1. SISTEMES ELECTRÒNICS ANALÒGICS

1. ELECTRÒNICA ................................................................................................................. 1

1.1. Concepte d’electrònica ......................................................................................... 1

1.2. Electrònica analògica i digital ........................................................................................ 1

1.3. Components electrònics bàsics ..................................................................................... 2

2. RESISTÈNCIES ......................................................................................................................... 2

3. CONDENSADOR ..................................................................................................................... 7

3.1. Capacitat del Condensador ........................................................................................... 7

3.2. Tipus de Condensadors ................................................................................................. 7

3.3. Símbols .......................................................................................................................... 9

3.4. Funcionament ............................................................................................................... 9

3.5. Muntatge de Condensadors ........................................................................................ 10

4. DÍODE .................................................................................................................................. 12

4.1. Polarització de díode ................................................................................................... 13

4.1.1. Polarització Inversa de díode .................................................................................... 13

4.1.2. Polarització Directa de díode .................................................................................... 14

4.2. Tipus de Díodes ........................................................................................................... 14

4.2.1. Díode LED .................................................................................................................. 15

4.2.2. Díode com a rectificador d’ona ................................................................................. 16

5. FONTS D’ALIMENTACIÓ ....................................................................................................... 19

5.1. Transformador ............................................................................................................ 20

5.2. Rectificador d’ona completa (Pont de Graetz) ............................................................ 21

5.3. Filtre (Condensador).................................................................................................... 21

5.4. Estabilitzador de tensió (amb díode Zener) ................................................................. 22

6. TRANSISTOR BIPOLAR .......................................................................................................... 24

6.1. Polarització del Transistor NPN ................................................................................... 26

6.2. Muntatge del transistor en emissor comú .................................................................. 28

6.3. Funcionament del Transistor en commutació (Interruptor) ........................................ 29

6.4. Muntatges pràctics amb Transistor ............................................................................. 30

ACTIVITATS ................................................................................................................................. 33

2. SISTEMES ELECTRÒNICS DIGITALS

1. DIFERÈNCIA ENTRE ELECTRÒNICA ANALÒGICA I DIGITAL .................................................... 38

2. AVANTATGES I CARACTERÍSTIQUES DE L’ELECTRÒNICA ...................................................... 38

3. REPRESENTACIÓ BINARIA DE LA INFORMACIÓ .................................................................... 39

3.1. Representació elèctrica dels estats binaris .................................................................. 39

4. SISTEMES DE NUMERACIÓ ................................................................................................... 40

4.1. Decimal ........................................................................................................................ 40

4.2. Binari ............................................................................................................................ 41

5. CONVERSIÓ DEL SISTEMES DE NUMERACIÓ ........................................................................ 42

5.1. Conversió decimal a binari ........................................................................................... 42

5.2. Conversió de binari a decimal ...................................................................................... 43

6. OPERACIONS ARITMÈTIQUES AMB NÚMEROS BINARIS ...................................................... 44

6.1. Addició (suma) ............................................................................................................. 44

6.2. Subtracció (resta) ......................................................................................................... 44

7. ÀLGEBRA DE BOOLE ............................................................................................................. 46

7.1. Operacions bàsiques de l’àlgebra de Boole.................................................................. 46

7.2. Propietats bàsiques de l’àlgebra de Boole ................................................................... 48

8. PORTES LÒGIQUES UNIVERSALS .......................................................................................... 49

8.1. Taula de la veritat ........................................................................................................ 49

8.2. Porta NOT. Funció inversió........................................................................................... 50

8.3. Porta AND. Funció I ...................................................................................................... 50

8.4. Porta OR. Funció O ....................................................................................................... 50

8.5. Porta NAND. Funció NO I ............................................................................................. 51

8.6. Porta NOR. Funció NO O .............................................................................................. 51

