Compendio de Electronica i _i.o.s.

7/31/2019 Compendio de Electronica i _i.o.s.

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ELECTRONICA I

1.-NOMBRE DE LA MATERIA: ELECTRNICA I2.-CODIGO DE LA MATERIA: 1N1213.-DEPARTAMENTO: INGENIERIAS4.-CODIGO DEL DEPTO. 2B50045.-CENTRO UNIVERSITARIO: DE LA COSTA SUR

CARGA HORARIA6.- TEORIA: 40 HORAS7.- PRACTICA 40 HORAS8.- TOTAL: 80 HORAS9.- CREDITOS: 8 CREDITOS10.- TIPO DE CURSO CURSO-TALLER11.- NIVEL DE FORMACIN LICENCIATURA12.- PRERREQUISITOS: FISICA III (IN109)

13.- OBJETIVO GENERAL:

Conocer los conceptos bsicos de la electrnica analgica, los dispositivos que mas

frecuentemente son utilizados en el diseo de circuitos electrnicos as como la lectura de los

diagramas de circuitos, adems del diseo de proyectos prototipo.

14.-OBJETIVOS ESPECFICOS:

A) Conocimiento de los principios bsicos de la electrnicaB) Conocer los dispositivos y elementos que se utilizan en los circuitos electrnicosC) Calcular y resolver problemas de diseo de circuitos electrnicosD) Disear circuitos electrnicos a partir de diagramas.


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15.-CONTENIDO TEMTICO

UNIDAD IPRINCIPIOS FUNDAMENTALES

1.1.-Introduccin.1.2.-Principios de electrnica.1.3.-Simbolos Electrnicos Generales.1.4.-Diagramas electrnicos Generales.1.5.-Resistencias, Valores y Cdigos.

UNIDAD IISEMICONDUCTORES

2.1.-Semiconductores.2.2.-Dispositivos semiconductores (N-P).2.3.-Diodos (Si - Ge) Tipos.2.4.-Fuentes de voltaje y corriente.

UNIDAD IIITRANSISTORES

3.1.-Transistores NPN, PNP.3.2.-Tipos de amplificadores analgicos (Diseo).3.3.-Tipos de amplificadores de alta y baja seal (FET, BJT, UJT, MOSFET, JFET)3.4.-Polarizacin directa, auto-polarizacin, saturacin y corte.3.5.-Divisin de tensin y corriente.3.6.-Concepto de ganancia (Filtros activos y pasivos).3.7.-Amplificadores de potencia de audio y seal.

UNIDAD IVOSCILADORES

4.1.-Introduccin a los osciladores.4.2.-Tipos de osciladores.4.3.-Oscilador 5554.4.-Aplicaciones del oscilador 555.

TEMA COMPLEMENTARIO:DISEO Y CONSTRUCCION DE CIRCUITOS IMPRESOS.


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16.-ESTRUCTURA CONCEPTUAL

Electrnica I, es una de las materias bsicas en la Carrera de Ingeniero en Obras y Servicios,

pues proporciona los conocimientos bsicos, as como el comienzo de la comprensin delfuncionamiento de los dispositivos de que estn constituidos los sistemas electrnicos.

SEMICONDUCTORES

INTRODUCCIN

MATERIAL TIPO N YTIPO P

TIPO N-P TIPOS DE DIODOSEL DIODO

EL TRANSISTOR

TIPOS DETRANSISTOR

OSCILADORES

TIPOS DEOSCILADORES


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17.- BIBLIOGRAFIA BSICA POR TEMAS

UNIDAD I

1.1. INTRODUCCINPAGINA 1.LIBRO: ELECTRNICA: TEORIA DE CIRCUITOS

SEXTA EDICINAUTOR: ROBERT L. BOYLESTAD, LOUIS NASHELSKYEDITORIAL: PRENTICE HALL

1.2. PRINCIPIOS DE ELECTRNICAPAGINAS 5-38 Y 53-83

LIBRO: GUIA PRATICA DE ELECTRICIDAD Y ELECTRNICATOMO I

AUTORES: RICARDO ANTONIO MARTN BARRIOANTONIO COLMENAR SANTOS.EDITORIAL: CULTURAL, S.A.

1.3. SMBOLOS ELECTRNICOS GRAL.PAGINA 120

LIBRO: ELECTRNICA BASICAS POR OBJETIVOS.SEGUNDO CURSO.AUTORES: GILBERTO MELGAREJO HERNNDEZ

GONZALO GONZALEZ LLANESMARIA DE LOURDES LOPEZ BRAVO

EDITORIAL: HERRERO S.A.

1.4. DIAGRAMAS ELECTRNICOS GRAL.PGINAS 118-119

LIBRO: ELECTRNICA BASICAS POR OBJETIVOS.SEGUNDO CURSO.AUTORES: GILBERTO MELGAREJO HERNNDEZ

GONZALO GONZALEZ LLANESMARIA DE LOURDES LOPEZ BRAVO

EDITORIAL: HERRERO S.A.

1.5. RESISTENCIAS, VALORES Y CODIGOS.PAGINAS 46-52

LIBRO: GUIA PRATICA DE ELECTRICIDAD Y ELECTRNICATOMO IAUTORES: RICARDO ANTONIO MARTN BARRIO

ANTONIO COLMENAR SANTOS.EDITORIAL: CULTURAL, S.A.


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UNIDAD II2.1. SEMICONDUCTORES

PAGINAS 3-6LIBRO: ELECTRNICA: TEORIA DE CIRCUITOS


2.2. DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES (N-P).PAGINA 7-40

LIBRO: ELECTRNICA: TEORIA DE CIRCUITOSSEXTA EDICIN

AUTOR: ROBERT L. BOYLESTAD, LOUIS NASHELSKYEDITORIAL: PRENTICE HALL

2.3. DIODOS (Si Ge) TIPOS.PAGINAS 35-42

LIBRO: PRINCIPIOS DE ELECTRNICASEXTA EDICIONAUTOR: MALVINOEDITORIAL: McGRAW HILL

2.4. FUENTES DE VOLTAJE Y CORRIENTE.PGINAS 123-142

LIBRO: GUIA PRATICA DE ELECTRICIDAD Y ELECTRNICA

TOMO IAUTORES: RICARDO ANTONIO MARTN BARRIOANTONIO COLMENAR SANTOS.

EDITORIAL: CULTURAL, S.A.

UNIDAD III

3.1. TRANSISTORES NPN, PNP.PGINAS 114-117

LIBRO: ELECTRNICA: TEORIA DE CIRCUITOSSEXTA EDICIN


3.2. TIPOS DE AMPLIFICADORES ANALGICOS (DISEO)PAGINAS 12-13

LIBRO: ELECTRNICA MODERNA PRATICA.TOMO IIAUTORES: MILTON KAUFMAARTHUR H. SEIDMAN.EDITORIAL: McGRAW HILL


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3.3. TIPOS DE AMPLIFICADORES DE ALTA Y BAJA SEAL (FET, BJT, UJT, MOSFET, JFET)

PAGINAS 215-248LIBRO: ELECTRNICA: TEORIA DE CIRCUITOS

SEXTA EDICIN


3.4. POLARIZACION DIRECTA.PAGINAS 45-46,54-55AUTOPOLARIZACION.PGINAS 289-291SATURACIN Y CORTE.PAGINAS 48,57-59,215,240-245,248-252

LIBRO: PRINCIPIOS DE ELECTRNICASEXTA EDICION

AUTOR: MALVINOEDITORIAL: McGRAW HILL

3.5. DIVISIN DE TENSIN Y CORRIENTE.PGINAS 98-100 Y 108-112

LIBRO: ANLISIS INTRODUCTORIO DE CIRCUITOSAUTOR: ROBERT L. BOYLESTADEDITORIAL: TRILLAS

3.6. CONCEPTO DE GANANCIA (FILTROS ACTIVOS Y PASIVOS)

PGINAS 809-827LIBRO: PRINCIPIOS DE ELECTRNICASEXTA EDICIONAUTOR: MALVINOEDITORIAL: McGRAW HILL

3.7. AMPLIFICADORES DE POTENCIA DE AUDIO Y SEAL.PGINAS 365-391


PGINAS 701-707LIBRO: ELECTRNICA: TEORIA DE CIRCUITOS



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UNIDAD IV

4.1. INTRODUCCIN A LOS OSCILADORES.4.2. TIPOS DE OSCILADORES

4.3. OSCILADOR 5554.4. APLICACIONES DEL OSCILADOR 555PGINAS 931-979


18.-BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

NOTAS DE ELECTRONICAAUTOR: FORREST M. MIMS IIIEDITORIAL: Mc. GRAW-HILL

REVISTA: SABER ELECTRONICA

AUTOR: ING. HORACIO VALLEJOEDITORIAL: TELEVISA

FUNDAMENTOS Y APLICACIONES DE LOS CIRCUITOS DE TRANSISTORAUTOR: HENRY C. VEATCHEDITORIAL: PUBLICACIONES MARCOMBO, S.A. (MEXICO-BARCELONA)

ELECTRONICA DE LOS SISTEMAS A LOS COMPONENTESAUTOR: NEIL STOREYEDITORIAL:

ENCICLOPEDIA DE ELECTRONICAMULTIMEDIAEDITORIAL: ESPAOLA


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19.- MODALIDADES DEL PROCESO DE ENSEANZA Y APRENDIZAJE

A.- TCNICAS DE ENSEANZA LECTURA DE RESISTENCIAS, CAPACITORES Y BOBINAS INVESTIGACIN DE DIAGRAMAS Y SU LECTURA EJERCICIOS DE CALCULO Y DISEO PRACTICAS DE LABORATORIO PRACTICAS DE DISEO

B.- COMPETENCIAS

HABILIDAD PARA LA IDENTIFICACIN DE ELEMENTOS Y/ O DISPOSITIVOSELECTRNICOS CAPACIDAD DE LECTURA DE VALORES Y DIAGRAMAS DESTREZA PARA EL DISEO DE MODELOS ELECTRNICOS HABILIDAD PARA REALIZAR PROYECTOS PROTOTIPO HABILIDAD PARA EL MANEJO Y USO DE EQUIPO PARA EL ANLISIS DE CIRCUITOSELECTRNICOS Y ELCTRICOS.

20.- CARACTERSTICAS DE LA APLICACIN PROFESIONAL DE LA ASIGNATURA.

ELECTRNICA I SE PRESENTA COMO UNA MATERIA BASICA, QUE ESPERA CUBRIR LASEXPECTATIVAS DE PROPORCIONAR LOS CONOCIMIENTOS BSICOS HACIA LAS DEMSMATERIAS CONSECUTIVAS, PUES ES LA PLATAFORMA QUE DAR DESTREZAS,HABILIDADES Y CONOCIMIENTO DE LA ELECTRNICA PRINCIPALMENTE ANALGICA.

