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www.FreeLibros.org www.FreeLibros.org CONTENIDO 1. ELECTRICIDAD 8 PONIENDO A TRABAJAR LA ELECTRICIDAD 9 REVISANDO LAS BASES 10 ELECTRICIDAD ESTÁTICA 12 CORRIENTE ELÉCTRICA 15 ELECTRICIDAD DE CORRIENTE DIRECTA 16 ELECTRICIDAD DE CORRIENTE ALTERNA 20 MEDICIÓN DE C.A. Y C.D. 21 CIRCUITOS ELÉCTRICOS 22 PULSOS, ONDAS, SEÑALES Y RUIDO 24 2. COMPONENTES ELECTRÓNICOS 26 CABLE Y ALAMBRE 26 SWITCHES 27 RELEVADORES 28 MEDIDORES DE BOBINA MÓVIL 28 MICROFONOS Y BOCINAS 29 RESISTENCIAS 30 CAPACITORES 34 APLICACIONES DE RESISTENCIAS Y CAPACITORES 37 BOBINAS 39 TRANSFORMADORES 41 3. SEMICONDUCTORES 4 3 SILICIO EL DIODO EL TRANSISTOR 48 TRANSISTORES BIPOLARES 49 TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO 52 EL TRANSISTOR UNIJUNTURA 57 EL TIRISTOR 58 RECTIFICADORES CONTROLADOS DE SILICIO TRIAOS 4. SEMICONDUCTORES SENSIBLES A LA LUZ 61 LUZ 61 OPTOELECTRONICA 62 COMO SE UTILIZAN LOS LENTES CONVEXOS 63 FUENTES DE LUZ POR SEMICONDUCTORES 64 DIODOS EMISORES DE LUZ 64 SEMICONDUCTORES DETECTORES DE LUZ 67 DETECTORES DE LUZ FOTORESISTIVOS 68 DETECTORES DE LUZ DE UNIÓN PN 69 FOTODIODOS 69 FOTOTRANSISTORES 71 FOTOTIRISTORES 73 CELDAS SOLARES 73 5. CIRCUITOS INTEGRADOS 74 DESPEGANDO A LA ELECTRONICA 7 * 5 43 45 58 59 Sólo fines educativos - FreeLibros 6. CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES 76 COMPUERTAS DE INTERRUPTOR MECÁNICO 76 LA CONEXIÓN BINARIA 77 COMPUERTAS DE DIODOS 78 COMPUERTAS DE TRANSISTORES 78 SIMBOLOS DE COMPUERTAS 79 CAMINOS DE ALTA VELOCIDAD DE DATOS (DATA HIGHWAYS) 81 COMO SON UTILIZADAS LAS COMPUERTAS 81 CIRCUITOS LÓGICOS COMBINACIONALES 81 CIRCUITOS LÓGICOS SECUENCIALES 83 UN SISTEMA LÓGICO SECUENCIAL-COMBINACIONAL 85 FAMILIAS DE Cl DIGITALES 86 7. CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES 87 EL CIRCUITO BÁSICO LINEAL 87 AMPLIFICADORES OPERACIONALES 87 TEMPORIZADORES 88 GENERADORES DE FUNCIÓN 89 REGULADORES DE VOLTAJE 89 OTROS Cl LINEALES 90 8. CONSEJOS PARA EL ENSAMBLE DE CIRCUITOS 90 CIRCUITOS TEMPORALES 90 CIRCUITOS PERMANENTES 91 COMO SOLDAR 92 ENERGIZANDO CIRCUITOS ELECTRÓNICOS 93 9. 100 CIRCUITOS ELECTRÓNICOS 94 CIRCUITOS CON DIODOS 95 DIODOS DE SEÑAL PEQUEÑA Y RECTIFICADORES 95 CIRCUITOS CON DIODOS ZENER 96 CIRCUITOS CON TRANSISTORES 97 CIRCUITOS CON TRANSISTORES BIPOLARES 97 CIRCUITOS CON FET UNION Y MOSFET DE POTENCIA 99 CIRCUITOS CON TRANSISTORES UNIJUNTURA 101 CIRCUITOS CON TIRISTORES 103 CIRCUITOS CON SCR 103 CIRCUITOS CON TRIACS 104 CIRCUITOS DE OPTOELECTRONICA 105 CIRCUITOS CON DIODOS EMISORES DE LUZ (LED) 105 CIRCUITOS SEMICONDUCTORES DETECTORES DE LUZ 107 CIRCUITOS CON Cl DIGITALES 109 CIRCUITOS TTL 109 CIRCUITOS CMOS 111 CIRCUITOS CON Cl LINEALES 115 CIRCUITOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES (OP-AMP) 115 CIRCUITOS COMPARADORES 117 CIRCUITOS REGULADORES DE VOLTAJE 118 CIRCUITOS TEMPORIZADORES 119 SIMBOLOS DE CIRCUITOS COMUNES 121 Sólo fines educativos - FreeLibros SIMBOLOS DE CIRCUITOS COMUNES COMPONENTES PASIVOS: — 1(— -^ H (— - ^ r CAPACITOR FIJO CAPACITOR POLARIZADO CAPACITOR VARIABLE RESISTENCIA FIJA RESISTENCIA VARIABLE TRANSFORMADOR DIODOS Y TIRISTORES: DIODO RECTIFICADOR DIODO ZENER SCR C A TRIAC 0 DIAC RECTIFICADOR TIPO PUENTE TRANSISTORES: NPN PNP S N-JFET S P-JFET D [H G l i N-MOSFET P-MOSFET OPTOELECTRONICA: LED FOTODIODO FOTOTRANSISTOR CELDA SOLAR LASCR FOTORESISTENCIA COMPUERTAS LOGICAS: O O - i > - o o o AND NAND INVERSOR OR ÑOR EX-OR Sólo fines educativos - FreeLibros DESPEGANDO A LA ELECTRONICA Bienvenido al mundo de la electrónica, uno de los campos de mas rápido crecimiento de la "alta tecnología" actual y un pasatiempo educativo para el entretenimiento. Este libro lo llevará desde la electricidad estática hasta la electrónica de estado sólido. A lo largo de nuestro estudio cubriremos la electricidad, componentes electrónicos y circuitos integrados (Cl's). Se muestra como se utilizan los componentes para formar circuitos electrónicos. El último capítulo le proporciona los diagramas para 100 circuitos, de los cuales cada uno será construido y probado "las páginas con flechas" a través del libro lo refieren a temas relacionados con los capítulos futuros. Espero encuentre este libro útil, educativo y especialmente divertido! Examinando detenidamente la electrónica Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA LLAVE 1. ELECTRICIDAD La única diferencia entre un rayo y la chispa que se genera entre su dedo y la perilla de una puerta en un dia seco es la cantidad-, ambas son electricidad. LAMPARA DE NEON Existe una manera clara de "ver" la electricidad sin la necesidad de ser lastimado: tome una punta de una A l a p e r i l l a lampara de neón, camine a través de la p u e r ta ¿le una alformbra mientras usa o t u b o de a g u a zapatos de suela endurecida y haga tocar la segunda punta de la lampara con un objeto de mental. La lampara se encenderá (a menos que la humedad relativa sea muy alta). Benjamín Franklin confirmo esto por primera vez en su famoso experimento del papalote. Aquellos que vuelan un papalote durante la lluvia, es mejor que digan "adiós" ya que no es muy seguro ¡Por supuesto que usted no puede "ver" la electricidad!, usted verá su efecto a través del aire y la lampara de n e ó n . Los efectos de la electricidad que se pueden ver son varios. Aquí hay algunos más. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA PONIENDO A TRABAJAR A LA ELECTRICIDAD Toda la materia tiene propiedades eléctricas. Por esta razón muchos científicos de siglos pasados han podido inventar cientos de aparatos que generan, almacenan, controlan y conmutan la electricidad. Estos dispositivos han sido combinados para llevarnos dentro de... y ' Si esta ansioso de / comenzar a trabajar / con las partes electrónicas / y circuitos, pase directamente / al capitulo dos, cuando tenga / tiempo, asegúrese de cubrir el / resto de este capitulo. / Aprenderá algunas realidades básicas / acerca de la electricidad ya que le dara ' una base solida para un mayor aprendizaje. Y encontrara como crear y detectar la electricidad con los .materiales ordinarios del hogar. E~ as paginas N. ¡puentes usted n . ' ’ pnprendera como estas H"es eléctricas operan, y \ . ¿g prendera como utilizarlas cuando \ peaje con los circuitos electrónicos. \ fcr*c... Lamparas, temporizadores, \ roncadores, circuitos de lógica digital, \ Ib tes de poder, generadores de sonido y V ■teros otros. ¡Al terminar este libro usted > ■era identificar y utilizar todos los componentes ts rado s en esta pagina! Estos incluyen ursñormadores, diodos, resistencias, Brcensadores, diodos zener, transistores, Kuadores de voltaje y circuitos integrados ...LA ERA DELA ELECTRONICA. “ 7 V Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA REVISANDO LAS BASES La electricidad es un ingrediente esencial de la materia. La mejor manera de comprender la naturaleza de la electricidad es examinar el componente más pequeño de cada elemento, el átomo. ATOMO DE LITIO Este es un átomo de litio. El tercer átomo mas simple después del hidrogeno y el hielo, los átomos de litio tienen tres electrones que rodean un núcleo de 3 protones y 4 neutrones los electrones tienen una carga eléctrica negativa, los protones tienen una carga ecléctica positiva, los neutrones no tienen una carga eléctrica. IONES Normalmente un átomo tiene un numero equivalente de electrones y protones. Las cargas se cancelan para no dar al átomo alguna carga eléctrica neta, es posible desalojar uno o mas electrones de la mayoría de los átomos, esto provoca que el átomo tenga una carga positiva neta, entonces es llamado un Ion positivo, si un electrón disperso se combina con un átomo normal entonces, el átomo tiene una carga negativa neta y es llamado Ion negativo. ELECTRON EXTRA ION NEGATIVO ELECTRON FALTANTE ION POSITIVO ELECTRONES - z z Los electrones libres se pueden mover a velocidades altas a través de los metales, gases y vacío o estos pueden quedar estacionados en una superficie. Sólofines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA MAS ACERCA DE LOS ELECTRONES LIBRES* muchos trillones de electrones se pueden estacionar en una superficie o pueden viajar a través del espacio o materia a velocidades cercanas a la luz. (Aproximadamente 300,000 Kilómetros por segundo) Z z z Z z Z Z Z z z z z z z z / z z z z z ^ - = © ^ G ■ = G Z - Q - © - - O — z J É á Ü S K -=G -G • O — © — Q ELECTRONES ESTACIONARIOS ELECTRONES EN MOVIMIENTO ELECTRONES EN REPOSO - un grupo de electrones negativos en una superficie causan que esta quede cargada negativamente. Puesto que los electrones no se mueven, la superficie se puede decir que tiene una carga electrostática negativa. ELECTRONES EN MOVIMIENTO - una columna de electrones en movimiento es llamada una corriente eléctrica. Los electrones estacionados pueden formar rápidamente una corriente eléctrica si son colocados cerca de un grupo de iones positivos. Los iones Cargados Positivamente atraerán los electrones que rápidamente irán a llenar los "hoyos" o vacíos dejados por los electrones faltantes. ELECTRONES PERDIDOS - la fricción mecánica, luz calor o una reacción química pueden remover electrones de una superficie. Esto causa que la superficie quede cargada positivamente, puesto que los átomos cargados positivamente están en reposo, se puede decir que la superficie tiene una carga electrostática positiva. ( 9Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA ELECTRICIDAD ESTÁTICA Usted genera electricidad estática cada vez que camina a través de una alfombra, jala una cinta de un rollo, se quita la ropa o seca la ropa en una secadora. Muchas veces usted no se da cuenta hasta que el aire es seco y la carga estática aparece en forma de una chispa repentina, que salta y destella camino a su nueva casa. Estas cargas estáticas son generadas por medio de fricción mecánica. En el año 600 ac, un griego, tales de mlleto experimento con la electricidad estática que era producida cuando el ámbar se talla con la lana. AMBAR - Erase una vez que la savia fluyo de los arboles, y se endureció en granulos dorados los cuales eventualmente se quedaron en la tierra caliente, algunas veces, antes de que se endureciera en ámbar, la savia pegajosa guardo hojas de plantas insectos e Incluso gotas de agua!. Una clase de envoltura natural de plástico, el ámbar se electrifica facialmente por medio de fricción. Entonces es capaz de atraer pequeños trozos de papel. AMBAR PEDAZOS DE PAPEL PLASTICO Y VIDRIO ELECTRIFICADO - HECHO FAMOSO: EL ELECTRON ES LLAMADO ASI A PARTIR DE LA PALABRA GRIEGA AMBAR! Pase un peine de plástico a través de su cabello en un día seco y transferirá electrones desde su cabello al peine. Talle una barra de vidrio con seda o las fibras sintéticas de una brocha de pintar y removerá los electrones del vidrio. Ambos, el peine cargado negativamente y la barra de vidrio cargado positivamente, como el ámbar atraeran trozos de papel. Usted puede electrificar o cargar muchos materiales tallándolos con pelo, lana, etc. ¿y Metal? No, la carga desaparece. 