Curso Básico de Electrónica

1. Nociones básicas de electricidad y electrónica
2. Ley de Ohm
3. Resistencias
5. Bobinas
6. Diodos
7. Transistores
8. Circuitos integrados
9. Bibliografía

CAPITULO 1

Nociones básicas de Electricidad y Electrónica

1.1 Definición de corriente eléctrica:

Entendemos como corriente eléctrica al flujo de electrones que circula a través de un conductor eléctrico.

La circulación de estos electrones está determinada por las propiedades del medio a través del cual se movilizan.

La corriente se divide en dos grandes ramas: alterna y continua.

La corriente alterna es las que cambia de polaridad y amplitud en el tiempo.

La corriente continua es la que permanece con polaridad y amplitud constante.

1.2 Estructura atómica de los conductores y aislantes:

Los elementos tienen propiedades conductoras o no de acuerdo a su estructura atómica.

El grado de conductividad de un elemento viene dado por la cantidad de electrones de la última órbita del átomo.

El cobre es un conductor. El átomo de cobre posee 29 protones en el núcleo y 29 electrones planetarios que giran en órbitas dentro de cuatro capas alrededor del núcleo. La primera capa contiene 2 electrones, la segunda 8, la tercera 18 y la cuarta, o capa más externa, 1 electrón.

El número máximo permitido en la cuarta capa es de 2 x 42, o sea, 32. Entonces, este único electrón en la capa más externa no se halla ligado con fuerza al núcleo. Se puede mover fácilmente.

Un átomo de un aislante posee dos o más órbitas, con cada una de ellas completada con la cuota de electrones. Por ejemplo, si un átomo tiene un núcleo de 10 protones, tendrá 10 electrones. En la primera capa tendrá 2 electrones, y el la segunda 8. Como la segunda órbita está completa, es muy difícil desalojar a un electrón fuera del átomo.

La diferencia importante entre conductores y aislantes es que en un conductor hay uno o dos electrones en la capa externa, por lo tanto no están ligados con fuerza al núcleo, mientras que los aislantes tienen su última órbita completa o casi completa.

Los semiconductores son elementos fabricados, que no se hallan en la naturaleza.

Los elementos utilizados en la producción de semiconductores (mayoritariamente silicio), no poseen ninguna propiedad que sea de utilidad para conducir electrones, pero mediante un proceso conocido como doping, se adicionan átomos de impurezas (antimonio, fósforo, boro, galio, etc.) logrando dispositivos que permiten el paso de cargas eléctricas bajo determinadas condiciones.

1.3 Fenómenos asociados a la corriente eléctrica:

El paso de corriente eléctrica deja a su paso una serie de fenómenos físicos, que han sido estudiados y en algunos casos fueron aprovechados para otros usos, como por ejemplo el magnetismo.

Vamos a repasar brevemente los principales fenómenos asociados a la circulación de electrones.

Temperatura:

En todo aparato existe un calentamiento debido al funcionamiento. Esto se debe a que no existen conductores perfectos. Todo conductor posee una resistencia intrínseca, que aunque sea muy baja, produce un consumo extra de energía, que al no ser aprovechada por el equipo, es disipada al ambiente en forma de calor.

Campo magnético alrededor de un conductor:

Cuando circula corriente a través de un conductor, se inducen campos electromagnéticos en torno al mismo. Este principio es el que se utiliza para los motores eléctricos, en los cuales el campo que generan los bobinados de alambre de cobre, son combinados con otros campos para producir esfuerzos que hagan girar al rotor del motor. Los generadores aplican el mismo principio, pero para la obtención de energía.

También puede introducir interferencias, como cuando acercamos un cable con 220V de alterna a un cable que transporta una señal de audio.

Imantación:

Si se introduce un metal dentro de un campo electromagnético producido por corriente continua de gran intensidad, se logra ordenar las moléculas del metal, haciendo que este tome propiedades magnéticas. Esto no se produce con corriente alterna, ya que al cambiar constantemente el sentido del campo, no se logra ningún efecto magnetizador.

Fuerza contraelectromotriz:

Es una fuerza que se produce en todos los bobinados. Es debido a que toda carga eléctrica tiende a oponerse a la causa que le dio origen. Las cargas inductivas como relés, bobinas, parlantes, etc. pueden generar rebotes de corriente muy grandes.

