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MATERIAL DIDACTICO
CURSO: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA BÁSICA
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ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA BÁSICA Estructura de la materia
La electricidad tiene su origen en el movimiento de una pequeña partícula
llamada electrón que forma parte del átomo. El átomo es la porción más pequeña
de la materia y está compuesto por un núcleo donde se encuentran otras
partículas, como los protones (con carga eléctrica positiva) y los neutrones (sin
carga).
Imagen del átomo basado en el modelo de Borh
Alrededor del núcleo giran en órbitas los electrones, que tienen carga
negativa y hay tantos electrones como protones, por lo que el átomo se encuentra
equilibrado eléctricamente. Un átomo puede tener muchos electrones, situados en
órbitas que giran alrededor del núcleo. Hay fenómenos que consiguen arrancar
electrones de las órbitas externas del átomo, quedando entonces deficitario de
cargas negativas (el átomo se convierte así en un ion positivo). Al producirse el
abandono de un electrón de su órbita queda en su lugar un “hueco” el cual atraerá
a un electrón de un átomo contiguo, de este modo se desencadena una cascada
de electrones arrancados de otros átomos contiguos para ir rellenando huecos
sucesivos, y así se produce una circulación de electrones. La fuerza que obliga a
los electrones a circular por un conductor depende de la diferencia de electrones
existentes en los extremos de ese conductor.
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Diferentes materiales
No todos los átomos tienen la misma facilidad para desprender electrones
de sus órbitas y originar una corriente eléctrica.
Basados en el nivel de conductividad, podemos dividir a los materiales en 3
grandes grupos:
Conductores: material que permite el paso de electrones o de corriente
eléctrica, o también, se puede definir como aquel material que tiene menos de 4
electrones de valencia (electrones en la última capa u orbita del átomo), como por
ejemplo: cobre, plata, oro, etc.
Semiconductores: materiales que tienen única y exclusivamente 4
electrones de valencia, con un nivel de conductividad intermedio, esto quiere decir
que no son ni buenos ni malos conductores. En este caso los dos materiales mas
utilizados son el silicio y el germanio, los cuales se utilizan para la fabricación de
chips y otros.
Aislantes: materiales que no permiten el paso de corriente eléctrica, ó,
materiales con más de 4 electrones valentes, como por ejemplo: cerámica, hule,
vidrio, baquelita, etc.
Ejemplo del átomo del cobre
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Corriente eléctrica
Si en un extremo se tienen muchos electrones mientras que en el otro
apenas hay, aparecen aquí huecos, la tendencia natural es que se produzca una
circulación de electrones hacia el extremo donde hay huecos, para alcanzar así un
equilibrio. La diferencia existente en el número de electrones entre un extremo y
otro, y que determina la “fuerza” con la que circulan, recibe el nombre de
diferencia de potencial (voltaje), lo que significa que cuanta mayor tensión exista
en los extremos de un conductor mayor es también el número de electrones que
hay dispuestos en un lado para desplazarse hacia el otro.
Por lo tanto, la corriente eléctrica se define como el movimiento ordenado
de electrones a través de un conductor. Tal y como se muestra en la siguiente
figura:
Imagen representativa del movimiento de electrones
La corriente es la medida del número de electrones que fluyen en un
circuito en una unidad de tiempo. Mientras más electrones pasen por segundo, por
un punto dado de un circuito, mayor es la corriente. La cantidad de corriente que
fluye depende del voltaje y de la resistencia del circuito.
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circuito eléctrico
Para poner un ejemplo más claro, podemos basarnos en la siguiente figura,
en donde la diferencia de nivel de líquido corresponde a la diferencia de potencial
eléctrico en un circuito (voltaje), el tubo de unión entre los dos tanque representa
el conductor, y el flujo de liquido de un tanque hacia el otro corresponde a la
corriente eléctrica.
Comparación de un sistema hidráulico con un circuito eléctrico.
