Electronica Basica - Apuntes de Electromedicina Xavier Pardell

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Electronica Basica

Electronica
Principales componentes utilizados en electrónica y sus principales aplicaciones, sobre todo en circuitos. No entraremos en detalles demasiados complicados, solamente en el funcionamiento, forma de conexión y sus usos, suficiente en la mayoría de los casos.



LAS RESISTENCIAS FIJAS

Resistencias fijas: Siempre tienen el mismo valor. Su valor teórico viene determinado por un código de colores. Se usan para limitar o impedir el paso de la corriente por una zona de un circuito. El símbolo utilizado para los circuitos, en este caso, pueden ser 2 diferentes, son los siguientes:



Aquí tienes como son las resistencias en la realidad:



Como ves tienen unas barras de colores (código de colores) que sirven para definir el valor de la resistencia en ohmios (Ω). El código para el valor de cada color y mas sobre las resistencias lo tienes en este página: Resistencia Eléctrica.

El primer color indica el primer número del valor de la resistencia, el segundo color el segundo número, y el tercero el numero de ceros a añadir. Cada color tiene asignado un número. Este código es el llamado código de colores de las resistencias. Un ejemplo. Rojo-Rojo-Rojo = 2200Ω (se le añaden dos ceros). Otro Ejemplo el de la siguiente imagen:



El primer color nos dice que tiene un valor de 2, el segundo de 7, es decir 27, y el tercer valor es por 100.000 (o añadirle 5 ceros). La resistencia valdrá 2.700.000 ohmios. ¿Fácil no?.






POTENCIOMETRO O RESISTENCIA VARIABLE

Son resistencias variables mecánicamente. Los potenciómetros tienen 3 terminales. La conexión de los terminales exteriores hace que funcione como una resistencia fija con un valor igual al máximo que puede alcanzar el potenciómetro. El terminal del medio con el de un extremo hace que funcione como variable al hacer girar una pequeña ruleta. Aquí vemos 2 tipos diferentes, pero que funcionan de la misma forma:


 ¿Qué es un Potenciómetro?

Un potenciómetro es una Resistencia Variable. Así de sencillo. El problema es la técnica para que esa resistencia pueda variar y como lo hace.
Los potenciómetros limitan el paso de la corriente eléctrica (Intensidad) provocando una caída de tensión en ellos al igual que en una resistencia, pero en este caso el valor de la corriente y la tensión en el potenciómetro las podemos variar solo con cambiar el valor de su resistencia. En una resistencia fija estos valores serían siempre los mismos. 
El valor de un potenciómetro viene expresado en ohmios (símbolo Ω) como las resistencias, y el valor del potenciómetro siempre es la resistencia máxima que puede llegar a tener. La mínimo lógicamente es cero. Por ejemplo un potenciómetro de 10KΩ puede tener una resistencia con valores entre 0Ω y 10.000Ω.

El potenciometro más sencillo es una resistencia variable mecánicamente. Los primeros potenciómetros y más sencillos son los reóstatos. Se suelen llamar potenciómetros lineales o deslizantes por que cambian su valor deslizando por una línea la patilla C. Veamos como son en realidad

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Fíjate que la resistencia es el hilo conductor enrollado. Tenemos 3 terminales A, B y C. Si conectáramos los terminales A y B al circuito sería una resistencia Fija del valor igual al máximo de la resistencia que podría tener el reóstato. Ahora bien si conectamos los terminales A y C el valor de la resistencia dependería de la posición donde estuviera el terminal C, que se puede mover hacia un lado o el otro. Hemos conseguido un Potenciómetro, ya que es una resistencia variable. Este potenciómetro es variable mecánicamente, ya que para que varía la resistencia lo hacemos manualmente, moviendo el terminal C. Este tipo de potenciómetros se llaman reóstatos, suelen tener resistencia grandes y se suelen utilizar en circuitos eléctricos por los que circula mucha intensidad.



Ya tenemos claro lo que es un potenciometro, ahora veamos los tipos que hay.