Tensión:

Es la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Su unidad de medida es el Volt.

Corriente:

Es la cantidad de electrones que circulan por un conductor en el lapso de 1 segundo. Su unidad de medida es el Ampere.

Resistencia:

Es el grado de oposición que genera un material al paso de la corriente eléctrica. Su unidad de medida es el Ohm.

Impedancia:

Es lo mismo que la resistencia. La diferencia es que la primera se refiere a corriente continua, y la segunda para corriente alterna.

Inductancia:

Fenómeno producido en las bobinas, las cuales presentan mayor impedancia cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente aplicada. Su unidad es el Henry.

Capacitancia:

Fenómeno producido en los condensadores, los cuales presentan menor impedancia cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente aplicada. Su unidad es el Faradio.

Conductancia:

Es la inversa de la resistencia. Su unidad es el Siemens.

CAPITULO 2

La Ley de Ohm

2.1 La ley de Ohm:

Es una ley publicada por un científico alemán de ese apellido, que postula lo siguiente:

La intensidad de corriente que circula por un circuito dado, es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo.

Esta ley rige el comportamiento de las cargas eléctricas dentro de los circuitos.

Las fórmulas básicas se detallan a continuación:

V= tensión I= corriente R= resistencia W= potencia

V=I x R I=V / R R=V / I W=V x I W=I2 x R W=V2 / R

Haciendo cambio de términos de las ecuaciones W

V=W / I I2=W / R V2=W x R

Para las caídas de tensión sobre las resistencias

Vc=Va – (I x R)

2.2 Ejercicios:

Se recomienda practicar los siguientes ejercicios para asimilar correctamente la ley de ohm, pues nos será de constante utilidad en el estudio.

1. En un circuito la carga resistiva es de 150 ohms, y la tensión aplicada es de 25 volts. Calcular la corriente circulante y la potencia disipada.
2. Un circuito entrega una potencia de 50 watts sobre una carga de 4 ohms. Calcular la corriente circulante y la tensión aplicada.
3. Calcular la resistencia necesaria para provocar una caída de tensión de 5 volts, con una tensión aplicada de 15 voltios. Calcular también la potencia disipara sobre la resistencia.
4. Calcular la caída de tensión sobre una resistencia de 5 ohms, con una corriente circulante de 0,58 amper.
5. Calcular la potencia disipada a partir de una resistencia de 25 ohms, con una tensión aplicada de 30 volts. Averiguar también la corriente circulante.

CAPITULO 3

Resistencias

3.1 Definición:

La resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un elemento a la circulación de electrones a través del mismo.

Esta propiedad viene determinada por la estructura atómica del elemento. Si la última órbita de un átomo esta completa o casi completa por el número máximo de electrones que puede alojar, existirá una fuerza de ligado que hará que los electrones no puedan ser arrancados fácilmente del átomo.

3.2 Tipos de resistencias:

Las resistencias que comercialmente se utilizan son de carbón prensado, de película metálica (metal film), y de alambre.

Las resistencias de carbón prensado están hechas con gránulos de carbón prensado, que ofrecen resistencia al paso de la corriente eléctrica.

Son comunes en aplicaciones de baja disipación. Típicamente se fabrican para soportar disipaciones de ¼, ½, 1 y 2 watts. Sin embargo, estas últimas ya no son tan comunes, por su tamaño relativamente grande. Además, son bastante variables con la temperatura y el paso del tiempo.

Las resistencias de película metálica o metal film, son utilizadas para aplicaciones donde se requiera una disipación elevada y gran estabilidad frente a los cambios de temperatura, y al propio paso del tiempo.

Están hechas con una película microscópica de metal, la cual es bobinada sobre un sustrato cerámico.

Las resistencias de alambre son utilizadas para trabajar con altas disipaciones. Están hechas con alambre de alta resistividad bobinado sobre un sustrato cerámico. En muchos casos están vitrificadas, para funcionar a altas temperaturas.

Las disipaciones más comunes son de 5, 10, 15 y 20 watts.

Debido a su disipación, no es extraño encontrar resistencias de este tipo que trabajen a temperaturas de hasta 100º C.

Existen las llamadas resistencias variables, que pueden variar su resistencia por medio de un cursor que se desplaza sobre una pista de material resistivo. Los más comunes son lo potenciómetros y los preset. Los primeros son resistencias variables, mientras que los últimos son ajustables.