21.- CONOCIMIENTOS, VALORES, APTITUDES, ACTITUDES

Este curso debe proporcionar al alumno lo siguiente en su formacin profesionalizante:

A.-CONOCIMIENTOSAdquirir los conocimientos bsicos de electrnica bsica, lectura de los diagramas electrnicos, reconocer y leer los valores de losdispositivos de que se conforman los circuitos complejos de control, potencia etc.

B.-VALORESEl iniciar a estudiar dicho curso proporcional al alumno el sentido de responsabilidad, de seguridad en el trabajo, de ser analtico y reflexivoy de ubicarse en el entorno social y econmico.


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C.-APTITUDES1.-Ser practico en la resolucin de problemas cotidianos

2.-Analtico de tal manera en que pueda definir un diagnostico de los valores de loselementos que componen un circuito electrnico.

3.-Elevar la capacidad de crear nuevas tcnicas de solucin de problemas

C.-ACTITUDESPromover la actitud positiva de servicio, de proporcionar siempre un estado de

confianza y seguridad en si mismo, por lo tanto incrementar la credibilidad de las acciones ydecisiones tomadas en la solucin de problemas.

22.- MODALIDADES DE EVALUACINA) EXAMENES PARCIALES 25 %B) EXAMEN DEPARTAMENTAL 20 %C) INVESTIGACION Y EXPOSICIONES 10 %D) TRABAJOS Y PRACTICAS ENTREGADAS

Y FUNCIONANDO 30 %F) ASISTENCIA A TUTORIAS 5 %G) ASISTENCIAS A PRACTICAS DE LABORATORIO 10 %

CALIFICACIN FINAL 100 %


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UNIDAD I

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

1.1 INTRODUCCION

Lo que hoy conocemos con el denominador comn detecnologa de la electrnica puede parecer, aprimera vista, un apartado ciertamente complejo destinado a ser manejado por cultivadosespecialistas en la materia, ayudados por avanzados sistemas de clculo y vetado a los no iniciadosen esta noble ciencia. Pues bien, no podemos negar que algo de eso hoy. Pero no es menos ciertoque, aparte de ser la tecnologa punta que domina nuestro diario ir y venir, laelectrnica puede sertambin un arte, una forma ms de expresin.

Si bien es cierto que los tecnlogos ms versados en esta materia pudieran parecernos un poco frosy calculadores, no lo es menos que la misma conlleva una imperiosa necesidad de ingenio y creacincon que alimentarse. De ah nuestro ahnco en demostrar, a partir de aqu, dos cosas. La primera deellas es la cara oculta y atractiva de laelectrnica , su modo de ser creacin, imaginacin y, en

definitiva, una forma, acaso atpica, de arte. La segunda, y a nuestro modo de ver an msimportante, es la posibilidad de domesticar laelectrnica , esto es, hacer ver a los posiblesaficionados que se trata de una ciencia totalmente asequible, que debe ocupar ya! una parte denuestros conocimientos y, por qu no, gozar de nuestro aprecio. Basta ya de barreras... Comienza lafuncin.

DIFERENCIAS ENTRE ELECTRICIDAD Y ELECTRNICA

Toda obra que prevea cierto xito de taquilla ofrece golosas posibilidades a los artistas noveles y, porlo tanto, estos intentarn conseguir salir a escena aun a costa de desbancar a los actores ms

consagrados. As ocurri con laelectrnica . Todo se lo deba a laelectricidad y, sin embargo. Laprimera disyuntiva que surge a la hora de colocar la ciencia electrnica en su lugar aparece en cuantointentamos separarla de su antecesora: laelectricidad . De ah surge la pregunta: es esto realmentenecesario? Seguramente no. Pero queda claro que todo electrnico que se precie intentar darnosuna versin, ms o menos acertada, de cmo y por qu se escindi la electrnica de la no menosnoble ciencia de la electricidad. Tampoco nosotros podemos resistirnos a ello, pero, en vez derazonarlo categricamente, vamos a intentar explicar de una forma sencilla el proceso para que seael lector quien saque sus propias conclusiones.

Queda claro que laelectricidad est involucrada en todo procesoelectrnico . Sin embargo, porcaprichos del destino, esta aseveracin estaba destinada a no ser reversible, es decir, que existenprocesos elctricos que claramente excluyen la ciencia de la electrnica.

El motor del ms moderno de los ventiladores responde a un funcionamiento puramente elctrico,mientras que el ms antiguo aparato de radio que podamos recordar ser sin duda un dispositivoelectrnico - ms o menos sofisticado - pero, claro est, precisar del concurso de laelectricidadpara poder funcionar.

La electricidad ha estado enfocada siempre a una utilizacin masiva de loselectrones , esto es,incluso antes de poder razonar experimentalmente la existencia del electrn ya se utilizabamasivamente la electricidad. La bombilla, los motores elctricos, timbres, electroimanes,transformadores, etc., se basan en el uso del electrn, del cual hablaremos de una manera,permtasenos la expresin, bastante tosca.

Como todos sabemos, elelectrn es uno de los componentes bsicos de la materia. Basta indicaraqu que segn sea la materia analizada as ser el nmero de electrones que esta posee y la


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posicin de estos sobre sus tomos. Untomo es la parte ms pequea que podemos tomar de unamateria dada. As, por ejemplo, la disposicin a dar y recibir electrones no es la misma en un tomode cobre que en uno de carbono. Esta propiedad, bien utilizada, poda ser algo revolucionario y, dehecho, lo es.

El pistoletazo de salida en la carrera de la electrnica lo dio la aparicin de lasvlvulastermoinicas o de vaco, que no son sino los tubos iluminados que podamos encontrar (an hoy dapueden verse) dentro de las radios y de los televisores ms antiguos.

La razn de considerar la aparicin de las vlvulas como el detonante de la explosin electrnica essu posibilidad de "manejar " uno a uno los electrones, es decir, controlar el flujo de los mismos. A estecontrol o "modulacin " de dicho flujo se le asoci el calificativo de polarizacin. Lavlvula estabaconstituida por un emisor de electrones (al que se llamctodo ), un receptor de electrones(denominadonodo) y una "rejilla " colocada de forma que fuera atravesada por el flujo de electronesemitido por la patilla denominada ctodo. Es obvio que si la rejilla est ah no es por casualidad.Tena un papel fundamental que representar, y bien que lo hizo.

Quedaba claro que el movimiento de electrones se origina cuando estos deben equilibrarse ycuando se aproximan materias que, por la cantidad y disposicin de los mismos en su superficie,estn predispuestas, unas a soltar electrones y otras a recibirlos. A esta circunstancia se la llampolarizacin. Es decir, segn sea la carga (en cantidad y situacin de electrones) de una materiadada, as ser su predisposicin a soltar o recibir electrones.Si la vlvula anteriormente descrita solo poseyera unnodo y un ctodo, no se hubiera conseguidootra cosa que mantener la circulacin de electrones, pero, como quiera que se intercal unarejilla,denominada muy apropiadamenterejilla de control, y esta poda ser polarizada de formaindependiente, ramos capaces de controlar el haz de electrones. De este modo se invent un primerdispositivo capaz de manejar a nuestro antojo la corriente elctrica y puede que fuera entoncescuando a dicha capacidad se le asoci el calificativo de nueva ciencia: haba nacido laelectrnica .

COMPONENTES ELECTRNICOS

Como no poda ser de otra forma, la electrnica haba otorgado el papel estelar a lasvlvulas devaco, pero el guin exiga un reparto de papeles ms extenso y la aparicin en escena de bastantesms "artistas invitados ". Los tubos de vaco tuvieron que rodearse de un elenco de colaboradoresque, incluso sin poder destacar mucho, clamaban por conseguir un xito que se vena venir.

La "obra " a representar exiga cierta destreza en el campo elctrico y, aun siendo papelessecundarios, a los aspirantes se les supona un cierto currculo. Quedaba claro que por mritospropios los ms indicados para subirse al carro del xito electrnico eran, entre otros: las resistencias,los condensadores, las bobinas, los transformadores, los interruptores, los pulsadores y, al menos enun principio, hubo trabajo hasta para las bombillas.

Para los menos versados en el mundillo no habr posibilidades de distinguir entre los diferentesprotagonistas. Para evitar este problema podemos, a modo de introduccin, redactar aqu unpequeo resumen del elenco disponible, el cual ser capaz de "actuar " en las ms variopintas"representaciones ".


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EL TUBO DE VACO

Fue el primer gran astro de la obra electrnica. Actualmente ha quedado bastante desfasado. A pesarde sus innegables cualidades ha sido sustituido con gran xito por sucesores tales como eltransistor

y el circuito integrado . De todas formas y, segn la crtica, hay funciones en las cuales estos nollegarn nunca a superar al antiguo tubo.

EL TRANSISTOR

Surge como panacea ante los problemas de espacio, temperatura y coste de las vlvulas. Puedeimitarlas perfectamente en su versin bsica. Los ltimos retoques tcnicos dados por los

"maquilladores " electrnicos han posibilitado la aparicin de nuevos talentos, como los transistorestipoFET, que permiten mantener muy alto el pabelln de estos ltimos.


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EL DIODO

Es un artista de segunda fila, ms bien desbancado por lostransistores , pero que desempea unpapel muy importante. Desde su primera aparicin en pblico, a principio de siglo y en forma, cmo

no, de vlvula termoinica , ha sufrido importantes cambios. El conjunto de diodos disponibles en elmercado actualmente abarca un amplio campo. Como ejemplo cabe citar los diodosrectificadorespuros , diodoszener, diodosvaricap , diodosLED, etc.

LOS CIRCUITOS INTEGRADOS

Constituyen la generacin ms joven del elenco disponible para trabajar en la gran obra de laelectrnica. Son rpidos, con nuevas ideas y su contratacin en cualquier representacin que seprecie se traducir en un importante ahorro, tanto en dinero como en esfuerzo, a la hora de disear elguin a seguir. Su truco para conseguir esto es sencillo: aplicar el refrn "la unin hace la fuerza ".Internamente estn conformados por un gran nmero detransistores , incluso por miles de ellos, ydiodos especialmente caracterizados para trabajar en conjunto.


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RESISTENCIAS

Son un elemento indispensable dentro del mundillo electrnico. Con su cuerpo coloreado dan el tonofestivo a cualquier circuito. Dicha vistosidad no responde a un afn de destacar por encima del resto

del "reparto " sino ms bien a la imperiosa necesidad de demostrar al mundo, y nunca mejor dicho, loque valen. "Por sus bandas de colores las conoceris ".

CONDENSADORES

Suelen aparecer tambin con relativa asiduidad en casi cualquier circuito. Son algo ms estirados quelas resistencias ya que, para empezar, no les da igual el tipo de tensin con la que trabajan; son unpoco veletas y modifican su carcter segn les toque bregar con tensiones alternas o continuas.

Tambin gustan de lucir atuendos de colores aunque no lo hacen con tanta frecuencia como suscolegas las resistencias. Existe un cuerpo de elite dentro del conjunto de loscondensadores queresponde al nombre de "condensadores electrolticos ". Para destacar del resto suelen lucir un"uniforme " azul o negro y ciertas "insignias " con logos tales como "+ " y "-".


