1.- Introducción
Podemos decir, sin lugar a dudas, que estamos inmersos en la mayor revolución tecnológica de la historia. Los avances realizados en el campo de la electrónica son tan vertiginosos que superan todas la previsiones realizadas hace años por los expertos más optimistas.
La electrónica se ha adentrado ya en campos como el control de robots y máquinas en las fábricas, el control de los electrodomésticos de las viviendas, la regulación de los semáforos en las ciudades, el tráfico de trenes y aviones o la lectura de códigos de barras y control de stock en los comercios.
Casi cualquier dispositivo electrónico moderno está formado por gran cantidad de circuitos impresos e integrados conformando sus estructuras y permitiendo así el desarrollo de aparatos cada vez más pequeños y más potentes.
2.- Componentes Eléctricos y Electrónicos
La mayoría de los aparatos que empleamos en nuestra vida cotidiana, como el teléfono, la televisión, una calculadora o el equipo de música, están formados por componentes eléctricos y electrónicos que controlan los mecanismos para producir movimientos, imágenes y sonidos.
la electrónica es la ciencia que estudia los fenómenos producidos por el movimiento de electrones a través de sólidos, de gases o en el vacío, así como los dispositivos que controlan dicho movimiento y las aplicaciones tecnológicas que de todo ello se derivan.
Los componentes eléctricos y electrónicos poseen una gran utilidad en los circuitos de control. Entre otras cosas, permiten incorporar a los proyectos la posibilidad de convertir determinada información procedente del mundo exterior (luz, temperatura, etc.) en señales eléctricas, que serán procesadas a continuación con objeto de que produzcan como respuesta un determinado efecto, tal como activar un timbre, una lámpara o poner en marcha un motor.
Dentro de los circuitos de control, los componentes eléctricos y electrónicos pueden funcionar de tres maneras a saber:
- Dispositivos de Entrada: Son aquellos que activan las señales. Por ejemplo los Interruptores o las Resistencias Variables
- Dispositivos de Salida: Son aquellos que reaccionan a las señales de entrada y dan una respuesta a dichas señales. Por ejemplo los Zumbadores, el Relé, un Led o los motores eléctricos.
- Dispositivos de Proceso: Son los que se encargan de interpretar las señales que llegan a los dispositivos de entrada y transmitirlas a los dispositivos de salida. Por ejemplo los Transistores, los Circuitos Integrados o las Puertas Lógicas
3.- Dispositivos de Entrada
3.1.- Interruptores
Su expresión más sencilla consiste en dos contactos de metal inoxidable y el actuante. Los contactos normalmente están separados (circuito abierto) y es el actuante el que los une para permitir que la corriente circule (circuito cerrado). El actuante es la parte móvil que en una posición hace presión sobre los contactos para mantenerlos unidos. Este actuante quedará bloqueado indefinidamente en cualquiera de sus posiciones, de manera que para abrir o cerrar el circuito hay que volver a activar el actuador.
Los Conmutadores y los Pulsadores son variantes de interruptores. Los conmutadores son dispositivos que nos van a permitir elegir a que circuito o parte del circuito queremos permitir el flujo de corriente eléctrica, mientras los pulsadores son interruptores en los que el actuador solamente cierra el circuito cuando se actúa manualmente sobre ellos, volviendo a su posición de equilibrio de circuito abierto cuando se deja de actuar sobre el actuador.
3.2.- Potenciómetros
Los Potenciómetros son resistencias variables cuyo valor resistivo se ajusta manualmente haciendo deslizar un cursor por el cuerpo de la resistencia, de manera que se va a suministrar al circuito una mayor o menor resistencia en función de la posición en la que se encuentre el cursor. La resistencia será mínima a la entrada de la resistencia y máxima a la salida, de manera que podemos regularla a discreción situándonos en cualquier punto intermedio.
Los potenciómetros los podemos encontrar en los reguladores de brillo o de volumen de cualquier aparato audiovisual.
3.3.- Resistencias Fotosensibles
Las Resistensias Fotosensibles o variables con la luz, también denominadas Fotorresistencias o LDR (Light Depend Resistor) son células cuya resistencia eléctrica depende del flujo luminoso que incida sobre ellas por unidad de superficie.
Se construyen de germanio silicio y otros materiales colocados sobre un sustrato cerámico y se protegen con una lámina transparente. El valor de la resistencia entre dos terminales LDR aumenta al disminuir el nivel de iluminación, y decrece en caso contrario.