1 2 Sólo fines educativos - FreeLibros OPUESTAS - CARGAS IGUALES Y ¿como sabemos que el peine y la barra de vidrio tienen cargas opuestas? una regla fundamental de la electricidad es que cargas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraen. Aquí se muestra un experimento que prueba la regla y contesta a la pregunta: CUERDA UNICEL SIN CARGA * UTILICE MATERIAL PARA EMPACAR DE UNICEL PLASTICO ATRAEN RECUERDE: CARGAS OPUESTAS SE ATRAEN CARGAS IGUALES SE REPELEN = G > EL ELECTROSCOPIO d primer instrumento diseñado para detectar y medir electricidad estática fue el electroscopio. Usted puede ábricar uno fácilmente SIN CARGA CARGA MEDIA CARGA ALTA -segúrese de que la tira de aluminio doblada este limpia y seca. Zaando usted toca el alambre con un objeto cargado, a las dos mitades de la tira de aluminio se les dará la -sm a carga y por lo tanto estas se separaran. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA CONDUCTORES Y AISLANTES Usted puede utilizar su electroscopio para probar que los electrones viajan a través de algunos materiales pero no de otros. fije: ¡pruebe esto en un día seco! Los electrones pueden viajar a través del aire húmedo y la carga de su electroscopio desaparecerá rápidamente en días húmedos. Esta demostración le enseña que los electrones pueden viajar a través de algunos materiales pero no de otros. Los materiales a través de los cuales viajan los electrones son conductores. Los materiales a través de los cuales los electrones viajan pobremente o no viajan son aislantes. Conductores incluyen plata, oro. acero, cobre, etc. Aislantes incluyen vidrio, plástico, goma, madera, etc. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA CORRIENTE ELECTRICA El conductor - la demostración del aislador ilustra otros dos puntos importantes: 1. La corriente eléctrica fluye de una región de carga de alto potencial a una región de bajo potencial, 2. una carga estática inmóvil fluye a través de un conductor en forma de una corriente eléctrica, luego reanuda su carga estática en las hojas de aluminio del electroscopio. V S x / - O G> O O LA RELACION CON EL MAGNETISMO - Una corriente que fluye a través de un alambre crea un campo magnético alrededor de el. Usted no puede ver el campo, pero puede observar el efecto. Oriente una brújula de tal manera que su aguja apunte a la marca del norte (N). coloque un alambre de cobre encima y paralelo a la aguja. Luego conecte una batería a través del alambre, y la aguja se moverá de su orientación norte / sur (¡Conecte el alambre únicamente un instante para prevenir que la batería se caliente!) MEDICION DE LA CORRIENTE ELECTRICA El movimiento físico ( o mecánico ) de la aguja magnética de una brújula en un campo magnético suministra una manera conveniente para medir la cantidad de corriente que fluye en un alambre. Esta es la base del medidor de corriente de bobina móvil utilizando en el multimetro analógico. Para proporcionar una sensibilidad alta, el alambre es enrollado como una bobina. P. 26 > RETORNO A CERO MOVIL CAMPO MAGNETICO ALAMBRE Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA ELECTRICIDAD DE CORRIENTE DIRECTA Una corriente eléctrica puede fluir en cualquiera de sus dos direcciones a través de un conductor. Si fluye en una sola dirección, ya sea estable o en pulsos, se le llama comente directa (c.d.). Es importante especificar la cantidad y potencia de una corriente directa. Aquí están los términos clave: • (i) - corriente es la cantidad de electrones que pasan en un punto dado. La unidad de la corriente es el ampere. Un ampere es de 6,280,000,000,000,000,000 ( 6,28 x 10 18) electrones que pasan por un punto en un segundo. • Voltaje (v o e) - el voltaje es la presión eléctrica o fuerza. Algunas veces se nombra al voltaje como potencial. La caída de voltaje es la diferencia de potencial entre dos extremos de un conductor a través del cual la corriente fluye, Si comparamos la corriente con el agua que fluye a través de una llave, la presión del agua es el voltaje. • Resistencia (r) - los conductores no son perfectos. Estos se resisten en algún grado al flujo de corriente. La unidad de la resistencia es el ohm (co) una diferencia de potencial de un volt forzará una corriente de un ampere a través de una resistencia de un ohm. La resistencia de un conductor es su caída de voltaje dividida por la corriente que fluye a través del conductor. • Potencia (p) el trabajo realizado por una corriente eléctrica se le llama potencia. La unidad de potencia es el watt. La potencia en la corriente directa es el producto del voltaje por la corriente. • la ley de OHM - Dadas dos cantidades cualquiera de las de arriba, puede encontrar la otra cantidad usando estas fórmulas conocidas como la ley de Ohm: V= R X I l= V / R R= V/l P= V x I (O TAMBIEN) P= I2 X R Nos referiremosa la ley de ohm Mas tarde en este libro... • Resumiendo - esta es la “analogía del agua” NIVEL DE AGUA (POTENCIA) Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA UTILIZANDO LA CORRIENTE DIRECTA Existen varios usos para la electricidad de corriente directa, ningún libro puede describir todas estas. En esta pagina hay varios diseños de una sola bobina de alambre que puede construir fácilmente con una sección de 3.8 a 7.6 cm de un popote para refresco y al menos 9 cm de alambre de calibre 30. cubierto con laca, asegure la bobina en un lugar con cinta. Remueva el aislante de las puntas de la bobina con lija de papel fino. CLAVO ELECTROMAGNETO Inserte un clavo de cero en la bobina, conecte las puntas a una batería de 9 volts, y el clave magnetizará hasta que desconecte la energía. (Puede quedar) LIMADURAS DE ACERO MOTOR - Tal vez no sea su idea de un motor, pero este elegante aparato califica para la definición que se da en el diccionario. Utilice un clavo de peso ligero. Asegure una punta de la bobina al clavo, ajuste la altura de la bobina hasta que el clavo brinque hacia arriba y hacia abajo. TAREA: EXPLIQUE EN 25 PALABRAS O MENOS COMO TRABAJA ESTE MOTOR. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA GENERANDO ELECTRICIDAD DE CORRIENTE DIRECTA Existe un numero sorprendente de maneras para producir corriente directa. Aquí hay algunas: GENERADORES QUIMICOS - Electrolitos son soluciones químicas que contienen varios iones. Por ejemplo disuelva sal de mesa en agua y la sal se partirá en iones de sodio positivo y iones de cloro negativos. Si se sumergen dos placas de meta distintas en la solución de sal, los iones positivos se irán hacia una placa y los iones negativos se irán hacia la otra placa. Si las dos placas son conectadas conjuntamente por un conductor fluirá una corriente a través de la solución (como iones ) y el conductor (como electrones ). Esta clase de generador es llamada celda húmeda Las celdas en las cuales el electrolito es absorbido por papel, o las que se forman en una pasta son llamadas celdas secas. Aquí se muestran algunos generadores químicos que usted puede fabricar. ¡Disfrute! HOJA DE PAPEL SALADO (SERVILLETA + AGUA CON SAL) - ZINCO MAGNESIO HOJA DE COBRE MONEDA DE COBRE ( + ) MAGNESIO SERVILLETA JUGO DE LIMON Esta bien en papel seco y Activa con agua... Conecte dos o más celdas en serie para formar una batería con un Voltaje total equivalente a la suma de los voltajes de las celdas. Sólo fines educativos - FreeLibros GENERADORES ELECTROMAGNÉTICOS - Una corriente que fluye a través de un conductor establece un campo magnético alrededor del conductor Es: efecto opera también a la Inversa, de tal manera que una corriente fluirá en un conductor el cual se mueve través de un campo magnético. Usted puede demostrar fácilmente la generación de corriente electromagnética con una bobina de alambre y un imán pequeño, (la bobina mostrada en la pagina 17 opera bien), conecte las puntas de la bobina a un medidor diseñado para medir microamperes, inserte un clavo de acero a través de la bobina y jale el imán hacia atrás y hacia adelante a lo largo de la bobina, el medidor indicara pocos microamperes por cada movimiento. CLAVO BOBINA AL MEDIDOR POPOTE DE PLASTICO La polaridad ( dirección ) de la corriente será Inversa con cada movimiento que haga hacia atrás. ¿Desea un generador fabricado? Solamente gire el eje de un motor pequeño de cd. ¡La mayoría de estos motores producirán una diferencia de potencial de varios volts!. Puede adicionar un propulsor para fabricar un generador. Generadores termoeléctricos - si la unión de dos metales distintos se calienta, se producirá una corriente, un alambre de cobre enrollado alrededor de la punta de un clavo de acero generara pocos mllivolts cuando se calienta por la flama de un cerillo, las uniones