La electrónica se encarga de controlar la circulación
de los electrones de forma minuciosa. Se encarga
de que pasen en mayor o menor cantidad con
dispositivos pasivos y activos.
Los dispositivos pasivos son: Resistencias,
condensadores y bobinas.
Los dispositivos activos son diodos, transistores y
circuitos integrados (semiconductores).
Las bobinas y los circuitos integrados no los
estudiaremos en esta unidad.
2.- La resistencia.
Con el objeto de producir caídas de tensión en
puntos determinados y limitar la corriente que pasa
por diversos puntos se fabrican elementos
resistivos de los que se conoce su valor Óhmico.
Estos elementos se conocen como resistencias.
Se caracterizan por su:
- Valor nominal: es el valor marcado sobre
el cuerpo del resistor.
- Tolerancia: porcentaje en más o menos,
sobre el valor nominal, que el fabricante
respeta en todos los resistores fabricados.
- Coeficiente de temperatura: la resistencia
varía con la temperatura. Esta variación se
puede calcular en función del coeficiente de
temperatura:
RT = R0 (1 +αT)
- Potencia nominal: potencia que puede
disipar el resistor en condiciones
ambientales de 20 a 25ºC. Cuanto mayor
es la potencia mayor será el tamaño del
resistor.
- Tensión límite nominal: es la máxima
tensión que puede soportar, en extremos,
el resistor.
Existen tres tipos de resistencias, fijas, variables y
dependientes.
Resistencias fijas, se caracterizan por mantener
un valor óhmico fijo, para potencias inferiores a 2 W
suelen ser de carbón o de película metálica.
Mientras que para potencias mayores se utilizan las
bobinadas.
Resistencias fijas
Los valores de las mismas están normalizados en
series y generalmente la forma de indicarlo sobre el
cuerpo es mediante un código de colores, en las
resistencias bobinadas se escribe el valor
directamente.
Código de colores
La interpretación del código de colores es:
1º- colocamos la resistencia de la forma adecuada,
con la tolerancia en la parte derecha.
2º- sustituimos cada color por su valor.
1ª cifra = naranja = 3
2ª cifra = blanco = 9
Multiplicador = rojo = x100
Tolerancia = oro = ±5%
3º- El valor nominal será: Vn = 3900 Ω ±5%
4º- Los valores máximo y mínimo serán:
- Valor máximo = valor nominal + valor nominal *
Tolerancia / 100 = 3900 + 3900 * 5 / 100 = 4095 Ω
- Valor mínimo = valor nominal - valor nominal *
Tolerancia / 100 = 3900 - 3900 * 5 / 100 = 3705 Ω
El valor real de la resistencia se encontrará entre
3705 Ω y 4095 Ω.
Por ejemplo:
Indica el valor en código de colores de las siguientes
resistencias:
Solución:
Valor 1ª cifra 2ª cifra Multiplicador Tolerancia
100 Ω
±5%
marrón negro marrón oro
220 Ω
±10%
rojo rojo marrón plata
4700 Ω
±5%
amarillo violeta rojo oro
68000Ω
±20% azul gris naranja sin color
68000Ω
±20% azul gris naranja sin color
Otro ejemplo:
Completa el valor de cada resistencia si conocemos
los colores de que está compuesta.
Solución:
1ª
cifra
2ª
cifra Multi. Toler. Valor V máx V
min
marrón negro rojo oro 1000Ω
±5% 1050Ω 950Ω
gris rojo oro oro 8,2Ω
±5% 8,61Ω 7,79Ω
rojo violeta verde plata 2700000Ω
±10% 2970000Ω 2430000Ω
violeta verde negro oro 75Ω
±5% 78,75Ω 71,25Ω
Resistencias variables, la variación puede ser
rotativa o lineal.
Resistencias variables lineal y rotativa
Según la forma constructiva pueden ser bobinadas,
para potencias grandes, o de pista de carbón.
Cuando se varían con ayuda de una herramienta se
denominan ajustables, mientras que cuando
disponen de un vástago para variarlas se
denominan potenciómetros.
Y a la vez pueden ser, de conexión vertical y ajuste
horizontal, o de conexión horizontal y ajuste
vertical.
