Presentación sobre el uso y funcionamiento de los elementos básicos en electrónica analógica para 4º ESO

1. Unidad 3: Dispositivos
electrónicos
Tecnología
4º ESO
gabriela-teacher.blogspot.com

2. Índice
1. Introducción a la electrónica
2.Componentes electrónicos básicos
3.Circuitos integrados: Amplificadores operaciones y
temporizadores
Actividades a realizar
1. Actividades de clase.
2.Prácticas de taller.

3. 1. Introducción a la electrónica
1.1. ¿Qué es la electrónica?
Rama de las Ciencias Físicas.
Un circuito es electrónico (y no eléctrico) cuando:
- Funciona con intensidades (miliamperios mA) y tensiones
bajas.
- Se destina a aplicaciones de cálculo (informática), control
automático o manejo de señales de radio.
- tiliza elementos semiconductores.

4. 1.2. ¿Qué es un material
semiconductor?
Por la configuración de sus átomos:
- Al ganar energía (calor, luz, pequeño voltaje, un golpe…) se
convierten en conductores.
- Al perder esa energía (frío, quietud…) son aislantes.
Los materiales semiconductores pueden ser:
- Intrínsecos  Formados por un solo tipo de átomo  Silicio
(Si) y Germanio (Ge).
- Extrínsecos  Formados por estructuras moleculares de
distintos tipos de átomos (combinaciones de Silicio con Boro,
Fósforo o Antimonio).

5. 1.3. ¿Qué es un sistema electrónico?
ENTRADA
SISTEMA
ELECTRÓNICO
SALIDA
Conjunto de componentes electrónicos conectados de forma
que al aplicar una señal de excitación a la entrada, el sistema
proporciona una respuesta a la salida.

6. 2. Componentes electrónicos básicos
2.1. Tipos de componentes

7. 2.2. Componentes activos: Resistencias
2.2.1. Definición
Su valor depende de:
- Su longitud (l) en m.
- Su sección (S) en mm2
.
- La resistividad del material del que está hecha (ρ) en Ω· mm2
/m.
Símbolos:
Su unidad de medida es el ohmio (Ω). También se utilizan múltiplos
del ohmio:
Kiloohmio: 1 k Ω = 1.000 Ω
Megaohmio: 1 M Ω = 1.000.000 Ω
Componente electrónico que se opone al paso de la corriente
eléctrica. Funciona transformando la corriente eléctrica en
energía calorífica.

8. 2.2.2. La ley de Ohm
Recordamos la Ley de Ohm:
La intensidad de corriente eléctrica que circula por un
conductor es directamente proporcional a la tensión
aplicada entre sus extremos e inversamente proporcional
a la resistencia que este opone al paso de la corriente
eléctrica.

9. 2.2.3. Utilidad de las resistencias
Las resistencias se usan para proteger los elementos de un circuito:
a) En serie con un componente, reducen la tensión que circula
por él.
b) En paralelo con un componente, limitan la intensidad de
corriente que circula por él.
En este montaje, la
bombilla soporta una
caída de tensión de 9V
En este montaje, la
bombilla soporta una
caída de tensión de 3V
En este montaje, la
bombilla es atravesada
por una corriente de
15mA.
En este montaje, la
bombilla es atravesada
por una corriente de
7,5mA.

10. 2.2.4. Tipos de resistencias
Existen dos tipos de resistencias:
a) Fijas: Su valor es constante. Se identifican mediante un código
de color.
b) Variables. Existen distintos subtipos:
 Potenciómetros: Su valor puede ser modificado por el usuario
mediante un mando.
 LDR (light dependent resistor): Su valor cambia al ser
iluminadas por la luz.
 Termistores: Su valor aumenta a medida que se calientan o
enfrían.
 VDR (voltage dependent resistor): Su valor depende de la
tensión.

11. 2.2.4.a Resistencias fijas: Código normalizado de color
Tienen normalmente 4 bandas de color (a veces 5):
- La 1ª banda indica la primera cifra del valor de la resistencia.
- La 2ª banda indica la segunda cifra del valor.
- La 3ª banda indica el número de ceros que siguen a los dos
números anteriores (10n
).
- La 4ª banda indica la tolerancia o margen de error de la
resistencia (ninguna resistencia tiene siempre el mismo valor).
Código de colores para las tres primeras bandas:
Código de colores para la cuarta banda:

12. ¿Puedes identificar los valores de estas resistencias?

13. 2.2.4.b Resistencias variables
Potenciómetros
Tienen indicado un valor nominal.
Accionando su mando, su valor puede variar entre
0 Ω y su valor nominal.
Se utilizan para regular la intensidad en
determinados circuitos, variando el nivel de
luminosidad, de sonido, etc.
LDR (light dependent resistor)
Se fabrica con un material fotoconductor (sulfuro
de cadmio) que no tiene electrones libres en
la oscuridad (resistencia elevada). En
presencia de luz, libera electrones (valor
resistencia disminuye).
No cumplen la Ley de Ohm.
Se emplean en dispositivos detectores de
luminosidad, oscuridad o presencia.