8.7. Porta EXOR. Funció O-EXCLUSIVA ................................................................................ 51

8.8. Porta EXNOR. Funció NO O-EXCLUSIVA........................................................................ 52

9. REPRESENTACIÓ DE PORTES LÒGIQUES .............................................................................. 52

9.1. Formes canòniques d’una funció ................................................................................. 52

9.2. Obtenció de la taula de la veritat d’un circuit a partir de la funció lògica .................... 53

9.3. Obtenció de la funció lògica d’un circuit a partir de la seua taula de la veritat ............ 54

9.4. Obtenció de circuits a partir de les formes canòniques d’una funció .......................... 54

9.5. Obtenció de la funció lògica a partir de l’esquema d’un circuit ................................... 55

9.6. La implementació ......................................................................................................... 56

10. TÈCNIQUES DE SIMPLIFICACIÓ DE FUNCIONS LÒGIQUES .................................................... 58

10.1. Tècnica Algebraica ....................................................................................................... 58

10.2. Mapes de Karnaugh ..................................................................................................... 59

10.3. Exemples d’agrupacions de mapes de Karnaugh ......................................................... 62

11. CIRCUITS INTEGRATS ........................................................................................................... 64

12. RECURSOS ............................................................................................................................ 66

ACTIVITATS ................................................................................................................................. 67

3. SISTEMES AUTOMÀTICS PNEUMÀTICS

1. INTRODUCCIÓ ..................................................................................................................... 81

2. CONCEPTES DE FÍSICA PER ALS CIRCUITS NEUMÀTICS ....................................................... 82

3. ELEMENTS DELS SISTEMES NEUMÀTICS ............................................................................. 84

3.1. Elements generadors .................................................................................................. 84

3.2. Elements de tractament de l’aire ................................................................................ 84

3.3. Canonades .................................................................................................................. 88

3.4. Elements de comandament i control .......................................................................... 90

3.4.1. Vàlvules distribuïdores.............................................................................................. 90

3.4.2. Vàlvules de bloqueig................................................................................................. 99

3.4.2.1. Vàlvula Antiretorn o de Retenció ...................................................................... 99

3.4.2.2. Vàlvula selectora de circuit (Funció OR) ............................................................ 99

3.4.2.3. Vàlvula de simultaneïtat (Funció AND) ........................................................... 100

3.4.2.4. Vàlvula de fuga ràpida .................................................................................... 101

3.4.3. Vàlvules reguladores de cabal ................................................................................ 101

3.4.3.1. Vàlvula reguladora bidireccional ..................................................................... 101

3.4.3.2. Vàlvula reguladora unidireccional ................................................................... 102

3.4.4. Vàlvules de control de pressió ................................................................................ 102

3.4.4.1. Vàlvules de regulació de pressió ..................................................................... 102

3.4.4.2. Vàlvules limitadora de pressió ........................................................................ 103

3.4.5. Silenciador .............................................................................................................. 103

3.5. Elements actuadors (Cilindres) ................................................................................. 104

ACTIVITATS ............................................................................................................................... 108

1.Electrònica Analògica.

1

1. ELECTRÒNICA.

1.1. Concepte d’electrònica.

L'electrònica és la branca de la física i especialització de l'enginyeria, que estudia i

empra sistemes el funcionament es basa en la conducció i el control del flux dels electrons o

altres partícules carregades elèctricament. La potència amb la qual treballa és baixa i utilitza

una gran varietat de coneixements, materials i dispositius

Actualment, la importància de l'electrònica arriba a pràcticament tots els àmbits

laborals. Molts dels elements que habitualment fem servir en el nostre domicili o centre

d'estudi es regeixen per l'electrònica, des dels ordinadors on es processa i guarda la

informació fins a les llums o aparells de l'aire condicionat. Això es deu al fet que és possible

fabricar components de dimensions i consum reduïts, barats i fiables.

1.2. Electrònica analògica i digital.

En electrònica es treballa amb variables que prenen la forma de tensió o corrent,

aquestes es poden denominar comunament senyals .Les senyals primordialment poden ser de

dos tipus:

Variable analògica

Són aquelles que poden prendre un nombre infinit de valors compresos entre dos

límits. No existeixen discontinuïtats. La majoria dels fenòmens de la vida real donen senyals

d'aquest tipus. (Pressió, temperatura, temps etc.)