Conexión vertical y horizontal
En algunos casos se pone solidario con el eje de
giro un interruptor (abajo a la derecha).
Resistencias variables (potenciómetros y ajustables)
Los símbolos son:
Símbolos de resistencias
Resistencias dependientes, existen cuatro tipos
de resistencias dependientes: NTC, PTC, LDR y
VDR.
NTC: Resistencia de coeficiente negativo de
temperatura. Cuando aumenta la temperatura de la
misma disminuye su valor óhmico. Si nos pasamos
de la temperatura máxima o estamos por debajo de
la mínima se comporta de forma inversa.
Se utiliza en aplicaciones relacionadas con la
temperatura.
Resistencia NTC y gráfica
PTC: Resistencia de coeficiente positivo de
temperatura. Cuando aumenta la temperatura de la
misma aumenta su valor óhmico.
En realidad es una NTC que aprovechamos su
característica inversa entre dos valores de
temperatura conocidos, T1 y T2.
También se utiliza en aplicaciones relacionadas con
la temperatura.
Resistencia PTC y gráfica
LDR: Resistencia dependiente de la luz. Cuando
aumenta la intensidad luminosa sobre la misma
disminuye su valor óhmico.
Se utiliza en aplicaciones relacionadas con la
intensidad luminosa.
Resistencia LDR y gráfica
VDR: Resistencia dependiente de la tensión.
Cuando aumenta la tensión en sus extremos
disminuye su valor óhmico, y circula más corriente
por sus extremos.
Se utiliza como protección para evitar subidas de
tensión en los circuitos. Cuando se supera la
tensión de la VDR la corriente se marcha por ella y
protege al circuito.
Resistencia VDR y gráfica
Resistencias dependientes
Los símbolos de estas resistencias son:
Símbolos NTC, PTC, LDR y VDR
3.- El condensador.
Los condensadores están formados por dos
armaduras conductoras, separadas por un material
dieléctrico que da nombre al tipo de condensador.
Los hay de diversos tipos, cerámicos, de poliéster,
electrolíticos, de papel, de mica, de tántalo,
variables y ajustables.
Condensadores fijos
Los electrolíticos tienen polaridad y se debe
respetar, en caso contrario el condensador puede
explotar.
Por lo general se indica el valor de los mismos en la
carcasa, si no se hace de forma directa se utiliza el
código de colores empezando de arriba a bajo su
lectura. Cada condensador dispone de una lectura
distinta, se incluye como dato importante la tensión
máxima de trabajo del mismo.
Condensadores
Los símbolos de los condensadores son:
Símbolos de condensadores
Para entender el funcionamiento de un
condensador lo vamos a someter a la carga y
descarga del mismo en serie con una resistencia.
Carga del condensador
Cuando cerramos el circuito de carga el
condensador se carga hasta alcanzar casi la
tensión de alimentación.
El tiempo de carga depende de la capacidad del
condensador y del valor óhmico de la resistencia
que está en serie con él R1, siguiendo la fórmula:
t1= 5*R1*C
Descarga del condensador
Cuando cerramos el circuito de descarga, es el
condensador el que entrega la corriente a la
resistencia hasta agotarse su carga.
El tiempo de descarga ahora depende de la
capacidad y de la resistencia de descarga R2.
t2= 5*R2*C
Una de las aplicaciones más comunes para los
condensadores son los temporizadores, esperar
hasta que el condensador se cargue o descargue.
Por ejemplo:
Calcula el tiempo que tardará en cargarse un
condensador de 4700 μF que está en serie con una
resistencia de 1000 Ω.
Solución:
t 4700x10 6 1000 4,7s
1 = ⋅ = −
Cuanto tiempo lucirá una bombilla que se conecta
al condensador una vez cargado si la bombilla tiene
2000 Ω de resistencia.
Solución:
t 4700 x10 6 2000 9,4s
4.- El diodo.
Un material semiconductor es aquel que tiene
estructura cristalina, y en una buena disposición
para dejar electrones libres.
Cada átomo tiene en su órbita externa 4 electrones,
que comparte con los átomos adyacentes formando
enlaces covalentes. De manera que cada átomo ve
8 electrones en su capa más externa, haciendo al
material de baja conductividad.
El Silicio (Si) y el Germanio (Ge) cumplen estas
características.
