Tema 5: Los dispositivos electrónicos

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1 Tema 5: Los dispositivos electrónicos
Concepto de electricidad Corriente eléctrica y su medida Circuitos Los aparatos electrónicos: Los equipos electrónicos Resistores Diodos Transistores: la ampliación electrónica El montaje de circuitos eléctricos La conmutación electrónica Condensadores La temporización y el condensador Fuente de alimentación Buen uso y mantenimiento de equipos electrónicos

2 CONCEPTO DE ELECTRICIDAD
Estructura del átomo En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza. - El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón. Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z. La corteza es la parte exterior del átomo: se encuentran los electrones, con carga negativa estan ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.

3 La corriente eléctrica y sus magnitudes
Tensión Resistencia Intensidad de Corriente Ley de Ohm Energía eléctrica Potencia eléctrica Indicar unidad, símbolo de la misma y definición

4 La tensión La tensión, voltaje o diferencia de potencial es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica. La diferencia de potencial también se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a otro. Se puede medir con un voltímetro.

5 En el Sistema Internacional de Unidades, la diferencia de potencial se mide en voltios ( V ), al igual que el potencial. La tensión es independiente del camino recorrido por la carga, y depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo.

6 La resistencia La resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de una corriente. Para una gran cantidad de materiales y condiciones, la resistencia eléctrica no depende de la corriente eléctrica que pasa a través de un objeto o de la tensión en los terminales de este. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor que se mantendrá constante. Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un objeto puede definirse como la razón de la tensión y la corriente, así :

7 Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductores. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.

8 La intensidad de corriente
La intensidad de corriente es la cantidad de carga eléctrica que pasa a través del conductor por unidad de tiempo, por lo tanto el valor de la intensidad instantánea, I, será: Si la intensidad permanece constante, utilizando incrementos finitos de tiempo, podemos definirla como: Si por el contrario la intensidad es variable la fórmula anterior nos dará el valor de la intensidad media en el intervalo de tiempo considerado. La unidad de intensidad de corriente en el Sistema internacional de unidades es el amperio.

9 La ley de Ohm La Ley de Ohm afirma que la corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia siempre y cuando su temperatura se mantenga constante. La ecuación matemática que describe está relación es: Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente. La ecuación de arriba es la forma moderna de la ley de Ohm.

10 La energía eléctrica Se denomina energía eléctrica a la forma de energía la cual resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuándo se les coloca en contacto por medio de un conductor eléctrico—para obtener trabajo. La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía mecánica y la energía térmica. Su uso es una de las bases de la tecnología utilizada por el ser humano en la actualidad.

11 La potencia eléctrica La potencia eléctrica es la relación de transferencia de energía por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado (p = dW / dt). La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Vatio, o que es lo mismo, Watt. Cuando una corriente eléctrica fluye en un circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico.

12 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Intensidad Tensión Potencia Resistencia equivalente Circuitos en serie Circuitos en paralelo

13 Circuitos en serie *Definición: Un circuito en serie es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, interruptores, entre otros. Se conectan secuencialmente. La terminar de salida de un dispositivo se conecta a la terminar de entrada del dispositivo siguiente. Siguiendo un símil hidráulico, dos depósitos de agua se conectarán en serie si la salida del primero se conecta a la entrada del segundo. Una batería eléctrica suele estar formada por varias pilas eléctricas conectadas en serie, para alcanzar así el voltaje que se precise.

14 * Formulas: 1. Intensidad para hallar el valor de la corriente usas la ecuación : I= V/Rt 2. Tensión Es independiente del camino recorrido por la carga y depende exclusivamente del potencial de los puntos; se expresa por la fórmula: 3. Potencia Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como : 4. Resistencia equivalente: Esta resistencia equivalente, se sabe que existe, y para configuraciones en que las resistencias a sustituir están en paralelo o en serie, son fáciles de calcular como verás en las próximas secciones. RA=R2+R3+R4

15 Circuitos en paralelo *Definición: El circuito en paralelo es una conexión donde los bornes o terminales de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida. Siguiendo un símil hidráulico, dos tinacos de agua conectados en paralelo tendrán una entrada común que alimentará simultáneamente a ambos, así como una salida común que drenará a ambos a la vez. Las bombillas de iluminación de una casa forman un circuito en paralelo.

16 La intensidad total dentro de un circuito en paralelo se puede ver que cuando la corriente sale de la bateria y al llegar a un nudo se divide y despues se volverán a encontrar . La tensión, esta es la misma para cada una de las resistencias, ya que para llevar a los electrones hasta el. extremo de cualquiera de las resistencias no se debe aplicar ninguna "Tuerza" o tensión debido a que suponemos que el cable no tiene resistencia. Por lo tanto la tensión se aplica directamente sobre las resistencias. Pt =Vt.It podemos determinar la potencia total que disipa el conjunto dado que conocemos todos los valores La resistencia equivalente es menor que la menor de las resistencias del circuito.