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Magnitudes eléctricas
Con lo expuesto hasta ahora pueden definirse las tres principales unidades
eléctricas: la tensión, la intensidad y la resistencia.
Tensión eléctrica o voltaje (V): Es la diferencia de potencial que existe entre dos
puntos distintos, dicho de otra manera, es la fuerza con que son empujados los
electrones a través de un conductor. En los polos de una batería hay una tensión
eléctrica y la unidad que mide la tensión es el voltio (V).
Corriente eléctrica (I): Al la cantidad de electrones o intensidad con la que
circulan por un conductor, cuando hay una tensión aplicada en sus extremos, se le
denomina corriente eléctrica o intensidad. La unidad que mide la intensidad es el
amperio (A).
Resistencia eléctrica (R): Los electrones que circulan por un conductor
encuentran cierta dificultad a circular libremente ya que el propio conductor opone
una pequeña resistencia; resistencia que depende de la longitud, la sección y el
material con que está construido el conductor. La corriente fluirá mejor cuanto
mayor sea la sección y menor la longitud. La unidad que mide la resistencia es el
ohmio (Ω).
Potencia eléctrica (W): La potencia se define como la energía o trabajo
consumido o producido en un determinado tiempo. En los circuitos eléctricos la
unidad de potencia es el Watt (W) y su definición está relacionada con la tensión
aplicada y la intensidad que circula por un circuito: se dice que un vatio es la
energía (trabajo) que libera un amperio en un circuito con una tensión de un voltio.
Puede expresarse con una fórmula: I x V = W
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Ley de ohm
La ley de Ohm, es la relación que existe entre las 3 magnitudes antes
mencionadas y nos dice que: “la corriente eléctrica es directamente proporcional al
voltaje aplicado al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia del
mismo”.
En otras palabras, cuanto mayor sea el voltaje aplicado, la corriente va a
ser mayor, pero, a medida que aumentemos la resistencia del circuito, la corriente
disminuirá.
Para conocer la fórmula que permita calcular una de las magnitudes
desconocidas, basta con tomar las otras dos y relacionarlas según su posición
determinada en el triángulo: voltios dividen por amperios u ohmios, mientras que
para averiguar los voltios basta con multiplicar los ohmios por los amperios.
Triangulo de la ley de OHM.
Formulas de la ley de Ohm:
I = V / R R = V / I V = I X R
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Fuentes de energía
Uno de los métodos más comunes de producir electricidad es el químico: la
batería de plomo es una fuente de corriente continua que se basa en este
principio; está formada por varios elementos acumuladores o celdas que se
conectan formando una batería.
La energía eléctrica, que se encuentra almacenada en forma de energía química,
puede transformarse en energía eléctrica, proceso que tiene lugar durante la
descarga. Mediante el suministro a la batería de corriente eléctrica, tiene lugar en
su interior el proceso inverso, con lo que es posible cargarla de energía eléctrica
de nuevo.
Figura de la batería automotriz
La batería está formada por el acoplamiento en serie de varias celdas voltaicas.
Una batería de 12 voltios posee 6 celdas. El interior de las celdas contiene las
placas de plomo, positivas y negativas, que almacenarán los electrones. Cuando
la batería se halla completamente cargada cada celda se encuentra a una tensión
de 2,2 voltios, por lo que una batería de 12 voltios de tensión nominal, su tensión
real cuando está cargada alcanza los 13,2 voltios. El electrolito es una mezcla de
agua destilada y ácido sulfúrico que baña a las placas en el interior de las celdas,
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y es la sustancia encargada de producir las reacciones químicas de carga y
descarga. La densidad del electrolito varía con la carga, de modo que es posible
conocer el estado de la batería midiendo la densidad del mismo.