Material semiconductor neutro
El semiconductor puro no se utiliza, ya que resulta
muy difícil conseguir liberar sus electrones. Aunque
a temperatura ambiente siempre hay enlaces rotos
que tienen a sus electrones libres.
Pero se pueden añadir impurezas a este material y
cambia radicalmente su comportamiento.
Si en la estructura del semiconductor puro
sustituimos algunos átomos de éste por otros que
tengan 3 electrones en su última capa, por ejemplo
el Indio (In), se obtiene una estructura donde
aparecen huecos (h+), donde faltan electrones para
que el comportamiento del material sea como el del
neutro.
Por lo tanto este material se comporta como si
estuviera cargado positivamente. Se denomina
material semiconductor de tipo P.
Material semiconductor de tipo P
También podemos sustituir alguno de los átomos
del material neutro, por átomos que tienen 5
electrones en su última capa, como los del
Antimonio (Sb), se obtiene una estructura donde
quedan electrones libres (e-) que no pertenecen a
ningún enlace y de fácil movilidad.
Por lo tanto este material se comporta como si
estuviera cargado negativamente. Se denomina
material semiconductor de tipo N.
Material semiconductor de tipo N
Cuando unimos estos dos materiales (P-N) se
produce una recombinación de electrones (e-) y
huecos (h+) en la zona de unión apareciendo una
zona desierta sin portadores de carga libres.
A esta unión (P-N) se le llama Diodo.
Unión P-N, símbolo del Diodo
Polarización de diodo.
Una característica esencial de la unión P-N es que
permite el paso de corriente en un sentido y se
opone en el sentido contrario.
Polarización Inversa.
Polarización inversa del diodo
La polarización de la batería obliga a los electrones
(e-) de N y huecos (h+) de P a alejarse de la unión,
aumentando el ancho de la zona desierta, e
impidiendo la circulación de electrones.
El diodo se comporta como un interruptor abierto y
la bombilla no lucirá. Toda la tensión cae en el
diodo VR
Polarización directa.
Polarización directa del diodo
Al aplicar tensión directa, se reduce la barrera de
potencial de la unión, debido a la polarización de la
batería, que impulsa a los electrones (e-) de N y
huecos (h+) de P. Por tanto, los electrones (e-)
tienden a cruzar la unión de N a P y los huecos (h+)
en sentido opuesto.
La zona desierta se reduce, y se establece una
corriente en sentido directo ID.
El diodo se comporta como un interruptor cerrado y
la bombilla lucirá. En el diodo cae una pequeña
tensión VD y el resto sobre la bombilla en este caso.
Existen diferentes tipos de diodos, rectificadores,
LED (Diodos Emisores de Luz), varicap, Zener,
Fotodiodos, etc.
Diodos
Los símbolos son:
Símbolos de diodos
Cálculos:
Cuando se polariza en inversa el diodo debe
soportar toda la tensión inversa VR a la que está
sometido (Vcc), de otra manera se destruye.
Pero cuando se polariza en directa en sus extremos
cae la tensión directa VD que es del orden de 0,6V y
el resto cae en los elementos que se encuentran en
serie con él. Al mismo tiempo debe ser capaz de
soportar la corriente ID que circula por él.
La ecuación de cálculo es:
Vcc = Rs * ID + VD
Por ejemplo:
Calcula la resistencia de limitación que debemos
poner para proteger el diodo LED que tiene los
siguientes parámetros (VD = 1,8V, ID = 25 mA),
cuando lo conectamos a 5 V.
Solución:
= Ω
−
=
−
= 128
0.025
5 1.8
D
D
S I
R Vcc V
Otro ejemplo:
¿Cuál es la corriente que circulará por la bombilla si
la resistencia de la misma es de 15Ω, y la tensión
de alimentación del circuito es de 6 V?
Tecnología Autor: Antonio Bueno
9
Solución:
Como se trata de un diodo rectificador su tensión
VD = 0,6V.
mA
R
I Vcc V
L
D
D 360
15
6 0.6 =
−
=
−
=
5.- La fuente de alimentación.
La mayor parte de los circuitos electrónicos
requieren corriente continua para su
funcionamiento. La fuente de alimentación
convierte la corriente alterna en corriente continua.