como acero y constantan (una aleación de nlkel y cobre) producirán voltajes mucho mas altos (este es el efecto seeberck). CLAVO Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA ELECTRICIDAD DE CORRIENTE ALTERNA Regresemos a la bobina hecha en casa y al "generador" de imán en la pagina anterior. Cuando se mueve el imán en una dirección a lo largo de la bobina, los electrones del alambre se mueven en una dirección y se produce una corriente directa. En el movimiento hacia atrás a menos que el imán sea removido de la bobina- la dirección de flujo de la corriente se invierte. Por lo tanto, si el imán se mueve hacia atrás y hacia delante a lo largo de la bobina, se produce una corriente que alterna en dirección o polaridad. Esta es llamada corriente alterna. La corriente alterna ( c.a ) es producida usualmente al hacer girar una bobina en un campo magnético. ESTO ES UNA ONDA SENOIDAL SAUDADE VOLTAJE SENOIDAL MEDICION DE LA ONDA SENOIDAL. El Voltaje de c.a. Es especificado usualmente en un valor equivalente al voltaje de c.d. Capaz de realizar el mismo trabajo, para una onda senoidal este valor es de 0.707 veces el voltaje pico. Este se llama voltaje RMS (valor cuadrático medio ). El voltaje pico (o corriente) es de 1.41 veces del valor RMS. El voltaje de linea casero se especifica de acuerdo a su valor RMS. Por lo tanto, el voltaje casero de 120 volts corresponde a un voltaje pico de 120 x 1.41 o 169.2 volts. PICO SENOIDAL PORQUE SE UTILIZA LA C.A. - La C.A. es más apropiada que la C.D. Para la transmisión a través de las lineas de energía de larga distancia Un cable que transporta C..A. Inducirá una corriente en un cable cercano. Este es el principio del transformador. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA MEDICION DE LA C.A. Y C.D. Usted puede medir fácilmente un voltaje de C.A. o C.D. Y la corriente con un instrumento llamado multímetro. Los m u ltím etros ana lóg icos u tilizan un medidorde bobina móvil. Los multímetros digitales son de lectura con d isp lay . El m u ltím e tro es el in s tru m e n to in d iv id u a l de p rueba electrónica de mayor importancia. % V Multímero analógicos más económico, de alguna manera menos preciso que los del tipo digital. Son mejores para observar la tendencia de cam b ios len tos de v o lta je s , c o rr ie n te o resistencia. Multímetro digital - de alta presición y de mas fácil lectura que los tipos analógicos son mejores para encontrar el valor exacto de un voltaje, corriente o resistencia. RESUMEN SOBRE LOS MULTIMETROS - ¡ Estos son indispensables! Incluso si usted solo tiene un interés pasajero debe de considerar la compra de uno porque tiene bastantes usos en el hogar, en el trabajo y cuando trabaja con aparatos y vehículos motorizados. Si usted piensa en serio dedicarse a la electrónica, considere el adquirir un multímetro de alta impedancia que tendrá muy poco o ningún efecto en el dispositivo que esta midiendo. Idealmente, debería tener ambos tipos, tantos el analógico como el digital. SEGURIDAD ELECTRICA La electricidad puede matar! SI usted desea permanecer por un largo periodo de tiempo disfrutando de los experimentos con la electrónica, siempre manéjela con el respeto que le merece. Hablaremos nuevamente de seguridad mas adelante. 2 1 Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA CIRCUITOS ELECTRICOS Un circuito eléctrico es cualquier diseño que permite que fluya una corriente eléctrica. Un circuito eléctrico puede ser tan simple como una batería conectada a una lampara o tan complicado como una computadora digital. UN CIRCUITO BÁSICO Este circuito básico consiste de una fuente de corriente eléctrica ( una batería ), una lampara y dos alambres de conexión, la parte del circuito que realiza el trabajo es llamada la carga. Aquí la carga es la lampara. En otros circuitos la carga puede ser un motor, un elemento de calentamiento, un electromagneto, etc. UN CIRCUITO EN SERIE Un circuito puede incluir mas de un componente (interruptor, lampara, motor, etc. ) Un circuitoen serie se fo rm a cuando el f lu jo de co rrie n te pasa primeramente a través de un componente luego fluye hacia otro. (Las flechas muestran la dirección del flujo de electrones). UN CIRCUITO EN PARALELO Un circuito en paralelo esta formado cuando dos o mas componentes están conectados de tal manera que la corriente puede fluir a través de un componente sin tener que pasar a través de otro. UN CIRCUITO SERIE PARALELO V arios c irc u ito s e lé c tr ic o s combinan los circuitos serie y paralelo. Todos suministran una trayectoria completa entre el c i r c u i t o y su f u e n t e de alimentación <0= €>*= O * FOCO ALAMBRE BATERIA -C3> =<3> «C3> -C 3> FLUJO DE ELECTRONES Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA DIAGRAMAS DE CIRCUITOS - Hasta este momento los circuitos eléctricos mostrados en este libro han sido ilustrados en forma pictórica. Las versiones pictóricas de los circuitos serán utilizadas en varios capítulos próximos. Mas adelante en el libro las ilustraciones pictóricas serán reemplazadas por diagramas de circuitos. En los diagramas de circuitos pictóricos la vista de los componentes serán reemplazados por símbolos de componentes. ' I BATERIA (B) 0 LAMPARA(L) 'CORTO" CIRCUITO ELECTRICO - Cuando un alambre u otro conductor es colocado a través de las conexiones de un componente, algunas o todas las corrientes del circuito pueden ponerse en "corto" circuito a través del conductor. Los cortos circuitos tales como este son usualmente no deseados. Estos pueden causar que las baterías pierdan rápidamente su capacidad. Y estos pueden causar daño al cableado y los componentes. Los cortos circuitos pueden incluso causar suficiente calentamiento para quemar el aislamiento de un cable! Precaución. El cuerpo humano conduce electricidad, por lo tanto si se toca por descuido un circuito eléctrico este puede causar un "corto" circuito. Si el voltaje y la corriente son suficientemente altos. Usted puede recibir un choque peligroso o incluso letal. "TIERRA" ELECTRICA - Uno de los alambres de la linea de c.a Se conecta a tierra por una barra de metal. Los empaques de metal de los dispositivos energlzados eléctricamente se conectan este alambre de tierra. Esto evita el peligro de choque Un alambre sin tierra deberá hacer contacto con el empaque de metal. Sin la conexión a tierra, una persona que toca el dispositivo mientras se para en la tierra o un suelo mojado puede recibir un choque peligroso. La tierra también hace referencia al punto de un circuito en voltaje CERO, conectado o no a tierra. Es por esto, que el lado menos (-) de la batería de los circuitos de arriba y en las paginas siguientes se pueden considerar como tierra. ► + 1-1/2 V 1-1/2 V ESTA ES TIERRA (Ov) CON RESPECTO A + 1 1/2 v y - 1 1/2 v SIMBOLO DE TIERRA Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA PULSOS, ONDAS, SEÑALES Y RUIDO La electrónica es el estudio y aplicación de los electrones, su comportamiento y sus efectos. Las aplicaciones más simples para los electrones son sencillamente en circuitos de ca y de cd en las cuales una corriente es utilizada para energizar lamparas, electromagnetos, motores, solenoides y dispositivos similares. Lo que lleva a la electrónica más lejos de estas aplicaciones básicas es la facilidad con la cual el flujo de electrones puede ser controlado y manipulado. LAMPARA INTERRUPTOR Este simple circuito es realmente el mas usual y que primero se muestra porque puede enviar información convirtiendo una secuencia planeada por medio de apagados del interruptor en destellos de luz. ON OFF Los destellos de la lampara se pueden presentar por un diagrama como este. Los patrones de los destellos o pulsos como estos pueden representar información compleja como el habla. O el habla se puede transformar en variaciones proporcionales en la brillantes de una lampara, aquí se muestra una manera simple para enviar la voz sobre un rayo de luz reflejada.: HOJA DE Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA TIEMPO DE CAIDA "RINGING" PULSOS - Un pulso es un flujo de corriente repentino, breve, creciente o decreciente. El pulso ideal debe tener una elevación y una caída instantánea, pero los pulsos reales no son tan ideales. PULSO IDEAL X ^ PULSOS TIPICOS TIEMPO DE~~ JNCRFMFNTO 100 % PULSO REAL90% ------------>»[ ONDAS Una onda es una fluctuación periódica de la corriente o voltaje. Las ondas de los componentes pueden tener una sola polaridad (cd) o ambas ( ca) ( positiva o negativa). Existen varias clases de ondas, aquí se muestran algunas: 1A A A / / V W ONDA SINUSOIDAL CA ONDA SINUSOIDAL CD ONDA SINUSOIDAL + CD ONDA SINUSOIDAL DE CA A v A X ONDA DE CA TRIANGULAR RAMPACD SINUSOIDAL COMPLEJA VOZ □ Señales - Una señal es una forma de onda periódica que transmite información. El proceso que genera la forma de onda se llama modulación Las señales pueden ser de c.a, c.d o de ca QUE VIAJA EN UN NIVEL DE CD. SU ENEMIGO ES.... +■ Ruido - Todos los dispositivos electrónicos y circuitos generan pequeñas corrientes eléctricas al azar. Cuando estas corrientes no son deseadas, se les llama ruido. El ruido se puede introducir también en los circuitos electrónicos por medio de las ondas electromagnéticas generadas por relámpagos, sistemas de ignición de automobiles, motores eléctricos y lineas energizadas. Aunque el ruido puede tener niveles de únicamente pocas millonésimas de un volt o ampere, puede opacar o Igualar fácilmente una señal de bajo nivel. M V < W W w v y A * V RUIDO SEÑAL = RUIDO SEÑAL RUIDO SEÑAL ? ? ? Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA 2. COMPONENTES ELECTRONICOS Existen docenas de familias diferentes de partes y bloques de componentes que, transportan, controlan, seleccionan, dirigen, conmutan, almacenan, manipulan, replican, modulan y explotan una corriente eléctrica. Aquellos que utilizan materiales semiconductores son muy, muy importantes y les dedicaremos todo un capitulo Pero usted encontrara en este capitulo justamente todo lo que debe conocer sobre las partes restantes. ALAMBRE Y CABLE Son utilizados para conducir una corriente eléctrica. La mayoría de los alambres están fabricados de un metal de baja resistencia como el cobre. El alambre solido es un conductor individual, el alambre trenzado se tuerce dos o mas veces, o pueden ser conductores trenzados sin cubierta. La mayor parte del alambre esta protegido por una cubierta de aislante de plástico, goma o laca. El alambre que ha sido estañado es mas fácil de soldar. ESPECIFICACIONES PARA CABLE DE COBRE SIN AISLANTE CALIBRE DIAMETRO (mm.) K G / K M C M / O H M 16 1,29 11,64 632,46 18 1,02 7,313 397,51 20 0,812 4,600 250,19 22 0,643 2,895 157,3784 44 0,511 1,820 98,9584 26 0,404 1,145 62,23 28 0,320 0,7198 39,1414 30 0,254 0,4531 24,6126 Los cables tienen uno o mas conductores y mayor aislante que el alambre ordinario. El cable coaxial puede conducir señales de alta frecuencia (como la televisión). +- ¡precaución! Siempre utilice alambre nominal para la cantidad de corriente que va a conducir. Si un alambre esta demasiado caliente al tacto, esta conduciendo demasiada corriente. Utilice un alambre de mayor calibre o reduzca la corriente. O si no...... Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA SWITCHES Los interruptores mecánicos permiten o interrumpen el flujo de corriente. Aunque estos también pueden ser usados para dirigir la corriente a varios puntos. INTERRUPTOR DE CUCHILLA BASICA - EL INTERRUPTOR MAS S IM P ÍE ..... - o ^ o _ VARIOS SIMBOLOS ' „ ,D E INTERRUPTORES. - c r ^ o ^ -o— -o- -O T>~ Este es llamado un interruptor 1p1t ( un polo-1 tiro). * INTERRUPTORES DE CONTACTO MULTIPLE - Aquí se muestran los símbolos de la mayoría de ellos. 1P2T - c ^ ° 2P2T - 2P1T - 0 ^ 0 - -crl^co ----------- (La linea punteada significa que ambos lados se mueve juntos) 1p2t - un polo - dos tiros 2p1t- dospolos - un tiro 2p2t - dos polos - dos tiros OTROS INTERRUPTORES De botón. Usualmente spst, normalmente abierto (na) o normalmente cerrado (nc). CON RESO RTE NA - -----------0 O Rotatorios. Con un polo y dos o mas contactos. Se pueden encontrar muchas variedades disponib les en mercado. Mercurio. El interruptor se cierra con una gota de mercurio. Este switch es sensible a la posición. Otros. Se pueden encontrar otras clases de interruptores como el de palanca, de arco, de brazo, deslizable, oprimir push on y push off, e iluminado. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA Relevadores Un relevador es un interruptor electromagnético.Una pequeña corriente fluye a través de una bobina en el relevador creando un campo magnético que empuja un contacto del interruptor cerrándolo o lo aleja de otro abriéndolo. CONTACTOS •f símbolo del relevador - Los contactos pueden estar disponibles en arreglos 1p1t, 1p2t, 2p1t, 2p2t y algunas otras funciones del interruptor (como tiempo). >*- reed switch -o -o Es un par de contactos constituido por dos tiras magnéticas planas, puestas dentro de un pequeño tubo de vidrio. Un campo magnético cerrara los contactos. Esto hace posible un relevador spst muy simple. CONTACTOS DEL INTERRUPTOR 3 l . IMAN INTERRUPTOR MAGNETICO MEDIDOR DE BOBINA MOVIL Una bobina con una aguja puesta entre los. extremos de un Imán de herradura rotara cuando circule una corriente, este es el principio del medidor de bobina móvil. ACERO Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA Micrófonos y bocinas Un micrófono convierte las ondas sonoras a variaciones de una corriente eléctrica. Las ondas sonoras son primeramente convertidas en movimientos hacia atrás y hacia delante en una laminilla o película flexible llamada diafragma. Entonces estas variaciones causan una corriente eléctrica por medio de los siguientes métodos: Carbón - el movimiento del diafragma hace que varíe la presión contra los granulos de carbón de la capsula. Esto provoca cambios proporcionales en la resistencia de la capsula. Dinámico - una bobina pequeña se mueve a través de un campo magnético respondiendo al movimiento del diafragma. Esto causa la generación de una salida de corriente proporcional al movimiento. De capacitor - el movimiento del diafragma altera la distancia entre dos placas de metal. El resultado es una variación proporcional de capacitancia de las placas. De cristal - una tableta de material piezo eléctrico (que produce voltaje cuando es doblada por la presión de las ondas sonoras) forma el diafragma, o esta ligado mecánicamente al diafragma. Una bocina convierte las variaciones de un corriente o voltaje en ondas sonoras. Las dos bocinas mas comunes son: Magnéticas - similares en principio a un micrófono dinámico. De hecho, una bocina magnética se puede utilizar como un micrófono. De cristal - similares en principio a un micrófono de cristal. De hecho, una bocina de cristal se puede utilizar como un micrófono. DIAFRAGMA IMAN BOBINA MOVIL DE VOZ CONO DE PAPEL BOCINA MAGNETICA Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA RESISTENCIAS Las resistencias pueden encontrarse en muchos tamaños y formas, y todas estas pueden realizar el mismo trabajo: Limitar la corriente. Esto se explicara a fondo mas adelante. Primeramente, veamos como se fabrica una resistencia típica: CORRIENTE SALIENTE "Carbón" es justamente una manera elegante de describir la mezcla de carbón energizado unida una superficie con pegamento. Esta clase de resistencia es fácil de fabricar. Y su valor de resistencia puede variar de una unidad a la próxima simplemente cambiando relación de los granulos de carbón a unir. Entre mas concentración de carbón haya esta unidad proporcionara menos resistencia. •F FABRIQUE USTED MISMO UNA RESISTENCIA - Usted puede fabricar una resistencia dibujando una linea con un lápiz de punto suave en una hoja de papel. Mida la resistencia de la linea o puntos a lo largo tocando con las puntas de un multlmetro en la escala de resistencia mas alta. La resistencia de una sola linea puede ser muy alta al medirla. Si así es, pase el lápiz sobre la linea una docena de veces mas (o mas veces). Aquí se muestra la lectura que tome: LINEA DEL LAPIZ (3 ° ) Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA CODIGO DE COLORES DE RESISTENCIAS - Observa las banditas de colores de esta resistencia?. En realidad estas hacen de cierta manera que la resistencia se vea bonita. Pero estas tienen un proposito que va mas alia: Estas bandas que decoran indican el valor de resistencia de la misma. Aquí se muestra el código para interpretar los colores. BANDAS DEL C O D IG O DE C O LO R ES COLOR 3 (M U LTIPLIC AD O R ) NEGRO 0 0 1 CAFE 1 1 10 ROJO 2 2 100 N ARANJA 3 3 1,000 AM AR ILLO 4 4 10,000 VERDE 5 5 100,000 AZUL 6 6 1,000,000 VIO LETA 7 7 - GRIS 8 8 BLANCO 9 9 - NOTA: ALGUNAS VECES EXISTE UNA CUARTA BANDA: INDICA LA TOLERANCIA* DE LA RESISTENCIA: ORO = +_5% PLATA = í l1 0 % NINGUNA = + 20 % Se ve complicado la primera vez. Pero usted aprenderá a utilizarlo rápidamente: Por ejemplo ¿cual es el valor de resistencia en la cual se tienen colores amarillo, violeta y rojo?. Amarillo es el primer color así que el primer número es 4. Violeta es el segundo color así que el segundo número es 7, y el tercer color es rojo, el multiplicador es 100. Por lo tanto, la resistencia es 47 x 100 o 4700 ohms. Sin color en la cuarta banda significa que la resistencia es de 4700 +20 %. E I 20 % de 4700 es 940. Así que el valor real estara entre 3760 y 5640 ohms. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA >f SUSTITUCION DE RESISTENCIAS - ¿Que pasaría si necesita una resistencia de 6700 ohms pero solamente puede encontrar una de 6800 ohms?. Por lo general puede utilizar cualquier valor dentro de ±10% a ±20% del valor requerido pues harán la misma función. Si un circuito en particular requiere de mas exactitud le avisare. Por supuesto que usted puede construir resistencias a su gusto conectado dos o mas resistencias en serie o en paralelo. Pero hablaremos de esto mas adelante. •f ADVERTENCIAS SOBRE LA SUSTITUCION DE RESISTENCIAS - ¡ Las resistencias que conducen bastante corriente se pueden calentar mucho! Por lo tanto, siempre utilice resistencias que tengan la capacidad de potencia apropiada. Si el proyecto que esta fabricando no especifica la capacidad de potencia para sus resistencias, generalmente se pueden utilizar unidades de 1/4 o 1/2 watt. existen algunas abreviaciones que vera frecuentemente en las resistencias. Las resistencias pueden tener un sufijo k o m. Como 47k o 10m. La k significa kilo, que viene de la palabra griega para indicar 1,000. Por lo tanto, 47k significa 47x1 000 o 47000. M es la abreviación para meaaohm o 1 000 000 ohms. Por lo tanto una resistencia de 1 m tiene 1 x1 000 000 o 1 000 000 ohms. Resumiendo... K= x 1 000 (47k= 47 x 1 000 = 47,000 ohms) M= x 1 000 000 ( 2,2 m = 2,2 x 1 000 000 = 2 200 000 ohms) •f OTROS TIPOS DE RESISTENCIAS - La resistencia hecha de carbón es solamente una de tantas clases diferentes de resistencias. Aquí se mencionan otras: Resistencias de película metálica. Varias clases de resistencias utilizan una película delgada de metal o una mezcla de partículas de metal para lograr resistencias diferentes. Resistencias de película de carbón. Estas están fabricadas depositando una película de carbón dentro de un cilindro pequeño de cerámica. Un corte en espiral ranurado dentro de la película controla la longitud de carbón entre las puntas, así como el valor de la resistencia. Resistencia de alambre devanado. Estas consisten de una forma tubular envueltas con devanados de alambre de resistencia. Estas tiene una gran exactitud y pueden soportar bastante calor. Fotoreslstencia. También en llamadas fotoceldas. Fabricadas de un material sensible a la luz como el sulfuro de cadmio. Al incrementar el nivelde luz disminuye la resistencia. Esto se vera mas adelante. Termistor. Es una resistencia sensible a la temperatura. Al incrementar la temperatura disminuye la resistencia (En la mayoría de los casos). Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA •f RESISTENCIAS VARIABLES - frecuentemente es necesario cambiar el valor de resistencia. Las resistencias variables son llamadas potenciómetro. Estos se utilizan para alterar el volumen de un radio, cambiar la brillantes de una lampara, ajustar la calibración de un medidor, etc. Los preset son potenciómetros equipados con una pequeña perilla giratoria de plástico o con una ranura para un desarmador plano. Estos están diseñados para ajustes ocasionales. + SIMBOLOS DE RESISTENCIAS: Resistencia Fija + CIRCUITO EN SERIE AYA t Potenciómetro Termistor Como se usan las resistencias Las resistencias en serie se conectan como se muestra aquí: R1 ( ( ( La resistencia total es simplemente la suma de las resistencias individuales. R, T R2 < m Rt=R1+R2 + CIRCUITO EN PARALELO - Las resistencias en paralelo se conectan como se muestra aquí: La resistencia total es el producto de las dos resistencias dividas por su suma. Para tres o mas resistencias en paralelo, busque su calculadora porque... 1 Rt= j _ j _ j _ R1 + R2 + R2...etc. R. R1 R2 Rt= R1XR2 R1+R2 Y Y DIVISOR DE VOLTAJE - ¡ este es super importante!. V es determinado por la relación de R1 y R2, aquí esta la formula. out / R2 \ Vo=V in( — —— ) \ R1+R2/ Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA CAPACITORES Existen varias clases de capacitores, pero todos estos realizan las misma función: Almacenan electrones. El capacitor mas simple esta compuesto de dos conductores separados por un material aislante llamado dieléctrico. Así. PLACAS El dieléctrico puede ser de papel, película de plástico, mica, vidrio, cerámica, aire, o vacío. Las placas pueden ser discos de aluminio, película de aluminio o de una película delgada de metal aplicada a los lados contrarios de un dieléctrico solido. El sandwich conductor- dieléctrico- conductor se puede enrollar dentro de un cilindro o dejarse en una oblea plana. Se verán mas de estos tipos adelante. Como fabricar un capacitor Usted puede fabricar un capacitor con dos hojas de película de aluminio y una hoja de papel encerado. Doble el papel alrededor de una hoja fina de aluminio y apile las hojas así: LUEGO DOBLE LA HOJA HOJA DE METAL HOJA DE METAL PAPEL DOBLADO HOJA DE METAL ¡Asegúrese de que las hojas de metal no entren en contacto! Presione las terminales de una batería de 9 volts con los extremos de las hojas de metal. Luego toque con las puntas de un multimetro de alta impedancla las hojas de metal. El medidor indicara un pequeño voltaje por pocos segundos. Luego el voltaje caera a cero. •f CARGANDO UN CAPACITOR - El lado negativo de nuestro capacitor hecho en casa se carga con electrones casi inmediatamente. Puesto que las resistencias limitan la corriente usted puede disminuir el tiempo de carga colocando una resistencia entre el capacitor y una batería de 9 volts: Aquí se muestra una gráfica del tiempo de carga. DESCARGANDO UN CAPACITOR - los electrones de un capacitor cargado se disiparan gradualmente a Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA través del dieléctrico hasta que ambas placas obtengan una carga igual. El capacitor esta entonces descargado. El capacitor se puede descargar rápidamente conectando entre si sus placas. O puede ser de descargado mas lentamente conectando una resistencia a través de este: Aquí se muestra ^ \ R una gráfica del Q£ \ tiempo de o descarga: -----------^ TIEMPO •f ESPECIFICACIONES DE LOS CAPACITORES - la habilidad para almacenar electrones es conocida como capacitancia. La capacitancia esta medida en faradios. Un capacitor de 1 faradio conectado a una fuente de 1 volt almacenara 6 280 000 000 000 000 000 (6,28 x 10 1S) electrones!. La mayoría de los condensadores tienen valores muchos mas pequeños. Los condensadores mas pequeños tienen unidades de picofaradios (trillonesima parte de un faradio ) y los condensadores mas grandes tienen unidades de microfaradios ( millonésima parte de un faradio). Resumiendo: 1 faradio = 1f 1 microfaradio =1 p f = 1 x 10'6 f = 0,000 0001 f 1 picofaradio = 1 pf = 1 x 1012 f = 0,000 000 000 001 f SUSTITUCION DE CAPACITORES - el valor de capacitancia para la mayoría de los capacitores puede ser de 5 a 100 % diferente de valor real. Por lo tanto pueden sustituirse con frecuencia valores cercanos para un valor especificado. Sin embargo, ¡asegurece de utilizar un capacitor con la capacidad de voltaje máximo esperado!. PRECAUCIONES EN LA SUSTITUCION DE UN CAPACITOR - Debe asegurarse de que el capacitor que planea utilizar cumpla o exceda la capacidad de voltaje requerido. De otra manera su dieléctrico puede ser dañado por la carga almacenada. El valor del voltaje esta usualmente impreso en el capacitor. V significa volts. Wv significa el voltaje de operación (working voltaje, es lo mismo). 10V- - PLACAS MOVILES PLACA MOVIL * ■ DESARMADOR Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA TIPOS DE CAPACITORES Los capacitores están usualmente catalogados de acuerdo a su dieléctrico. Por esto usted vera nombres referidos a cerámica, mica, poliestireno, poliéster y muchos otros. Todos estos son capacitores de valores fijos. Algunos capacitores tienen capacidad variable y una clase especial de capacitores fijos tiene mucha mas capacidad que otros capacitores, aquí se mencionan algunos. Capacitores variables. Estos usualmente tienen una o mas placas fijas y una o mas placas movibles. La capacitancia se varia al hacer girar una barra unida a un lado de las placas movibles. Este tipo es usado para sintonizar los receptores y transmisores de radio. El dieléctrico es usualmente el aire Este tipo es usado para afinar osciladores como aquellos que se utilizan en los relojes digitales. Estos capacitores normalmente son pequeños. CONDENSADORES ELECTROLITICOS - Son los únicos que están formados de una capa delgada de oxido sobre aluminio o tantalio. La hoja de oxido es el dieléctrico. Este es el de mayor capacitancia que todos los que no son de este tipo. Las unidades de tantalio tienen mayor capacitancia por volumen y mayor vida que los electrolíticos de aluminio. Pero son mas costosos La mayor parte de los electrolíticos son polarizados. Estos se deben conectar en un circuito con su polaridad apropiada. La terminal positiva debe ir Al punto positivo. PELIGRO ! 104 \ \2.2 pF L y Símbolos de los capacitores H ( - CAPACITOR FIJO CAPACITOR FIJO POLARIZADO CAPACITOR VARIABLE ¡ PRECAUCION! Los capacitores pueden almacenar una carga por un tiempo considerablemente grande después de que estos han sido apagados. ¡ Esta carga puede ser peligrosa!. ¡Una carga grande electrolítica de únicamente 5 o 10 volts pueden derretir la punta de un desarmador colocado a través de sus terminales!. ¡Los capacitores de alto voltaje como aquellos utilizados en los aparatos de tv y unidades como el flash de una camara fotográfica pueden almacenar una carga letal!. Nunca toque las terminales de tales capacitores. ¡Ya que usted puede ser enviado al otro lado de la habitación!. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA Como se utilizan los capacitores +- CIRCUITO EN SERIE - frecuentemente los capacitores se conectan en serie como se muestra: La capacitancia total es el producto de las dos capacitancias divididas entre la suma. ¿Cómo calculo para tres o mas capacitores en serie? +- CIRCUITO EN PARALELO - los capacitores en paralelo se conectan como se muestra aquí: La capacitancia total es la suma de las capacitancias individuales. 4- Y MAS - existen otras maneras variadas para usar los capacitores, algunos de los cuales son mostrados enseguida... CT= C1XC2 C1+C2 SERIE APLICACIONES DE LAS RESISTENCIAS Y LOS CAPACITORES Las resistenciasy los capacitores son los ingredientes clave de muchos circuitos electrónicos. Aquí se explican las razones: + FILTRO DE UNA FUENTE DE PODER - un capacitor suavizara (filtrara) los pulsos de voltaje, los convertirá en una corriente continua (c.c.) estable en una fuente de poder. CORRIENTE ALTERNA (C.A.) + r 1 + VOLTAJE DE SALIDA FILTRADO (CD) - TIERRA RECTIFICADOR + ELIMINADOR DE PICOS - Los circuitos lógicos digitales, los cuales veremos mas adelante, pueden utilizar mucha corriente al apagar- encender o viceversa. Esto puede causar reducciones cortas pero substanciales en la energía aplicada a los circuitos cercanos. Estos picos de energía ( o también son llamados impulsos eléctricos transitorios) pueden ser eliminados colocando un capacitor pequeño (0,1 micro faradio) a través de las terminales de alimentación de un circuito lógico Y ...... i S H - c Y 'i PICO- CIRCUITO LOGICO NIVEL DE VOLTAJE SIN CAPACITOR NIVEL DE VOLTAJE CON CAPACITOR El capacitor actúa como una Batería miniatura que suministra Energía durante el pico. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA + FILTRO SELECTIVO DE C.A-C.C. - Con frecuencia una señal eléctrica acompañara a una señal de c.c. Estable. Por ejemplo, la señal de un sistema de comunicaciones de onda corta se puede observar como esta cuando es de noche: Pero la luz del sol causa a esto: " CONVERGENCIA CD ESTABLE CAUSADA POR LA LUZ DEL SOL Un capacitor dejara pasar la señal fluctuante de ca y bloqueara completamente el nivel de estable de c.c. + CIRCUITO R-C: Dos circuitos que combinan una resistencia (r) y un capacitor (c) son muy importantes, estos son, el integrador y el diferenciador. Ambos circuitos son utilizados para dar otra forma a un flujo entrante de ondas o pulsos. El producto de r y c en estos circuitos es llamado la constante de tiempo re. Paras los circuitos mostrados abajo, la constante de tiempo re (en segundos) es al menos 10 veces el intervalo entre los ciclos o pulsos entrantes. 