TECNOLOGÍA REPASO ELECTRICIDAD y ELECTRÓNICA ANALÓGICA 2012-13

ELECTRICIDAD. LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS SENCILLOS. MAGNITUDES ELÉCTRICASLa electricidad está presente en casi todos los momentos de la vida cotidiana; bombillas, frigoríficos, estufas, electrodomésticos, aparatos de música, maquinas, ordenadores y muchos otros aparatos que utilizamos funcionan gracias a esta forma de energía.

DefiniciónSe define la corriente eléctrica como el paso ordenado de los electrones a través de un conductor. Una corriente eléctrica no es más que el movimiento de cargas eléctricas negativas o electrones desplazándose de un sitio a otro a través de un conductor. Para que este movimiento se produzca es necesario que entre los extremos del conductor exista una diferencia de potencial eléctrico.

Tipos de corriente eléctrica. Según la forma en la que se ha generado, la corriente eléctrica puede ser de dos tipos:· Continua: Los electrones se mueven en un mismo sentido (del polo negativo al polo positivo). Es generada por pilas o baterías (transformación de energía química en eléctrica) o por células fotovoltaicas (transformación de energía radiante en eléctrica). Los voltajes suelen ser bajos: 1.5 v, 4.5 v, 9v,… Uso mas común: linternas, móviles,…

· Alterna: Los electrones cambian el sentido del movimiento. Es generada mediante un alternador (transformación de energía mecánica en eléctrica). Su producción tiene lugar en las centrales eléctricas (térmicas, eólicas,…). Es la más utilizada. Los voltajes obtenidos son elevados. Es la que utilizamos en casa: televisión, iluminación, lavadora,… (230v)

1.- EL CIRCUITO ELÉCTRICOUn circuito eléctrico es un conjunto de elementos que unidos de forma adecuada permiten el paso de la corriente eléctrica (electrones). La función de un circuito eléctrico es convertir la energía eléctrica del generador en otro tipo de energía (movimiento, luz, sonido, calor…), mediante un receptor. En todo circuito eléctrico habrá como mínimo los siguientes elementos: un generador, un conductor y uno o varios receptores.Un circuito eléctrico está compuesto por los siguientes elementos: Un generador de voltaje, pila, batería, enchufe, etc. Un receptor de la corriente, motor, lámpara, etc. Unos elementos de maniobra, interruptores, conmutadores, etc. Unos elementos de protección, fusible, interruptor automático, etc. Unos cables que conecten los anteriores.

Para representar los circuitos en papel utilizaremos sus símbolos:

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2. FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR ELÉCTRICO DE CC.Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en energía mecánica (energía de movimiento). Los motores de corriente continua sirven también como generadores si mediante medios mecánicos los hacemos girar convierten la energía mecánica en energía eléctrica.Principio de funcionamiento.Un motor eléctrico aprovecha el “efecto motor”. Este efecto es la fuerza que se produce sobre un cable eléctrico cuando por éste, próximo a un campo magnético (imán), circula corriente eléctrica. Dependiendo de la dirección de la corriente la fuerza se produce en un sentido u otro.

Funcionamiento del motorUn motor eléctrico está formado por unos imanes permanentes. Entre medio de los electroimanes hay una “bobina”, conjunto de cables por los que circula la corriente eléctrica, esta bobina está construida sobre el eje que vemos girar en el exterior del motor. Cuando conectemos una pila a la bobina, circulará corriente eléctrica, de manera que por el “efecto motor” se produce una fuerza sobre la bobina que hace girar el eje.

Dependiendo de qué conectemos el positivo de la pila en una de las conexiones o lo hagamos al revés el motor gira en un sentido o en el otro.

3. MAGNITUDES ELÉCTRICASMiden propiedades que poseen los circuitos eléctricos. Gracias a las magnitudes podemos medir y entender los fenómenos que ocurren en los circuitos eléctricos.

3.1 CARGA ELÉCTRICA (Q)La materia está formada por unidades minúsculas llamadas átomos que, a su vez, están constituidos por partículas más pequeñas: los neutrones y protones en el núcleo y los electrones en la corteza, girando alrededor del núcleo.Los átomos en equilibrio son neutros, tienen tanta carga positiva como negativa.

En ocasiones los átomos sufren una variación en el número de electrones, entonces el átomo adquiere carga eléctrica, que será positiva cuando haya perdido algún electrón (ya que el número de electrones será menor que el de protones) y negativa cuando adquiera nuevos electrones.

Si en una zona del material conductor hay un exceso de electrones, éstos circularán hacia donde hay menos, para equilibrar el material, a este fenómeno se le denomina “corriente eléctrica”. La cantidad de electricidad que posee un cuerpo, exceso o defecto de electrones se mide en CULOMBIOS (C).La carga eléctrica (Q) de un cuerpo expresa el exceso o defecto de electrones que hay en sus átomos. Su unidad es el

Culombio (C). 1 Culombio equivale a 6,24 x1018 electrones.

Los materiales se clasifican, según permitan mejor o peor la circulación de electrones en: Conductores son los que permiten el paso de la corriente eléctrica. Son conductores: los metales: cobre, plata, aluminio, etc. Aislantes: no permiten el paso de la corriente eléctrica. Son aislantes: los plásticos, la madera, el papel, el vidrio, la porcelana, la goma. Semiconductores: Son aislantes bajo determinadas condiciones y conductores en otras. Son principalmente el silicio (Si) y el germanio (Ge).