Características de la batería
La capacidad de una batería, es decir la cantidad de energía (amperios/ hora) que
puede almacenar en su interior, depende de la superficie de las placas o de su
número. La tensión nominal se establece por el número de celdas. Las
características que definen a una batería de automóvil son: la tensión nominal, su
capacidad y la intensidad de arranque, y generalmente estos datos vienen
indicados sobre la batería de esta forma:
12V 40 Ah 200A
·Tensión nominal: de 6 o 12 voltios. Para mayores tensiones se acoplan baterías
en serie (por ejemplo, dos de 12 V para obtener 24 V).
· La capacidad de una batería se da en amperios hora (Ah) e indica la cantidad
de amperios que puede suministrar en una hora. Por ejemplo, una batería de 40
Ah puede suministrar 40 amperios en 1 hora o 1 amperio durante 40 horas.
· La intensidad de arranque se define como la corriente máxima que puede
suministrar en un instante para accionar el motor de arranque sin que la tensión
descienda por debajo de 10,5 voltios.
Acoplamiento de baterías
Las baterías pueden conectarse entre sí de dos modos: en serie o en paralelo,
cada tipo de acoplamiento proporciona unas características eléctricas de tensión
nominal y capacidad diferentes:
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·Acoplamiento en serie: el borne positivo de una con el borne negativo de la
siguiente. La tensión nominal resultante es la suma de las tensiones de cada
batería acoplada mientras que la capacidad es la misma que la capacidad de una
de ellas.
· Acoplamiento en paralelo: se unen todos los bornes positivos y todos los
bornes negativos. La tensión nominal resultante es la misma que la tensión de una
de ellas, mientras que la capacidad resultante es la suma de las capacidades de
todas ellas.
Conexión de baterías
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El Multímetro Digital (DMM):
Es el instrumento que puede medir las diferentes magnitudes eléctricas,
tales como: corriente, el voltaje y la resistencia.
Figura del Multímetro digital
El Amperímetro:
Es el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Su
unidad de medida es el Amperio y sus Submúltiplos, el miliamperio y el micro-
amperio.
El Voltímetro:
Mide el valor de la tensión. Su unidad básica de medición es el Voltio (V)
con sus múltiplos: el Mega voltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y sub.-múltiplos como el
mili voltio (mV) y el micro voltio.
Pantalla de
cristal liquido
Botón para
guardar
memoria de
medición
Perilla de
selección
escalas
bornes
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El Óhmetro:
Es un arreglo de los circuitos del Voltímetro y del Amperímetro, pero con
una batería y una resistencia. Dicha resistencia es la que ajusta en cero el
instrumento en la escala de los Ohmios cuando se cortocircuitan los terminales.
En este caso, el voltímetro marca la caída de voltaje de la batería y si ajustamos la
resistencia variable, obtendremos el cero en la escala. Generalmente, estos
instrumentos se venden en forma de Multímetro el cual es la combinación del
amperímetro, el voltímetro y el Óhmetro juntos. Los que se venden solos son
llamados medidores de aislamiento de resistencia y poseen una escala bastante
amplia.
Resistencias
Una resistencia es un elemento pasivo que disipa energía en forma de calor
según, la ley de Joule. También establece una relación de proporcionalidad entre
la intensidad de corriente que la atraviesa y la tensión medible entre sus extremos,
relación conocida como ley de Ohm:
Resistencia de carbón
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Tabla del código de colores para las resistencias
Resistencias variables
La resistencia variable es un dispositivo que tiene un contacto móvil que se
mueve a lo largo de la superficie de una resistencia de valor total constante.
Este contacto móvil se llama cursor o flecha y divide la resistencia en dos
resistencias cuyos valores son menores y cuya suma tendrá siempre el valor de la
resistencia total.
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Las resistencias variables se dividen en dos categorías:
Potenciómetros
Los potenciómetros y los reóstatos se diferencias entre si, entre otras
cosas, por la forma en que se conectan. En el caso de los potenciómetros, éstos
se conectan en paralelo al circuito y se comporta como un divisor de voltaje.