17 LOS APARATOS ELECTRÓNICOS
1.- Estructura del aparato electrónico a. Dispositivo de entrada b. Dispositivo de proceso c. Dispositivo de salida 2.- Componentes electrónicos a. Componentes discretos b. Circuitos integrados c. Elementos auxiliares 3.- Otros componentes a. Carcasa b. Placas de circuito impreso y conexiones c. Alimentación

18 1.Aparato electrónico: Un aparato o dispositivo electrónico consiste en una combinación de componentes electrónicos organizados en circuitos, destinados a controlar y aprovechar las señales eléctricas. Ejemplo de dispositivo electrónico es un amplificador de sonido que controla el flujo de energía de un micrófono hacia los altavoces.

19 a) Dispositivos de entrada: os dispositivos de entrada son aquellos equipos y componentes que permiten ingresar información a la unidad de procesamiento. El teclado, el mouse (ratón), el escáner, la cámara web (webcam), el lápiz óptico y el micrófono son dispositivos de entrada: permiten enviar datos a través de las teclas, el movimiento del dispositivo y la acción de clickear con los botones, por ejemplo. Los monitores y las impresoras, en cambio, suelen ser mencionados como dispositivos de salida: los primeros emiten información a través de la pantalla, mientras que las segundas ofrecen la impresión en papel.

20 b) Dispositivos de proceso: Es la capacidad del Sistema de Información para efectuar cálculos de acuerdo con una secuencia de operaciones preestablecida. Estos cálculos pueden efectuarse con datos introducidos recientemente en el sistema o bien con datos que están almacenados. Esta característica de los sistemas permite la transformación de datos fuente en información que puede ser utilizada para la toma de decisiones, lo que hace posible, entre otras cosas, que un tomador de decisiones genere una proyección financiera a partir de los datos que contiene un estado de resultados o un balance general de un año base.

21 c) Dispositivos de salida: Se consideran periféricos tanto a las unidades o dispositivos a través de los cuales la computadora se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o archivan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal. Se entenderá por periférico al conjunto de dispositivos que, sin pertenecer al núcleo fundamental de la computadora, formado por la CPU y la memoria central, permitan realizar operaciones de entrada/salida (E/S) complementarias al proceso de datos que realiza la CPU. Estas tres unidades básicas en un computador, CPU, memoria central y el subsistema de E/S, están comunicadas entre sí por tres buses o canales de comunicación: el bus de direcciones, para seleccionar la dirección del dato o del periférico al que se quiere acceder,el bus de control, básicamente para seleccionar la operación a realizar sobre el dato (principalmente lectura, escritura o modificación) y el bus de datos, por donde circulan los datos.

22 2. Componentes electrónicos
Discretos: son aquellos que están encapsulados uno a uno, como es el caso de los resistores, condensadores, diodos, transistores, etc. b) Integrados: forman conjuntos más complejos, como por ejemplo un amplificador operacional o una puerta lógica, que pueden contener desde unos pocos componentes discretos hasta millones de ellos. Son los denominados circuitos integrados. c) Elementos auxiliares: aparatos mecánicos de conexión y desconexión eléctrica, accionado por cualquier forma de energía, menos manual, capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito, incluso las de sobrecarga.

23 3. Otros componentes: Carcasa: En general se denomina carcasa a un conjunto de piezas duras y resistentes, que dan soporte (internas) o protegen (externas) a otras partes de un equipo. b. Placas de circuito impreso y conexiones :En electrónica, un circuito impreso o PCB (del inglés printed circuit board), es un medio para sostener mecánicamente y conectar eléctricamente componentes electrónicos, a través de rutas o pistas de material conductor, grabados en hojas de cobre laminadas sobre un sustrato no conductor, comúnmente baquelita o fibra de vidrio. c. Alimentación:En electrónica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc.).

24 Resistores Definición Tipos Fijos Variables Pocentiometros
Resistores dependientes 3. Aplicaciones 4. Identificación de resistores fijos

25 Definición: Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., los resistores se emplean para producir calor aprovechando el efecto Joule.

26 Tipos: Desde el punto de vista de vista de la resistividad , podemos encontrar materiales conductores (no presentan ninguna oposición al paso de la corriente eléctrica), aislantes (no permiten el flujo de corriente), y resistivos (que presentan cierta resistencia). Dentro de este último grupo encontramos las resistencias. Las resistencias son componentes eléctricos pasivos en los que la tensión instantánea aplicada es proporcional a la intensidad de corriente que circula por ellos. Su unidad de medida es el ohmio (Ω). Se pueden dividir en tres grupos: Resistencias lineales fijas: su valor de resistencia es constante y está predeterminado por el fabricante. Resistencias variables: su valor de resistencia puede variar dentro de unos límites. Resistencias no lineales: su valor de resistencia varia de forma no lineal dependiendo de distintas magnitudes físicas (temperatura, luminosidad, etc.).

