Curso Básico de Electrónica (página 2)

3.3 Asociación serie y
paralelo:

Cuando se necesitan formar valores no
comerciales de resistencias,
o lograr obtener una menor disipación de potencia en cada
una, se recurren a las asociaciones.

Las resistencias pueden asociarse en serie, paralelo, y
combinaciones de ambas.

Vamos a estudiar cada caso, para pasar en el final de
esta capitulo a ejercicios prácticos.

Asociación serie:

En este tipo, las resistencias son colocadas una a
continuación de la otra. La resistencia total
es la suma de todas ellas.

Rt=R1 + R2 + … + Rn

Cada resistencia produce una caída de
tensión. La corriente que circula por cada una de ellas es
siempre la misma. La caída de tensión total es la
suma de todas las individuales.

Vo=Vcc – (I x R1) – (I x R2)
– … – (I x Rn)

La potencia disipada por cada resistencia es la
relación entre la corriente circulante y la caída
de tensión que provoca. La potencia total es la suma de
las individuales.

Pt=(VR12 / R1) +
(VR22 / R2) + … + (VRn2 /
Rn)

Asociación paralelo:

En este tipo, las resistencias son colocadas todas
juntas, uniendo sus extremos. La resistencia total es el
siguiente

Para dos resistencias Rt=(R1 x R2) / (R1
+ R2)

Para mas de dos resistencias Rt=1 / ( (1
/ R1) + (1 / R2) + … + (1 / Rn) )

La caída de tensión producida es
determinada por la resistencia resultante de la
asociación.

Vo=Vcc – Rt

La corriente total que circula se reparte entre las
resistencias, dependiendo del valor
individual de cada una de ellas.

It=(VR1 / R1) + (VR2 / R2) + … +
(VRn / Rn)

La potencia disipada por cada una de las resistencias es
igual a la corriente que circula por cada una de ellas y a su
resistencia individual.

Pt=(IR12 x R1) +
(IR22 x R2) + … + (IRn2 x
Rn)

3.4 Comprobación de
resistencias:

Para realizar la comprobación del estado de una
resistencia, se necesita tener la herramienta fundamental para la
electrónica. El
Multímetro.

Para medir su valor y comprobar si está bien o
no, tendremos que fijarnos en el código
de colores de la
resistencia para averiguar su valor, y compararlo con la lectura del
multímetro.

Para ello, seleccionaremos la escala apropiada,
de acuerdo al valor de la resistencia.

La convención para el código de colores es
la siguiente

En este ejemplo, la primera cifra es un 2, la segunda es
también un 2, y la tercera es el multiplicador, en este
caso es 103, o sea, 1000.

El cuarto color es la
tolerancia, o
sea, la variación que puede tener la resistencia con
respecto al valor que figura en su código.

Para evitar complicaciones, se usan múltiplos
para valores grandes de resistencias

Kilo ohm: Kohm=1000 Mega ohm:
Mohm=1000000

Si el valor tiene una tolerancia de mas o menos 10 %,
podemos considerarla funcional para aplicaciones generales. Si su
valor dista mucho del impreso en los colores, debemos
reemplazarla por otra nueva.

3.5 Variación de la resistencia con el
tiempo y la
temperatura:

Toda resistencia tiene un coeficiente de
variación por envejecimiento, y también por
variación térmica.

Las resistencias de carbón son las menos
estables, ya que tienen una variación importante en los
dos sentidos.

Las resistencias de metal film son mucho
más estables que estas últimas.

Las resistencias de alambre también son
estables.

Las resistencias de carbón tienen un coeficiente
de corrimiento por temperatura de (6/10000) x ºC negativo
promedio, mientras que las de metal film poseen un
corrimiento de (5/100000) x ºC positivo promedio.

Asociando en serie una resistencia de carbón y
una de metal film, se puede obtener una resistencia de
corrimiento térmico nulo.