Potenciómetro
Reóstatos
En el caso del reóstato, éste va conectado en serie con el circuito y se debe
tener cuidado de que su valor (en ohmios) y su la potencia (en Watts (vatios)) que
puede aguantar sea el adecuado para soportar la corriente I en amperios (ampere)
que va a circular por él.
Reóstato
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Circuitos eléctricos
Un circuito es la interconexión de dos o más componentes, tales como
resistencias, inductores, capacitores, fuentes, interruptores y semiconductores,
que contiene al menos una trayectoria cerrada.
Para conectar un circuito eléctrico es imprescindible la fuente, el receptor o
carga y los cables de interconexión, adicionalmente se le puede agregar un
interruptor y un fusible de protección.
Circuito eléctrico
Circuito en serie
El montaje en serie se utiliza cuando es necesario “regular” o limitar la
corriente en un circuito. Intercalando con el elemento consumidor una o varias
resistencias se consigue “frenar” el paso de la corriente ya que al producirse una
caída de tensión se reduce la que llega al elemento.
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Circuito en paralelo
El montaje en paralelo es el de uso más frecuente ya que se emplea
cuando interesa aplicar toda la tensión de la batería directamente sobre el
elemento consumidor, tal es el caso de la mayoría de circuitos de la red eléctrica
del automóvil: faros, luz de posición, intermitentes, limpiaparabrisas, etc.,
prácticamente todos los dispositivos eléctricos del automóvil se conectan en
paralelo.
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Cálculo de conductores
El cable de conexión representa el componente indispensable para el transporte
de la energía. Resulta inevitable que parte de esta energía se pierda en forma de
calor, ya que la resistencia eléctrica de un conductor nunca es nula. El material
más indicado para la fabricación de un cable conductor representa un compromiso
entre un bajo valor de resistividad y el costo del mismo. El cobre ofrece hoy día la
mejor solución.
La resistencia eléctrica de un material conductor está dada por la expresión:
R = (p. L ) / A
donde p (rho) representa el valor de resistividad lineal (W.m), L es el largo del
conductor (m), y A es el área de la sección del mismo (m2). El valor de r depende
de dos variables: el material conductor y la temperatura de trabajo que éste
alcanza.
NORMA AWG
La dependencia entre el diámetro y el área del conductor permite establecer un
método de clasificación para los cables. A determinados diámetros se les asigna
un número en una escala arbitraria, al que se conoce como el calibre del
conductor. Esta escala se la conoce como el AWG (American Wire Gauge, calibre
americano para conductores), y es utilizada dentro y fuera de los EEUU.
Los cables usados en instalaciones eléctricas tienen, salvo raras excepciones, una
cubertura exterior que provee aislación eléctrica y resistencia mecánica al
conductor. El material usado en la cubertura exterior es muy importante, pues
determina el uso del mismo.
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Cables del tipo THWN (Temperature-Humidity-Weather, temperatura, humedad,
clima) sirven para uso a alta temperatura (expuestos al sol) o en lugares con alto
nivel de humedad ambiente. El tipo THHN es similar, pero no es aconsejable en
lugares con alta humedad ambiente. Algunas versiones tienen el recubrimiento
aislante resistente a la radiación ultravioleta, retardando el deterioro de la
cubertura aislante. Generalmente, se utiliza termoplástico de Cloruro de Polivinilo
(PVC) y protegido por una cubierta termoplástico de nylon.
Tabla de cables de cobre a 75° C
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Magnetismo
El magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen
fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales
conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente
como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman
imanes. Sin embargo todos los materiales son influenciados, de mayor o menor
forma, por la presencia de un campo magnético.
Imanes permanentes
En un imán, la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos.
Estos polos se denominan norte y sur, debido a que tienden a orientarse según los
polos geográficos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural.