Podemos entender el funcionamiento de estos dispositivos haciendo un sencillo montaje con una pila, una bombilla y una resistencia LDR. Cuando la luz ambiente incide plenamente sobre la totalidad de la LDR la resistencia será mínima y por lo tanto la bombilla se encenderá por completo. Según vayamos tapando parte de la superficie de la LDR con la mano iremos aumentando la resistencia y la bombilla se irá apagando, hasta apagarse por completo cuando tapemos completamente la superficie sensible de la LDR.
las LDR se aplica en el apagado o encendido del alumbrado urbano a la salida y puesta del Sol, fotómetro de cámaras fotográficas, aparatos automáticos de aperturas de puertas y ventanas, etc.
3.4.- Resitencias Termosensibles
Las Resistencias Termosensibles o variables con la temperatura, también llamadas Termisores, pueden ser de dos tipos a saber:
- NTC (Negative Temperature Coefficient): En ellos la resistencia disminuye al aumenta la temperatura.
- PTC (Positive Temperature Coefficient): En ellos la resistencia aumenta al aumentar la temperatura.
4.- Dispositivos de Salida
4.1.- El Relé
Están formados por un electroimán y por uno o varios interruptores. Al circular la corriente a través del electroimán, este atrae la chapa metálica que tiene encima, que gira gracias al pivote y actúa sobre la varilla desplazando la posición de los contactos o interruptores, los cuales abren o cierran los circuitos a los que están conectados
4.2.- Timbres y Zumbadores
4.3.- Altavoces y Avisadores Acústicos
Un Altavoz es un transductor electroacústico, que convierte los impulsos eléctricos en energía mecánica para después transformarla en energía acústica. En los comercios especializados existen también diversos tipos de Avisadores Acústicos utilizados como sistemas de alarmas que protegen contra el robo y el sabotaje, emitiendo una potente señal acústica que puede estar acompañada de destellos luminosos.
4.4.- El Diodo LED
Más adelante, al hablar de los dispositivos de proceso, explicaremos con detalle que es un Diodo y para que sirve. Pero antes mencionaremos que hay un tipo de diodo denominado Diodo LED, que es un diodo que emite luz (Light Emitting Diode). Funcionan aproximadamente a 2 Voltios y por ello, par evitar que se fundan, es necesario colocar en serie con ellos una resistencia. Su uso más frecuente es como dispositivo de salida actuando como indicador visual de que un circuito está funcionando o de que un aparato está conectado a la corriente eléctrica
Diferenciamos en cátodo del ánodo en función del tamaño de sus patas (cátodo más corto) o -en caso de ser iguales, el cátodo llevará una muesca sobre el casquillo. De esta manera, cuando el LED se conecta a una pila debemos situar la pata más larga (ánodo) unida al polo positivo de la pila y la más corta (cátodo) hacia el polo negativo.
Los Motores Eléctricos son dispositivos eléctricos que convierten la energía eléctrica en energía mecánica de rotación por medio de la acción de campos magnéticos creados por sus bobinas. Están formados por un Rotor o eje metálico en torno al cual hay enrollada una espiral o bobina de material conductor que crea un campo electromagnético cuando es atravesado por una corriente eléctrica. La bobina se sitúa en el interior de una carcaza denominada Estator en la cual puede haber uno o varios pares de imanes que interactúan con el campo magnético generado por el rotator, provocando que este gire a grandes velocidades
Un Altavoz es un transductor electroacústico, que convierte los impulsos eléctricos en energía mecánica para después transformarla en energía acústica. En los comercios especializados existen también diversos tipos de Avisadores Acústicos utilizados como sistemas de alarmas que protegen contra el robo y el sabotaje, emitiendo una potente señal acústica que puede estar acompañada de destellos luminosos.
4.4.- El Diodo LED
Diferenciamos en cátodo del ánodo en función del tamaño de sus patas (cátodo más corto) o -en caso de ser iguales, el cátodo llevará una muesca sobre el casquillo. De esta manera, cuando el LED se conecta a una pila debemos situar la pata más larga (ánodo) unida al polo positivo de la pila y la más corta (cátodo) hacia el polo negativo.
4.5. Motores Eléctricos
5.- Dispositivos de Proceso
5.1.- Resistencias Fijas
Las Resistencias son dispositivos electrónicos que reducen la cantidad de electricidad que fluye por los circuitos, y su valor se expresa en ohmios. Ya hemos visto que existen dispositivos de resistencia variable que se suelen usar como elementos de entrada, pero las resistencias de valor fijo son si cabe más importantes, porque convenientemente situadas en el circuito eléctrico van a proteger a los demás dispositivos de posibles subidas de tensión por encima de los valores para los que han sido diseñados, evitando así su posible destrucción y, con ello, la avería del sistema.
Para conocer el valor nominal de las resistencias debemos fijarnos en las bandas de colores situadas sobre su superficie. Los dos primeros colores nos van a indicar las dos primeras cifras del valor, la tercera banda nos indica el número de ceros que hay que añadir y la cuarta (dorada o plateada y algo más separada de las otras tres) indica su tolerancia o error relativo en la medida de resistencia. El código de colores se muestra en la tabla adjunta.