Rt=Rcarbon + Rmf

Rcarbon=Rt / 13 Rmf=Rt –
Rcarbon

3.6 Ejercicios:

1. Se tienen asociadas en serie cuatro resistencias: 100
   ohms, 220 ohms, 1,5 Kohms y 2,2 K ohms, con una tensión
   de 56 volts y una corriente de 0,08 amperes (80 miliamperes).
   Calcular la resistencia serie equivalente, la caída de
   tensión total y la individual para cada
   resistencia.
2. Se tienen asociadas en serie tres resistencias: 270
   ohms, 4,7 Kohms y 15 ohms, con una tensión de 15 voltios
   y una corriente de 0,05 amperes (50 miliamperes). Calcular las
   caídas de tensión individuales para cada
   resistencia, la potencia disipada por cada una de ellas y la
   suma de las mismas.
3. Se tienen asociadas en paralelo dos resistencias: 180
   ohms y 220 ohms, con una corriente de 0,1 ampere (100
   miliamperes). Calcular la resistencia paralelo equivalente y la
   corriente circulante por cada rama del paralelo.
4. Se tienen asociadas en paralelo tres resistencias: 1
   Kohm, 2,2 Kohms y 2,2 Mohms, con una tensión de 60
   volts. Calcular la resistencia paralelo equivalente, la
   corriente por cada rama del paralelo y la caída de
   tensión total del circuito.

CAPITULO 4

Capacitores

4.1 Definición:

El capacitor es un componente que, como su nombre lo
indica, almacena energía durante un tiempo,
teóricamente infinito, pero que en la realidad depende de
la RSE (resistencia serie equivalente), un tipo de resistencia de
pérdida que presenta todo capacitor.

El capacitor se comporta como un circuito abierto para
la corriente continua, pero en alterna su reactancia disminuye a
medida que aumenta la frecuencia.

Hay capacitores de
varios tipos. Aquí vamos a centrarnos en lo más
comunes.

4.2 Tipos de capacitores:

Cerámicos: Son condensadores
muy baratos, pero tienen la desventaja de ser muy variables con
el tiempo y la temperatura. Además, su capacidad es baja
en relación con su tamaño. Generalmente se utilizan
como acopladores en audio.

Poliéster: Son condensadores muy grandes en
función
de su capacidad, pero son muy estables con el tiempo y la
temperatura. Permiten obtener aislaciones muy altas
(comercialmente los hay hasta de 630 volts). Generalmente se
utilizan como base de tiempo en osciladores que requieran mucha
estabilidad. En cuestiones de audio, presentan mejor sonido que los
cerámicos.

Electrolíticos: Son capacitores que logran
grandes capacidades en tamaños reducidos. Esto se debe a
que presenta una construcción con una sustancia química como
dieléctrico, en vez de poliéster o cerámica como los anteriores. Eso produce
que este tipo de capacitor tenga polaridad. Su desventaja es que
son extremadamente variables con el tiempo y la temperatura, y su
costo es
relativamente alto a altas capacidades o altas aislaciones. Su
uso se centra generalmente en filtros de fuente y salida de audio
de amplificadores.

Tantalio: Es parecido al anterior en el hecho de que
permite obtener altas capacidades en pequeños
tamaños, pero son más estables que los anteriores
con respecto a la temperatura y el transcurso del tiempo.
También presentan polaridad. Se utilizan sobre todo en
audio.

Variables: Presentan la característica de
poder variar
su capacidad, variando la superficie de las placas del
condensador, o la distancia entre ellas.

4.3 Asociación serie y
paralelo:

Al igual que las resistencias, se pueden formar
combinaciones en serie o en paralelo de capacitores. La
diferencia radica en que el valor resultante es totalmente al
inverso de las resistencias.

Asociación serie:

En este tipo, los capacitores son colocados uno a
continuación del otro. La capacidad total es la
siguiente

Para dos capacitores Ct=(C1 x C2) / (C1 +
C2)

Para mas de dos capacitores Ct=1 / ( (1 /
C1) + (1 / C2) + … + (1 / Cn) )

Asociación paralelo:

En este tipo, los capacitores son colocados todos
juntos, uniendo sus extremos. La capacidad total es el
siguiente

Ct=C1 + C2 + … + Cn

4.4 Comprobación de
capacitores:

Para comprobar un capacitor necesitaremos de un
multímetro analógico (con aguja, no con display), o
de un comprobador de capacitores, aunque este último es un
instrumento bastante costoso.