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El magnetismo es producido por imanes naturales o artificiales. Además de
su capacidad de atraer metales, tienen la propiedad de polaridad. Los imanes
tienen dos polos magnéticos diferentes llamados Norte o Sur. Si enfrentamos los
polos Sur de dos imanes estos se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno,
con el polo norte de otro se atraen. Otra particularidad es que si los imanes se
parten por la mitad, cada una de las partes tendrá los dos polos.
Cuando se pasa una piedra imán por un pedazo de hierro, éste adquiere a
su vez la capacidad de atraer otros pedazos de hierro.
La atracción o repulsión entre dos polos magnéticos disminuye a medida
que aumenta el cuadrado de la distancia entre ellos.
Campo magnético:
Se denomina campo magnético a la región del espacio en la que se
manifiesta la acción de un imán. Un campo magnético se representa mediante
líneas de campo. Un imán atrae pequeños trozos de limadura de hierro, níquel y
cobalto, o sustancias compuestas a partir de estos metales (ferro magnético).
Electromagnetismo
Una corriente que circula por un conductor, crea a su alrededor un campo
magnético, cuya intensidad se incrementa al aumentar la intensidad de la corriente
eléctrica y disminuye al aumentar la distancia con respecto al conductor.
Líneas de campo magnético en un conductor
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Si a este conductor lo arroyamos en forma de espiras, los campos
magnéticos se suman y aumenta su intensidad.
Si se le agrega un núcleo de hierro a ésta bobina, las líneas de fuerza
magnética se encuentran mucho más intensificadas al haberse convertido en un
electroimán.
Electroimán
Transformador
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna
de un cierto nivel de voltaje, en energía alterna de otro nivel de voltaje, por medio
de la acción de un campo magnético.
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Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas
entre sí eléctricamente por lo general arrolladas alrededor de un mismo núcleo de
material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo
magnético común que se establece en el núcleo.
Transformador Bobina de Encendido
El relé
El Relé es un interruptor operado magnéticamente, que se activa o
desactiva (dependiendo de la conexión) cuando el electroimán es energizado.
Esta operación causa que exista conexión o no, entre dos o más terminales del
dispositivo. Esta conexión se logra con la atracción o repulsión de un pequeño
brazo, llamado armadura, por el electroimán. Este pequeño brazo conecta o
desconecta los terminales antes mencionados.
Diagrama de un relé
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Si el electroimán está activo jala el brazo (armadura) y conecta los puntos C
y D. Si el electroimán se desactiva, conecta los puntos D y E. De esta manera se
puede conectar algo, cuando el electroimán está activo, y otra cosa conectada,
cuando está inactivo. Es importante saber cual es la resistencia del bobinado del
electroimán (lo que está entre los terminales A y B) que activa el relé y con cuanto
voltaje este se activa. Este voltaje y esta resistencia nos informan que magnitud
debe de tener la señal que activará el relé y cuanta corriente se debe suministrar a
éste.
Ventajas del Relé
El Relé permite el control de un dispositivo a distancia. No se necesita estar
junto al dispositivo para hacerlo funcionar.
El Relé es activado con poca corriente, sin embargo puede activar grandes
máquinas que consumen gran cantidad de corriente.
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Corriente Alterna
La corriente alterna (c.a.) no puede almacenarse en baterías, pero es mucho más
fácil y barata de producir gracias a los alternadores. La corriente alterna cambia de
polaridad cíclicamente siendo alternativamente positiva y negativa
respectivamente. La forma de onda depende del generador que la produce, pero
siempre hay una línea de cero voltios que divide a la onda en dos picos simétricos.
Las características de la corriente alterna son: la frecuencia (ciclos en un segundo)
y la tensión de pico a pico; aunque suele utilizarse el valor de tensión eficaz
(tensión RMS).
Representacion gráfica de la corriente alterna
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La corriente alterna se caracteriza por que cambian periódicamente de forma,
pueden tener diferente diseño y manifestarse de modo muy rápido o muy lento, no
obstante hay una serie de términos comunes que definen cualquier forma de onda:
Ondas: el término genérico para una señal que se repite a lo largo del tiempo es
onda (semejante a las ondas de sonido o a las de radio).
