Electrónica básica 1#

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Conceptos muy básicos

Para comenzar, tendrán preguntas de que es la electrónica, que es un corto, que es ac o dc, que son los miliamperes, la diferencia entre electrónica analoga y digital, que son los optoacopladores, que son los bits o booleanos, etc. 

Electrónica: Es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente. Es decir, es un sistema donde fluye la corriente eléctrica donde existen diversos componentes que la forman, esos componentes forman un circuito eléctrico. 

Circuito: es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores, inductores) y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos. 

Partes que componen un circuito: 

Componente: Un dispositivo con dos o más terminales en el que puede fluir interiormente una carga. En la figura 1 se ven 9 componentes entre resistores y fuentes. 

Nodo: Punto de un circuito donde concurren más de dos conductores. A, B, C, D, E son nodos. Nótese que C no es considerado como un nuevo nodo, puesto que se puede considerar como un mismo nodo en A, ya que entre ellos no existe diferencia de potencial o tener tensión 0 (VA – VC = 0). 

Rama: Conjunto de todas las ramas comprendidos entre dos nodos consecutivos. En la figura 1 se hallan siete ramales: AB por la fuente, BC por R1, AD, AE, BD, BE y DE. Obviamente, por un ramal sólo puede circular una corriente. 

Malla: Cualquier camino cerrado en un circuito eléctrico. 

Fuente: Componente que se encarga de transformar algún tipo de energía en energía eléctrica. En el circuito de la figura 1 hay tres fuentes: una de intensidad, I, y dos de tensión, E1 y E2. 

Conductor: Comúnmente llamado cable; es un hilo de resistencia despreciable (idealmente cero) que une los elementos para formar el circuito. 

Proteus 

Figura 1. Circuito básico 

Los circuitos se divien de la siguiente manera: 

Ohm

En conclusión, necesitamos al menos una fuente y una resistencia para crear un circuito eléctrico/electrónico, sin tantos rodeos. Pero… se seguiran preguntando que es una fuente, bueno, para ser más precisos es lo que alimenta al circuito, sin ello no podremos hacer circular una corriente. 

Fuente: En electricidad se llama fuente al elemento activo que es capaz de generar una diferencia de potencial entre sus bornes o proporcionar una corriente eléctrica para que otros circuitos funcionen. 

Las fuentes más básicas son dos: corriente y voltaje/tensión. Aunque, en la vida real, se acostumbra a usar una fuente de voltaje y son las más utilizadas. Nota: Para hacer fuentes de corrientes se usan transistores. En la figura 2, el simbolo con la flecha denota que es una fuente de corriente. 

sedra 

Figura 2. Tipos de fuente 

Corriente: es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán. 

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir. 

En conclusión, es la energía que pasa por nuestro circuito. 

La corriente normalmente se divide en dos: alterna y directa, ac y dc. 

Corriente directa: Se denomina corriente continua o corriente directa (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) al flujo de cargas eléctricas que no cambia de sentido con el tiempo. Esta la encontramos en pilas de automóviles, baterías y cargadores de celular (ya que el cargador transforma la ca en cd). 

Corriente alterna: Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC en inglés, de Alternating Current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda sinoidal. En el uso coloquial, “corriente alterna” se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. 

Tierra analógica: Es un punto que servirá como referencia de tensiones en un circuito (0 voltios). 

Potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt). 

Ley de Ohm: Establece que la intensidad de la corriente I que circula por un conductor es proporcional a la diferencia de potencial V que aparece entre los extremos del citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica R 

I= V/R, donde: 

I corresponde a la intensidad de la corriente, V a la diferencia de potencial y R a la resistencia. Las unidades que corresponden a estas tres magnitudes en el sistema internacional de unidades son, respectivamente, amperios (A), voltios (V) y ohmios (Ω). 

Esta fórmula es de las más básicas y es la más utilizada en el ámbito electrónico. 

Tipos de circuito: normalmente se dividen en serie y paralelo. 

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 terminal de salida de un dispositivo se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente 

El circuito eléctricoen paralelo es una conexión donde los puertos de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida. 