Como en la práctica la unida del Faradio es muy
grande, se usan submúltiplos

Micro Faradio: µF=C/1000000 nano
Faradio: nF=µF/1000 pico Faradio: pF=nF/1000

Con un multímetro analógico en la escala
de ohms, procederemos a comprobar el estado del
mismo. Para ello, seleccionaremos la escala correspondiente, que
se muestra en la
siguiente tabla:

Los valores son aproximados

1. Seleccionamos una escala intermedia, por ejemplo
   Rx10.
2. Medimos los terminales del capacitor.
3. Realizamos la medición invirtiendo las patas, o sea,
   dando vuelta el capacitor y midiéndolo al revés
   que el paso anterior.
4. En el paso anterior, la aguja del multímetro
   debe dar un salto, y luego volver al principio (resistencia
   infinita).
5. Si la aguja no salta, es porque el capacitor
   está estropeado. En cambio, si
   la resistencia no se aproxima a infinito, es porque tiene
   fugas. Si la aguja sube hasta resistencia 0, el capacitor
   está en cortocircuito.

4.5 Ejercicios:

a) Se tienen asociados en paralelo tres
capacitores de 220µF. Calcular la capacidad
equivalente.

b) Se tienen asociados dos capacitores de 100nF en
serie, y estos dos en paralelo con uno de 220nF. Calcular la
capacidad equivalente de la serie, y luego la equivalente con el
paralelo.

c) Se tienen asociados tres capacitores de 22µF en
serie. Calcular la capacidad equivalente.

d) Se tiene un paralelo formado por un capacitor de
10µF y otro de 47µF. A su vez, en serie con este
paralelo hay una serie de dos capacitores, uno de 470µF y
otro de 220µF. Calcular la capacidad equivalente del
paralelo, de la serie, y de todo el conjunto.

CAPITULO 5

Bobinas

5.1 Definición:

La bobina es un arrollado de alambre de cobre sobre un
núcleo, que puede ser de aire (sin
núcleo), de ferrite, hierro,
silicio, etc.

Con la corriente continua funciona como un conductor,
oponiendo una resistencia que depende de la resistencia total del
alambre bobinado.

En alterna, en cambio, tiene la propiedad de
aumentar su reactancia a medida que aumenta la frecuencia. Es a
la inversa del capacitor.

Combinado con el capacitor se pueden obtener circuitos
resonantes, en los cuales la resonancia se produce cuando
coinciden las frecuencias de corte de ambos elementos.

5.2 Tipos de bobinas:

Las bobinas más comunes son las detalladas a
continuación.

Con núcleo de hierro: Este tipo está hecho
con un bobinado de alambre de cobre sobre un soporte de hierro
dulce. Este tipo de bobinas solo son apropiadas para aplicaciones
de electroimán, donde la corriente a través del
bobinado induce un efecto de imantación temporal sobre el
hierro.

Con núcleo de aire: La bobina esta arrollada en
el aire, o sea, que no lleva núcleo. La inductancia de
este tipo de bobinas es muy baja, pero tiene la ventaja de que
son muy apropiadas para trabajar en altas frecuencias.

Con núcleo de ferrite: Este material está
hecho con hierro, carbono y
otros metales,
produciendo una barra a partir de un granulado muy fino de estos
elementos. Se utilizan mucho en receptores de radio. Este
núcleo permite aumentar la inductancia de la bobina, y son
apropiados para altas frecuencias.

Con núcleo laminado: Este núcleo
está compuesto por delgadas chapas de silicio, que se
entrelazan formando un núcleo compacto. Permite manejar
elevadas potencias, y disminuye las pérdidas y el
calentamiento.

