Tema 5: Electrónica

 Introducción 

La electrónica es la rama de la electricidad que trata del estudio y control del comportamiento de los electrones cuando pasan por ciertos circuitos denominados circuitos electrónicos. Con esto se consiguen efectos muy variados, tanto en el campo de las comunicaciones, la industria y la técnica.

En el desarrollo de la electrónica se distinguen tres etapas: la de las válvulas termoiónicas:

la de los transistores:

y la de los circuitos integrados:

 Circuitos electrónicos 

La electrónica se fundamenta en el diseño, construcción y análisis de los circuitos electrónicos.

Los elementos que forman parte de estos circuitos se denominan componentes electrónicos.
Los circuitos electrónicos se diseñan primero en papel y luego se construyen en los denominados circuitos impresos. Antes de establecer el montaje definitivo se pueden realizar diversos montajes que permitan verificar el funcionamiento del circuito diseñado. Como por ejemplo en las placas Proto-board.

Diseño del circuito: Las pistas nunca se deben cruzar. La distancia entre componentes debe ser la mínima posible. La polaridad de los elementos se debe indicar sobre la placa. Los componentes se deben colocar paralelos a uno de los bordes de la placa. El espacio entre puntos de conexión se debe calcular con mucho cuidado.

Montaje sobre un circuito impreso. El circuito impreso es una placa de material aislante (baquelita o fibra de vidrio) en el que se ha depositado mediante métodos electrolíticos, en una de sus caras, una fina capa de material conductor (cobre).

El soldador sirve para realizar la unión conductora entre un componente determinado y el lugar donde se quiere soldar. Está formado por una punta de cobre en contacto con una resistencia eléctrica conectada a la red. Cuando se calienta la resistencia el calor se transmite a la punta de cobre, en una cantidad suficiente para fundir el metal de aportación (aleación de estaño y plomo).

El soldador llega a temperaturas muy elevadas, por lo cual hay que ir con mucho cuidado al usarlo, ya que puede producir quemaduras. Se debe apoyar sobre un soporte para evitar quemar la mesa y se debe dejar enfriar antes de guardarlo.

Para soldar correctamente procederemos según se muestra en las imágenes:

También podéis ver los siguientes tutoriales:








Componentes electrónicos 

Los circuitos electrónicos están formados por un conjunto de componentes electrónicos que se diferencian por su forma, función y características. Algunos de estos componentes son conocidos pues también intervienen en los circuitos eléctricos, pero otros son específicos de los circuitos electrónicos.

Se pueden distinguir dos grandes grupos de componentes:
Los componentes pasivos están constituidos por diversos materiales como cobre, acero o carbón. Presentan características que los hacen aptos para determinados valores de tensión e intensidad de corriente. Destacan las resistencias y los condensadores.
Los componentes semiconductores están constituidos por materiales como el selenio, germanio o silicio, que se comportan como conductores eléctricos en determinadas condiciones.

 Componentes pasivos 

Las resistencias son muy habituales en los circuitos electrónicos y sirven para limitar el paso de la corriente eléctrica. Sobre todo se usan para modificar la intensidad de la corriente de una parte concreta de un circuito y para proteger determinados elementos electrónicos.

Mediante un código de colores es posible saber el valor de la resistencia.

Calculadora de código de colores.
Otros códigos.

Asociación de resistencias:

a) Serie. b) Paralelo

Tipos de resistencias. Existe una gran variedad de resistencias, según su aplicación, las condiciones de uso y la potencia a la que han de trabajar. Pueden estar construidas de películas de carbón, hilo bobinado, materiales semiconductores y determinados metales.