Más info: http://es.wikipedia.org/wiki/an%c3%a1lisis_de_circuitos 

Corto circuito: Imaginense que si tuvieran un circuito donde la fuente de voltaje es de 5V, con una resistencia de 220 ohms, la corriente que circula es de 22.72 mA, ahora, si quitamos la resistencia, según la fórmula anterior, tenemos que es 5V/0, es decir, una indeterminada matemática, o sea, tiende a infinito, por lo tanto la corriente es infinita, en la vida real, la corriente se eleva demasiado hasta donde nuestra fuente sea capaz de soportar dicha corriente, por eso se dañan las fuentes. Cuando nosotros tocamos los enchufes de la toma, y los juntamos se queman. Si nosotros tocamos esos enchufes, funcionariamos como una resistencia y nos llegamos a quemar por lo mismo, nuestro cuerpo no aguanta mucho amperaje. 

Bien, en corriente directa, en las fuentes siempre tenemos un lado positivo y un lado negativo por así decirlo, en la vida cotidiana, o más bien el término que manejamos es que todos los componente que van a negativo van a tierra por así decirlo, al nodo común. Como habiamos visto hace un momento, el nodo común es donde se juntan todos los nodos que forman los componentes al ponerlos en negativo de la fuente. 

Ahora, les voy a platicar brevemente y con mis propias palabras algunos de los componentes más utilizados en la electrónica. 

Los componentes más básicos y más usados son los siguientes: 

Resistencia 
Capacitor 
Inductor 
Diodo 
LED 
Interruptor 
Relevador 
Potenciometro 
Transformador 
SCR, DIAC y TRIAC 
OP-AMP 
Compuertas lógicas 
Pic’s 
Motor DC 
Lampara/Foco 
Transistor BJT 
MOSFET 
Sensores 
Optoacopladores 

Bien, comencemos: 

Una resistencia es un componente que limita el paso de la corriente, es decir, disminuye la corriente, entre más grande sea, la corriente es más pequeña. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

arduino

Para saber cual es la resistencia que posee dicho instrumento, se lee por código de colores: 

Aprende algo de electrónica sin salir de aquí

Por ejemplo, si tenemos el código café, negro, rojo, oro, tendremos una resistencia de 1000 ohms con una tolerancia de 5%. 

Un capacitor sirve para almacenar un campo eléctrico, también para hacer filtros o para hacer circuitos de acondicionamiento, se mide en faradios, normalmente son ceramicos, electróliticos o de tantalio .A continuación se muestra su forma y símbolo. Normalmente, los encontramos en el rango de pico, micro y nano faradios 

electronica

Un inductor es un dispositivo electrónico pasivo que almacena energía en forma de campo magnético, se mide en henrios y normalmente se usa para crear filtros, hacer fuentes, etc. Los inductores son filamentos que se encuentran enrrollados tales como las bobinas y selenoides. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

electricidad

Un diodo es un dispositivo que limita el sentido de la corriente, es decir, solo puede circular por un lado, se usa normalmente en AC para rectificar la onda o en DC para impedir que cierta corriente no vaya de regreso. Tiene dos terminales: ánodo (positivo o sea el tiángulito de la figura) y cátodo (negativo o sea, la línea de la figura) A continuación se muestra su forma y símbolo. 

resistencia

Un LED es un diodo emisor de luz, es decir, es lo mismo que el diodo solo que emite luz, un circuito básico seria conectar una fuente de 5V, una resistencia de 220 ohms y el diodo. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

corriente

Un interruptor impide que en el circuito fluya la corriente. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

Proteus

Un relevador sirve para manejar grandes cargas usando un voltaje pequeño de dc, es útil para manejar ac en grandes medidas, se puede usar a distancia, cuenta con una bobina que se energiza y hace que se cierre o se abra un interruptor. Normalmente tiene 5 patitas, dos son de la bobina, una es el común del interruptor y los dos restantes son el cerrado y el abierto del interruptor, es decir, si no energizamos nada, de un lado circula la corriente y del otro no, cuando activamos el relevador, cambia instantaneamente y el que estaba cerrado ahora esta abierto y viceversa. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

Ohm

Un potenciometro se puede utilizar como un divisor de voltaje, es decir, podemos variar el voltaje a nuestro antojo, tiene tres terminales: positivo, negativo y la de en medio es la resistencia que varia. Se puede usar como una resistencia variable si se conectan solo dos terminales. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