Una aplicación típica de las bobinas es el
transformador. Es un dispositivo que consta básicamente de
un bobinado primario, al cual se le aplica una tensión
alterna, y uno secundario, del cual se extrae otra tensión
mediante la inducción magnética del
núcleo. Esta tensión depende de la relación
de espiras entre los bobinados.

Este tipo de dispositivos "no funciona con corriente
continua", ya que es necesario la acción
de una corriente alterna
para lograr una inducción magnética.

Dependiendo de su aplicación, los núcleos
pueden ser también de ferrite o de aire, para altas
frecuencias.

Las bobinas se miden en Henry, pero como en la
práctica es una unidad muy grande, se utilizan
submúltiplos:

Mili Henry: mHy=L/1000 Micro Henry:
µF=µF/1000000

CAPITULO 6

Diodos

6.1 Definición:

Los diodos son
dispositivos semiconductores
de estado sólido, generalmente fabricados con silicio, al
que se le agregan impurezas para lograr sus
características.

Poseen dos terminales, llamados ánodo y
cátodo.

Básicamente un diodo se utiliza para rectificar
la corriente
eléctrica. Su característica principal es que
permite la circulación de corriente en un solo sentido.
Por su construcción, el diodo de silicio posee en
polarización directa (circulación de corriente de
ánodo hacia cátodo) una caída de
tensión del orden de los 0,6 a 0,7 voltios, y en inversa
(bloqueo) tiene una corriente de fuga prácticamente
despreciable.

Hay diodos de uso especial, como los Zener, los
Schottky, de Señal, etc. Vamos a describirlos a
continuación.

6.2 Tipos de diodos:

Diodos de uso general: Estos se utilizan principalmente
como rectificadores, o como protección en aparatos a
baterías, previniendo su deterioro al conectarlos con
polaridad inversa a la utilizada. Generalmente no se los utiliza
en alterna para frecuencias superiores a los 100 ciclos (100
Hertz).

Este problema se llama "tiempo de recuperación",
y es el tiempo que tarda el diodo en absorber el cambio de
polaridad para bloquear la circulación de corriente. Si se
hace trabajar un diodo a una frecuencia más alta que la
estimada por el fabricante, el diodo comenzará a
recalentarse hasta producirse un embalamiento térmico, con
la consecuente quema del mismo.

Diodos Zener: Estos diodos en directa se comportan como
un diodo común, pero en inversa poseen lo que se denomina
"tensión de Zener". Llegando a una determinada
tensión inversa, el diodo comienza a conducir, y si se
sigue aumentando la tensión, el Zener la mantendrá
a un valor constante, que es su tensión de inversa.
Pasando un límite, el diodo se destruye.

Diodos Schottky: Estos diodos están
diseñados para cumplir la misma función que los de
uso general, pero a altas frecuencias. Se utilizan, por ejemplo,
en fuentes de
alimentación de computadoras,
donde la frecuencia de la corriente alterna puede llegar a los
100KHz (100000 ciclos por segundo).

Diodos de Señal: Son diodos para utilizar en alta
frecuencia, pero generalmente de poca potencia.

Diodos LED: Son un tipo de diodos denominados "Diodo
ElectroLuminiscente" (LED por sus siglas en Ingles). Tiene la
propiedad de emitir luz cuando se le
aplica una corriente en directa. Existen de muchos tipos,
colores, e incluso destellantes y de varios colores.

Diodos de potencia: Son diodos de encapsulado
metálico, generalmente de grandes dimensiones. Se
utilizan, por ejemplo, en cargadores de baterías y
alternadores de automotores.

6.3 Comprobación de diodos:

Los diodos se comprueban con el multímetro,
utilizando la escala R x 1 o, si el modelo lo
posee, la posición de la escala que tiene el
símbolo del diodo.

En el primer caso, el multímetro
(analógico o digital), en directa debe mostrar un valor de
resistencia bajo (entre 20 y 500 ohms, depende del diodo), y en
inversa un valor tendiendo a infinito.