El potenciómetro es un tipo de resistor la resistencia del cual se puede variar manualmente. El potenciómetro se usa en muchos aparatos electrónicos, por ejemplo en la graduación del volumen del sonido o de la intensidad de la luz. El potenciómetro es un resistor lineal, dado que una vez que se ha graduado su valor permanece fijo.
En las resistencias lineales el valor de la resistencia es fijo. En las resistencias no lineales, su valor depende de circunstancias externas como: luz, temperatura, tensión...Dado que se trata de resistencias cuyos componentes son semiconductores se explicarán más adelante.
Los relés son componentes de conmutación que permiten controlar la salida de acuerdo con la señal que se aplique a la entrada. Básicamente hay dos tipos de relés: los electromagnéticos y los electrónicos.
Los relés electromagnéticos funcionan cuando se aplica una señal eléctrica a una bobina. Estos elementos tienen un electroimán y una pieza móvil que puede accionar diversos contactos. Actúan como un amplificador de la señal eléctrica.
En los relés electrónicos, también llamados de estado sólido, no hay partes móviles. Los relés tienen una gran aplicación en la electrónica de control, ya que las corrientes que son capaces de controlar para las salidas son altas en comparación con otros componentes. Además, un relé se puede conectar o apagar de muchas maneras: a través de un circuito controlado por una célula fotoeléctrica, un termistor, etc. El relé puede actuar como interruptor o como conmutador de un circuito.
Un condensador consta básicamente de dos placas metálicas paralelas separadas por un material aislante (dieléctrico). Las placas suelen presentarse enrolladas, de forma que su aspecto exterior es cilíndrico. El material dieléctrico puede ser, entre otros, el aire ( las láminas no se tocan), un material cerámico, materiales plásticos, papel o un material electrolítico.
El condensador tiene la particularidad de almacenar electricidad y liberarla cuando se ponen en contacto sus placas conductoras. Se comporta como un cortocircuito cuando están descargados y como un circuito abierto cuando adquieren la máxima carga.
La capacidad C de un condensador indica la cantidad de cargas que puede almacenar a una tensión dada. Su unidad es el Faradio, pero como es una unidad muy grande suele usarse el microfaradio. La capacidad del condensador se indica en la parte exterior mediante un código de colores o bien de forma numérica.
El tipo de condensador utilizado en un circuito viene determinado por la función que cumpla y por su valor. Un tipo de condensador muy usado en los circuitos electrónicos es el condensador electrolítico, que posee polarización. Otro tipo de condensador es el cerámico, no polarizado. Igual que en los resistores, los condensadores también pueden ser variables o fijos.

Asociación de condensadores:
Serie:
Paralelo:
Aplicaciones del condensador. Entre otras aplicaciones, un condensador sirve de filtro de las oscilaciones resultantes de la rectificación de la corriente alterna, de forma que la corriente obtenida presente la máxima homogeneidad.

Bobinas. La inductancia también denominada bobina, es un dispositivo formado por un conductor eléctrico aislado y enrollado alrededor de un núcleo de material magnético o de aire. Básicamente sirve para crear un campo magnético cuando circula corriente a su través. En electrónica, además de contribuir a la rectificación de la
corriente de alterna a continua, se aplica en los circuitos que sirven para emitir o recibir ondas electromagnéticas en las retransmisiones de radio, televisión y sistemas de telecomunicación en general.