27 Aplicaciones: el componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., los resistores se emplean para producir calor aprovechando el efecto Joule.

28 Identificación de resistores fijos: Para determinar el valor de la resistencia comenzaremos por determinar la banda de la tolerancia: oro, plata, rojo, marrón, o ningún color. Si las bandas son de color oro o plata, está claro que son las correspondientes a la tolerancia y debemos comenzar la lectura por el extremo contrario. Si son de color rojo o marrón, suelen estar separadas de las otras tres o cuatro bandas, y así comenzaremos la lectura por el extremo opuesto, 1ª cifra, 2ª cifra, número de ceros o factor multiplicador y tolerancia, aunque en algunos casos existe una tercera cifra significativa..En caso de existir sólo tres bandas con color, la tolerancia será de +/- 20%. La falta de esta banda dejará un hueco grande en uno de los extremos y se empezará la lectura por el contrario. Suele ser característico que la separación entre la banda de tolerancia y el factor multiplicativo sea mayor que la que existe entre las demás bandas.

29 Diodos Definición Funcionamiento Tipos Ordinarios Especiales
4. Aplicaciones

30 Definición de diodo: -Un diodo es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. Funcionamiento de un diodo: -El funcionamiento del diodo ideal es el de un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido, y resistencia infinita en el sentido opuesto.

31 Los diodos ordinarios construidos con regiones de dopaje P o N .
Los diodos ordinarios construidos con regiones de dopaje P o N .Los diodos pn, son uniones de dos materiales semiconductores extrínsecos tipos p y n, por lo que también reciben la denominación de unión pn. Hay que destacar que ninguno de los dos cristales por separado tiene carga eléctrica, ya que en cada cristal, el número de electrones y protones es el mismo, de lo que podemos decir que los dos cristales, tanto el p como el n, son neutros.

32 Diodos especiales: El diodo Zener: La aplicación de estos diodos se ve en los Reguladores de Tensión y actúa como dispositivo de tensión constante (como una pila). b) El diodo Varicap: (Epicap, capacidad controlada por tensión o diodo de sintonía) es un diodo que se comporta como un condensador donde la capacidad esta controlada por la tensión.

33 Aplicaciones La principal aplicación del diodo es la obtención de una tensión contínua a partir de una fuente de corriente alterna lo cual ocurre porque deja circular corriente a través suyo cuando se conecta el polo positivo de la fuente al ánodo, y el negativo al cátodo, y se opone al paso de la misma si se realiza la conexión opuesta de forma que realiza así la conversión de corriente alterna en continua al permitir solo el paso de la alternancia positiva. A este proceso se le llama "rectificación".

34 Transistores Definición Funcionamiento F. en corte F. en zona activa
F. en saturación 3. Tipos Transistor. PNP Transistor NPN 4. Transistor como interruptor 5. Transistor como amplificador

35 1.Definición El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los aparatos domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras …

36 2. Funcionamiento En el transistor, el emisor es el encargado de “inyectar” electrones en la base, la cual se encarga de gobernar dichos electrones y mandarlos finalmente al colector. La fabricación del transistor se realiza de forma que la base es la zona más pequeña, después el emisor, siendo el colector el más grande en tamaño.

37 Un transistor en corte tiene una corriente de colector (Ic) mínima (prácticamente igual a cero) y un voltaje colector emisor VCE) máximo (casi igual al voltaje de alimentación). Ver la zona amarilla en el gráfico El transistor trabajando en la zona activa se suele utilizar en la electrónica de las comunicaciones. La potencia disipada ahora es mayor, ya que ambos términos tienen un valor intermedio. Un transistor en saturación tiene una corriente de colector (Ic) máxima y un voltaje colector emisor (VCE) casi nulo (cero voltios). Ver zona en verde en el gráfico

38 Transistores PNP: uno de los dos transistores que se encuentran en el siguiente cuadro. En estos transistores, para obtener el mismo efecto que el anterior, su base deberá ser ligeramente negativa. Observa que en este esquema tanto los LED's como la fuente fueron invertidos. Transistores NPN. En este ejercicio puedes utilizar uno de los dos transistores que se indican en la siguiente tabla, los dos son del tipo NPN con su respectiva disposición de terminales.

39 Transistor como interruptor
Cuando un transistor se utiliza en un circuito, el comportamiento que éste tenga dependerá de sus curvas características. En el diagrama que se muestra hay varias curvas que representan la función de transferencia de Ic (corriente de colector) contra VCE (voltaje colector – emisor) para varios valores de Ib (corriente de base). Cuando el transistor se utiliza como amplificador, el punto de operación de éste se ubica sobre una de las líneas de las funciones de transferencia que están en la zona activa. (las líneas están casi horizontales).

40 En estos tipos de montajes en los que la entrada de señal a amplificar y la salida amplificada se toma con respecto a un punto común, en este caso el negativo, conectado con el emisor del transistor. Este circuito nos ayudará a comprender el funcionamiento de un transistor tipo NPN.