1 integrador. Aquí se muestra un integrador re básico: + — — r ~ i ENTRADA O— C E D - R Si se aumenta la velocidad de la entrada de pulsos, las formas de onda de salida (frecuentemente llamadas diente de sierra) no alcanzara su altura total (amplitud). Es fácil diseñar un amplificador que ignore ondas de una amplitud menor a una deseada por eso, el integrador puede funcionar como filtro que únicamente pasa las señales bajas a cierta frecuencia. 2 diferenciador. Aquí se muestra un diferenciados básico: Este circuito produce ondas de salida simétricas con picos definidos positivos y negativos. Es utilizado para producir generadores de pulso angosto para receptores de tv y para disparar circuitos lógicos digitales. + MAS ACERCA DEL RC - Vara frecuentemente referencias de la constante de tiempo re en un circuito. Es el tiempo en segundos de carga o descarga de un capacitor que va a hasta el 63.3% del cambio en la carga. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA BOBINAS Los electrones que se mueven a través de un alambre provocan un campo electromaanétlcr. que rcoea e alambre. Como usted sabe del capitulo 1, al pasar la corriente a través de un alambre que ha sido enrcrt acc como bobina (p. 15) crea un campo aun mayor. Este campo hace posible que los solenoldes, motores y bobinas electromagnéticas tengan otras funciones Importantes, ademas: 1. Las bobinas openen resistencia a cambios rápidos en el flujo de corriente que pasa a través de ellas, mientras que dejan pasar libremente corriente de c.c. Estables, aquí se muestran algunos ejemplos: ENTRADA BOBINA SENOIDAL LENTA SENOIDAL RAPIDA ONDA CUADRA LENTA ONDA CUADRADA RAPIDA w v J U w w -^innnrw - o r c o r ^ - - ' T O T ^ - Algunas veces una bobina producirá una resonancia en una onda cuadrada que pasa a través de esta. Esto puede suceder cuando la resistencia de la trayectoria externa que conecta a las terminales de la bobina es alta. ONDA CUADRADA ESTO ES CAMPANEO 1. La energía de un campo alrededor de un devanado puede ser inducida (transferida) a un segundo devanado cercano. Este es el principio del transformador: v / Y / V ENTRADA v / W SALIDA El lado de la entrada del transformador se llama primario. El lado de la salida es llamado secundario. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA + TIPOS DE BOBINAS- Existen varios tipos diferentes de bobinas. Aquí se muestran algunas de estas: BOBINA DE SINTONIZACION. Los radios utilizan varias bobinas para ayudar a seleccionar una señal deseada. Las bobinas de sintonía tienen derivaciones o un núcleo móvil de tal manera que su inductancia pueda cambiar al moverse, de aquí que la frecuencia de resonancia, se pueda cambiar. TORNILLO DE AJUSTE DEL NUCLEO TERMINALES DEVANADO BOBINA DE ANTENA. Los radios utilizan frecuentemente una bobina de sintonización para captar las señales de radio. NUCLEO DE FERRITA (FORMA DE BARRA) BOBINA PUNTAS BOBINA DE REACTANCIA. Utilizada en varios circuitos para limitar o suprimir las fluctuaciones de las señales mientras pasan una corriente estable. Las bobinas de reactancia están disponibles en varias formas y tamaños DE CONEXION TRANSFORMADOR. Son muy importantes por ese les dedicaremos una sección completa. APLICACIONES DE LAS BOBINAS - Adicionalmente de las ya descritas, las bobinas se utilizan en filtros que pasan selectivamente frecuencias especificas. + ¡PRECAUCION! Un pulso de alto voltaje se puede producir en una bobina de reactancia. Cuando la corriente que fluye a través de esta es Interrumpida. ¡ Tenga cuidado! Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA TRANSFORMADORES Los transformadores son una de las principales clases de bobinas, tienen dos o mas devanados usualmente envueltos en un núcleo común fabricado de hojas de acero laminadas. Aquí se muestra un transformador simple: PRIMARIO SECUNDARIO NUCLEO LAMINADO Si la corriente que fluye a través del devanado primario varia (c.a.), sera inducida una corriente al devanado secundario. Una corriente de c.c. Estable no sera transferida de un devanado a otro. + COMO FUNCIONAN ESTOS - los transformadores tienen la habilidad de transformar voltaje y corriente a niveles mayores o menores. Por supuesto, estos no, producen energía de la nada. Por eso, si un transformador amplia el voltaje de una señal, reduce su corriente. Y si reduce voltaje de una señal, aumenta su corriente. En otras palabras... ¡La energía que fluye desde un transformador no puede exceder la energía de entrada!. + RELACION DE VUELTAS - la relación de vueltas del primario al secundario determina la capacidad de voltaje del transformador... Relación 1:1 el volta je y la corriente en el prim ario son transferidos sin a lteraciones al secundario . L lam ado frecuentem ente transform ador de a islam iento. AMPLIFICAR REDUCCIO N Elevador el voltaje se incrementa por la relación de vueltas. Así que una relación de vueltas de 1: 5 aumentara de 5 volts en el primarlo a 25 volts en el secundarlo. Reductor el voltaje se reduce por la relación de vueltas. Así que una relación de vueltas de 5: 1 disminuirá de 25 volts en el primarlo a 5 volts en el secundario. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA •f TIPOS DE TRANSFORMADORES Y APLICACIONES - Aquí se muestran Algunos tipos de transformadores: AISLAMIENTO ESTANDAR 1:1 NUCLEO DE FERRITA EMBOBINADO BOBINA — Utilizado para aislar diferentes partes de un c i r c u i t o y p a r a p r o p o r c i o n a r protección contra un choque eléctrico. Conversión de potencia Transformador de potencia utilizado usualmente para reducir el voltaje de la linea de alimentación a un nivel apropiado. ALTO VOLTAJE Bobina de ignición automotriz. BOBINA DE IGNICION AUTOMOTRIZ Utilizado para producir las chispas de ignición de m o t o r e s de g a s o l i na . También se utilizan para energizar de ios cinescopios de los televisores, algunoslasers, luces de neón etc. AUDIO Derivaciones primario y secundario Utilizado para igualar la i m p e d a n c i a * de un a m p l i f i c a d o r p a r a micrófono, bocinas u otros dispositivos. * Oposición al flujo de corriente alterna. NOTA: LAS PUNTAS DE LOS TRANSFORMADORES ESTAN ALGUNAS VECES CODIFICADAS POR COLORES. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA 3. SEMICONDUCTORES Los componentes electrónicos mas importantes y excitantes son los que se fabrican de cristales y se les llama semiconductores. Dependiendo de ciertas condiciones, un semiconductor puede actuar como un conductor o un aislador. SILICIO Existen varios materiales semiconductores diferentes, pero el silicio - el principal ingred ien te de la arena de mar - es el mas popular. CAPAS Un grupo de átomos de silicio compartiendo electrones externos y forman una composición regular llamada cristal. Esta es la vista magnificada de un cristal de silicio. Por Simplicidad, únicamente son mostrados los electrones externos de cada átomo. ELECTRONES Una átomo de silicio solo tiene cuatro electrones en su capa exterior, seria ideal que tuviera ocho, sin embargo, un átomo de silicio se enlazara hasta con cuatro de sus vecinos para compartir electrones: ATOMO DE SILICIO ¡El silicio forma el 27,7% de la composición de la CORTEZA terrestre! Únicamente el oxigeno tiene mayor presencia. El silicio nunca se encuentra en su estado puro. Cuando se purifica, es de color gris obscuro. El silicio y el diamante c o m p a r t e n la m i s m a estructura de cristal y otras propiedades. Solo que el silicio no es transparente. SEMILLA DE CRISTAL FUNDENTE SILICIO DERRETIDO 1300°C El silicio se puede cultivar en grandes cristales, el cual se corta en tabletas para fabricar partes electrónicas. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA + RECETAS DE SILICIO - EL SILICIO PURO NO ES MUY USUAL POR ESTO DE LOS FABRICANTES DE SILICIO CONDIMENTAN SUS RECETAS DE SILICIO CON UNA PIZCA DE FOSFORO, BORO U OTRAS ESPECIES. ESTO SE LLAMA DOPADO DEL SILICIO. CUANDO CRECE Y SE CONVIERTE EN CRISTALES. EL SILICIO DOPADO TIENE PROPIEDADES ELECTRONICAS MUY UTILES!. * BARRA DE SILICIO CONDIMENTADO CON P & N - El boro, el fosforo y otros átomos se pueden unir con los átomos de silicio para formar cristales. ¡Aquí esta el truco! : Un átomo de boro tienen únicamente tres electrones en su capa exterior. Y un átomo de fosforo tiene cinco electrones en su capa exterior. El silicio con electrones de fosforo extras es llamado silicio del tlpo-n (n=negativo). El silicio con átomos de boro y electrones deficientes es llamado silicio del tipo-p (p=positivo). ° i ° 0.0 SILICIO DEL TIPO-P - Un átomo de boro en un grupo de átomos de silicio deja una abertura de electrón vacante llamado "hueco". Es posible que un electrón de un átomo cercano "caiga" dentro de este hueco. Por lo tanto, el hueco se ha movido a una nueva ubicación. Recuerde que los huecos se pueden mover a través del silicio (así como las burbujas se mueven a través del agua). -o o c o . ; co ;. ' CO . SILICIO DEL T IPO -P - Un átomo de boro en un grupo de átomos de silicio dona un electrón extra. Este electrón extra se puede mover a través del cristal con facilidad. En otras palabras, el silicio del tipo-p puede portar una corriente eléctrica. Así los huecos del silicio tipo-p "portan" la corriente ELECTRON EXTRA BORO SILICON Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRON'ICA EL DIODO Ambos silicios del tipo-p y tipo-n conducen electricidad. La resistencia de ambos tipos es determinada por la proporción de los huecos o electrones excedentes. Por esto ambos tipos pueden operar como resistencias. Y estos conducirán electricidad en cualquier dirección. ¡Poniendo algo de silicio tipo-p en un trozo de silicio tipo-n, los electrones fluirán a través del silicio en una única dirección!. Este es principio del diodo. La interfaz p-n es llamada unión pn. COMO FUNCIONA EL DIODO - aquí se explica brevemente como conduce electricidad un diodo en una única dirección (EN SENTIDO DIRECTO) mientras bloquea el flujo de corriente en dirección opuesta (inversa). POLARIZACION EN SENTIDO DIRECTO POLARIZACION EN SENTIDO INVERSO 1#\ GP B a te r ía _ O _ - \oo Y o o O r u 0 Y o - — O f - - O — — — >- O O - _ „ T o o “ -< Y o o - o H < 3 - FLUJO DEL ELECTRON SIN FLUJO DE CORRIENTE FLUJO DEL HOYO Aquí la carga de una batería rechaza los huecos y los electrones hacia la unión. Si el voltaje excede 0,6 volts (silicio), entonces los electrones cruzaran la unión y se combinaran con los huecos, y fluirá una corriente. UN DIODO TIPICO- Los diodos son comúnmente encapsulados en pequeños cilindros de vidrio. Una banda obscura marca la terminal del cátodo. La terminal opuesta es el ánodo. Aquí la carga de la batería atrae orificios y electrones de la unión. Por esto, no puede fluir la corriente. La corriente fluye cuando el ánodo es mas positivo que el cátodo. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA •f OPERACION DEL DIODO - Usted ya esta enterado que el diodo es como una válvula electrónica ce - _a . a Es importante comprender algunos aspectos adicionales de la operación del diodo. Aquí se mencionan algunas claves: 1. Un diodo no conducirá hasta que el voltaje en sentido directo alcanza derio punto ce umbral. El voltaje para los diodos de silicio es de aproximadamente 0,6 volts. o o l'S - 0 a 5 / -CxjE 2. ¡Si la corriente directa es excesiva, el chip semiconductor se puede quebrar o derretir! Y se pueden separar los contactos. Si el chip se derrite, el diodo puede conducir repentinamente en ambas direcciones. ¡El calentamiento resultante puede vaporizar el chip!. ( TP̂ ) o o 3. Demasiado voltaje inverso causara que el diodo conduzca en la dirección equivocada. Ya que este voltaje es alto, el incremento repentino de la corriente puede dañar al diodo. RESUMIENDO LA OPERACION DEL DIODO - Esta gráfica resume la operación del diodo. (Esta es una aproximación). V = VOLTAJE EN SENTIDO INVERSO VR= VOLTAJE EN SENTIDO DIRECTO lF = CORRIENTE EN SENTIDO INVERSO I* = CORRIENTE EN SENTIDO DIRECTO V ' x-v ' Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA □ TIPOS DE DIODOS - Se pueden conseguir muchas clases diferentes de diodos. Aquí se muestran algunos tipos: Los diodos de pequeña señal son utilizados para transformar corriente baja de c.a. a c.c., detectar señales de radio (modulación), multiplicar voltaje, realizar lógica, absorber picos de voltaje, etc. □ RECTIFICADOR DE POTENCIA Funciona igual que los diodos de pequeña señal, los rectificadores de potencia pueden controlar mucha mas corriente. Estos se fabrican en grandes encapsulados de metal que disipan el EXCESO DE calor. Y son utilizados principalmente en fuentes de poder. El diodo zener en diseñado para tener un voltaje especifico de ruptura inverso (conducción). Esto significa que los diodos zener pueden operar como interruptores sensibles al voltaje. Existen diodos zener disponibles que tienen voltajes de ruptura (vz) que van desde aproximadamente 2 volts hasta 200 volts. □ EMISION DE LUZ Todos los d i odos emi t en a l guna r ad i ac i ón electromagnética cuando se polarizan directamente. Los diodos fabricados de ciertos semiconductores (com o fos fo ro de a rsén ico de ga lio ) em iten considerablemente mas radiación que los diodos de silicio. Estos se llaman diodos emisores de luz (leds). □ FOTODIODO Todos los diodos responden en algún grado cuando son iluminados. Los diodos diseñados específicamente para detectar luz son llamados fotodiodos. Estos tienen una ventana de vidrio o de plástico en la cual la luz penetra. Frecuentemente estos tienen una amplia región de unión expuesta. El silicio es un buen material para los fotodiodos. Pequeña señal Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA COMO SE USANLOS DIODOS En el capitulo 9 usted vera como varios tipos de diodos se utilizan en muchas aplicaciones. Por el momento aquí hay dos tipos de diodos de pequeña señal y rectificadores mas importantes: 4- RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA ! A _ A y ^ r ENTRADA CA LA MITAD DE LA SEÑAL ES BLOQUEADA + RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA Esta "red" de 4 diodos (o puente rectificador) rectifica ambas mitades de una señal de c.a. MAS ACERCA DE LA DIRECCION DEL FLUJO DE CORRIENTE Una corriente eléctrica es el movimiento de electrones a través de un conductor o semiconductor. Ya que los electrones se mueven de una región cargada negativamente a una región cargada positivamente, ¿porque la flecha de un símbolo del diodo apunta hacia la dirección opuesta?, aquí se mencionan dos razones: 1. Desde los tiempos de Benjamín Franklin, se asumía que tradicionalmente la electricidad fluye de una región cargada positivamente a una región cargada negativamente. El descubrimiento del electrón corrigió esto., (Muchos de los diagramas de circuitos de la actualidad todavía siguen la vieja tradición en la cual la conexión positiva de la fuente e poder es colocada arriba de la conexión negativa como si la gravedad de alguna manera influyera en flujo de la corriente.) 2. En un semiconductor, como el que se muestra en la pagina 45, los huecos fluyen en contra de flujo de un electrón. Por lo tanto es común referirse al flujo de una corriente convencional o de huecos en los semiconductores. Para exactitud, en este libro en "flujo de corriente" se refiere al flujo del electrón. Pero estamos contemplando los símbolos que indican el flujo del hueco. EL TRANSISTOR Los transistores son dispositivos semiconductores con tres terminales de conexión. Un voltaje o corriente muy pequeña en una terminal puede controlar grandes cantidades de corriente a través de los otros dos pines. Esto significa que los transistores pueden ser utilizados como amplificadores e interruptores. Existen dos familias principales de transistores: Bipolares v de efecto de campo Una señal ondulante (c.a) o voltaje es rectificado a una señal de una sola polaridad (c.c.) Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA TRANSISTORES BIPOLARES Estos fusionan una segunda unión a un diodo de unión pn y puede obtener un sandwich de silicio de 3 capas. El sandwich puede ser ya sea npn o pnp. De cualquier manera, la región central actúa como llave o compuerta que controla la corriente que se mueva a través de las tres capas. OPERACION DEL TRANSISTOR BIPOLAR Las tres terminales de un transistor bipolar son el emisor, menos átomos dopados que el emisor y el colector, que fluya una corriente mayor de emisor-colector. la base y el colector. La base es muy delgada y tiene eso una pequeña corriente de base-emisor causara COLECTOR SALIDA DE CORRIENTE AMPLIFICADA Las resistencias protegen al transistor contra la corriente excesiva (las cuales pueden causar calentamiento excesivo). ENTRADA 10 V X y 1 IAWI \ SALIDA FLUJO DEL C ELECTRON ^ - io v SALIDA DE CORRIENTE AMPLIFICADA BASE = t A A T EMISOR FLUJO P DE CORRIENTE 4- MAS ACERCA DE LA OPERACION DE LOS TRANSISTORES BIPOLARES Los diodos y los transistores comparten varias características claves: 1 .la unión base-emisor (o diodo) no conducir a hasta que el voltaje no inversor exceda 0,6 Volts. 2. La excesiva corriente causara que un transistor se caliente y funcione inapropiadamente. ¡Si un transistor esta caliente cuando se toca, puede estar ocurriendo algún problema!!. 3. La corriente o voltaje excesivo puede dañar o destruir permanentemente el chip que forma el transistor. Si el chip no se daña, sus delgados pines de conexión se pueden derretir o separar del chip. ¡Nunca conecte un transistor inversamente!. 'M i í f l f f l Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA CONMUTACION Y PEQUEÑA SEÑAL Los transistores se pequeña señal son utilizados para amplificar señales oe bajo nivel. Los transistores de conmutación están diseñados para operar totalmente como interruptores encendido apagado. ¡Algunos transistores pueden realizar la fundón oe amplificar y también conmutar muy bien!. DE POTENCIA Los transistores de potencia son utilizados en los amplificaciones de alta potencia y fuentes de alimentación. Su tamaño grande y encapsulado metálico los mantiene fríos. DE ALTA FRECUENCIA Los transistores de alta frecuencia operan en las frecuencias de radio, televisión y micro ondas. La región de la base es muy delgada y el chip real es muy pequeño. •F SIMBOLOS DEL TRANSISTOR BIPOLAR Las flechas apuntan la dirección de flujo del hueco. COLECTOR (C) BASE (B) 1 N T NPN EMISOR (E) COMO SE UTILIZAN LOS TRANSISTORES BIPOLARES 1 N T PNP Cuando la base de un transistor npn se aterriza (Ov), no fluye corriente del emisor al colector ( el transistor esta apagado). Si la base es polarizada directamente por al menos 0,6 volts, fluirá una corriente del emisor al colector (el transistor esta encendido).ICuando se opera únicamente en estos dos modos, el transistor funciona como un interruptor. Si la base se polariza directamente, la corriente de emisor a colector seguirá las variaciones de una corriente de base mucho mas pequeña. El transistor entonces funciona como un amplificador. Esta explicación se aplica a un transistor en el cual el emisor es la conexión común de tierra tanto para la entrada como para la salida y se le llama circuito de emisor-comun. Algunos circuitos emisor-comun simplificados se muestran abajo. Así puede ver como se utilizan en los circuitos reales, de cada ejemplo se puede ver una aplicación típica de operación en el capitulo 9. Sólo fines educativos - FreeLibros á- INTERRUPTOR DE TRANSISTOR BIPOLAR UNICAMENTE ES POSIBLE TENER DOS ENTRADAS: Tierra (0 volts) y el voltaje positivo de la batería (+v). Por lo tanto el transistor se apaga o se enciende. La resistencia de base típica es de 5000 a 10 000 ohms. (Si la resistencia es reemplazada por