 Componentes semiconductores 

Los componentes semiconductores de un circuito electrónico desarrollan diversas funciones según la manera en que se montan y su estructura interna. Los clasificamos en: resistencias no lineales, diodos, transistores y circuitos integrados.
Los semiconductores son materiales que en condiciones normales no conducen la corriente eléctrica, pero que se convierten en conductores cuando aplicamos una fuente de energía eléctrica, térmica o luminosa, o mediante un dopaje. Los materiales semiconductores más utilizados son el arseniuro de galio, el germanio, y sobre todo el silicio.
El silicio puro normalmente tiene sus electrones de valencia utilizados en la unión entre átomos. Un aporte conveniente de energía puede promocionar un electrón a una banda superior denominada de conducción. En dicha banda el electrón se encuentra en disposición de crear una corriente eléctrica si se ve sometido a un campo externo.
Si dopamos el cristal con átomos de diferente valencia creamos un exceso de cargas libres positivas o negativas.
Los efectos producidos por estos materiales y la unión de dos o más cristales de tipo p y n, han generado la aparición de un gran número de componentes semiconductores como los diodos, los transistores, los termistores, o las células fotoeléctricas.
Las resistencias LDR (Light Dependent Resistor), tienen la propiedad de convertirse en conductor cuando reciben luz, y esta capacidad es proporcional a la cantidad de luz recibida.
Las LDR funcionan cuando los fotones arrancan electrones de los átomos presentes en la célula fotoeléctrica. Este fenómeno se conoce como efecto fotoeléctrico. Las LDR son utilizadas en el cierre y apertura de puertas automáticas, en la detección del paso de personas o en el encendido automático de luces.
Las resistencias NTC y PTC o termistores cambian su valor según la temperatura a la que son sometidas. El valor de las resistencias NTC disminuye y el de las PTC se incrementa al aumentar la temperatura. Los termistores son muy sensibles a pequeñas variaciones de la temperatura ambiental, por lo que su campo de aplicación se haya tanto en la medida industrial de la temperatura como cuando se necesitan medidas muy precisas de la misma.
Resistencias VDR o varistores, son resistencias dependientes de la tensión.
Diodos. Son componentes formados por la unión de dos cristales semiconductores, uno de tipo p (ánodo) y otro de tipo n (cátodo).
Pueden ser alimentados de dos maneras: con polarización directa o inversa.
Acción de un diodo. Los diodos son los componentes más utilizados en circuitos electrónicos. Tienen aplicación tanto en circuitos analógicos como digitales. Tienen un papel importante por su capacidad de rectificar la corriente, es decir, convertirla de alterna a continua.
Tipos de diodos. Hay tres tipos básicos de diodos, con propiedades, formas de alimentación y aplicaciones diferentes: el diodo semiconductor, el diodo Zener, y el diodo LED.
El diodo semiconductor presenta la propiedad de permitir el paso de corriente cuando se encuentra polarizado directamente, y de impedirla con polaridad inversa. Si es alimentado con una corriente alterna éste es el resultado: elimina media onda (la de polarización inversa)
Diodo en polarización directa
El diodo Zener trabaja con polaridad inversa, y permite mantener la tensión prácticamente constante entre los bornes dentro de valores
máximos y mínimos de la tensión que lo alimente. Esta tensión constante se denomina tensión de Zener y su valor depende del tipo de Zener que se utilice.
Diodos LED (Light Emitting Diode). Los LED cuando están polarizados directamente permiten el paso de corriente y presentan la propiedad de emitir luz. Cuando se encuentran polarizados inversamente no permiten la conducción eléctrica ni emiten luz.
Fotodiodos. A diferencia de los diodos LED, los fotodiodos
actúan cuando reciben luz. Su conductividad depende de la intensidad de luz recibida. Se utilizan mucho en determinados tipos de células fotoeléctricas.
Optoacopladores. Es la combinación de un diodo LED y un fotodiodo, uno frente a otro. Sirve para intercambiar información entre dos circuitos que no están conectados directamente por cables eléctricos mediante la base de la luz que emite el primero y que recibe el segundo. El sistema es útil para detectar el paso de personas u objetos.
El transistor es uno de los elementos fundamentales de los circuitos electrónicos y uno de los componentes más versátiles. Es la base de la electrónica moderna de los circuitos integrados y los microprocesadores, esenciales en el mundo informático.
Están formados por la unión de tres cristales semiconductores. Cuando se combinan dos cristales de tipo p con uno de tipo n, tenemos un transistor PNP. Si la unión es de dos cristales de tipo n con uno de tipo p, entonces obtenemos un transistor NPN.
El funcionamiento del transistor se basa en la propiedad de poder gobernar la intensidad que circula entre el emisor y el colector mediante el paso de una pequeña corriente por la base:
Circuitos integrados. Actualmente, la tecnología electrónica permite fabricar circuitos de dimensiones microscópicas, formados con transistores y otros elementos, sobre una placa de material semiconductor de medida variable, que no sobrepasa los poco milímetros. Esta placa es conocida con el nombre de circuito integrado o microchip. La utilización de este tipo de elementos abarca desde los circuitos electrónicos con amplificadores, filtros y conmutadores hasta las memorias de ordenadores y microprocesadores.

 Fuente de alimentación 

Fuente de alimentación. La mayoría de los instrumentos electrónicos trabajan a tensiones bajas de corriente continua, es por ello que cuando se conectan a la red necesitan un dispositivo, denominado fuente de alimentación, que previamente convierta la corriente alterna en continua de tensión baja.
Transformación. Mediante un transformador se convierte la corriente alterna de 220-230V en corriente de bajo voltaje. Los transformadores disponen de diversas salidas para los diferentes
valores necesarios: 6V, 9V, 12 V...
Rectificación. El primer paso para convertir la corriente alterna en continua es conseguir que ésta tenga siempre el mismo sentido, aunque continúe haciendo oscilaciones. Para obtener este efecto disponemos del diodo que, como hemos visto, deja pasar la corriente solo en un sentido. El diodo permite eliminar la media onda de corriente negativa, y entonces solo queda la onda positiva. En este caso, la rectificación resultante se denomina de media onda. Si, en cambio, se utilizan cuatro diodos dispuestos en forma de puente rectificador, la media onda eliminada negativa se convierte en positiva. La rectificación de este tipo se denomina de onda completa.
Filtrado. Esta operación sirve para atenuar las oscilaciones de las
ondas y hacerlas regulares, con lo cual la tensión es más constante y se eliminan señales indeseables en el circuito (parásitos). Para el filtrado se utilizan el condensador y la bobina.

 Simbología electrónica