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BOBINAS

Son, casi siempre, las ms fciles de identificar. Su aspecto de hilo de cobre enrollado no les permitemuchos lujos y, aunque por su modestia pudiera parecer que van por el mundo desnudas, esto no es

as. Todas ellas visten un invisible traje de laca aislante y trasparente que las preserva tanto del climaambiente como de incmodos roces entreespiras continuas. Que qu es una espira ? Pues basteindicar aqu que cada una de las vueltas que hace el hilo de cobre esmaltado, es su correctadenominacin, para conformar la bobina responde a dicho nombre. Dentro de la sociedad de bobinasexiste tambin cierto clasismo: las ms humildes de las bobinas se ven obligadas a dar vueltas sobreun ncleo central imaginario, mientras que las de mejor posicin social cuentan con ncleosespecializados, por ejemplo, uno muy comn llamadoferrita, que les permiten aumentar su categorafcilmente y realizar su trabajo en el circuito con menor esfuerzo.

TRANSFORMADORES

Son, por mucho que intenten negarlo, tan solo un tipo especializado debobinas . Como ocurre entoda sociedad, en el mundo electrnico tambin existe un grupo de elementos que intenta defender,no con poco corporativismo, su independencia y excelencia. Estos son sin duda lostransformadores . No cabe duda de que el trabajo desarrollado por estos no es nada despreciable,pero seamos sinceros, el transformador no es ms que el matrimonio de conveniencia de dos bobinassolitarias. Su misin es de suma utilidad: domar latensin que reciben y entregarnos a cambio otratensin que se adapte a lo solicitado por el director de obra. Sus condiciones de trabajo obligan a estepar de bobinas a protegerse con un traje de cierta robustez denominado "armadura ". Su aspectocuadradote y macizo hace que identifiquemos rpidamente al transformador. Pero, como no poda sermenos, aqu tambin hay excepciones: a veces, aunque no muy frecuentemente, los transformadoresnacen de la unin de tres o incluso ms bobinas.


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INTERRUPTORES, CONMUTADORES Y PULSADORES

Cmo no incluir en este reparto de protagonistas electrnicos a todo el conjunto de dispositivos que,sin ser propiamente electrnicos, nos permiten interrelacionarnos con ese mundo y, aun

disminuyendo de tamao y aumentando sus prestaciones, son totalmente imprescindibles. Cualquiercircuito que se precie deber ofrecernos algn que otro pulsador, interruptor o similar. Por lo menoshasta que los montajes accionados por la voz humana estn a la orden del da.

CIRCUITOS IMPRESOS

La verdad es que los circuitos impresos no pueden ser considerados estrictamente comoverdaderos protagonistas de la obra electrnica. Mas bien pertenecen al mundo de la tramoya, esdecir, al conjunto de accesorios precisos para que los verdaderos protagonistas, esto es, loscomponentes, se luzcan. Que cmo se distingue elcircuito impreso , pues muy sencillo: no tenemosms que observar la superficie donde los componentes estn situados. Dicha superficie aparecesurcada por numerosas lneas -las pistas del mismo- y contiene multitud de pequeos orificios debordes plateados que estn predestinados a servir de alojamiento a las patillas de los componentes.


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UNIN DE COMPONENTES

Una vez conocido el reparto, misin que modestamente pretende esta obra, podremos prepararcualquier funcin electrnica que se nos ocurra. Parece claro que con solo conocer las piezas que

componen nuestro rompecabezas electrnico no tendremos suficientes datos como para poder iniciaruna puesta en escena de cualquier dispositivo, por sencillo que este sea. Para poder realizar estodeberemos conocer no solo loscomponentes bsicos de un circuito sino tambin el "guin " a seguirpor cada uno de ellos, es decir, las normas y leyes electrnicas que rigen su funcionamiento. Conocerbsicamente la Ley de Ohm o los diferentes tipos deconjuntos circuitales sern para nosotros loque para un actor es saber diferenciar el drama de la comedia.

Los diferentes "actos " involucrados en nuestra "obra " responden a nombres tales como:amplificador, oscilador , comparador , multiplexador, fuente de alimentacin , etc. Podremosconocer los actores (componentes ) bsicos que forman parte de cada uno de estos actos.

Una vez conocidos loscomponentes , y los bloques que pueden constituir cada uno de ellos,podremos enlazar dichos bloques para formar circuitos de mayor envergadura.

Para resumir un poco los conceptos explicados hasta ahora nos conformaremos con indicar que todocircuito electrnico , por complejo que pudiera parecernos, puede ser descompuesto en bloquesbien diferenciados, de forma que podamos analizarlo de una manera bastante sencilla. Si, adems,conocemos los elementos que constituyen cada uno de los componentes podremos analizar endetalle cada uno de los bloques que forman el circuito total. Esto nos permitir analizar, reparar,modificar y, por qu no, mejorar un circuito dado.

APLICACIONES GENERALES DE LA ELECTRNICA

A ciencia cierta slo tendramos que pararnos a observar la serie de procesos que se han vistoafectados por el mundo de la informtica, al fin y al cabo una rama especializada de la electrnica ylos ordenadores. Con este campo bastara para afirmar que la electrnica est hoy da en todaspartes.

Pero nosotros no queremos conformarnos con eso. Miremos a nuestro alrededor. Si nos encontramosen la sala de estar de nuestra casa podemos ver objetos que a simple vista nos son totalmentecomunes y a los que no se nos hubiera ocurrido sealar como influidos por la electrnica. El equipode msica, el vdeo y el televisor son objetos claramente pertenecientes a la era electrnica pero yla mesa del saln? S, la mesa. Puede parecernos sorprendente a primera vista. Cmo puede estar


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involucrada la electrnica con la mesa? No es de locos, no. En efecto, la mesa es de maderaestndar, nada relacionado con materiales o aleaciones extraas.

Pero nos hemos parado a pensar en el proceso de fabricacin que siguen los muebles de nuestracasa? Queda claro que las industrias ms "tradicionales " siguen realizando un trabajo artesanal pero

no as las modernas fbricas de muebles. El proceso de cortado de los tablones precisos paraconformar esa mesa se habr realizado con moderna maquinaria de corte, gobernada por uncomplejo sistema denominado "de control numrico ". Como ya habremos adivinado, bajo este curiosonombre se esconde un ms o menos complejo sistema de ordenador, el cual, al final no es ms queun circuito puramente electrnico.

Podemos asegurar, sin miedo a equivocarnos, que casi cualquier objeto que poseamos ha podido serdiseado, comprobado y/o fabricado por ordenador lo cual, como vemos, da un papel ms queprotagonista a la electrnica.

Vayamos ahora al mundo exterior. La comunicacin, entendida en su forma global, conlleva unaestrecha relacin con la electrnica. Podemos comenzar por loscoches y ver que no slo se

disean, comprueban y fabrican, mediante procesos que implican tecnologa electrnica, sino queellos mismos incorporan hoy da avanzados y complicados equipos destinados a hacer su conduccinms segura y confortable. Hablamos con cierta facilidad del sistemaABS, el ordenador de a bordo, elclimatizador; pues bien, estos no son sino circuitos electrnicos aplicados al mercado automovilstico.

La navegacin , tanto area como martima, se ha visto asistida de una forma tremenda por el campoelectrnico. Los modernos sistemas de navegacin posibilitan que barcos y aviones surquen grandesdistancias con total fiabilidad y seguridad. Est claro que los pioneros de la navegacin martima y

area no precisaban de estas tcnicas pero no cabe duda de que los progresos ms espectacularesen estos campos deben mucho a la electrnica. Por poner un ejemplo, cabra preguntarse: cmo


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podramos sin sistemas electrnicos hacer volar un avin entreMadrid y Nueva York con un errormximo de 1 km o conseguir que el mismo avin aterrice de forma totalmente automtica, es decir,sin participacin de los pilotos, en condiciones de niebla cerrada? No cabe duda de quela electrnica es indispensable en muchos campos.

Podramos citar tambin el desarrolloastronutico habido estos ltimos aos o la tristementeclebre carrera de armamentos , donde tambin, por desgracia, la electrnica est presente.Cualquier actividad, desde la agraria a la aeroespacial, pasando por sectores tan dispares como elbancario, el musical, el mdico, el cinematogrficoo el puramente ldico estn haciendo un uso masivo de los ltimos avances dentro del campoelectrnico.

Hace tan solo unos aos no podamos haber imaginado salir a la calle sin dinero, o sin lacorrespondiente cartilla o chequera para hacer efectiva cierta cantidad en metlico en nuestro banco.Hoy en da es comn llevar encima la tpica tarjeta bancaria con la que poder ir al cajero electrnico yhacer efectivo el dinero que sea menester. Es un poco arriesgado considerar a la tarjeta bancaria

como circuito electrnico propiamente dicho, o al menos lo era hasta hoy. Las tarjetas de crdito, obancarias, incorporan una banda magntica en la cual se han pregrabado ciertas informaciones. Ellector magntico presente en los cajeros automticos nos permite "sacar " esta informacin y, juntocon la clave que debemos introducirle a travs de un teclado, comunicar con el ordenador central, elcual enviar, una vez hechas las oportunas comprobaciones, la orden de entregar el dinero al cajeroautomtico.

Decamos antes que es difcil calificar a la tarjeta bancaria como circuito electrnico. Pero estotambin est cambiando. Las modernas tarjetas de crdito incorporarn un microcircuito electrnicocapaz de realizar ciertas operaciones "inteligentes " con lo que si se podr calificar de dispositivoelectrnico a una simple tarjeta de crdito.


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Otra vertiente donde podemos observar el auge de este tipo de electrnica de control es en lastarjetas de "telfono ". Este tipo de tarjetas incorpora, al menos enEuropa, un microcircuito que seencarga de controlar el crdito "telefnico " de que disponemos.

El aspecto ldico es otra de las vertientes donde la electrnica se ha volcado en los ltimos aos.

Quin no las ha utilizado al menos conoce las clebres "consolas " de juegos. Queda claro que enste, como en otros aspectos, el detonante claro del ingenio del diseador es uno: la ganancia decantidades ingentes de dinero. De todas formas, y sin necesidad de encuestas previas, es seguro quela chiquillera estar completamente de acuerdo con la investigacin desarrollada en este campo.

Un campo donde la electrnica est no slo presente sino que es la principal protagonista es el de lainformtica. Todos y cada uno de los equipos involucrados en la parafernalia informtica respondena un diseo puramente electrnico. Desde el monitor a laCPU(Unidad Central de Proceso), pasandopor el teclado, la impresora, las memorias, etc., todo es pura y simple -sta no es la palabra msadecuada- electrnica.

Para terminar un poco este primer vistazo a lo que son las aplicaciones electrnicas podramos

centrarnos en un ejemplo de lo ms extendido: latelevisin .