Tipos de Potenciómetros

Los primeros y más usados son los ya estudiados llamados mecánicos. Los hay rotatorios, lineales, logarítmicos y senoidales. Los dos primeros ya los hemos visto, veamos los otros.

Logarítmicos: Estos son empleados normalmente para audio por su manera asimétrica de comportarse ante la variación de su eje, al principio sufriremos un incremento de la resistencia muy leve, hasta llegar a un punto en que el incremento será mucho mayor. En los anteriores la resistencia varía de forma lineal, sin embargo en estos la variación de la resistencia tendría una curva logarítmica. Cuanto más giramos la rueda mayor es el aumento de la resistencia. Al principio varía muy poco la resistencia. Se suelen usar por ejemplo para el volumen de una radio.

Senoidales. La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos potenciómetros senoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y el coseno del ángulo de giro. Pueden tener topes de fin de carrera o no.

Ahora hay los llamados Potenciómetros Digitales. Se usan para sustituir a los mecánicos simulando su funcionamiento y evitando los problemas mecánicos de estos últimos. Está formado por un circuito integrado que simula el comportamiento de su equivalente analógico. Tienen un divisor resistivo (divisor de tensión) con n+1 resistencias.

Por último vamos hablar de unos componentes que no se consideran potenciómetros propiamente, pero si que son resistencias variables.

- LDR son resistencias que varían con la luz que incide sobre ella. Es un resistencia variable con la luz.

- NTC y PTC son resistencias variable con la temperatura. La NTC aumenta al disminuir la temperatura y la PTC aumenta al aumentar la temperatura.

Circuitos con Potenciómetro

Veamos el circuito más clásico. Tenemos un circuito para que se encienda un led con una pila a 9V. El Led trabajo a una tensión de 2V, por lo que pondremos una resistencia fija (para que la resistencia total del circuito nunca sea 0, en caso de poner a 0 el potenciómetro) y un potenciómetro para provocar una caída de tensión de 7V entre la Rfija y el Potenciómetro, de tal forma que el Led solo tenga los 2V necesario como máximo.




Si el potenciómetro lo ponemos a 0 de resistencia la tensión del Led será la máxima que pueda tener (2V). si ahora aumentamos la resistencia del potenciometro el Led estará a menos tensión y lucirá menos. A más resistencia del potenciómetro menos tensión en el Led y lucirá menos.

Podemos usar un potenciómetro para controlar el nivel de luz, pero también para controlar el volumen en audífonos, radios y amplificadores, el nivel de calor en un radiador, nivel de iluminación de un televisor, indicar el nivel de gasolina en un coche, etc.

Si cambiamos el Led por un altavoz controlaremos el nivel del altavoz.

Otro de los usos de los potenciómetros es la de reguladores de velocidad en motores. Si ponemos en serie un potenciometro con un motor al aumentar la resistencia del potenciómetro disminuirá la velocidad del motor d.c. Esto es mejor hacerlo con un transistor. El potenciómetro controla la intensidad que envía el transistor al motor. El potenciómetro controla la intensidad de base. Para saber más sobre el transistor pincha en el enlace subrayado. Veamos el esquema.




Cualquier símbolo electrónico que tenga una flecha cruzándole significa que es variable. En este caso una resistencia variable o potenciómetro sería:





LA LDR O RESITENCIA VARIABLE CON LA LUZ

Resistencia que varía al incidir sobre ella el nivel de luz. Normalmente su resistencia disminuye al aumentar la luz sobre ella. Suelen ser utilizados como sensores de luz ambiental o como una fotocélula que activa un determinado proceso en ausencia o presencia de luz.



Cualquier símbolo que tenga flechas hacia el significa que cambia al actuar la luz sobre el. Su símbolo es:




EL TERMISTOR

Son resistencias que varían su valor en función de la temperatura que alcanzan. Hay dos tipos: la NTC y la PTC.

NTC : Aumenta el valor de su resistencia al disminuir la temperatura (negativo).

PTC: Aumenta el valor de su resistencia al aumentar la temperatura (positivo).



Los símbolos son:



EL DIODO

Componente electrónico que permite el paso de la corriente eléctrica en una sola dirección (polarización directa). Cuando se polariza inversamente no pasa la corriente por él.