En caso de que la lectura en
directa muestre un valor demasiado bajo o infinito, el diodo se
encuentra dañado. Si la lectura en inversa tiene poca
resistencia, indica que tiene fugas y necesita ser cambiado por
uno bueno.

En el caso de tener la posición con el
símbolo del diodo, un diodo sano tendrá en directa
un valor entre 500 y 800 (dependiendo del tipo de diodo),
mientras que en inversa deberá medir infinito. Caso
contrario, el diodo está dañado.

6.4 Circuitos de ejemplo:

a) Rectificador de media onda: En este
circuito, el diodo conduce durante la mitad del ciclo de
corriente alterna. De este modo, solamente un semiciclo pasa al
otro lado del circuito.

b) Rectificador de onda completa: En este
circuito los diodos están configurados en puente, para
hacer que ambos semiciclos de la corriente alterna pasen al
positivo del circuito.

c) Regulador de tensión con diodo
Zener: En este circuito, el diodo zener forma un regulador de
tensión, que protege al circuito de las variaciones de
tensión provenientes de la fuente de
alimentación.

d) Recortador de señal: En este
circuito, un par de diodos en una salida de preamplificador
produce un recorte simétrico de la señal de
audio.

CAPITULO 7

Transistores

7.1 Definición:

Los transistores son
dispositivos semiconductores de estado sólido,
generalmente fabricados con silicio, al que se le agregan
impurezas.

Los transistores tienen distintas denominaciones, en
base a su tipo de construcción. Vamos a ocuparnos de los
más comunes.

El transistor es un
elemento de tres terminales, que tiene la propiedad de variar la
corriente que circula a través de el mediante una
polarización muy pequeña. Es decir, se pueden
manejar grandes corrientes mediante la inyección apropiada
de una corriente de control muy
pequeña. Este es el principio por el cual los transistores
son muy utilizados como elementos amplificadores de
potencia.

7.2 Tipos de transistores:

Bipolar: Es uno de los transistores más
utilizados. Consta de tres bloques de material semiconductor, que
se pueden disponer en configuración NPN o PNP, y de tres
terminales, Base, Colector y Emisor.

Las denominaciones NPN y PNP corresponden al tipo de
material con el que están dopados los bloques de silicio.
Estos bloques en realidad son uno solo, el secreto es que al
agregarle impurezas en lugares precisos, se producen zonas dentro
del bloque, delimitadas por junturas. Esto permite que tenga
propiedades semiconductoras.

Aplicando la polarización apropiada a la base del
transistor, se logra variar su ganancia, produciendo una
amplificación de la señal aplicada a la
base.

La circulación de corriente en un tipo de estos
transistores se produce en dirección opuesta al del otro tipo, y las
polarizaciones son de polaridad opuesta.

Hay transistores
bipolares de muchos tipos y potencias.

Unipolar: también llamado "Efecto de campo" (FET
por sus siglas en Ingles), permite controlar el paso de la
corriente eléctrica mediante un campo
eléctrico.

Mediante la aplicación de una polarización
inversa a la compuerta, se produce un "estrechamiento" de la
misma, lo que reduce la cantidad de electrones
circulantes.

Existen FET tipo N y tipo P, dependiendo de la
disposición de las zonas dopadas.

MOSFET: Este tipo de FET posee una compuesta aislada, lo
que genera una resistencia de entrada extremadamente elevada.
Existen dos tipos, de canal N y canal P. A su vez, existen los de
"enriquecimiento" y los de "empobrecimiento", dependiendo de su
construcción interna.

Requieren muy poca corriente de compuerta para
funcionar, y son sumamente eficientes.

7.3 Comprobación de
transistores:

Antes de comprobar los transistores, se debe consultar
en un manual de
componentes su configuración de patas, ya que hay varias
combinaciones existentes.

Para comprobar el estado de los transistores
están preparados estos gráficos, que indican como medir un
transistor.

Los signos indican
la polaridad de las puntas del multímetro a la hora de
realizar las mediciones.