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Vamos a intentar centrarnos ahora en un solo dispositivo electrnico y a explicarlo de la forma mssencilla que seamos capaces. Para comenzar debemos hacer notar que una televisin incorpora, opuede hacerlo, electrnica de todo tipo. Nos explicamos: el propio tubo de imagen del televisor no esms que un tipo sofisticado de vlvula electrnica. Segn sea la edad del equipo as ser la

tecnologa que incorpore el mismo. Puede ser un antiqusimo equipo de vlvulas o un modernoequipo de color con los ltimos avances en tecnologa digital, ms adelante veremos que es esto.Pero sea cual sea la edad del televisor est claro que incorporar electrnica de muy diversa ndole.

Cmo esta constituido un sistema deTV? En principio bastar observar las ilustraciones adjuntaspara darnos cuenta de que podemos comprender de forma genrica el funcionamiento del sistema y,si as lo deseamos, profundizar en el mismo todo lo que sea menester.

Tema aparte ser la TV,pero sirva esta introduccin a modo de ejemplo de como podemos entenderla electrnica de casi cualquier equipo y de que, si queremos, podemos llegar a conocer hasta el msmnimo detalle del mismo.


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1.2 PRINCIPOS DE ELECTRONICA

INTRODUCCION A LA TEORIA DE CORRIENTE AC/DC

El trmino ingls AC/DC no solo es el nombre de un famoso grupo de rock sino que coincide,adems, con la abreviatura inglesa que corresponde a las espaolas de Corriente Alterna yCorriente Continua. En ingls corriente alterna es AC (Alternating Current) y corriente continuaes DC (Direct Current), pero vamos a adentrarnos ahora en su significado tcnico.

Pese a la diversidad de aparatos elctricos y electrnicos que pululan por el mundo, todos ellosposeen un punto de encuentro: precisan de energa elctrica para ser alimentados. Como yasabemos, la electricidad no es ms que una forma de energa cuya presencia puede obtenerse pordiversos procedimientos; si los enumerramos, y el tema se diera por finalizado, sin duda estaramosante un sencillo captulo de los que engloba esta obra, pero no, no: el destino vuelve a complicar lascosas y estamos ante la coexistencia de dos tipos de energa elctrica de diferentes caractersticas.

Como ya habremos deducido al leer la introduccin de estas lneas, los dos tipos de energa en losque podemos subdividir la energa elctrica responden a las denominacionesCorriente continua yCorriente alterna (para abreviarCC y CA).

La forma y fuentes de obtencin de los dos tipos de corriente difiere apreciablemente. A modo deintroduccin, podemos citar como fuentes con presencia de corriente de tipo alterna las siguientes:- La torreta de la luz que pasa por el barrio.- El enchufe que tenemos en la pared de casa.- La toma de salida de un transformador.- Los bornes de conexin de un alternador.

Mientras que, como puntos de origen de una corriente continua, podemos citar:

- Los bornes de una pila.- La salida de una dinamo (generador deCC).- La alimentacin de batera de un coche.- Las conexiones de un acumulador o pila recargable.


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GENERACIN DE CORRIENTE. TENSIN Y FRECUENCIA

La obtencin de energa elctrica conlleva diversos mtodos. La transformacin de otros tipos deenerga en energa elctrica es el mtodo ms usual. Entre los procedimientos utilizados podemos

destacar los qumicos, mecnicos, trmicos, nucleares, elicos, solares, etc. Pero, para comenzarcon uno de ellos, hablaremos del ms extendido y, a la vez, ms sencillo: la generacin de corrientede tipo alterna a partir de una conversinmecnico-eltrica .

Este es el caso de las centrales de generacin situadas en grandes presas. La fuerza procedente dela liberacin del agua se utiliza para mover enormes turbinas que, a su vez, accionan potentesgeneradores de energa elctrica. En la ilustracin podemos ver una muestra simplificada de lo queconstituye un generador de corriente alterna. Para facilitar su entendimiento, debemos imaginar unmotor elctrico trabajando en modo reversible, esto es, a un motor elctrico se le suministra energaelctrica y este genera, mediante su giro, energa de tipo mecnico. Si partimos de la hiptesis deque dicho motor pudiera funcionar en modo inverso, esto es, reversible, suministraramos al mismouna cierta cantidad de energa mecnica (girando su eje de algn modo) y nos entregara en susbornes una tensin determinada (energa elctrica). Aproximadamente, esto es lo que ocurre en losgeneradores de las centrales elctricas. Se toma una cantidad ingente de energa almacenada (aguaen el caso de una presa) y se conduce de forma que accione ciertas turbinas que son solidarias al ejede los generadores elctricos. Nos creemos ya que en la salida de dichos generadores se obtiene laenerga elctrica buscada pero cmo operan estos generadores internamente?

En la ilustracin podemos ver una espira de hilo situada en el centro de un campo magntico(representado por los imanes etiquetados como"N" y "S" ) la cual se supone que es la representacinsimplificada de un buen nmero de espiras (al conjunto de todas las que tiene un motor o ungenerador se le denomina bobinado). Tenemos que explicar ahora lo que sucede en la espira de hiloal hacer girar esta dentro de un campo magntico. El campo magntico que atraviesa la espira mvilde hilo conductor origina que en los extremos de la misma se produzca una diferencia de potencial (otensin elctrica).


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Como quiera que los extremos de dicha espira se conectan a un par de anillos circulares que sesitan sobre el eje del generador, tendremos entre ambos un voltaje determinado. La forma en queconseguimos acceder a dicha tensin es conectando un par de hilos conductores a los anillos desalida. Para ello tendremos que utilizar algn mtodo de conexin a los mismos y que sea tambin

conductor. Estamos hablando de las escobillas, que son conductoras y, mediante cierta presinmecnica, aseguran la perfecta unin entre los anillos de salida circulares y los cables quetransportan la electricidad de salida.

En el caso de los generadores reales, la espira es un bobinado (ms o menos complejo) conectado aun par de escobillas (o a un sistema de ellas) y su salida suele ser de una tensin bastante elevada.

Hay un punto que no puede pasarnos desapercibido en el proceso"ideal" descrito y este es elcarcter VARIABLEdel campo magntico inducido. Como parece lgico, la tensin presente en losextremos de la espira (o del bobinado) situada en el interior del citado campo, no es siempre de igualmagnitud, ya que esta depender de la superficie de la espira que sea atravesada por el citadocampo magntico. De aqu podemos deducir ya que la tensin en bornes del bobinado del generador

no es de naturaleza estable, sino que sufre variaciones alternas (vara su polaridad si tenemos encuenta el nivel de seal correspondiente al valor cero) directamente proporcionales en un lapso detiempo a la velocidad con que se mueva (gire) la espira dentro del campo magntico. De ah que estetipo de corriente se denomine corriente alterna.

Si estuviramos en presencia de una tensin de carcter continuo, el valor presente de tensin seraestable, mientras que, en el caso de la tensin obtenida del generador descrito, obtenemos unatensin variable en el tiempo.

En un eje de coordenadas, la tensin de tipo continua no ofrece ninguna dificultad: se trata de unalnea continua paralela al eje de abscisas (lnea de coordenada horizontal). Pero, cuando se trata dela tensin alterna, la cosa cambia. En una de las ilustraciones adjuntas podemos ver formas de onda

(tipos) de seales. Dichas seales podran representar sin problema grficas de tensiones dadas. Laseal etiquetada como tipo b responde a una forma de onda sinusoidal. La representacin de unatensin alterna responde exactamente a este tipo de grfica. Como podemos ver, la tensin vale ceroen un instante dado (ninguna lnea de campo magntico atraviesa la espira ) hasta tomar un valormximo (el punto en que la espira es atravesada por el mayor nmero posible de lneasmagnticas ). Entre estos dos valores existe una variacin del valor real de tensin que secorresponde con las diferentes posiciones intermedias de la espira.

Una vez que la espira ha pasado de estar en posicin vertical a posicin horizontal (valor de tensinmxima) la espira contina con su giro; pero esta vez, y debido a la simetra de la construccin delgenerador, se pasa a valores decrecientes de tensin, hasta llegar a valer cero de nuevo.

Debido al sentido de circulacin, tanto del campo elctrico como del magntico, en la espiraestudiada, al seguir sta girando (habamos llegado a los 180 grados de rotacin) se origina unatensin creciente pero de sentido (o polaridad) inverso a la anterior.

La suma de seales de los continuos giros de la espira originan la seal de tensin alterna descrita.

Ha llegado el momento de explicar una nueva unidad electrnica ya que, adems, a la idoneidad delmomento se une la "necesidad " de hacerlo; se trata delHercio. Para definir esta unidad, slotenemos que fijarnos en que las variaciones del valor de tensin cambian a un ritmo constante. Cadacierto perodo de tiempo se origina una repeticin de la seal. De aqu podemos deducir que estamosen presencia de una seal cuya variacin se da cada ciertoPERODOde tiempo o, lo que es igual,que la seal de tensin vara con unaFRECUENCIAdada.


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Al nmero de veces que la seal se repite durante un segundo se le asocia la magnitud "Frecuencia ".La tensin de red, esto es, la que hay en nuestros hogares, vara a una frecuencia de 50 veces porsegundo. A la unidad de medida de la frecuencia se la denominaHercio o, para abreviar,Hz.

Existe una relacin lineal entre la frecuencia de una seal elctrica y el perodo de la misma. Si

observamos la ilustracin, podemos ver que el perodo (representado por la letra T) se mide en elsentido de evolucin de la variacin de la citada seal, de donde se deduce que el perodo se mideen unidades de tiempo. La misma figura nos ilustra la relacin existente entre frecuencia y perodo:una es la inversa de la otra o, dicho de otro modo,F = 1/T.

Al tiempo transcurrido entre el comienzo y final de una seal variable se le denomina perodo y, comoes lgico, al transcurrido en la mitad de dicha seal, semiperodo.

La tensin de red de la mayora de los hogares europeos tiene una frecuencia de50 Hz, esto es, se

repite peridicamente en forma sinusoidal 50 veces por segundo y su perodo es, por lo tanto, de1/50segundos .

GENERACIN DE CORRIENTE CONTINUA

Aunque la forma de generar corriente elctrica, descrita arriba, sea una de las ms extendidas,existen otras, tambin de amplia difusin. Por ejemplo, a la hora de generar corriente continua sesuele recurrir a las pilas elctricas o a un tipo especial de generador denominado "dinamo ".


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La manera ms amplia de difusin de energa elctrica de la denominada continua es a travs de laspilas y acumuladores recargables. Las pilas responden a un efecto de tipo qumico. El funcionamientoresumido de una pila elctrica es el siguiente: Tomamos dos barras de elementos qumicos diferentescomo, por ejemplo, el carbn y el zinc, y los sumergimos en una solucin de agua y cido sulfrico.

Dado que el cido ataca al zinc ms rpidamente que al carbn, se origina entre estos dos materialesuna diferencia de potencial. Dicho montaje constituye la base de una pila elctrica. Para denominar alas dos barras se utiliza la denominacin de "electrodos ", mientras que la solucin acuosa dondeestos se sumergen se denomina "electrolito ".