un alambre, la lampara se puede encender o apagar desde una distancia considerable. * AMPLIFICADOR DE C.C. CON TRANSISTOR BIPOLAR L a re s is te n c ia var i able polar i za directamente al transistor y controla la corriente de entrada (base emisor). El medidor indica la corriente de salida (colector-emisor). La resistencia en serie protege el medidor de corriente excesiva. En un circuito en operación, la resistencia variable puede estar en serie con un segundo componente que tenga una resistencia que varia con la temperatura, luz, humedad, etc. (El agua es la resistencia variable en un medidor de humedad de la pagina 97) cuando la señal de entrada cambia rápidamente, se utiliza un amplificador como el que se muestra abajo. * AMPLIFICADOR DE CA CON TRANSISTOR BIPOLAR +1V RESISTENCIA DE POLARIZACION SEÑAL TIPICA DE ENTRADA CAPACITOR • DE ENTRADA RESISTENCIA DE DESCARGA SALIDA m í P - SEÑAL CD DE ENTRADA Este es el mas simple de los amplificadores de ca básicos. El capacitor de entrada bloqueara cualquier componente de cc en la señal de entrada. O SEÑAL DE SALIDA AMPLIFICADA NIVEL DE CD POLARIZADO S E Ñ A L D E S A L ID A v > S E IN V IE R T E Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA La resistencia de polarización se selecciona de un valor adecuado para dar un voltaje de salida de aproximadamente la mitad del voltaje de la batería. La señal amplificada "viaja"en este voltaje de salida estable y varia hacia arriba y hacia abajo. (Sin la resistencia de polarización, únicamente la mitad positiva de la señal de entrada que sobrepase 0,6 volts (ver p. 46) sera amplificada. (Esto causara una distorsión severa). Para ver una versión de un modo operación de este amplificador, vaya a la pagina 115 y vea la sección de salida del transmisor de onda corta. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO Los transistores de efecto de campo (o fets) se han vuelto mas importantes que los transistores bipolares.Estos son fáciles de fabricar y requieren de menos silicio. Existen dos familias principales de fets, de unión y semiconductor metal-oxido-semiconductor. ¡En ambos casos una corriente de salida puede ser controloda por un pequeño voltaje de entrada y prácticamente sin corriente de entrada!. Fets, de unión los dos tipos de fets son: Canal-n y canal-p. El canal es como una resistencia de silicio que conduce corriente que se mueve de la fuente al drenaje. Un voltaje en la compuerta incrementa la resistencia del canal y reduce la corriente de la fuente del drenaje. Por lo tanto el fet se puede utilizar como un amplificador o un interruptor. f OPERACION DEL FET DE UNION- El arreglo de abajo muestra como opera un fet de canal n. Un voltaje de compuerta negativo crea dos regiones de alta resistencia (el campo) en el canal de silicio tipo-p. El mas voltaje de compuerta causara que los campos se fusionen y aíslen completamente la corriente. La resistencia compuerta-canal es muy alta. 0 VOLTS MAX CORRIENTE DRENAJE -0.5 VOLT COMPUERTA FUENTE ALGUNA CORRIENTE DRENAJE COMPUERTA FUENTE Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA MAS ACERCA DE LOS FETS DE UNION Ya que estoa son controlados por voltaje, los fets de unión (o jfets) tienen importantes ventajas sobre los transistores bipolares controlados por corriente: 1. La resistencia del canal-compuerta de un jfet es muy alta (millones de ohms). Por esto jfet tiene un efecto pequeño o nulo en los componentes externos o de los circuitos conectados a su compuerta. 2. La alta resistencia del canal-compuerta significa que prácticamente no fluye corriente en el circuito de la compuerta. ¿Porque es muy alta la resistencia?. La compuerta y el canal forman un diodo. Como la señal de polarización de este diodo es inversa, la compuerta tiene una resistencia de entrada muy alta. 3. Como los transistores bipolares, los jfets se pueden dañar o destruir debido a corrientes o voltajes excesivos. TIPOS DE FETS DE UNION- Los jfets son utilizados en muchas aplicaciones diferentes. Ya que estos no pueden ser utilizados en funciones de alta potencia, la mayor parte de estos están construidos en pequeñas CAPSULAS de mental o plástico. Enseguida se mencionan los tipos principales: PEQUEÑA SEÑAL Y CONMUTACION. Los jfets de pequeña señal son utilizados en la etapa de entrada de los amplificadores para suministrar una entrada de alta resistencia. Estos también son utilizados como interruptores. De alta frecuencia Los jfets de alta frecuencia son utilizados para amplificar o producir señales de alta frecuencia. ►)- SIMBOLOS DE LOS FETS DE UNION- compuerta conectadas internamente. FUENTE (S) CANAL - N CANAL - P Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA FETS DE METAL-OXIDO-SEMICONDUCTOR Los fets de mental oxido Semiconductor (o mosfet) ha llegado a convertirse en ios transistores mas importantes. La mayoría de ios circuitos integrados de las computadoras y memorias son conjuntos de miles de mosfets ubicados en un trozo pequeño de silicio. ¿Porque? Los mosfets son fáciles de fabricar, puede ser muy pequeños, y algunos circuitos mosfet consumen una cantidad de energía insignificante. Los nuevos tipos de mosfets de potencia son muy útiles. OPERACION DEL MOSFET Todos los tipos de mosfets son del tipo-n y tipo-p A diferencia del fet de unión, la compuerta de un mosfet no tiene contacto eléctrico con la fuente y el drenaje. Una capa parecida al vidrio hecha de dióxido de silicio (un aislante) separa el contacto de metal de la compuerta dei resto de transistor. Un voltaje de compuerta positivo atrae los electrones a la región baja de la compuerta. Esto crea un canal tipo-n delgado en el silicio tipo-p entre la fuente y el drenaje. Entonces la corriente puede fluir a través del canal. El voltaje de la compuerta determina la resistencia del canal. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA MAS ACERCA DE LOS MOSFETS La resistencia de entrada del mosfet es la mas alta que cualquier transistor pueda ofrecer. Este y otros factores le dan a los mosfets ventajas importantes: 1. La resistencia del canal-compuerta es casi infinita (típicamente 1,000,000,000,000,000 ohms). Esto significa que la compuerta no jala corriente de los circuitos externos. (Bueno, solo puede tomar pocas trillonesima de ampere). 2. Los mosfet pueden funcionar como resistencias variables controladas por voltaje. El voltaje de la compuerta controla la resistencia del canal 3. Existen nuevos tipos de mosfets que pueden conmutar PRECAUCION- Debido a que la capa de oxido de silicio es muy delgada, puede ser traspasada por voltajes excesivos o incluso por la electricidad estática. ¡Es posible que la carga estática generada por la ropa o una envoltura de papel celofán pueda dañar la compuerta de un mosfet!. corrientes muy altas en pocas billonésima de segundo. SIMBOLO DE PRECAUCION TIPOS DE MOSFETS- MOSFET DAÑADO Así como losjfets, los mosfets construidos en pequeños encapsulados metálicos o plástico son utilizados para dar a los amplificadores una resistencia de entrada ultra alta. Estos también son utilizados como resistencias controladas por voltaje e interruptores. La categoría mas importante que ha surgido es: POTENCIA Los mosfets de potencia permiten que poco voltaje conmute o amplifique muchos amperes a velocidades muy rápidas. SIMBOLOS DE LOS MOSFETS-ESTOS SON LOS MAS COMUNES. COMPUERTA U J MISFET-N MOSFET-P Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA COMO SE USAN LOS FETS Los transistores de efecto de campo son utilizados como am plificadores, interruptores y resistencias controladas por voltaje. Aquí se muestran algunos circuitos típ icos. + UN ELECTROMETRO JFET Este circuito ultra simple es la versión electrónica del electroscopio. La terminal de la compuerta de un jfet de canal-n se deja desconectada. Normalmente esta fluyendo una corriente de la fuente al drenaje. Cuando un objeto cargado negativamente (como un peine de plástico que ha sido pasado por su cabello) se coloca cerca de la compuerta, el flujo de la corriente se reduce o se detiene. CARGADA * MANDO DE UNA LAMPARA MOSFET. Este circuito muestra como un mosfet de potencia puede ser utilizado para encender una lampara u otro dispositivo energizado con cd. Ya que el mosfet de potencia tiene casi una resistencia de entrada infinita, el interruptor puede ser remplazado por una señal de entrada muy pequeña. + ATENUADOR DE LAMPARA MOSFET (DIMMER) Este circuito utiliza un mosfet de potencia como una resistencia controlada por voltaje. CORRIENTE PEQUEÑA Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA EL TRANSISTOR UNIJUNTURA El transistor unijuntura (ujt) no es un transistor verdadero, es mas parecido a un diodo con dos conexiones de cátodo. Opera com o un interruptor controlado por voltaje y no amplifica. BASE 2 BASE 1 EMISOR +■ OPERACION DEL UJT- normalmente fluirá una pequeña corriente aplicado de la base 1 a la base 2. Cuando el voltaje aplicado al emisor alcanza cierto umbral (varios volt.), el ujt se activa y fluye una corriente alta de la base 1 el emisor. Por debajo del voltaje de umbral, no fluye corriente de la base 1 al emisor. B 2 VOLTAJE PEQUEÑO B 1 ÍT N \ P f BAJA CORRIENTE BAJA CORRIENTE B 2 J e B 1 ALTA CORRIENTE ALTA CORRIENTE □ SIMBOLO DEL UJT - el símbolo del ujt hace recordar al jfet. E i = 1 B2 N TB1 COMO SON UTILIZADOS LOS TRANSISTORES UNIJUNTURA Este arreglo permite que un ujt haga destellar un diodo emisor de luz (led). La corriente fluye al capacitor hasta que el ujt alcance su voltaje de disparo. La corriente del capacitor es entonces "vaciada" a través del led. El led se ilumina hasta que el condensador se descarga. El ciclo de carga y descarga entonces se repite. Sólo fines educativos - FreeLibros EL ABC DE LA ELECTRONICA EL TIRISTOR Los tiristores son dispositivos semiconductores con tres
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