Variable digital

2

També anomenades variables discretes, entenent-se per aquestes, les variables que

poden prendre un nombre finit de valors. Per ser de fàcil realització, els components físics amb

dos estats diferenciats, és aquest el nombre de valors utilitzat per a aquestes variables, que

per tant són binàries. Exemple d'aquest tipus de variables són l'encesa o apagada d'un llum.

D'aquesta manera podem concloure el següent: L'electrònica analògica és una part de

l'electrònica que estudia els sistemes en els quals les seves variables; tensió, corrent, ..., varien

d'una forma contínua en el temps, podent prendre infinits valors (teòricament almenys). En

contraposició hi ha la electrònica digital on les variables només poden prendre valors discrets,

tenint sempre un estat perfectament definit: "zero" (encès) "un" (apagat).

1.3. Components electrònics bàsics.

Els cinc components electrònics més elementals són: les resistències, els

condensadors, els díodes, els relés i els transistors

2. RESISTÈNCIES

A. Introducció.

La resistència elèctrica és la dificultat que presenta els diferents materials al pas de

la corrent elèctrica. En els circuits electrònics s’utilitzen aquets components per a:

1. Divisor de tensió: produir caigudes de tensió en punts determinats.

2. Limitar el corrent: que passa per diversos punts del circuit per a un correcte

funcionament.

3. Protegir components: pels quals no pot circular una corrent elevada.

Es caracteritzen per:

Valor nominal: és el valor marcat sobre la resistència.

Tolerància: la diferència entre el valor nominal i el valor real de la resistència expressat

en percentatge. Es a dir, el percentatge en més o menys, sobre el valor nominal, que el

fabricant respecta en totes les resistències fabricades. Els valor més comuns són el

±5% i el ±10%.

Potència nominal: potència màxima a la que pot treballar sense cremar-se. Les més

comunes són 1/4W, 1/3W, 1/2W, 1W i 2W.

Tensió límit nominal: és la màxima tensió que pot suportar, en extrems, el resistor.

Hi ha tres tipus de resistències diferents en funció de la seva capacitat per variar o

dependre de determinades variables: fixes, variables i dependents. A continuació estudiarem

cadascuna d'elles.

3

B. Resistències fixes.

Es caracteritzen per mantenir un valor en ohms fixe i invariable. Hi ha molts tipus de

resistències fixes però les més comunes són les construïdes de carboni, útils per a potències

inferiors a 2 W.

Una aplicació usual en circuits electrònics és la protecció d'altres elements electrònics.

Una resistència col·locada en sèrie disminueix la tensió de l'element connectat amb ella i el

protegeix d'un excés de tensió.

Els valors de les resistències estan normalitzats en sèries i generalment la forma d'indicar el

seu valor nominal sobre el cos és mitjançant un codi de colors.

CODI DE COLORS

1a Xifra 2a Xifra Factor Multiplicador Tolerància

Negre 0 0 x1 +/- 1%

Marró 1 1 x10 +/- 2%

Roig 2 2 x100 +/- 5% Or

Taronja 3 3 x1000 +/- 10% Plata

Groc 4 4 x10000

Verd 5 5 x100000

Blau 6 6 x1000000

Violeta 7 7

Gris 8 8

Blanc 9 9

La interpretació del codi de colors és :

1r. Col·loquem la resistència de la forma adequada, amb la tolerància a la part dreta.

4

2n. Substituïm cada color pel seu valor.

1a xifra = taronja = 3

2a xifra = blanc = 9

Multiplicador = roig = x100

Tolerància = or = ±5%

3r. El valor nominal serà: Rn = 3900 Ω ±5%.

4t. Els valors màxim i mínim seran:

- Valor màxim = valor nominal + valor nominal x Tolerància / 100 = 3900 + 3900 x 5/100 =

4095 Ω.

- Valor mínim = valor nominal - valor nominal x Tolerància / 100 = 3900-3900 x 5/100 = 3705 Ω.