Lo primero de todo es explicar que es un diodo.

El Diodo es un componente electrónico que solo permite el paso de la corriente en un sentido (por eso es un semiconductor, por que es conductor solo en determinadas condiciones). 

En la imagen de abajo vemos el diodo real y su símbolo. Si el ánodo (patilla larga) se conecta al polo positivo y el cátodo (patilla corta) al negativo, entonces por el diodo podrá circular corriente, sería similar a un interruptor cerrado. Si lo conectamos al revés la corriente no pasará a través del diodo, será como un interruptor abierto. Fíjate que en el diodo real, para identificar el cátodo, es la parte de la banda de color gris del diodo.



En el diodo real viene indicado con una franja gris la conexión para que el diodo conduzca. De ánodo a cátodo conduce. De cátodo a ánodo no conduce.

El símbolo del diodo es el siguiente:



Veamos como funcionaría en un circuito con un lámpara. Si en la pila la corriente va del polo positivo (Barra larga) al negativo (barra corta) Tenemos que la lámpara:



En el primer caso se dice que está polarizado directamente y en el caso de que no conduzca se dice que está en polarización inversa.



EL DIODO LED

Lo primero explicar que es un LED, o mejor dicho un diodo LED.

Los diodos son componentes electrónicos que permiten el paso de la corriente en un solo sentido, en sentido contrario no deja pasar la corriente (como si fuera un interruptor abierto). Un diodo Led es un diodo que además de permitir el paso de la corriente solo un un sentido, en el sentido en el que la corriente pasa por el diodo, este emite luz. Cuando se conecta un diodo en el sentido que permite el paso de la corriente se dice que está polarizado directamente.

ahora si la definición correcta será: Un diodo Led es un diodo que cuando está polarizado directamente emite luz.

Además la palabra LED viene del ingles Light Emitting Diode que traducido al español es Diodo Emisor de Luz.

Los Leds tienen dos patillas de conexión una larga y otra corta. Para que pase la corriente y emita luz se debe conectar la patilla larga al polo positivo y la corta al negativo. En caso contrario la corriente no pasará y no emitirá luz. En la imagen siguiente vemos un diodo led por dentro.




Si queremos conectarlos a otra tensión diferente deberemos conectar una resistencia en serie con él para que parte de la tensión se quede en la resistencia y al led solo le queden los 2V.
Diodo que emite luz cuando se polariza directamente (patilla larga al +). Estos diodos funcionan con tensiones menores de 2V por lo que es necesario colocar una resistencia en serie con ellos cuando se conectan directamente a una pila de tensión mayor. La patilla larga nos indica el ánodo. Lucirá cuando la patilla larga este conectada al polo positivo.

El funcionamiento es muy sencillo. Cuando conectamos con polarización directa el diodo led el semiconductor de la parte de arriba permite el paso de la corriente que circulará por las patillas (cátodo y ánodo) y al pasar por el semiconductor, este semiconductor emite luz.



Su símbolo para los circuitos es el siguiente:



Dependiendo del material que este hecho el semiconductor, este emitirá una luz de un color diferente. Así podemos obtener diodos led que emitan luces de colores diferentes (aluminio, galio, indio, fosforo, etc).

Led de Muchos Colores o RGB

Los led RGB son diodos que tienen 3 semiconductores cada uno con un color diferente. Los colores son los colores primarios el rojo, el verde y el azul. Si controlamos esta mezcla de colores, podemos obtener una gama inmensa de colores en los leds. Para controlar los colores solo hace falta hacer pasar más o menos corriente por uno u otro semiconductor. Por ejemplo si solo pasa corriente por el rojo y por el verde el color que obtenemos será el amarillo.

¿Cual es la Ventaja de los Diodos Led?

2 son las grandes ventajas de los led.

La primera es que consumen menos energía que las lámparas convencionales. ¿Por qué?. Las bombillas normales emiten luz pero también calor. El calor es energía que perdemos (lo que queremos es luz no calor). Bien pues los leds también pierden en forma de calor energía pero en cantidades mucho menores. Esto hace que casi toda la energía que consuman se utilice en dar luz y no calor, con el consiguiente ahorro.