El esquema de bloques de una fuente de
alimentación es:
Bloques de una fuente de alimentación
El transformador, se encarga de cambiar los
niveles de la tensión de entrada, de 230V hasta uno
cercano al que deseamos obtener de corriente
continua, para el caso de España.
Esquema equivalente de un transformador
Las ecuaciones de un transformador son:
P1 = P2 (potencia del devanado 1 = potencia del 2)
o lo que es lo mismo:
Ve · I1 = Vs · I2 ⇒ Ve / Vs = I2 / I1
También se cumple:
N1 / N2 = Ve / Vs = m (relación de transformación)
Donde:
N1 = número de espiras del devanado 1
N2 = número de espiras del devanado 2
El transformador es reversible, por lo que se puede
conectar la tensión mayor en cualquiera de los dos
devanados y obtener la del otro.
Por ejemplo:
Deseamos transformar una tensión de 230 V en
otra de 12 V. Si la carga debe consumir 100 mA .
1.- Calcular la potencia del transformador.
2.- Calcular N1, si N2 vale 100 espiras.
Solución:
1.- P1 = P2 = 12 V ·0,1 A = 1,2 W
2.- N1 = (Ve / Vs ) · N2 = (230 / 12) · 100 = 1917
espiras
se ajusta al entero siguiente.
El rectificador, se encarga de convertir la corriente
alterna en corriente positiva nada más.
Existen dos modelos, el de media onda y el de
onda completa.
El rectificador de media onda, elimina el
semiciclo negativo de la red y con ello sólo habrá
semiciclos positivos. Es un montaje poco eficiente
puesto que la mitad de la tensión suministrada no
se emplea.
Se implementa con un diodo que no permite pasar
la corriente en los semiciclos negativos.
Rectificador de media onda
El rectificador de onda completa, rectifica el
semiciclo negativo de tensión y lo convierte en
positivo, para conseguirlo uno de los métodos es
utilizar un puente de diodos. La eficiencia de éste
montaje es muy alta por lo que es muy utilizado.
Tecnología Autor: Antonio Bueno
10
Se trata de un montaje con cuatro diodos, en el
semiciclo positivo los diodos D1 y D3 permiten el
paso de la corriente hasta la carga, con la polaridad
indicada. En el semiciclo negativo son D2 y D4 los
que permiten el paso de la corriente y la entregan a
la carga con la misma polaridad que en el caso
anterior.
Rectificador de onda completa
El filtro, se encarga de hacer que la corriente
pulsatoria, se mantenga en un nivel de continua lo
más alto posible.
Cuando el valor instantáneo de la tensión pulsatoria
es superior a la que tiene el condensador, es esta,
la que se entrega a la carga, mientras que cuando
la tensión pulsatoria es inferior a la del
condensador, es el condensador quien se la
suministra a la carga manteniendo la tensión con
niveles elevados de corriente continua.
Aun así existen unas pequeñas variaciones en la
tensión que se obtiene llamadas tensión de rizado.
Filtro por condensador
El Estabilizador, se encarga de eliminar el rizado
que todavía hay tras el filtro y de dejar la corriente
totalmente continua y estable.
Suele utilizarse un circuito especializado (regulador
de tensión) o un diodo zener que se encargan de
esta función.
La unión de todos estos bloques configuran una
fuente de alimentación. Aunque en ocasiones
pueden no estar alguno de ellos, por ejemplo el
transformador, o el estabilizador.
Estabilizador
El montaje completo se puede ver a continuación:
Fuente de alimentación
6.- El transistor.
Es un dispositivo semiconductor que consiste en
dos uniones P-N yuxtapuestas, dando lugar a tres
regiones P-N-P o N-P-N, que son los dos tipos de
transistores bipolares existentes.
Transistores NPN y PNP
El transistor consta de tres terminales llamados:
emisor (E), base (B) y colector (C). A la base le
corresponde la región central, de espesor muy
pequeño y escaso dopado.
Tecnología Autor: Antonio Bueno
11
Equivalente en diodos de los transistores NPN y PNP
El circuito de polarización de un transistor NPN
puede verse a continuación:
Polarización de un transistor NPN
Sustituimos el transistor por su equivalente de
diodos y luego por su configuración de material que
nos ayudará a comprender su funcionamiento.