El valor real de la resistència es trobarà entre 3705 Ω i 4095 Ω.

C. Resistències variables.

Es tracta de resistències que poden variar el seu valor òhmic en funció de les

condicions del circuit i s’anomenen potenciòmetres. S’utilitzen en els circuits per a provocar

caigudes de tensió. Els potenciòmetres varien la seua residència des de zero ohms i un valor

màxim que es troba indicat en el component. Per a variar el valor de la resistència es

necessari girar un eix o desplaçar un cursor.

D. Resistències dependents.

Es tracta de resistències que varien el seu valor òhmic en funció d'algun paràmetre:

temperatura, llum, voltatge, etc. Atenent al paràmetre que controla el seu valor, hi ha quatre

tipus de resistències dependents: NTC, PTC, LDR i VDR.

NTC: resistència de coeficient negatiu de temperatura. Quan augmenta la

temperatura de la mateixa disminueix el seu valor òhmic i viceversa. Poden tenir

moltes aplicacions entre les que podem destacar:

Potenciómetre Resistència variable

5

La mesura de temperatures en motors. Termòstats.

PTC: Resistència de coeficient positiu de temperatura. Quan augmenta la

temperatura de la mateixa augmenta el seu valor òhmic. En realitat és una NTC que

vam aprofitar la seva característica inversa entre dos valors de temperatura

coneguts, T1 i T2.

LDR: Resistència depenent de la llum. Quan augmenta la intensitat lluminosa sobre

la mateixa disminueix el seu valor òhmic. S'utilitza en aplicacions relacionades amb la

intensitat lluminosa..

Engegat i apagat de il·luminació pública (faroles) i recintes, desplegament de tendals,

etc.

VDR: Resistència dependent de la tensió. Quan augmenta la tensió en els seus

extrems disminueix el seu valor òhmic, i circula més corrent. S'utilitza com a

protecció per evitar pujades de tensió en els circuits. Quan se supera la tensió de la

VDR el corrent se'n va per ella i protegeix el circuit.

6

Els seus símbols elèctrics són:

ACTIVITATS

1. Calcula el valor de les següents resistències:

groc, blau, roig, daurat

gris, taronja, taronja, daurat

Símbol Símbol

Símbol Símbol

7

3. CONDENSADOR.

Un condensador és un component capaç d'emmagatzemar càrrega elèctrica. Estan

compostos d'armadures metàl·liques conductores separades per un aïllant, anomenat

dielèctric.

La quantitat d'electricitat que pot emmagatzemar un condensador depèn de tres

factors:

1. La mida de les plaques.

2. La distància entre les armadures (gruix del dielèctric).

3. Del tipus de dielèctric.

3.1. Capacitat del Condensador.

La característica més important d'un condensador és la seua capacitat, que és la

relació que existeix entre la tensió aplicada als seus armadures i la càrrega emmagatzemada

pel mateix:

𝐶 =𝑄

𝑉 , 𝑜𝑛

𝑄 = 𝑐à𝑟𝑟𝑒𝑔𝑎 𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏𝑠.𝑉 = 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑡𝑔𝑒 𝑒𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠. 𝐶 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑎𝑡 𝑒𝑛 𝐹𝑎𝑟𝑎𝑑𝑠.

La unitat de capacitat és el farad, que seria la capacitat d'un condensador que

connectat a una tensió d'un volt, emmagatzema una càrrega elèctrica d'un coulomb. Com que

aquesta unitat és molt gran, cal fer ús els submúltiples. A la taula següent es mostren els

submúltiples més usuals:

Milifarad (mF): 1mF=10-3 F

Microfarad (µF): 1µF=10-6 F

Nanofarad (nF): 1nF=10-9 F

Picofarad (pF): 1pF=10-12 F

3.2.Tipus de Condensadors.

N'hi ha de diversos tipus, ceràmics, de polièster, electrolítics, de paper, de mica, de

tàntal, variables i ajustables.