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Un transformador es una bobina que nos permite transformar el voltaje alto a uno bajo, por ejemplo, si conecto los dos primeros cables del primario, es decir, lo pongo a un tomacorriente que normalmente es de 120 V AC, del otro lado tendremos 12 V con cierta corriente, nos sirve para generar una fuente de DC. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

arduino

Los SCR, DIAC y TRIAC son dispositivos que se usan en corriente alterna y directa para hacer circular una corriente, para hacerlo más simple, son como diodos. El SCR es un diodo con una compuerta extra que se activa con una corriente y hace circular la corriente que viene del ánodo hacia el cátodo. El DIAC son dos diodos en paralelo donde circulan la corriente en ambos lados y finalmente el TRIAC, es como el DIAC pero con el pin extra que lo activa, es como el SCR pero en ambos lados circula la corriente. En corriente alterna sirve para hacer más eficiente los dispositivos o manejar cierta potencia. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

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SCR

electronica 

DIAC

electricidad 

TRIAC

Los op-amps o amplificadores operacionales sirven para amplificar señales, sumar, restar, invertir el voltaje, derivar o integrar. Hay cientos de aplicaciones para estos y si me pongo a decirlas no termino con el post, así que seré breve, se utilizan para circuitos de control o bien hacer generación de ondas. Se usa en lazo cerrado o abierto. Sirve para hacer comparadores, seguidores de voltaje, búfers, Más info:http://es.wikipedia.org/wiki/amplificador_operacional A continuación se muestra su forma y símbolo. 

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Las compuertas lógicas son utilizadas para hacer operaciones booleanas como el inversor, el and, or, xor. Básicamente se usa en la electrónica digital que veremos al rato. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

corriente

Los pic’s son dispositivos que… emm, lo explico de la forma más fácil, es como una microcomputadora la cual puede hacer miles de procesos en cuestion de microsegundos con la diferencia que este ya tiene todo incluido (memoria ram, eeprom, etc.), son económicos y fáciles de usar (claro, si saben usar lenguaje C o ensamblado, según el pic que utilicen). A continuación se muestra su forma y símbolo. 

Proteus

Un motor de DC es un actuador mecánico/eléctrico en el cual el eje gira según una corriente dada. Explicarles de que se compone no viene al caso, pero se utiliza para algunas cosas como secadores de pelo, aires acondicionados, refrigeradores, automóviles, abánicos de pc, etc. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

Ohm

Una lámpara o foco es un dispositivo con una resistencia y un inductor que ilumina un filamento, no tiene caso explicar este actuador pero en fin. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

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Un transistor BJT tiene un montón de usos, desde amplificar un voltaje hasta funcionar como un interruptor, hablarle de esto es muy complejo, tiene tres pines que son base, colector y emisor, tiene distintas configuraciones. Es útil cuando queremos amplificar corrientes, generar señales, conmutar, etc. Se activa por medio de corriente. Se dividen en NPN (los más usados) y PNP. Más info: http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar A continuación se muestra su forma y símbolo. 

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El MOSFET sirve para conmutar o amplificar señales, es más eficiente que el BJT porque éste se activa por voltaje. Tiene diversos usos y actualmente las computadoras modernas estan hechas de ese material. Sus terminales son drain, gate y source. No tiene caso explicarlo con detalle porque es muy complejo (y casi no los utilice en cosas grandes). Más info:http://es.wikipedia.org/wiki/MOSFET A continuación se muestra su forma y símbolo. 

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Los sensores normalmente requieren un voltaje para activarlos, es decir, sensores hay muchos y de diversos tipos, cuando se le envia un voltaje, este envia una señal a un dispositivo eléctrico/electrónico para que realice cierta acción. Se tienen de temperaruta, resistivos, capacitivos, inductivos, etc. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

electronica

Los optoacopladores son dispositivos para aislar una etapa de otra, es decir trabajar con dc y ac al mismo tiempo. Se utilizan fotodiodos, fototransistores, diac, triac, moc’s, relevadores para eso. A continuación se muestra su forma y símbolo. 

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Hasta aquí todo esta bien. Ahora empecemos con lo bueno. La electrónica se divide en dos: analoga y digital. En la analoga tenemos señales como temperatura, presión, etc. varian con el tiempo mientras que la digital maneja unos y ceros, es decir es discreta, esta a un cierto periodo de tiempo, normalmente la información la maneja en displays o aparatos como computadoras. 

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