Existen generadores qumicos, para abreviar "pilas", que tienen una vida limitada. En el quepresentamos, en la conexin de los electrodos (bornes ) de la pila de un circuito elctrico a alimentarse produce una corriente de electrones entre el polo negativo (Zinc) y el positivo (Carbn) a travsdel circuito alimentado; a continuacin, los electrodos retornan a la barra de zinc a travs de lasolucin cida. Cuando el electrodo de zinc queda completamente corrodo por la accin del cido, lapila ha llegado al final de su vida.

Dentro de las pilas de vida limitada destaca la pila seca o "Leclanch ", la cual aporta una ventajadefinitiva a las anteriormente comentadas ya que, en vez de utilizar una disolucin lquida comoelectrolito, usa una pasta que realiza las mismas funciones. Todo ello, unido al hecho de que la pilaest completamente sellada, ha contribuido a su masiva utilizacin.

En las pilas secas se utiliza un cilindro contenedor de zinc, el cual aloja en su interior una barrita decobre que desempea el papel de polo positivo de la misma.La tensin que suelen ofrecer este tipo de pilas es de 1,5 voltios. Existen pilas de tensiones mayoresque no son sino un conjunto de pilas de 1,5 V empaquetadas en un mismo encapsulado.

ltimamente, el aumento del consumo y una mayor miniaturizacin de los diferentes equipos ydispositivos electrnicos que se alimentan aCC han forzado la aparicin de nuevos tipos de pila, deentre los que podemos destacar las pilasMercury y las de tipo alcalino. Las pilas Mercury seconocen popularmente como pilas "botn " debido a que guardan cierta similitud con este objeto, encuanto a forma y tamao. Adems de su pequeo tamao, la caracterstica ms interesante de estaspilas es poder suministrar una tensin mucho ms constante y una intensidad entre 4 y 7 vecessuperior al tipoLeclanch. Asimismo, sealaremos que funcionan a partir de una mezcla de xido demercurio y carbn contenidos en un encapsulado de hierro.

Las pilas alcalinas operan con una mezcla de zinc y bixido de manganeso y su eficiencia en circuitosde elevado consumo es sensiblemente superior a los otros tipos.


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Respecto a la utilizacin de generadores deCC podemos destacar la dinamo, nombre bajo el que seengloba un tipo de generador de tensin del tipo "conversin mecnica-elctrica y que, en la prctica,se asemeja bastante al generador de CAantes descrito.

Si observamos el esquema interno simplificado del generador deCC que aparece en una de lasilustraciones, podemos comprobar su gran similitud con el generador deCA, pero con una ligerasalvedad: la salida hacia las escobillas no se hace por un par de conexiones en anillo sino sobre untipo de semianillos que realizan la funcin de mantener constante la polaridad de la seal (tensin) desalida.

El funcionamiento bsico, es decir, el elctrico es similar al generador deCA pero, cuando en aqulse produca una inversin de polaridad por el efecto giro de la espira, aqu queda obviado pues, estetipo de conexin de salida invierte fsicamente las conexiones elctricas de la espira.

En la prctica, tal y como suceda tambin con los generadores deCA, no se trabaja con una espirasino con un buen nmero de ellas. Al conjunto de espiras se le denomina bobinado, y si este se sita

en la parte rotatoria del generador se dice que la dinamo es del tipo de rotor bobinado. El campomagntico inductor creado por el estator puede ser de imanes fijos o bien tambin del tipo bobinado.La salida del bobinado se hace llegar a un conjunto de conexiones, situadas en el eje del generador,denominadas "delgas ". Al conjunto de conexiones giratorias sobre el que rozarn las escobillas, se leconoce como colector de delgas.

La seal obtenida en la salida del generador deCC se asemeja a la de clase d, de la representacinde seales tipo adjunta. Como vemos, se trata de una tensin continua, en el sentido de que no varade polaridad, pero pulsatoria.


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APLICACIONES DE AC/CD

La electrnica terica est muy bien para sentar ciertos conocimientos bsicos pero, a la horade la verdad, debemos enfrentarnos con dispositivos "prcticos" que pueden, o no, tener que

ver con la teora. Qu es alta tensin? Cmo opera un transformador? Qu obtenemos enuna fuente de alimentacin? stas y otras cuestiones sern analizadas a continuacin.

Cuando tratamos con un generador, o cuando compramos una pila, podemos precisar elconocimiento de ciertos parmetros ms, los cuales no han sido comentados hasta ahora. Sitrabajamos con circuitos conectados a la red del hogar debemos tener en cuenta qu se entiende porbaja tensin y alta tensin. Al conectar a la red una fuente de alimentacin podemos obtenertensiones reducidas con respecto a la de la red pero de qu tipo de tensin se trata? Aparte de losgeneradores mecnicos existen otras fuentes de energa alternativas (ecolgicas o no). Pero, para

empezar, con todas las dudas que nos puedan surgir con respecto a la utilizacin de diferentes tiposde tensiones disponibles en el mundo real, vamos a explicar cmo y por qu se trabaja con tensionesalternas, continuas, alta tensin o baja tensin.

LNEAS ELCTRICAS, ALTA Y BAJA TENSIN

Una de las particularidades de la corriente continua es su gran prdida en potencia cuando estransportada a grandes distancias. sta es una de las razones de que las centrales elctricasgeneren tensiones alternas, las cuales se pueden trasladar a grandes distancias en forma deelevadas tensiones y baja intensidad. A todos nos son familiares las torretas de conduccin para

lneas de alta tensin.Una vez que la energa elctrica se hace llegar a ncleos de poblacin o industriales -en forma dealta tensin- se procede a su adaptacin (transformacin) a niveles de tensin utilizables por losdestinatarios. Las centrales de transformacin elctrica se ocupan de esta misin. La legislacin seocupa tambin de definir el mbito de lo que se entiende poralta y baja tensin (A.T. y B.T.). En lasdisposiciones generales del "Reglamento electrotcnico de AT y BT " se especifica lo siguiente: "se considerarn como instalaciones de baja tensin ( BT ), tanto para corriente continua como para corriente alterna, aquellas en las cuales las tensiones nominales utilizadas sean inferiores a mil voltios, y como instalaciones de alta tensin, las de tensiones nominales de mil voltios y superiores ";as que ya tenemos un punto de partida -legal, por supuesto- para delimitar lo que es alta y bajatensin.


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En la prctica, y enBT, se suele operar con tensiones de CA de 220 V o, en entornos industriales,con 380 V, mientras que las altas tensiones manejadas por las lneas de distribucin elctrica puedenllegar hasta los 220.000 V.

PILAS Y TRANSFORMADORES EN LA PRCTICA

A la hora de adquirir una fuente de CC, es decir, una pila, nos suele bastar con pedir una pila de talgrosor y de 1,5 V 9 V. Pero existen otros parmetros dentro del mundo de las pilas que no debemospasar por alto.

- Tensin : la tensin (en circuito abierto) de una pila viene determinada por su composicin qumica.Por ejemplo, la tensin de un elemento de zinc-carbn puede oscilar entre 1,5 y 1,6 V.

- Resistencia interna : cuando se conecta en los polos de la pila un circuito dado la tensin en bornesde la misma es siempre inferior a su tensin nominal. Dicho efecto de debe a la "resistencia interna"de la pila. Esta resistencia es intrnseca a los materiales qumicos -que no son conductores perfectos-

empleados en la fabricacin de la misma. sta aumenta con el uso, el paso del tiempo y elincremento de la temperatura. Cuando la resistencia interna aumenta demasiado la pila quedainutilizada.

-Capacidad : se define como la posibilidad que tiene una pila para mantener su tensin nominal enbornes, incluso en condiciones de carga mxima, y est ntimamente ligada a la resistencia de dichacarga. En la capacidad de una pila pueden influir tanto el tipo de carga como las dimensiones de lapila, el periodo de conservacin de la misma y las temperaturas de funcionamiento yalmacenamiento.


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Cambiando de tema, y dentro de las propiedades de que goza la corriente alterna, est la posibilidadde utilizar cierto dispositivo para elevar o reducir el valor nominal de una tensin dada. Se trata, comoya habrn supuesto los lectores, del transformador.

Al igual que ocurre con ciertos dispositivos mecnicos, a veces es preciso convertir la energadisponible segn sea la aplicacin a la que queramos destinar sta. Por ejemplo, la caja de cambiosde un coche adapta la energa extrada del motor de forma y manera que sea la ms adecuada parael momento de la conduccin. De igual manera, el transformador realiza una adaptacin de la energaelctrica disponible para "adaptarla " a la fuente de consumo final.

Cabe indicar aqu que, al igual que ocurre en el smil mecnico, la operacin realizada es una simpleconversin o adaptacin pero en modo alguno se podr modificar la potencia elctrica disponible enlas patillas de entrada del transformador.

El transformador basa su operativa en el principio de la induccin electromagntica. Consta de uno oms bobinados, los cuales estn magnticamente autoinfludos entre s, esto es, se encuentranacoplados magnticamente: la corriente que recorre un devanado induce una tensin en el otro (o losotros). Esto constituye una inductancia mutua entre ambos bobinados.

En la ilustracin se puede observar la pareja de bobinados que constituye el transformador. Elbobinado donde conectaremos la tensin a transformar se ha dado en denominar "bobinado primario ", mientras que el bobinado del cual se obtendr la tensin transformada se denomina"secundario ". La base operativa del mismo depende tanto del nmero de espiras que contengan losdevanados (bobinados) como de la tensin aplicada en la entrada del primario.


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OTRAS FORMAS DE TENSIN ALTERNATIVAS

Existen otras formas de obtener tensin y, aunque sea de manera resumida, queremos nombrarlas acontinuacin:

Fuentes de alimentacin : son dispositivos electrnicos -que veremos ms adelante- y suelen tomarla tensin alterna de la red para convertirla en una baja tensin de tipo continua que, a veces, sueleser de tipo ajustable.Acumuladores : responden a los mismos principios que las pilas pero ofrecen la ventaja aadida deque pueden ser recargados una vez que se hayan agotado. Su tensin nominal suele ser de 1,2 V.Los ms difundidos son los de Nquel-Cadmio (Ni-Cd).Batera de coche : no es ms que un acumulador bastante especializado. Consta de un conjunto deelementos (normalmente 6) agrupados para que ofrezcan una tensin continua de unos 12 V. Una desus principales caractersticas es su gran capacidad.Efecto piezoelctrico : ste hace uso de un principio segn el cual algunas sustancias (cristales)hacen aparecer una diferencia de potencial en sus caras al aplicarles cierta presin. Este se conoce

como efecto piezoelctrico. Los micrfonos de tipo piezoelctrico, por ejemplo, hacen uso de esteefecto.Efecto fotoelctrico : las clulas solares o el conjunto de estas (paneles solares) hacen uso de esteefecto. Cuando la luz incide sobre las dos capas del material fotosensible que las constituye segenera entre ellas una d.d.p. susceptible de ser utilizada para alimentar una carga. La alimentacinde, por ejemplo, un repetidor de TV o telefnico en un sitio recndito es un buen campo de aplicacinpara las fotoclulas.Energa elica : es de amplia aplicacin en lugares de fuertes vientos. No es otra cosa quegeneradores dotados de palas de gran superficie solidarias al eje de los mismos. La fuerza del vientohace el resto.