Condensadors ceràmics:

S'utilitzen exclusivament en microelectrònica, ja que els seus valors i mides no són

suficients com per proporcionar les característiques que necessitarien l'arrencada

d'un motor, o el filtrat d'una font d'alimentació. Són summament barats.

8

Condensadors de plàstic:

Els condensadors de polímers són molt utilitzats, atès que entre les seves

característiques més importants es troben una gran resistència d'aïllament que li

permet conservar la càrrega per llargs períodes de temps, un volum reduït i un

excel·lent comportament enfront de la humitat i a les variacions de temperatura .

Tenen a més, la propietat d’auto regeneració permetent que en cas que un excés de

tensió dels perfori, el metall es vaporitza en una petita zona envoltant la perforació

evitant el curtcircuit, el que permet seguir funcionant. Els materials més utilitzats són:

poliestirè, polièster, policarbonat i politetrafluoroetilè (conegut com tefló). Es

fabriquen en forma de bobines o multicapes. Es fabriquen amb capacitats des 1nF a

100μF i tensions des 25V a 4.000V.

Condensadors electrolítics:

Els electrolítics tenen polaritat i s’ha de respectar, en cas contrari poden explotar. Es

fan servir un líquid iònic conductor com a una de les seves plaques. Típicament amb

més capacitat per unitat de volum que altres tipus de condensadors, són molt

adequats en circuits elèctrics amb relativament alt corrent elèctric i baixa freqüència.

Aquests és especialment el cas en els filtres d'alimentadors de corrent, on es fan servir

per emmagatzemar la càrrega, i moderar el voltatge de sortida i les fluctuacions de

corrent en la sortida rectificada. També es fan servir molt en els circuits que han de

conduir corrent altern però no corrent continu.

9

3.3. Símbols.

3.4. Funcionament:

Càrrega del condensador:

En el període transitori, el condensador va augmentant la seva càrrega

progressivament a mesura que augmenta la tensió entre les seues armadures. La

intensitat que circula per la resistència va disminuint progressivament. En el període

estacionari, la tensió entre armadures serà

la de la pila i la intensitat serà nul·la.

El temps de càrrega depèn de la capacitat del condensador i del valor òhmic de la

resistència que està en sèrie amb ell R1. (t1=5xR1xC)

Condensador Condensador electrolític

Carrega del condensador

10

Descàrrega del condensador:

Quan tanquem el circuit de descàrrega, és el condensador el que lliura el corrent a la

resistència fins esgotar-se la càrrega. El temps de descàrrega ara depèn de la capacitat

del condensador i el valor òhmic de la resistència de descàrrega R2 (t2=5xR2xC).

Una de les aplicacions més comuns per als

condensadors són els temporitzadors, esperar fins que el condensador es carregue o

descarregue.

Per exemple:

Calcula el temps que tardarà a carregar un condensador de 4700 μF que està en sèrie

amb una resistència de 2500 Ω.

𝑡1 = 4700 ∙ 10−6 ∙ 2500 = 11′75𝑠

Quant temps lluirà una bombeta que es connecta al condensador un cop carregat si la

bombeta té 2000 Ω de resistència.

𝑡2 = 4700 ∙ 10−6 ∙ 2000 = 9′4𝑠

3.5. Muntatge de Condensadors:

En Sèrie En paral·lel

La capacitat total d’un grup de condensadors

connectats en sèrie s’obté aplicant la fórmula:

1

𝐶𝑇=

1

𝐶1+

1

𝐶2+

1

𝐶3+ ⋯+

1

𝐶𝑛

La capacitat total d’un grup de

condensadors connectats en paral·lel s’obté

aplicant la fórmula:

𝐶𝑇 = 𝐶1 + 𝐶2 + 𝐶3 + ⋯+ 𝐶𝑛

Descarrega del Condensador

11

ACTIVITATS

2. Calcula el valor de la capacitat total equivalent:

a.

b.