Polarización de un transistor NPN, equivalente de diodos
Polarización de un transistor NPN, equivalente de material
El funcionamiento es el siguiente:
1.- Si VBB es igual a 0 Voltios, el diodo superior
entre colector-emisor está polarizado en inversa y
no permiten el paso de corriente entre colectoremisor.
2.- Cuando aplicamos tensión sobre la base-emisor
del transistor, circula la corriente IBE, haciendo que
el diodo base-emisor, pase a comportarse como un
circuito cerrado.
Corriente base-emisor
En ese momento la zona P-N, base-emisor, se
comporta como si todo fuese del mismo material N,
y por lo tanto entre colector-emisor sólo existiese
material N de baja resistencia, permitiendo el paso
de corriente entre colector-emisor ICE.
Corriente colector-emisor
La corriente de colector depende de la corriente de
base, y de la construcción del transistor.
Las fórmulas de este circuito son:
IC = IB * β
IE = IB + IC
VBB = RB * IB + VBE
VCC = RC * IC + VCE
Donde:
IC = intensidad de colector.
IB = intensidad de base.
IE = intensidad de emisor.
β = parámetro del transistor (también llamado hfe)
VBB = tensión de base.
RB = resistencia limitadora de base.
Tecnología Autor: Antonio Bueno
12
VBE = tensión base-emisor (VBE = 0,6V) la de un
diodo.
VCC = tensión de colector.
RC = resistencia de colector.
VCE = tensión colector-emisor.
Decimos que el transistor está en corte, cuando
la corriente que circula por la base es 0, o la
tensión VBE < 0,6V.
Transistor en corte
Decimos que el transistor está en la zona activa
(trabaja como amplificador) cuando circula corriente
por la base, la tensión VBE = 0,6V, y por lo tanto la
corriente IC > 0 A cumpliéndose las ecuaciones
anteriores, en especial IC = IB * β.
En esta situación por el colector se amplifica la
corriente que circula por la base beta veces.
Transistor en la zona activa
Decimos que el transistor está en saturación
cuando la corriente que circula por el colector
cumple, IC < IB * β. La saturación se consigue si el
valor de IC es menor al calculado en la zona activa.
Transistor en saturación
Cuando hacemos trabajar a un transistor en
corte–saturación su comportamiento es como el
de un interruptor electrónico.
1.- Si circula corriente por la base, también circulará
por el colector.
2.- Si no circula corriente por la base no circulará
por el colector.
Comportamiento de un transistor PNP es similar
pero la polaridad de las fuentes es la contraria.
Por lo general se utiliza una sola fuente de
alimentación, la tensión de base se puede obtener
de otras maneras.
Dos posibles polarizaciones con una sola fuente
Un ejemplo de cálculo sería:
En el esquema de la figura, calcular el valor de la
resistencia de base que debemos poner para que el
relé se active si tenemos los siguientes datos:
Relé: Resistencia 75Ω
Vcc= 9 V
Transistor: β = 30, VBE = 0,6V y VCE = 0,2V
Solución:
La malla de colector será: VCC = RL * IC + VCE
Sustituimos los valores, 9V = 75 * IC+ 0,2V
Despejando, IC = 9V-0,2V / 75Ω = 0,117 A = 117
mA
la corriente de base será:
IB = IC / β = 0,117A / 30 = 0,0039 A = 3,9 mA
Y la malla de base será:
VBB = RB * IB + VBE
Sustituimos los valores, 9V = RB * 3,9 mA + 0,6V
Despejando, RB = 9V-0,6V / 0,0039A = 2147Ω
El valor de RB debe ser inferior al calculado, para
que se cumpla la condición de saturación.
RB = 1800Ω, valor normalizado inferior a 2147Ω
Tecnología Autor: Antonio Bueno
13
7.- Montajes.
Las aplicaciones del transistor son muchas,
algunas de ellas son las siguientes:
Amplificador de sonido, este montaje es sólo
teórico, ya que para obtener buenos resultados
debe insertarse condensadores de desacoplo, un
adaptador de impedancias para el altavoz y varias
etapas para conseguir una amplificación aceptable.