Para realizar estas mediciones, utilizar la escala de
resistencia en la escala R x 1 o R x 10.

Cualquier variación anormal de las lecturas de
los gráficos, indicarán un transistor
dañado.

Si las lecturas van a 0 ohm, el transistor presenta un
corto. Si por el contrario la resistencia es casi infinita,
está abierto. Si presenta resistencias muy bajas en
inversa, es porque tiene fugas. En cualquier caso es necesario su
reemplazo por uno nuevo.

Para medir un transistor FET tipo N, de procede de la
siguiente manera:

1. Se conecta la punta positiva a la
   compuerta.
2. Se conecta la punta negativa al drenaje o a la
   fuente.
3. En cualquiera de los dos casos, la lectura en directa
   debe medir una resistencia de aproximadamente 1Kohm, y la
   inversa debe ser casi infinita.

Si alguna de estas lecturas no es la correcta, el FET se
encuentra defectuoso.

Para los FET de tipo P, el procedimiento se
realiza con las puntas a la inversa.

Para medir un MOSFET, la resistencia entre la compuerta
y cualquiera de los otros dos terminales debe ser casi infinita.
Una resistencia baja indicaría una falla en la
aislación de la compuerta, por lo que el transistor debe
ser reemplazado. Entre los terminales de drenaje y fuente,
deberá mostrar un valor de resistencia
intermedio.

7.4 Circuitos de ejemplo:

En este ejemplo mostramos un amplificador en miniatura,
utilizando transistores bipolares. La salida es del tipo
"complementaria", o sea un transistor NPN y otro PNP.

CAPITULO 8

Circuitos integrados

8.1 Definición:

Un circuito integrado, como su nombre lo indica, es un
conjunto de componentes concentrados dentro de una sola pastilla
de material semiconductor.

Se presentan en encapsulados plásticos
con terminales en forma de patas de araña, que salen por
el costado del encapsulado.

Dependiendo del tipo de encapsulado, se los conocen como
SIP (Single In-line Package = Encapsulado en hilera simple), o
DIP (Dual In-line Package = Encapsulado en hilera
doble).

Existen otros encapsulados, pero no los trataremos por
ser más específicos para ciertos tipos de
integrados.

Su variedad es enorme, encontrando desde
preamplificadores de audio, hasta procesadores de
TV completos.

El nivel de integración desde su creación ha
sido sorprendente, llegando a su máxima expresión
con los procesadores para computadoras, donde cientos de millones
de transistores son integrados dentro de una diminuta pastilla de
material semiconductor.

Recientemente, se alcanzó la barrera de la
integración. Los fabricantes llegaron a un punto que no
pudieron comprimir más los transistores para aumentar las
prestaciones
de los procesadores. Por eso, ahora comenzó una nueva era
en la historia de
los procesadores: los "doble núcleo", dos procesadores
totalmente independientes dentro de una sola pastilla.

8.2 Algunos integrados:

PC 817: Optoacoplador.

Este integrado posee en su interior un LED y un
transistor, en el cual la base es polarizada por un haz luminoso,
proveniente del LED. Esto produce una variación en la
resistencia colector-emisor del transistor. Al aumentar la
tensión aplicada al LED, disminuye la resistencia
colector-emisor del transistor.

RC 4558: Amplificador Operacional Doble.

Este operacional doble de alta performance es muy
utilizado en preamplificadores de audio.

Como muestra la figura de la derecha, cada amplificador
del integrado está formado por ese circuito. Dense una
idea del nivel de integración de componentes.

Bibliografía

Basic Electronics, U.S. Navy, Bureau of Naval Personel,
Training Publication Division

Reparando Fuentes de PC, Gastón Carlos Hillar,
Editorial HASA

Manual de Armado y Reparación
de PC, Ce.de.C.E. (Centros de Cooperación
Educativa)

Manual de Semiconductores de Silicio, Texas
Instruments

Autor:

Carlos A. Rodriguez

Webmaster de

San Vicente, provincia de Buenos Aires,
Argentina

20 de junio de 2006