14. 2.3. Componentes activos: Condensador
2.3.1. Definición
Está formado por dos placas metálicas llamadas armaduras
separadas por un material aislante llamado dieléctrico.
Entre las armaduras, por tanto, no hay paso de
corriente, sino que se crea un campo
eléctrico que “ordena” los electrones,
provocando que una armadura se cargue +
y la otra -.
Símbolos:
Cond. Electrolítico Cond. Papel o cerámica
(polarizado, peligroso
Invertir)
Componente electrónico cuya misión es almacenar carga
eléctrica para después cederla a un circuito.

15. La carga Q almacenada por
un condensador (en
culombios C) es el
producto de su
capacidad C (en
faradios F) por la tensión
E entre sus armaduras
(en voltios V).
Cuanto mayor sea la capacidad de un condensador, mayor cantidad
de carga podrá almacenar en él.
La unidad de Capacidad de un condensador es el faradio (F).
También se utilizan submúltiplos del faradio:
Microfaradio: 1 μF= 10-6
F
Nanofaradio: 1 nF= 10-9
F
Picofaradio: 1 pF= 10-12
F
Q = C · E
Condensador electrolítico de 3300 μF.
Polarizado, cátodo al polo negativo de la pila.
Condensador
cerámico de 10-4
F
Cátodo
Ánodo

16. 2.3.2. Funcionamiento
Suponemos el condensador descargado y conectado en serie con
una resistencia y una fuente de alimentación continua:
En la posición 1 del conmutador, el
condensador se va cargando a
través de la resistencia R hasta
alcanzar el valor:
Vc = Condensador cargado
Una vez cargado el condensador,
ponemos el conmutador en la
posición 2 y el condensador se
descarga a través de la resistencia.

17. 2.3.3. Tiempo de carga
Mientras el condensador se carga o descarga, atraviesa un régimen
transitorio. Cuando no gana ni pierde carga, está en un régimen
permanente.
Las curvas de carga y descarga de un condensador son:
El tiempo que tarda un condensador en cargarse viene dado por la
expresión:
Los usos más frecuentes son: flash de cámaras, baterías, tubos
fluorescentes, motores de arranque, y compensación del factor
de potencia en instalaciones industriales, entre otras.

18. 2.3.4. Usos de los condensadores
Los usos más frecuentes son:
 Flash de cámaras.
 Baterías.
 Memorias.
 Tubos fluorescentes.
 Motores de arranque.
 Compensación del factor de potencia en instalaciones
industriales.
 Osciladores
 Modulación y demodulación de ondas de radio
 etc

19. 2.3.5. Asociación de condensadores
Asociación en serie
Asociación en paralelo
Ceq = C1 + C2 +…+ Cn

20. 2.4. Componentes pasivos: Diodo LED
2.4.1. Definición
Los diodos son elementos pasivos formados por dos materiales
semiconductores diferentes (tipo P y tipo N) que, al entrar en
contacto, producen un movimiento de electrones entre las zonas
P (positivo-ánodo)-N (negativo-cátodo).
En el caso de los diodos LED, esta
corriente genera luz.
Símbolo del diodo LED:
Es un tipo de diodo compuesto para que emita luz de distintos
colores.

21. 2.4.2. Polarización de los diodos
Los diodos están polarizados, es decir, solo permiten el paso de
corriente en una dirección: cuando el cátodo está conectado al
polo negativo de la pila.
Cátodo
Ánodo

22. 2.4.3. Limitaciones de los diodos
Los diodos LED pueden soportar sólo ciertas diferencias de
potencial (según el color). Estas tensiones son de alrededor
de 2V, por lo que hay que conectar una resistencia en serie
con ellos cuando se conectan directamente a una pila de
tensión mayor.
La intensidad máxima que pueden soportar sin quemarse es de
unos 20 o 30 mA.
En esta tabla se recogen las tensiones e intensidades umbral para
los colores más frecuentes:

23. 2.3.4. Usos de los diodos
Los usos más frecuentes de los LED son:
 Interruptores para no permitir el paso de la corriente en una
cierta dirección.
 Modulación de señales de radio, impidiendo el paso semiciclos
de onda negativos.
 Conversión de la corriente alterna en continua.
 Multiplicación o división de tensión.
En el caso de los diodos LED:
 Presente en más del 90% de las tecnologías de iluminación.
 Señalización.
 Monitores y pantallas LED.
 Cámaras de vigilancia.
 Indicadores de estado (on/off) de máquinas y
electrodomésticos.
 Los LED de luz infrarroja se usan en mandos a distancia y
control remoto.