Amplificador de sonido
Cuando introducimos la voz por el micrófono, se
producen variaciones de corriente en la base del
transistor y estas variaciones se ven amplificadas
en el colector y se reproducen por el altavoz.
Control de velocidad de un motor, con ayuda de
un potenciómetro, variamos la velocidad de giro de
un motor de corriente continua.
Control de velocidad de un motor
Cuando el valor de resistencia del potenciómetro es
grande la corriente de base es pequeña y por lo
tanto la corriente de colector que circula por el
motor también es pequeña y girará despacio.
Cuando la resistencia del potenciómetro es
pequeña la corriente de base es grande y también
es grande la del colector y el motor girará más
rápido.
Control de temperatura con NTC, cuando la
temperatura supera un valor de consigna, indicado
por la resistencia ajustable, hace que el transistor
conduzca y que se encienda el diodo led. Cuando
la temperatura baja se apaga el led.
Control de temperatura con NTC
En este montaje se aprovecha la característica de
las NTC, cuando la temperatura aumenta, bajan su
valor óhmico.
En ese instante la tensión en la resistencia
ajustable es lo suficientemente grande como para
hacer que el transistor pase a conducción y hacer
que luzca el led.
Si baja de nuevo la temperatura la tensión en la
base del transistor baja y deja de lucir el led.
En lugar de un diodo led, puede colocarse un motor
con un ventilador o un relé que active un ventilador
de 230 V, el circuito sirve como sistema automático
que pone en marcha un ventilador cuando la
temperatura supera un valor.
Control de temperatura con NTC, relé y motor de 230 V
Control de intensidad luminosa con LDR,
cuando la intensidad luminosa ambiente disminuye
por debajo del valor prefijado en P, se enciende la
bombilla.
Tecnología Autor: Antonio Bueno
14
Control de intensidad luminosa con LDR
El montaje es similar al de la NTC pero ahora se
aprovecha la característica de la LDR. Cuando la
intensidad luminosa aumenta, su valor óhmico
disminuye.
Luego cuando la intensidad es lo suficientemente
baja, el valor óhmico de la LDR es lo bastante
grande como para que el transistor pase a
conducción y se encienda el led, o la bombilla a
través de un relé.
8.- Actividades.
1.- Indica el valor en código de colores de las
siguientes resistencias:
Valor 1ª cifra 2ª cifra Multiplicador Tolerancia
110 Ω
±5%
330 Ω
±10%
5600 Ω
±5%
47000Ω
±20%
2.- Completa el valor de cada resistencia si
conocemos los colores de que está compuesta.
1ª cifra 2ª cifra Multi. Toler. Valor V
máx
V
min
naranja naranja rojo sin
color
verde azul naranja oro
gris rojo marrón plata
marrón rojo marrón oro
3.- Calcula el tiempo de carga y de descarga de un
condensador de 22000 μF unido a la carga con una
resistencia de 56 Ω y a la descarga con una
resistencia de 180 Ω.
4.- Indica que bombillas lucen y cuales no en los
siguientes circuitos. Explica por qué lo hacen.
5.- Indica que bombillas lucen y cuales no en los
siguientes circuitos. Explica por qué lo hacen.
6.- ¿Cuál es la corriente que circulará por la
bombilla si la resistencia de la misma es de 180Ω, y
la tensión de alimentación del circuito es de 12 V?
7.- Calcula la resistencia de limitación que debemos
poner para proteger el diodo LED que tiene los
siguientes parámetros (VD = 1,5V, ID = 35 mA),
cuando lo conectamos a 9 V.
8.- Un transformador que tiene las siguientes
características (230V /12 V, 1W), se conecta en la
parte del secundario a 24 V. Indicar:
a.- Tensión en el primario.
b.- Corriente en el primario.
Tecnología Autor: Antonio Bueno
15
9.- Explica el funcionamiento del circuito siguiente.
10.- Si en el circuito anterior tenemos un motor de
9V, 50 mA, la β del transistor es de 50, la VBE =
0,6V, la VCE = 0,2V, Vcc= 9V. ¿Cuál debe ser la
corriente de base para que el motor funcione con
normalidad? ¿En qué valor de P1 se dará esta
corriente?
11.- Explica el funcionamiento del circuito siguiente.