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COMPONENTES ELECTRONICOS EN CD

Puede que una vez conocido el reparto que "actuar" en nuestra obra no tengamos muchasesperanzas de que su "puesta en escena" sea un xito total. Pero... dmosles una oportunidad

a los protagonistas. Su primera "representacin" ser en el escenario de la corriente continua.

El enunciado de laLey de Ohm, por mucho que intentemos evitarlo, nos perseguir durante todanuestra vida de aficionado al mundillo electrnico. Para no pasar de hoy mismo sin conocer a fondoeste asunto, vamos a hacer un alto (por lo dems, imprescindible) en el camino de nuestra obra a finde describir este tema detalladamente.

En el siglo XIX, el fsico alemnGeorg S. Ohm se ocup de investigar la relacin de proporcionalidadexistente entre la corriente elctrica (I) y la tensin (V). Dicha relacin se demostr como lineal enaplicaciones donde se utilizara la corriente continua. En el ao1826 public los resultados de susexperimentaciones.

La Ley de Ohm se aplica de forma sencilla a los circuitos bsicos deCC y a todos los dispositivosque empleen esta corriente.

La unidad de resistencia elctrica se denominaohmio, en honor del mencionado investigador. Larepresentacin de la misma se realiza con la letra griega "omega " ( ). La definicin formal de laLeyde Ohm viene a expresarse as: "La intensidad de la corriente presente en un circuito elctrico es igual a la tensin en extremos del mismo dividida por su resistencia ". Las unidades manejadas paraque la citada frmula se cumpla son: la tensin (V) expresada en voltios, la corriente elctrica (I) enamperios y la resistencia elctrica (R) en ohmios.

La forma en que laLey de Ohm se comporta linealmente se puede explicar de una manera sencilla yrpida. Imaginemos una tensin constante ejemplo, de 220 V alimentando a una resistenciasusceptible de ser variada arbitrariamente, posteriormente veremos que dicha resistencia existe y sela denomina potencimetro. Si la resistencia toma un valor de 22 ohmios la intensidad ser de220/22=10 A. Pero si ahora variamos el valor de la resistencia conectada en el circuito anterior, latensin sigue siendo igual a 220 V y, supongamos, la resistencia toma un valor doble al que tenaanteriormente, esto es, 44 ohmios, la intensidad ser esta vez igual a220/44=5 A.


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Como vemos, la frmula deOhm se comporta linealmente, es decir, si duplicamos la resistencia(manteniendo V constante) el valor de la intensidad que circula por el circuito se divide por dos.

LA POTENCIA ELCTRICA

Antes de continuar con los circuitos en CC hemos de adentrarnos en el conocimiento de una nuevamagnitud:la potencia elctrica . La potencia elctrica viene a ser la medicin de la capacidad paradesarrollar un trabajo por parte, por ejemplo, de la tensin. El trabajo producido por dicha tensin alser aplicada en una resistencia dada puede traducirse en calor (como es el caso de un calefactor), enenerga luminosa, como sucede en las lmparas y otros elementos similares.

La potencia elctrica (P) se mide en vatios y se puede expresar en trminos elctricos que nos sonmucho ms conocidos. Por ejemplo, la frmula que nos expresa la potencia consumida (en vatios) alfluir una intensidad (en ohmios) a travs de un circuito alimentado por una tensin dada (en voltios)es la siguiente: P=V * I (donde P es el smbolo de la potencia).

La ley de Ohm liga de alguna manera los conceptos de tensin, intensidad y resistencia. La potenciaes una magnitud elctrica ms y puede, por tanto, ser expresada en funcin de cualquiera de lasotras magnitudes mencionadas.


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LOS COMPONENTES ANTE LA C.C.

Hasta este momento hemos aplicado laLey de Ohm sobre una resistencia y hemos visto como secomportan la intensidad y la tensin en bornes de esta. Ahora vamos a dejar de lado, por un

momento, las resistencias y comenzaremos a estudiar el comportamiento de condensadores ybobinas ante el paso a travs de ellos de una corriente de tipo continua.

LAS BOBINAS FRENTE A LA C.C.

Cuando se hace circular una corriente continua a travs de una bobina, esta se comporta, a efectosresistivos, como un hilo conductor y ofrece al paso de la misma una resistencia que depender delmaterial conductor (cobre, plata, aluminio, etctera).Pero, adems, una bobina sometida a la variacin que supone pasar de estar con sus extremos alaire a ser conectada a una diferencia de potencial, genera a su alrededor uncampo magntico , de

algn modo igual al generado por un imn permanente.

La circulacin de una corriente a travs de un hilo conductor genera tambin alrededor del mismo uncampo magntico, el cual es muy pequeo. Cuando arrollamos dicho cable en espiras, es decir,conformando una bobina, obtenemos una "suma " de campos que origina que la inductanciamagntica generada sea de mucha ms magnitud.


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La inductancia se suele representar por la letra "L" y, como ya hemos mencionado, es prcticamentenula en un conductor recto, el cual slo posee cualidades resistivas. Pero, si nos fijamos en unconductor arrollado, vemos que la aplicacin de una tensin en sus extremos origina una inductancia(L) mayor. Dicha inductancia presenta la "originalidad " de ofrecer, ante la presencia de unafuerza

electromotriz generadora, una fuerza contralectromotriz que tiende a oponerse a la primera.

El tiempo que tarda la corriente en llegar a su valor mximo depende tanto del valor resistivo uhmico de la bobina, para entendernos, como de la inductancia de la misma (representada por la letra"L"). Si la inductancia es grande y la resistencia es muy pequea la corriente que atraviesa la bobinaaumentar lentamente y viceversa.

Para fijar este tiempo (al que denominaremos "t ") debemos aplicar la frmula siguiente:"t"=L/R;donde "t " ser el tiempo (en segundos) en que la intensidad alcanza el valor mximo (realmente el63% del mismo);R ser la resistencia hmica de la bobina (en ohmios) yL la inductancia de lamisma, la cual se mide enHenrios (H). A esta frmula se la denomina en electrnica "constante de tiempo RL".

Para entendernos, basta con ver el siguiente ejemplo:

Supongamos que una bobina de inductancia igual a 35Henrios tiene una resistencia hmica de 700ohmios. La constante de tiempo "t " ser, por tanto,:"t" = L/R = 35/700 = 0,05 segundos.

Si dicho circuito se conecta a una pila (por tantoCC) cuya fuerza electromotriz, para entendernos, esde 9V la intensidad que circular a travs de la misma ser de 0:

I = V/R = 9/700 = 0,012 A = 12 mA.(miliamperios).

De todo ello se deduce que al conectar una bobina, cuya resistencia es de 700 y cuya inductanciaalcanza 35 H, a una fuente deCC de 9V, y despus de un tiempo de 50 milisegundos (los 0,05segundos calculados), obtendremos una intensidad a travs de dicha bobina de 7,5 mA (63% de los12 mA calculados).


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La inductancia de una bobina depende de los detalles constructivos de la misma. Influyen en el valorde la inductancia el nmero de espiras de dicha bobina, su longitud y, algo muy importante, el ncleode la misma. La distancia entre espiras consecutivas es tambin determinante en el valor inductivofinal. Baste slo recordar lo ya explicado anteriormente, donde se estableca que los camposmagnticos originados en cada una de ellas pueden sumarse a las contiguas, si estas se encuentranlo suficientemente prximas. Por el contrario, si separamos las espiras contribuiremos a disminuir elcampo magntico susceptible de ser sumado y, por tanto, la inductancia resultante se ver mermada.

La unidad de medida de la inductancia debe su nombre aJoseph Henry , descubridor de dicho

fenmeno.

La definicin "formal " de la inductancia puede resumirse de la siguiente forma: Un circuito posee unainductancia igual a unHenrio cuando una variacin de corriente de un amperio ocasiona en el mismouna induccin de fuerza electromotriz (o fuerza contraelectromotriz ) opuesta igual a un voltio.

En el "mundillo " electrnico se considera a la unidadHenrio ciertamente excesiva, por lo que nosser ms fcil toparnos con subunidades tales como elmiliHenrio (0,001 H) o el microHenrio (0,001mH).

Para resumir, podemos afirmar que las bobinas poseen inductancia de forma semejante a como losresistores ("resistencias ", para los puristas) poseen resistencia elctrica.


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LOS CONDENSADORES FRENTE A LA C.C.

Con relacin a loscondensadores tambin podemos describir toda una bibliografa acerca de sucomportamiento al ser alcanzados por una tensin de tipo continua. Segn podemos ver en la

ilustracin correspondiente, el condensador bsico es, por definicin, tan solo un par de piezas dematerial conductor separadas por otro material de tipo aislante, el cual puede ser nicamente aire. Seha convenido en denominar "armaduras " a las dos placas que constituyen elcondensador , mientrasque a la sustancia aislante que las separa se le asigna la denominacin de "dielctrico ".

El evento que ocurre cuando uncondensador se conecta a una fuente de corriente continua es lacarga del mismo. El condensador permanece en estado neutro, ambas armaduras tienen una carganeutra la una respecto a la otra si partimos de la posicin B (suponemos elcondensador totalmente

descargado). Pasamos luego el interruptor a la posicin A y los electrones presentes en la placa oarmadura conectada al polo positivo de la alimentacin son atrados por este, con lo que dicha placaqueda con un "dficit " de electrones o, dicho de otro modo, adquiere una carga positiva.

En el polo opuesto delcondensador ocurre una situacin similar pero de sentido inverso, es decir, elpolo negativo de la batera "enva " electrones hacia la placa del condensador a la que estconectada. Esto, por supuesto, se traduce en que dicha placa adquiere una carga de signo negativoo, lo que es igual, un exceso de electrones.

Las placas del condensador estn siempre separadas por un material aislante (dielctrico) por lo que,al conectar un condensador a la alimentacin (continua), lo que siempre ocurre es que ste se cargade forma inmediata.

A pesar de que la circulacin "real " a travs del dielctrico no se da, se origina en el momento de lacarga una circulacin de corriente elctrica a travs del conductor que une el condensador a laalimentacin. Dicha intensidad, medible, por otra parte, con unampermetro de adecuadasensibilidad, se debe a la secuencia de carga dada en el instante de conectar el condensador a labatera y que evoluciona como ya se ha explicado anteriormente. Dicha circulacin se debe a que, enel instante de conectar la alimentacin a las placas del condensador se establece una diferencia depotencial entre las placas del mismo y los polos de la citada alimentacin. Una vez que el potencial seiguala, lo cual tiene lugar en breves instantes, la circulacin (por as decirlo) en el circuito se detiene.Podemos, en este instante, decir que el condensador se ha cargado. La razn de que elcondensador permanezca "cargado " se debe a que sus dos placas han adquirido un potencialidntico entre s pero de signo contrario. Dicha situacin se traduce en una atraccin entre cargas queno pueden llegar a juntarse por la separacin a la que el dielctrico aislante las somete. Estaatraccin es la explicacin de la citada "carga " delcondensador .


