la corriente.
Ejercicio de circuito RL básico
Componentes y valores simples
Fuente: 5 V DC
Interruptor: SPST
Resistencia: 100 Ω
Bobina: 100 mH
Medición opcional: Multímetro en serie para corriente; osciloscopio en el nodo entre resistencia y bobina
Conexiones paso a paso
Serie RL: Fuente (+) → interruptor → resistencia (100 Ω) → bobina (100 mH) → fuente (−)
Multímetro: En serie dentro del lazo para medir la corriente
Osciloscopio (si lo usas): Canal al nodo entre resistencia y bobina; referencia al (−)
Qué observar
La corriente no “desaparece” instantáneamente: decae exponencialmente por la energía almacenada en la bobina.
Voltaje en la bobina: Verás un cambio brusco al conmutar; por ahora solo obsérvalo cualitativamente (más adelante introducirás el diodo para limitar picos).
Capacitivos (Condensadores)
Básicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico.
Un condensador almacena cierta cantidad de carga eléctrica para devolver después al circuito. Esto permite usarlo como una batería recargable, devolviendo energía al circuito.
La capacidad de un condensador C, es la relación entre la carga eléctrica que almacena, q, y el voltaje al que se está sometiendo V.
C= q / V
Va a tener una serie de características tales como capacidad, tensión de trabajo,tolerancia y polaridad, que deberemos aprender a distinguir Aquí vemos esquematizado un condensador, con las dos láminas = placas = armaduras, y el dieléctrico entre ellas. En la versión más sencilla del condensador, no se pone nada entre las armaduras y se las deja
con una cierta separación, en cuyo caso se dice que el dieléctrico es el aire.
Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios (µF=10-6 F ), nanofaradios (nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F).
Los condensadores se usan en los circuitos electrónicos en aplicaciones relacionados con el tiempo, aprovechando la duración de los procesos de carga y descarga.
El tiempo de carga y descarga se calcula con la siguiente expresión:
t = 3 * R * C
Su comportamiento depende de la variación de la tensión.
Funcionamiento de un circuito eléctrico RC
Un circuito RC está formado por una resistencia (R) y un condensador (C). Su comportamiento depende de cómo el condensador se carga y descarga a través de la resistencia:
Carga del condensador: al aplicar una tensión, el condensador acumula energía eléctrica. Durante este proceso circula corriente en el circuito, cuya intensidad disminuye progresivamente conforme el condensador se aproxima a su carga máxima.
Descarga del condensador: al desconectar la fuente, el condensador libera la energía almacenada a través de la resistencia. También en este caso existe corriente, que decrece con el tiempo hasta anularse.
Constante de tiempo (τ): el parámetro fundamental es . Indica el tiempo característico en el que el condensador alcanza aproximadamente el 63% de su carga o descarga total.
Conducción limitada: es importante destacar que el circuito solo conduce corriente mientras el condensador se está cargando o descargando. Una vez alcanzado el estado estable (condensador completamente cargado o descargado), la corriente se anula y el circuito deja de conducir.
Este principio hace que los circuitos RC sean muy útiles en aplicaciones como filtros de señales, temporizadores y sistemas de control, donde se aprovecha su capacidad de responder de manera transitoria a cambios de tensión.
3. Componentes activos
Diodo
Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido, bloqueando el paso si la corriente circula en sentido contrario, no solo sirve para la circulación de corriente eléctrica sino que este la controla y resiste. Esto hace que el diodo tenga dos posibles posiciones: una a favor de la corriente (polarización directa) y otra en contra de la corriente (polarización inversa).
Un diodo semiconductor moderno está hecho de cristal semiconductor como el silicio con impurezas en él para crear una región que contenga portadores de carga negativa (electrones), llamada semiconductor de tipo n, y una región en el otro lado que contenga portadores de carga positiva (huecos), llamada semiconductor tipo p.
En el siguiente video se muestra como se hace un diodo semiconductor.
Se usa en rectificación (convertir corriente alterna en continua), protección contra polaridad inversa, y detección de señales.
Transistor
Un transistor es un dispositivo semiconductor que transfiere una señal débil del circuito de baja resistencia al circuito de alta resistencia. En otras palabras, es un dispositivo utilizado como amplificador o interruptor que regula las señales eléctricas como el voltaje o la corriente.
Un transistor típico se compone de tres materiales semiconductores que ayudan a establecer una conexión con un circuito externo y a transportar la corriente. El transistor se podría decir que posee tres partes, y son:
- Base: Sirve para activar el transistor.
- Colector: Es el cable positivo del transistor.
- Emisor: Es el cable negativo del transistor.
un transistor de unión bipolar (BJT), existen dos tipos de transistores: el transistor NPN y el transistor PNP. El símbolo del transistor NPN y PNP se muestra en la siguiente figura.
Se usa en amplificación de audio, control de potencia, lógica digital.
Ejercicio1: Modifica el ejercicio siguiente añadiendo un pulsador, cuya función sea descargar la energía acumulada en el condensador a través del led y la resistencia.
Ejercicio 3: Realiza un circuito de rectificación con diodos.
Ejercicio 4: Realiza un circuito con un transistor como los siguientes:
No hay comentarios:
Publicar un comentario