El 80% de la energía que consume un led se transforma en luz sin embargo las bombillas convencionales solo transforman el 20% de lo que consumen en luz, todo lo demás se vuelve calor.

Otra ventaja es que el tiempo de duración es mucho mayor. Mientras que una bombilla normal cuenta con una vida útil de unas 5.000 horas la vida útil de un LED es superior a las 100.000 horas de luz, estamos hablando de 11 años de continua emisión lumínica. 




EL CONDENSADOR

Componente que almacena una carga eléctrica, para liberarla posteriormente. La cantidad de carga que almacena se mide en faradios (F). Esta unidad es muy grande por lo que suele usarse el microfaradio (10 elevado a -6 faradios) o el picofaradio (10 elevado a -12 faradios). OJO los condensadores electrolíticos están compuesto de una disolución química corrosiva, y siempre hay que conectarlos con la polaridad correcta.


Su Símbolo es el siguiente, el primero es un condensador normal y el segundo el símbolo de un condensador electrolítico:

    

EL CONDENSADOR COMO TEMPORIZADOR

Los condensadores suelen utilizarse para temporizar, por ejemplo el tiempo de encendido de una lámpara. ¿Cuanto tiempo estará encendida la lámpara?. Pues lógicamente el tiempo que dure la descarga del condensador sobre ella. Una vez descargado se comporta como un interruptor abierto (hasta que no lo carguemos de nuevo). Normalmente la descarga del condensador sobre un receptor se hace a través de una resistencia, así podemos controlar el tiempo de descarga solo con cambiar el valor de la resistencia. La fórmula del tiempo de carga y descarga de un condensador viene definido por la fórmula T= 5 x R x C. Donde R es el valor de la resistencia en ohmios y C la capacidad del condensador en Faradios.

Veamos un ejemplo:



En este circuito cuando el conmutador este hacia la derecha el condensador se carga. Al cambiarlo a la posición de izquierda se descarga por la resistencia encendiendo el LED el tiempo que dura la descarga (que depende del valor de R y de C).



EL RELE

Es un elemento que funciona como un interruptor accionado eléctricamente. Tiene dos circuitos diferenciados. Un circuito de una bobina que cuando es activada por corriente eléctrica cambia el estado de los contactos. Los contactos activarán o desactivarán otro circuito diferente al de activación de la bobina. Puede tener uno o más contactos y estos pueden ser abiertos o cerrados. Aquí puedes ver varios tipos:



Ahora vas a ver un relé real, un circuito de como se utilizaría un relé y por último su símbolo:



Fíjate que el relé activa un circuito de una lámpara desde otro circuito diferente. Esto es muy útil cuando el circuito de la lámpara trabajará, por ejemplo a mucha tensión, podríamos activarlo desde un circuito externo al de la lámpara, el del relé, que trabajaría a mucha menos tensión, y por lo tanto mucho menos peligroso.

Otro Ejemplo. Vamos hacer un circuito para el retardo del encendido de una bombilla, mediante un condensador y un relé:



El condensador activa la bobina del relé cerrándose el contacto. Cuando se descarga la bobina no recibe corriente y el contacto del relé se abre.

DIVISOR DE TENSIÓN



En este circuito para una tensión de entrada fija la tensión de salida dependerá del valor de la resistencia variable de la parte de arriba. Al aumentar la resistencia del potenciómetro aumentará la tensión en él ya que Potenciómetro= Ip x Rp . y la tensión de salida será menor ya que la suma de las 2 tensiones (la del potenciómetro y la de la resistencia fija) siempre será igual a la tensión de entrada.

Conclusión a mayor resistencia en la parte de arriba menor tensión de salida (en la parte de abajo). Si ahora cambiáramos el potenciómetro por la resistencia (potenciómetro abajo y resistencia fija arriba) la tensión de salida al aumentar la tensión del potenciómetro sería mayor.