Ciclo: el ciclo de una onda es la porción de la onda que se repite. La forma de
onda es la representación gráfica de una señal que muestra el tiempo sobre el eje
horizontal y la tensión sobre el eje vertical.
Periodo: el periodo se define como el tiempo que tarda una onda en realizar un
ciclo completo.
Frecuencia: la frecuencia se define como el número de ciclos que tienen lugar en
un tiempo dado, generalmente en un segundo. La unidad de frecuencia es el hertz
(Hz). Un hertz (Hz) equivale a un ciclo en un segundo (1c/s). Hay una relación
entre el periodo y la frecuencia, ya que la frecuencia (f) es inversa al tiempo que
tarda un ciclo, es decir el periodo (p).
Amplitud: la amplitud de una señal se define como el valor de tensión instantáneo
o el valor de pico a pico. Es decir, la “altura” o distancia que tenga la forma de
onda con respecto a la línea de cero voltios o bien entre pico positivo y negativo si
la onda es de corriente alterna.
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Principios Básicos Materiales Semiconductores
Los Semiconductores, son elementos, como el germanio y el silicio, que a bajas
temperaturas son aislantes. Pero a medida que se eleva la temperatura o bien por
la adicción de determinadas impurezas resulta posible su conducción. Su
importancia en electrónica es inmensa en la fabricación de transistores, circuitos
integrados, etc...
Los semiconductores tienen valencia 4, esto es 4 electrones en órbita exterior ó de
valencia.
Semiconductores Extrínsecos
Son semiconductores que se han sometido a un proceso de dosificación o
dopado, para variar su conductividad, este proceso dona o recibe electrones de
los materiales. Existen dos tipos de materiales extrínsecos:
Semiconductor tipo n
Es el material que ha sido dopado con impurezas donadoras, las cuales aumentan
la cantidad de electrones del material, obteniendo como resultado un material con
exceso de electrones.
Semiconductor tipo p
En este caso, el material semiconductor es dopado con impurezas receptoras,
“quitando” electrones del material y dejando huecos en sus átomos, este material
se define con carencia de electrones, y por tanto positivo.
Diodos rectificadores
Hasta el momento, los materiales descritos anteriormente no tienen mayor función
a la de comportarse como una resistencia a temperatura ambiente, pero, cuando
juntamos estos materiales, obtenemos lo que denominamos como Juntura PN o
Diodo Rectificador
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El diodo semiconductor es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede
encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico.
Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.
Símbolo del diodo (A - ánodo, K - cátodo)
Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados
por una juntura llamada barrera o unión.
Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios
aproximadamente en el diodo de silicio.
Polarización directa
Es cuando la corriente que circula por el diodo sigue la ruta de la
flecha (la del diodo), o sea del ánodo al cátodo.
En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose
prácticamente como un corto circuito.
Polarización inversa
Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido
opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del cátodo al ánodo.
En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como
un circuito abierto.
Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal, esto quiere
decir que el diodo se toma como un elemento perfecto (como se hace en casi
todos los casos), tanto en polarización directa como en polarización inversa.
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Curva característica del diodo
Curva característica del diodo
Como probar un diodo
Determinar si un diodo está en buen estado o no es muy importante en el trabajo
de un técnico en electrónica, pues esto le permitirá poner a funcionar
correctamente un circuito electrónico.
Hoy en día existen multímetros digitales que permiten probar con mucha facilidad
un diodo, pues ya vienen con esta opción listos de fábrica.
Para probar el diodo, se selecciona la opción de diodos en el Multímetro, luego,
una vez identificadas las patillas del diodo, se coloca la punta roja en el ánodo y la
punta negra en el cátodo, la lectura que aparecerá en la pantalla del Multímetro es
la tensión umbral del diodo. Es importante mencionar que los únicos dos fallos que
puede tener un diodo son: corto circuito o circuito abierto.