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Si en este instante desconectramos el condensador del circuito, comprobaramos que el mismopermanece cargado (no hay un "camino " elctrico para que pueda descargarse).

Pero lo que vamos a hacer ahora es pasar el interruptor, de nuevo, a la posicin B. Ahora ya no

partimos de uncondensador en estado neutro sino de uncondensador ya cargado. Al dar a lasplacas del condensador una posibilidad de equilibrar sus cargas estamos procediendo al eventocontrario al anterior, es decir, a la descarga delcondensador .

La diferencia de potencial entre placas hace que, por un instante, el circuito se asemeje a una pilaalimentando a una resistencia (R) conectada en serie con ella, pero con una salvedad, aqu no hayreaccin qumica entre polos (placas delcondensador ) ya que estos no son ms que un par demateriales conductores separados por una sustancia ms o menos aislante. De aqu podemosdeducir ya, que, al haber un desequilibrio de cargas entre placas (una es positiva y la otra negativa) yconectarlas a travs de R, se produce una circulacin de electrones para "solucionar " dichodesequilibrio y conseguir igualar el potencial elctrico entre placas. Este suceso se conoce como"descarga " delcondensador .

La "carga " delcondensador responde a una circulacin de corriente alta en principio y nula al final,cuando el mismo ya est cargado. La "descarga " del condensador tambin genera una circulacinde electrones alta en el primer instante pero nula al final del proceso. La diferencia entre una corrientey otra es que son de sentido contrario.

En la ilustracin que representa el circuito de carga/descarga delcondensador, podemos observartambin unas curvas que representan la evolucin de la tensin (potencial) en bornes delcondensador, al poner el mismo en posicin B partiendo de un condensador neutro (descargado)y alponerlo en la posicin A. Ambas curvas estn convenientemente identificadas como "carga " y"descarga ".

En la primera curva, la tensin en bornes del condensador es nula en el instante de conectarlo a lapila y aumenta hasta que este se carga. En la segunda curva, vemos que partimos de uncondensador cargado y, en el momento de unir sus placas a travs de R, se origina una descargaprogresiva.

Tanto en el caso de la carga como de la descarga delcondensador, la circulacin de corrientetendr una duracin mayor o menor dependiendo de la resistencia a travs de la que se conecte elcondensador . A esta duracin se le asigna en electrnica el nombre de "constante de tiempo RC ".Se define por constante de tiempo RC, al transcurrido desde que se inicia la carga de uncondensador conectado en serie con una resistencia hasta que las placas del mismo adquieren unpotencial del 63% del valor final (el de la alimentacin).

En el caso de la descarga, se trata del tiempo que transcurre hasta que el condensador disminuye supotencial entre placas y alcanza el 37% del valor inicial del mismo.


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de convertir la energa elctrica de la batera del coche en energa mecnica capaz de mover lascitadas aspas.

SUMA DE RESISTENCIAS

Es posible conectar entre s dos o ms resistencias. Si tomamos los extremos de dichas asociacionesde resistencias, y medimos su resistencia en un ohmmetro, estaremos leyendo el valor de lo que seconoce comoResistencia Equivalente o Resistencia Total del circuito .

Adems de poder medir el valor de la resistencia total (Rt), efectuaremos tambin el clculo numricoadecuado para determinarlo. En las siguientes lneas veremos las diferentes formas de conectar lasresistencias entre s y el modo de calcular la resistencia equivalente del circuito.

Como podemos en la ilustracin correspondiente, en la que hay resistencias asociadas, stas estnconectadas entre s de forma que una patilla de R1 se conecta a la batera y la otra a una patilla deR2. La otra patilla de R2 se conecta a R3 y as sucesivamente. Este tipo de asociacin decomponentes recibe el nombre de conexin en "serie ".

En la ilustracin correspondiente podemos ver que todas las patillas de la izquierda de las tresresistencias estn unidas en un punto comn, y lo mismo ocurre con las de las del otro lado. Este tipode montaje responde al nombre de conexin en "paralelo ".


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En nuestra propia casa podemos ver ejemplos de conexionesserie y paralelo . Por ejemplo, elconjunto de tres o ms enchufes conectados a una nica toma en la pared constituye un caso deconexin en paralelo. Otro ejemplo, las recurridas lucecitas del rbol navideo estn unidas entre sen conexin serie.

Vamos ahora a ver como se comporta laLey de Ohm en el caso de la conexin de resistencias enserie. En el caso de la primera de las figuras (conexin en serie), la intensidad que circula por elcircuito es idntica a lo largo del mismo. Si la alimentacin es igual a V la intensidad ser igual(aplicandoOhm) a: I = V/Rt. Pero ahora debemos calcular Rt la cual, en el caso de resistenciasconectadas en serie, ser:

Rt = R1 + R2 + R3

Podemos aadir aqu que la tensin que hay en extremos de cada una de las resistencias no serigual a V, sino que tendr un valor proporcional a su propia resistencia. La suma total de las cadasde tensin (c.d.t.) en extremos de las tres resistencias ser igual a la alimentacin V. De aqupodemos deducir que, para calcular la tensin en extremos, por ejemplo, de R1, debemos aplicar:

V = R I ==> V1 = R1 * I

V = V1 + V2 + V3

En el caso de la asociacin en paralelo, la tensin en extremos de cada resistencia s es igual a latensin de alimentacin:

V = V1 = V2 = V3

Pero no ocurre lo mismo con la intensidad. La intensidad total (I) se divide en varias "ramas " por loque a cada resistencia le atravesar una intensidad proporcional a su valor:I = i1 + i2 + i3

El clculo de la intensidad total que atraviesa el circuito se realiza tambin con laLey de Ohm. Esdecir, I = V/Rty, como en el caso anterior, nos vemos obligados a calcular Rt. Para ello aplicamos lafrmula:1/Rt = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

o, lo que es igual:Rt = 1/(1/R1 + 1/R2 + 1/R3)


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El la ilustracin correspondiente podemos ver un montaje "mixto ". En este caso nos encontramos conuna conexin paralelo (R2 y R3) en serie con otra resistencia (R1). Para calcular la resistenciaequivalente en ste y otros circuitos del mismo tipo mixtos se realizar una "reduccin " de cadacircuito de forma que a los resultantes podamos aplicarles las frmulas explicadas anteriormente.

En este caso procederemos de la siguiente manera: reduciremos la asociacin paralelo para obtenerla resistencia equivalente a sta (la denominaremos Ra-b. Una vez obtenido el valor de Ra-baplicaremos la frmula de resistencias en serie entre la citada Ra-b y R1. El clculo quedar de lasiguiente forma:

Ra = 1/(1/R2 + 1/R3) Rt = Ra+ R1 I = V/Rt

De aqu podemos deducir que cuando nos encontremos con circuitos mixtos de cierta complejidadprocederemos a "reducir " las ramas paralelo a una resistencia equivalente, para luego sumar entre s

las resistencias serie resultantes.Antes de dar por zanjado el tema del clculo de las resistencias equivalentes a una asociacin de lasmismas vamos a comentar un par de "trucos " que se deducen de la simplificacin de las frmulas yacomentadas en sendos casos particulares de montajes paralelo:

Caso de asociacin de dos resistencias:

Rt = (R1 R2) / (R1+R2)

podemos utilizar esto para simplificar "ramas " de dos en dos si nos parece ms rpido que utilizar lafrmula general.

Caso de mltiples resistencias de idntico valor:

Suponemos que tenemos N resistencias de igual valor (R) conectadas en paralelo. La resultante ser:

Rt = R / N

SUMA DE CONDENSADORES

La asociacin de condensadores tambin puede ser en serie o en paralelo, se resuelve calculando lacapacidad equivalente (o total). Las frmulas a aplicar son las siguientes:

Caso de N condensadores en serie:

Ct = 1 / (1/C1 + 1/C2 +... + 1/CN)

Caso de N condensadores en paralelo:

Ct = C1 + C2 + C3 +... + CN

Como podemos ver, las frmulas a aplicar para calcular la capacidad total son las inversas(aritmticamente hablando) a las empleadas en el caso de las resistencias.


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SUMA DE INDUCTANCIAS

En el caso de inductancias, s rigen frmulas similares a las de las resistencias para calcular lainductancia total.

Caso de N inductancias en serie:Lt = L1 + L2 + L3 +... + LN

Caso de N inductancias en paralelo:

Lt = 1 / (1/L1 + 1/L2 +... + 1/LN)

COMPONENTES ELECTRONICOS EN AC

La corriente alterna se muestra algo ms compleja a la hora de lidiar con nuestrosprotagonistas. Vamos a estudiar en profundidad el comportamiento de los componentes

denominados "pasivos" cuando actan en circuitos alimentados con corriente alterna.

La corriente alterna , tal y como se ha visto anteriormente, es aquella que vara su polaridad deforma regular. No debemos confundir la corriente alterna con lacorriente pulsatoria . Esta ltimapuede responder a una forma ciertamente no muy constante pero queda claro que no vara supolaridad de forma alterna.

El componente ms pasivo de los que hemos visto hasta ahora es, sin lugar a dudas, laresistencia,que, sin embargo, no va a ser el componente estrella de este apartado ya que las variaciones depolaridad no influyen demasiado en el comportamiento electrnico de la misma.

Antes de continuar, no podemos hablar deefectos de resistencia , inductancia y capacidad puros ,sino ms bien deefectos simultneos . A la hora de enfrentarnos a la corriente alterna tenemos queempezar a considerar seriamente que unabobina no es solo una inductancia sino que tambinposee cierta cantidad deresistencia hmica . Por esta razn, y a partir de ahora, cuando veamos


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una "L" en un circuito debemos pensar que estamos ante un componente que en realidad deberepresentarse como "L+ R".

El mismo criterio rige para loscondensadores . Cada vez que tengamos un condensador delantedebemos acostumbrarnos a ver un "C+ R".

Para circuitos de corriente alterna , a la resistencia que ofrece un condensador al paso de lacorriente elctrica se la denomina "reactancia capacitiva ", mientras que a la resistencia que ofreceuna bobina a laCAse la denomina "reactancia inductiva ". Su representacin es, respectivamente,Xc y XI.


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GRFICA DE CORRIENTE ALTERNA

A pesar de que ya hemos comentado anteriormente la semejanza que hay entre la forma queadquiere latensin alterna y una curva de forma sinusoidal , es hora de explicar el porqu de esta

forma de representarla.La tensin - la llamamos tensin -alterna invierte su posicin grfica, es decir, supolaridad real ,cambiando de signo de forma peridica (alterna ). La senoide que representa est tensin puededibujarse tomando como referencia las posiciones de un vector que gira recorriendo unacircunferencia. El valor "T" ser el del valor instantneo de la tensin. Al efectuar el recorridocompleto, esto es, los 360 grados, se produce la disminucin, paso por cero, disminucin, valormximo negativo, aumento y, pasando de nuevo por cero, la llegada al punto de partida (90 grados),donde el valor vuelve a ser mximo y positivo.