Las resistencias pueden asociarse de tres maneras:
Para conocer el valor nominal de las resistencias debemos fijarnos en las bandas de colores situadas sobre su superficie. Los dos primeros colores nos van a indicar las dos primeras cifras del valor, la tercera banda nos indica el número de ceros que hay que añadir y la cuarta (dorada o plateada y algo más separada de las otras tres) indica su tolerancia o error relativo en la medida de resistencia. El código de colores se muestra en la tabla adjunta.
Las resistencias pueden asociarse de tres maneras:
- Asociación en Serie: En este caso la salida de una resistencia se encuentra conectada a la entrada de la siguiente y así sucesivamente. Las resistencias se suman unas a las otras, incrementando la resistencia total del circuito. Rtotal = R1 + R2 +....
- Asociación en Paralelo: En este caso las entradas de todas las resistencias están conectadas a un mismo punto y todas las salidas también a un mismo punto, de tal manera que cada resistencia va en una rama distinta y por lo tanto no se suman. (1/Rtotal) = (1/ R1) + /R2) + ..
- Asociación Mixta: Combina unas asociaciones en serie con otras en paralelo.
5.2.- El Diodo
- Si la tensión de alimentación es positiva, circula corriente por el diodo y se comporta como un circuito cerrado.
- Si la tensión de alimentación es negativa, no circula corriente por el diodo y se comporta como un circuito abierto.
5.3.- El Transistor
En un circuito gobernado por un transistor existen dos circuitos diferentes, un Circuito de Mando (el que gobierna el funcionamiento) y un Circuito de Utilización (el efectivo). En el circuito de mando la corriente entra por la base y sale por el emisor, mientras en el de utilización la corriente entra por el colector y sale por el emisor, tal como se muestra en el esquema adjunto.
Con una pequeña corriente en el circuito de mando se obtiene una corriente elevada en el circuito de utilización, de manera que el transistor funcionará como amplificador, siendo su ganancia el cociente entre la intensidad que circula por el colector entre la intensidad que circula por la base.
Ganancia = IC / IB
Si realizamos una gráfica de los valores de Diferencia de Potencial Colector-Emisor VCE respecto la Intensidad del Colector IC, entonces nos encontramos con una amplia zona de trabajo lineal, pero también hay zonas de corte en la que el transistor deja el circuito abierto (no circula corriente) o deja el circuito cerrado saturado. Es posible pasar de una zona a la otra sin pasar por la zona lineal. El transistor funciona entonces en conmutación, y se puede usar a modo de interruptor en circuitos digitales.
5.4.- El Condensador
Un Condensador es un operador constituido por dos placas metálicas llamadas armaduras, separadas entre sí por un material aislante denominado dieléctrico (airem papel, cerámica...). Por lo general es espesor del dieléctrico es mínimo con objeto de que las placas metálicas se encuentren suficientemente próximas entre sí. Los condensadores tienen en su exterior dos partas de conexión, que pueden estar polarizados o no según sea el material del dieléctrico.
Los condensadores funcionan como despensas de energía, almacenándola en su interior. La Capacidad del condensador mide la carga eléctrica que es capaz de almacenar cuando sus armaduras se someten a una tensión de 1 voltio, de manera que cuanto mayor sea su capacidad más energía podrá acumular.
Capacidad = Q / V
Esta capacidad va a depender de la Superficie de sus armaduras y la Separación existente entre ellas, de manera que a mayor superficie y menor separación mayor será la capacidad de carga. la Capacidad se mide en faradios, una unidad muy elevada para estar hablando de componentes electrónicos, por lo que generalmente se usa el microfaradio (10-6 F) o el picofaradio (10-12 F).
Los procesos de carga y descarga de un condensador no son instantáneos, puesto dependen de la capacidad del propio condensador y la resistencia del circuito. Podemos hablar así de una Constante de Tiempo de un circuito con Condensador al tiempo que tarda el voltaje en los extremos del condensador en alcanzar aproximadamennte el 63% del voltaje de alimentación, y su valor es el producto de la resistencia del circuito por la capacidad del condensador: Tau = R · C
5.5.- Fusibles
Los fusibles son dispositivos electrónicos diseñados para proteger los circuitos de corriente continua contra el paso de excesiva corriente. Son trozos de hilo conductor que tiene una resistencia ligeramente superior al resto de componentes del circuito y un punto de fusión muy bajo, de manera que cuando la intensidad de corriente que circula por el circuito supera un valor determinado, el hilo del fusible se calienta y se funde, interrumpiéndose así el paso de la corriente y protegiendo al resto de componentes del circuito.
6.- Simbología Electrónica