24. 2.5. Componentes pasivos: Transistor
2.5.1. Definición
Existen dos tipos de transistores según la disposición de los
semiconductores:
Es un componente electrónico formado por una doble unión P-
N, es decir, por dos diodos enfrentados. Su misión es
controlar la intensidad que circula entre dos de sus terminales.

25. 2.5.2. Terminales
El Emisor y el Colector son los
terminales que emiten o
reciben las cargas móviles que
atraviesan el transistor (según
el tipo).
La Base es el soporte el emisor y el
colector, y se sitúa entre
ambos. Es estimulada por una
corriente mucho menor que la
que circula entre E y C.
Los terminales de los transistores
no son identificables a simple
vista. Cada modelo presenta
una distribución que el
fabricante nos facilita.

26. 2.5.3. Funciones
1.- Como interruptor, dejando pasar o cortando señales eléctricas a
partir de una pequeña señal (funcionamiento en corte).
2.- Como amplificador de señales, convirtiendo una señal pequeña
en una más grande (funcionamiento en saturación).
3.- Otras funciones: oscilador, conmutador, rectificador…

27. 2.5.4. Funcionamiento del transistor
Un transistor puede tener 3 estados en un circuito, que
entenderemos mediante un símil hidráulico:
- Funcionamiento en corte: al no haber presión en B, la válvula no se
levanta y no hay paso de agua entre E y C  Sin corriente en B,
funciona como un interruptor abierto, no pasa corriente de E a C.
- Funcionamiento en activa: si la válvula B recibe algo de presión,
sube y empieza a pasar agua de E a C  Con una corriente
suficiente en B, se abre el transistor y pasa una corriente
intermedia entre E y C.
- Funcionamiento en saturación: si llega suficiente presión, la válvula
se abre totalmente y la máxima cantidad de agua pasa de E a C (nunca
más del máximo)  Con la corriente máxima que necesita B, circula
la máxima corriente posible entre E y C.

28. 2.5.4. Funcionamiento del transistor (2)
Las corrientes de un transistor son 3:
- Corriente de base Ib
- Corriente de emisor Ie
- Corriente de colector Ic
NPN PNP

29. 2.5.5. Fórmulas del transistor
Ie = Ic + Ib
Llamamos ganancia β a la relación de
amplificación de la corriente en el
transistor: relación entre la corriente
de salida y la necesaria para activarlo.
ATENCIÓN: Los transistores solo pueden soportar ciertas
tensiones máximas de salida.
β = Ic / Ib
ATENCIÓN: Como la corriente necesaria en la
base es muy pequeña, las tensiones de
colector y emisor son prácticamente iguales.
La potencia máxima que puede disipar el
transistor es importante para elegirlo.
ATENCIÓN: Si lo conectamos a un receptor, el transistor
debe ser capaz de disipar la potencia del receptor
para no quemarse.
P= Vc-e · Ic
Vce = Vcb + Vbe
Las tensiones de base son
iguales a la tensión de
salida.

30. 2.5.6. Circuito básico de un transistor
Receptor de salida
Resistencia de base: protege
la base de intensidades
altas
Fuentes de alimentación (1 ó 2)

31. 2.6. El montaje de los componentes
electrónicos: El circuito impreso.
El circuito impreso es una placa de baquelita o fibra de vidrio
recubierta, en una o ambas caras, por superficies conductoras
(cobre) sobre la cual se tienen que montar y soldar los
componentes.

32. 3. Circuitos integrados.
Amplificadores operaciones y
temporizadores
3.1. Introducción
Los microprocesadores son CI complejos con más de 100 millones de
transistores.
Los circuitos integrados (también
llamados chip o microchip) son
circuitos con un uso específico,
compuestos de elementos simples
(diodos, condensadores,
transistores…) fabricados en una oblea
de silicio, miniaturizados y protegidos
por una carcasa de plástico. Sus
terminales se conectan para darles
señal y para recoger resultados.

33. 3.2. Amplificador operacional μ741
Circuito integrado que aumenta una señal de
entrada, por ejemplo la señal de voltaje de un
micrófono para que salga por un altavoz o la
señal de antena de una televisión.
Símbolo del chip
Señal de entrada
Alimentación desde
terminal - pila
Alimentación desde
terminal + pila
Señal de salida

34. 3.3. Temporizador NE555
Circuito integrado capaz de general señales
temporales con mucha estabilidad y precisión.
Se emplea como circuito base de muchos
dispositivos de control del tiempo: relojes,
temporizadores, retardadores, intermitentes…
Símbolo del chip
Señal de entrada
Alimentación desde
terminal - pila
Alimentación desde
terminal + pila
Señal de salida