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Aplicaciones del diodo
Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de las más comunes es el
proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C.). En
este caso se utiliza el diodo como rectificador
Proceso de rectificación
La corriente y voltaje que las compañías distribuyen a nuestras casas, comercios u
otros es corriente alterna. Para que los artefactos electrónicos que allí tenemos
puedan funcionar adecuadamente, la corriente alterna debe de convertirse en
corriente continua. Para realizar esta operación se utilizan diodos semiconductores
que conforman circuitos rectificadores.
Polarización del diodo en sentido directo
Durante el semiciclo positivo el diodo queda polarizado en directo, permitiendo el
paso de la corriente a través de él. Teóricamente se comporta como un corto
circuito
Rectificador de media onda
Polarización del diodo en sentido inverso
Durante el semiciclo negativo, la corriente entregada por el transformador querrá
circular en sentido opuesto a la flecha del diodo. Si el diodo es considerado ideal
entonces este actúa como un circuito abierto y no habrá flujo de corriente.
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La forma de onda de salida de un rectificador de 1/2 onda será como se muestra
en la siguiente figura.
Señal de salida del rectificador media onda
Puente o cuadro rectificador
Consiste en cuatro diodos comunes, que convierten una señal con partes positivas
y negativas en una señal únicamente positiva. Un simple diodo permitiría quedarse
con la parte positiva, pero el puente permite aprovechar también la parte negativa.
El puente permite convertir la corriente alterna en continua. El papel de los cuatro
diodos es hacer que la electricidad vaya en un solo sentido.
Circuito del cuadro rectificador
Los diodos D1 y D3 son polarizados en directo en el semiciclo positivo, los diodos
D2 y D4 son polarizados en sentido inverso. La corriente atraviesa la resistencia
de carga RL.
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En el semiciclo negativo, la polaridad es el inverso al caso anterior y los diodos D1
y D3 son polarizados en sentido inverso y D2 y D4 en sentido directo. La corriente
como en el caso anterior también pasa por la carga RL. En el mismo sentido que
en el semiciclo positivo.
La salida tiene la forma de una onda rectificada completa.
Señal de salida del cuadro rectificador
El diodo zener
El diodo zener se puede utilizar para regular una fuente de voltaje. Este
semiconductor se fabrica en una amplia variedad de voltajes y potencias. Estos
van desde menos de 2 voltios hasta varios cientos de voltios, y la potencia que
pueden disipar va desde 0.25 watts hasta 50 watts o más. La potencia que disipa
un diodo zener es simplemente la multiplicación del voltaje para el que fue
fabricado por la corriente que circula por él. Pz = Vz x Iz
Esto significa que la máxima corriente que puede atravesar un diodo zener es:
Iz = Pz/Vz.
Donde:
- Iz = Corriente que pasa por el diodo Zener
- Pz = Potencia del diodo zener (dato del fabricante)
- Vz = Voltaje del diodo zener (dato del fabricante)
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Ejemplo: La corriente máxima que un diodo zener de 10 Voltios y 50 Watts, podrá
aguantar será: Iz = Pz/Vz = 50/10 = 5 Amperios
Circuito con diodo zener
El regulador de voltaje LM317
El LM317 es un regulador de tensión positivo con sólo 3 terminales y con un rango
de tensiones de salida desde los 1.25 hasta 37 voltios. Las patillas son: Entrada
(IN), Salida (OUT), Ajuste (ADJ). Para lograr esta variación de tensión sólo se
necesita de 2 resistencias externas (una de ellas es una resistencia variable).
Entre sus principales características se encuentra la limitación de corriente y la
protección térmica contra sobrecargas.
Regulador de voltaje de 1.25V a 30V
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Diodo emisor de Luz (LED)
El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que
al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz. Existen diodos LED de varios
colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color
rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre otros. Eléctricamente el diodo LED se
comporta igual que un diodo de silicio o germanio.