12

4. DÍODE.

El silici i el germani són dos semiconductors. Normalment són aïllants, però si els

apliquem un voltatge entre els extrems d'aquests materials o augmentem la temperatura

comencen a conduir electricitat, encara que molt pitjor que un material conductor.

Cada àtom té en la seva òrbita externa 4 electrons, que comparteix amb els àtoms

adjacents formant enllaços covalents. De manera que cada àtom veu 8 electrons en la seva

capa més externa, fent al material de baixa conductivitat.

El semiconductor pur no s'utilitza però es poden afegir impureses a aquest material,

canviant radicalment el seu comportament millorant les propietats dels semiconductors. A

aquest procés s’anomena dopatge o impurificació, consistent a introduir àtoms d'altres

substàncies. Segons la impuresa dels semiconductors poden ser:

Tipus P

El dopant té defecte d'electrons. Li falten

electrons, pel que es creen "buits" que

permeten circular als electrons amb

facilitat. Sol ser bor, gal · li o indi.

El material es comporta com si estiguera

carregat POSITIVAMENT.

Tipus N

El dopant aporta electrons que ajuden a

millorar la conducció elèctrica. Té un

excés d’electrons. Sol ser fòsfor, arsènic o

antimoni.

El material es comporta com si estiguera

carregat NEGATIVAMENT.

Buit

Electró

lliure

13

QUÈ OCORRE SI UNIM UN SEMICONDUCTOR DE TIPUS P AMB UN DE TIPUS N?

Quan unim aquests dos materials

(PN) es produeix una recombinació

d'electrons (e-) i buits (h +) a la zona d'unió

apareixent una zona deserta (barrera de

potencial) sense portadors de càrrega

lliures.

A aquesta unió (P-N) se li anomena

Díode.

4.1.Polarització de díode.

Una característica essencial de la unió P-N és que permet el pas de corrent en un sentit

i s'oposa al sentit contrari.

4.1.1. Polarització Inversa de díode.

La polarització de la bateria obliga els electrons (e-) de N i buits (h +) de P a allunyar-se

de la unió, augmentant l'amplada de la zona deserta (barrera de potencial), impedint la

circulació d'electrons. Això es fa evident, ja que els electrons són atrets pel pol + de la pila i els

buits pel pol – de la pila.

El díode es comporta com un interruptor obert i la bombeta no lluirà. Tota la tensió

cau en el díode VR=Vcc.

Ànode Càtode

Zona deserta

VR

14

4.1.2. Polarització Directa de díode.

En aplicar tensió directa, es redueix la barrera de potencial de la unió, a causa de la

polarització de la bateria, que impulsa els electrons (e-) de N i buits (h +) de P. Per tant, els

electrons (e-) tendeixen a creuar la unió de N a P i els buits (h +) en sentit oposat.

La zona deserta es redueix, i s'estableix un corrent en sentit directe ID.

El díode es comporta com un interruptor tancat i la bombeta lluirà. En el díode cau

una petita tensió VD i la resta sobre la bombeta.

4.2. Tipus de Díodes.

Hi ha diferents tipus de díodes, rectificadors, LED (díode emissor de llum), varicap,

Zener, Fotodíodes, etc.

Símbols de Díodes

Díode Díode LED

Fotodíode Díode Zener

15

4.2.1. Díode LED.

És un díode emissor de llum. El seu comportament és el mateix que el dels díodes, és a

dir, es torna conductor quan està directament polaritzat, però té la particularitat que s'encén

quan condueix corrent.

El voltatge necessari perquè es torni conductor és més gran que el d'un díode normal,

aproximadament d'uns 2V, i la intensitat de corrent que circula habitualment és d'uns 20mA.

S'han de protegir col·locant una resistència en sèrie amb ell perquè no es fonamenten quan la

tensió aplicada és superior a aquests 2 volts.

El seu ús és molt freqüent en equips de música, televisors i ordinadors. Consumeix

molt poca energia.

ACTIVITATS

3. Calcula la resistència de limitació que hem de posar per protegir el díode LED que té els

següents paràmetres (VD = 2 V, ID = 20 mA), quan el connectem a 5 V.