EL TRANSISTOR

Es un componente electrónico que podemos considerarlo como un interruptor o como un amplificador. Como un interruptor por que deja o no deja pasarla corriente, y como amplificador por que con una pequeña corriente (en la base) pasa una corriente mucho mayor (entre el emisor y el colector). La forma de trabajar de un transistor puede ser de 3 formas distintas.



-En activa : deja pasar mas o menos corriente.

-En corte: no deja pasar la corriente.

-En saturación: deja pasar toda la corriente Veamos un símil hidráulico (con agua).

Símil hidráulico: Vamos a ver como funciona comparándolo con una llave de agua siendo el agua la corriente en la realidad y la llave el transistor.


La llave es un muelle de cierre que se activa por la presión que actúa sobre él a través del agua de la tubería B.

-Funcionamiento en corte: si no hay presión en B (no pasa agua por su tubería) no se abre la válvula y no se produce un paso de fluido desde E (emisor) hacia C (colector).

-Funcionamiento en activa: si llega algo de presión a la base B, se abrirá la válvula en función de la presión que llegue, pasando agua desde E hacia C.

-Funcionamiento en saturación: si llega suficiente presión por B se abre totalmente la válvula y todo el agua podrá pasar desde E hasta B (la máxima cantidad posible).

Como vemos en un transistor con una pequeña corriente por la base B conseguimos una circulación mucho mayor de corriente desde el emisor al colector (amplificador de corriente), pero cuando no pasa nada de corriente por la base funciona como un interruptor cerrado, y cuando tiene la corriente de la base máxima su funcionamiento es como un interruptor abierto. Podemos considerarlo un interruptor accionado eléctricamente (corriente por B se abre).



Hay una gama muy amplia de transistores por lo que antes de conectar deberemos identificar sus 3 patillas y saber si es PNP o NPN. En los transistores NPN se deba conectar al polo positivo el colector y la base, y en los PNP el colector y la base al polo negativo.

Veamos su símbolos, el NPN y el PNP:




Comprobador del Patillaje de los Transistores

Antes de comenzar las prácticas es aconsejable disponer de un comprobador del patillaje de los transistores, para saber si el transistor está en buen estado o está estropeado (ya que suelen fallar bastante, o quemarse con bastante facilidad).

En caso de no disponer del comprobador, se puede construir uno con el siguiente circuito, pero no es necesario ni imprescindible:



Ahora vamos a ver varios circuitos sencillos.

CIRCUITO DE ALARMA POR ROTURA DE CABLE



Cuando el cable se rompe el transistor se activa y la alarma suena. Mientras el cable este sin romperse la corriente pasará por el circuito exterior, que tiene menos resistencia, y al transistor no le llega corriente a la base, conclusión, el transistor no se activará y no sonará la alarma en serie con el.


SENSIBLE LUZ PARA UN MOTOR



Cuando le ponemos luz a la LDR naja la resistencia y pasará mas corriente por la base hasta que sea la suficiente para activarlo. En ese momento el motor comenzará a funcionar. Si tenemos poca luz, la LDR tiene mucha resistencia y pasa poca corriente lo que implica que no le llega la suficiente corriente a la base del transistor.

CIRCUITO SENSIBLE AL TACTO



Cuando ponemos un dedo sobre los 2 sensores pasará una pequeña cantidad de corriente hacia la base del transistor, corriente aunque pequeña pero suficiente para activarlo y pasar activar el motor. Los 2 transistores conectados de esa forma se llama conexión Darlington. Sirve para amplificar la corriente de salida de los transistores.

DETECTOR DE FRIO



Cuando enfriamos la NTC aumenta mucho su resistencia y la corriente irá por la base del transistor activándolo y se encenderá el LED. Si la temperatura en la NTC es muy elevada tendrá poca resistencia y solo pasará corriente por el circuito externo, si pasar por la base del transistor.

DETECTOR DE CALOR



Al conectar de esta otra forma la NTC cuando aumentamos la temperatura en la NTC disminuye la resistencia e irá aumentando la corriente por la base. Llegará un momento que la corriente sea lo suficientemente grande como para activar el transistor y encenderse el LED.




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