Símbolo del LED
Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una buena
intensidad luminosa y evitar que este se pueda dañar. El LED tiene un voltaje de
operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y la gama de corrientes
que debe circular por él está entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de
color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs.
Los LED tienen enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como
su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida
aproximada de 100,000 horas. El diodo LED debe ser protegido. Una pequeña
cantidad de corriente en sentido inverso no lo dañará, pero si hay picos
inesperados puede dañarse.
El fotodiodo
El fotodiodo se parece mucho a un diodo semiconductor común, pero tiene una
característica que lo hace muy especial: es un dispositivo que conduce una
cantidad de corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz que lo incide.
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Sentido de la corriente generada
Esta corriente eléctrica fluye en sentido opuesto a la flecha del diodo y se llama
corriente de fuga. El fotodiodo se puede utilizar como dispositivo detector de luz,
pues convierte la luz en electricidad y esta variación de electricidad es la que se
utiliza para informar que hubo un cambio en el nivel de iluminación sobre el
fotodiodo. Si el fotodiodo quedara conectado, de manera que por él circule la
corriente en el sentido de la flecha (polarizado en sentido directo), la luz que lo
incide no tendría efecto sobre él y se comportaría como un diodo semiconductor
normal. La mayoría de los fotodiodos vienen equipados con un lente que
concentra la cantidad de luz que lo incide, de manera que su reacción a la luz sea
más evidente.
Termistores
Un termistor es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en
la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura.
El término termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor.
Existen dos tipos de termistor:
NTC (Negative Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura negativo, lo
que quiere decir que conforme aumenta la temperatura, su valor de resistencia
disminuye.
PTC (Positive Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura positivo, en
este caso, cuando la temperatura aumenta, su resistencia también aumenta.
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Transistores Bipolares (BJT)
El transistor de juntura bipolar es el más común de los transistores, y como los
diodos, puede ser de germanio o silicio.
Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la
corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de
transistor.
Símbolo de los Transistores Bipolares
Se puede decir que los transistores bipolares, Internamente, están constituidos por
dos diodos, con una conexión específica para cada tipo, esto, no quiere decir que,
si conectamos dos diodos rectificadores de ésta manera, éstos se van a comportar
como si fuera un transistor.
Diagrama interno de los BJT´s
Este tipo de interpretación es única y exclusivamente para probar y determinar la
funcionalidad de un transistor bipolar.
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El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B),
colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene
la flecha en el gráfico de transistor.
El transistor bipolar es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le
introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará
por otra (emisor), una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama
amplificación.
En otras palabras, este dispositivo controla una corriente alta entre las patillas de
colector y emisor, a partir de su activación con una corriente muy baja en la base
del transistor.
Circuito con transistor
El transistor posee tres zonas de funcionamiento:
Zona de saturación: El diodo colector está polarizado directamente y es transistor
se comporta como una pequeña resistencia. En esta zona un aumento adicionar
de la corriente de base no provoca un aumento de la corriente de colector, ésta
depende exclusivamente de la tensión entre emisor y colector. El transistor se
asemeja en su circuito emisor-colector a un interruptor cerrado.
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Zona activa: En este intervalo el transistor se comporta como una fuente de
corriente, determinada por la corriente de base. A pequeños aumentos de la
corriente de base corresponden grandes aumentos de la corriente de colector, de
forma casi independiente de la tensión entre emisor y colector. Para trabajar en
esta zona el diodo B-E ha de estar polarizado en directa, mientras que el diodo B-
C, ha de estar polarizado en inversa.
Zona de corte: El hecho de hacer nula la corriente de base, es equivalente a
mantener el circuito base emisor abierto, en estas circunstancias la corriente de
colector es prácticamente nula y por ello se puede considerar el transistor en su
circuito C-E como un interruptor abierto.
Grafica del transistor bipolar