Si trasladamos, grficamente, estos valores al eje de tiempo (o de grados rotados) podemos observarla formasinusoidal que se suele identificar como corriente alterna. Tanto la forma sinusoidal como

los vectores son muy utilizados cuando precisamos entender de una forma intuitiva el tema detensiones y corrientes.


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CONCEPTO DE FASE

Dicen que un buen ejemplo puede ms que la mejor de las explicaciones. Por esta razn vamos aexplicar el concepto deFase con un ejemplo prctico. Tanto la representacin vectorial como el de

seales alternas nos servirn para explicar los conceptos ligados a la corriente alterna.

En la ilustracin correspondiente podemos ver (A) unaresistencia (pura) alimentada a partir de una

corriente alterna. En el sistemavectorial (C) se muestran los vectores que asociamos a unatensindada (V) y a una intensidad existente en elcircuito (I). El hecho de que ambos vectores se dibujenuno sobre otro sirve para indicarnos que "en un circuito resistivo puro alimentado por una corriente alterna, la tensin y la corriente estn en fase ".

El esquema de seales (B) nos puede dar una idea ms clara del concepto. Como vemos, ambasseales, tensin e intensidad , son de magnitud diferente e igual frecuencia y, adems, evolucionanen el sentido del tiempo de forma sincronizada, esto es, en fase. Todo ello se puede entender mejorcon solo observar que parten de cero y pasan por cero (se entiende valor cero) en el mismo instantey, adems, alcanzan sus respectivos mximos y mnimos tambin en idntico momento.

En la figura podemos ver el ejemplo de dos seales -S1 y S2- que tambin pasan por cero de formasimultnea y son de idntica frecuencia pero, a diferencia de lo que ocurra con las anteriores, cuandouna alcanza su valor mximo la otra llega a su respectivo mnimo, y viceversa. De este tipo deseales se puede decir que son de diferente magnitud (sus respectivos mximos difieren),idnticafrecuencia y no estn en fase, es decir, las dos seales estn desfasadas entre s.


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El desfase entre dos seales se puede medir. La unidad que se utiliza para ello suele ser elgrado.

En la figura podemos ver tres seales cuya fase es diferente. En (A) las dos seales estndesfasadas 90 grados: la posicin relativa de una de ellas con respecto a la misma posicin en la otra

se da transcurridos 90 grados. En (B) las dos seales estn desfasadas 180 grados, una es mximacuando la otra alcanza su valor mnimo. Por ltimo, en la figura (C) vemos dos seales en fase dondetanto sus mximos y mnimos como el paso por el valor cero suceden en el mismo instante.


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INDUCTANCIA Y RESISTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA

Si a un generador de corriente alterna le conectamos unabobina en serie no podremos estudiarlade forma coherente si consideramos a esta como inductancia pura. La ilustracin nos permite ver

cmo podra ser el esquema de distribucin de las sealesVe I en el caso de que la bobina dibujadase comportara como unainductancia pura . Esto no es tan estricto en la prctica, pero nos sirve paraafirmar que en todo circuito de carcter inductivo la corriente est retrasada con respecto a la tensin.

En el caso comentado,inductancia pura , se origina un desfase de 90 grados entre la tensin (V) y laintensidad (I). Esta ltima puede calcularse con laFrmula de Ohm pero sustituyendo la "R" por la"Xl", es decir, la resistencia por la reactancia inductiva anteriormente comentada. El valor de lareactancia inductiva depende tanto de la frecuencia que ataca a la bobina como de la inductanciade la misma. La frmula ser

I = V/(2fL) = V/(L)donde :I = intensidad V= tensin f = frecuencia (hercios)L = inductancia (henrios)

como vemos, se suele simplificar el producto "2** f" por "". A la expresin "" se la sueledenominar pulsacin. Como podemos ver por la frmula, lareactancia inductiva aumenta con lafrecuencia . Si ahora consideramos uncircuito de alterna en el que tengamos colocados en serieuna resistencia y una bobina, y aplicamos la base de laLey de Ohm, podemos deducir que laintensidad que atraviesa ambos componentes ser de igual magnitud, tal y como ocurra con loscircuitos serie de continua, pero a la hora de trabajar conalterna el clculo de las cadas de tensinen cada componente deber hacerse atendiendo al carcter del mismo (tipo resistivo, capacitivo,inductivo, etc.).


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En el circuito de la figura correspondiente se puede ver laresistencia y la bobina que sonalimentadas por la fuente de corriente alterna. Tambin podemos apreciar el desfase existente encadas de tensin entre uno y otro componente. Debido a que las tensiones en bornes de cadacomponente se pueden calcular por laLey de Ohm, aplicando queV=I*R, y a que las intensidades

que circulan por bobina y resistencia estn desfasadas entre s 90 grados, la nica forma de calcularla tensin total que alimenta el circuito serie es aplicando la representacin vectorial que vemos enla figura y calculando con la frmula pitagrica tambin indicada el valor deVca.

Debido a que toda bobina "real " no puede considerarse pura, se hace necesario definir un nuevoparmetro que englobe laresistencia debida al componente resistivo, valga la redundancia, de labobina y el componente de resistencia debido a la caracterstica inductiva de la misma. Este nuevoparmetro es la impedancia. La forma de representar en los circuitos electrnicos la magnituddescrita es con la letra "Z". Su unidad de medida es tambin elohmio y, al igual que ocurre con otrasmagnitudes sometidas a la corriente alterna, su clculo requiere que apliquemos de nuevo larepresentacin vectorial.

En el esquema correspondiente vemos la representacin vectorial de laimpedancia (Z) que, comopodemos comprobar, se obtiene de la suma vectorial deR y Xl. Tambin podemos comprobar lafrmula a aplicar para su clculo, la cual es mera aplicacin de la trigonometra ms clsica.


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Otra posibilidad que nos encontramos en las diferentes combinaciones deresistencia y bobina es lade que ambas estn conectadas en paralelo a una fuente de tensin alterna. Esto es lo que quiererepresentar la figura correspondiente. En ella podemos observar que la intensidad que llega al"nudo", de donde parten ambas ramas, se bifurca en dos intensidades distintas -al igual que nosocurra con circuitos paralelo enCC-, pero, esta vez, la intensidad total que circula por ambas ramasno es tan sencilla de calcular. Para ello tendremos que recurrir, de nuevo, a la representacinvectorial y a la suma trigonomtrica. Como podemos ver, la intensidad que circula por laramaresistiva pura (IR) est en fase con la tensin, pero la intensidad que recorre labobina (IL) est,como ya hemos indicado, atrasada con respecto a latensin (en el supuesto partimos de la idea deque la bobina es una inductancia pura , esto es, sin resistencia, por lo que el comentado desfase oretraso ser de 90 grados).


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CAPACIDAD EN CORRIENTE ALTERNA

Al igual que ocurre con lasbobinas , los condensadores tambin presentan especialescaractersticas a la hora de lidiar con la corriente alterna. En la primera ilustracin dedicada a los

condensadores podemos observar cmo evolucionan la intensidad y la tensin alterna al ponerse encontacto con laCA.

Tal y como ocurre con lasbobinas, se origina un desfase de 90 grados entretensin e intensidadpero, a diferencia de lo que ocurra con aqullas, en este caso es lacorriente (I) la que estadelantada con respecto a la tensin (V). En el esquema vectorial podemos ver la representacingrfica de este desfase que, si la capacidad es pura, si no ofrece resistencia alguna, ser de 90grados.

Pero la resistencia que ofrece el condensador se puede calcular tal y como hemos explicado en elcaso de las bobinas , es decir, calcularamos en lugar de sta laimpedancia que ofrece el citado

condensador. La frmula a emplear es idntica a la usada para calcular la "Z" de un circuito inductivo,pero utilizando lareactancia capacitiva en lugar de lainductiva, esto es, sustituiremosXlpor Xc.


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Respecto a la forma en que se comportantensin e intensidad en un circuito capacitivo podemoscomenzar estudiando el caso de resistencia y condensador conectados en serie. Las cadas detensin (c.d.t.) que tendremos enbornes del condensador y de la resistencia estarn desfasadas

los consabidos 90 grados. Para calcular latensin total deberemos hacer uso de nuevo del clculovectorial. Como vemos, latensin que cae en bornes de la resistencia se encuentra en fase con laintensidad y, por el contrario, la tensin que cae en extremos del condensador est desfasada 90grados con respecto a la anterior. Podemos comprobar aqu que se cumple el retraso deVrespecto aI.

Otra forma de conectar y estudiar un conjunto deresistencia y condensador es en montaje paralelo.En la figura podemos ver la representacin grfica del desfase que se origina entre intensidades eneste circuito. La intensidad totalIt se calcular mediante lasuma vectorial de la intensidad quecircula por laresistencia y la que circula por elcondensador . Como sabemos, la circulacin a travsdel condensador no es tal, ya que si recordamos el comportamiento de los condensadores enCC,estos no hacen sino cargarse a un determinado potencial. El cambio constante de sentido de la

corriente inherente a laCAhace que el condensador desarrolle ciclos de carga y descarga continuos,lo cual, en efecto, es una circulacin de electrones.


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De lo visto hasta el momento podemos sacar unasconclusiones bastante claras que nos ayudarnposteriormente a "simplificar ", por as decirlo, todos los circuitos que combinen elementosR, L y C.He aqu lasconclusiones mencionadas:

- En una resistencia conectada a una fuente de voltaje de tipo alterno, la cada de tensin en susextremos estar en fase con la corriente.

- En una inductancia conectada a una fuente de voltaje de tipo alterno, la cada de tensin en susextremos estar 90 grados en desfase (adelanto) con respecto a la corriente.

- En un condensador conectado a una fuente de voltaje de tipo alterno, la cada de tensin en susextremos estar 90 grados en desfase (retraso) con respecto a la corriente.

TEORA SOBRE CIRCUITOS L-R-C

Los circuitos que combinan elementosinductivos , capacitivos y resistivos - casi todos los circuitoselectrnicos prcticos se basan en estos componentes principales - se resuelven aplicandocombinaciones de las frmulas anteriormente descritas. En la prctica, laLey de Ohm no puedeutilizarse con precisin en circuitos decorriente alterna. Es por ello por lo que debemos hacer usode representaciones y clculos de tipo vectorial como los anteriormente descritos.

Para calcular, por ejemplo, laintensidad en un circuito tipo serieLRCvamos a partir primeramentedel supuesto del circuitoLC anteriormente explicado. Si colocamos en serie unaresistencia de, porejemplo, 3ohmios con una bobina cuyaXlse

Compendio de Electronica i _i.o.s.

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