3.2 CORRIENTE ELÉCTRICA (I) Cuando se unen dos cuerpos con distinta carga a través de un elemento conductor, se produce un movimiento de electrones desde el que tiene exceso de carga negativa hacia el de exceso de carga positiva. Ese movimiento es lo que conocemos como corriente eléctrica: es la cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor en una unidad de tiempo.

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SENTIDO DE LA CORRIENTE: SENTIDO REAL: Los electrones se mueven del polo negativo de la pila (donde hay exceso de e-, ÁNODO) hacia el polo positivo (donde hay defecto de e-, CÁTODO): (-) (+)SENTIDO CONVENCIONAL: Por convenio el sentido de la corriente va de positivo a negativo: (+) (-)

- - - - - - - -

- -

ANODO (-) CATODO (+)

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Nosotros no podemos contar la cantidad de electrones (Q) que circulan por un conductor puesto que es una cantidad muy grande, por eso, para medir la corriente eléctrica que circula por un conductor se utiliza una magnitud que es la Intensidad de Corriente Eléctrica, o simplemente Intensidad o Corriente eléctrica.

INTENSIDAD CORRIENTE (I): (Q =Carga, t=tiempo). La intensidad de corriente eléctrica se mide en Amperios (A).

3.3 LA RESISTENCIA ELÉCTRICA (R)Todos los conductores no conducen la corriente eléctrica de igual forma, hemos visto anteriormente que existen materiales (aislantes) que no dejan pasar la corriente eléctrica.

La dificultad que opone un conductor de electricidad al paso de ésta depende de varios factores:• Del grosor (S, área o sección): cuanto más delgado mayor resistencia. (Unidad: m2)• De la longitud del conductor (L): a mayor longitud más resistencia. (Unidad: m)• Del tipo de material. Unos materiales ofrecen más resistencia que otros. A

esta propiedad de cada material se le conoce como resistividad ( ). Se mide

en o

RESISTENCIA ELÉCTRICA (R): . La unidad de resistencia es el

OHMIO ( ). 1kilohmio(1 k) = 1.000

3.4 EL VOLTAJE (V)Para que en por un conductor circule una corriente eléctrica, es necesario que entre sus extremos haya una diferencia de carga eléctrica, de manera que los electrones circularán desde donde hay más cantidad hasta donde hay menos. A esta diferencia de carga eléctrica se le llama diferencia de potencial o voltaje (o tensión eléctrica) y es la fuerza (fuerza electromotriz) que provoca la corriente eléctrica o movimientode electrones en un conductor. La unidad de medida del voltaje es el voltio (V).Para conseguir en un circuito eléctrico una diferencia de voltaje se necesita un generador, una fuente de alimentación o unas pilas. Una pila es un elemento que transforma la energía de las reacciones químicas que se producen en su interior en energía eléctrica. Interiormente una pila está formada por tres partes: un recipiente que contiene un líquido (electrolito), y dos barras conductoras (electrodos), que están insertadas dentro del líquido. Para obtener una pila seca como las que venden en las tiendas el electrolito se espesa como si fuese una salsa o gelatina añadiéndole almidón.

El electrolito suele estar formado de sales de sulfato de cobre, sulfato de cinc, etc. Mientras que los electrodos suelen ser de cobre o cinc.Toda pila tendrá siempre dos bornes o polos, uno positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo). Si conectamos ambos polos con un trozo de cable, empezarán a pasar electrones o cargas eléctricas negativas desde el cátodo (-) hacia el ánodo (+).

Los electrones siempre salen de la pila por el polo negativo o cátodo, recorren todos los elementos del circuito y entran de nuevo en la pila, pero ahora por el polo positivo o ánodo. La energía interna que posee la pila y la d.d.p. que hay entre los dos electrodos hace que esos electrones que llegan al polo positivo lleguen de nuevo al polo negativo y vuelvan a salir.

4. LA LEY DE OHMEs la fórmula básica de los circuitos eléctricos, relaciona las tres magnitudes eléctricas fundamentales, voltaje, intensidad y resistencia.

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Conectamos una resistencia R a una fuente de tensión de voltaje V, por la resistencia circula una corriente de intensidad I:

5. ENERGÍA (E) Y POTENCIA ELÉCTRICA (P)5.1 La energíaEn nuestras casas pagamos el “recibo de la luz” dependiendo de la cantidad de energía eléctrica que hayamos consumido durante los dos meses anteriores. Pagaremos más o menos dependiendo de que hayamos tenido más o menos electrodomésticos conectados durante un tiempo dado. Esta energía eléctrica que nosotros consumimos se ha producido en algún tipo de central de producción de energía. Allí han transformado otra forma de energía en energía eléctrica.ENERGIA ELECTRICA es el producto de la fuerza electromotriz (f.e.m.) necesaria para transportar las cargas eléctricas por su valor de esas cargas. Es la capacidad para producir un trabajo que realiza la corriente eléctrica

(Energía en Julios, Potencia en Watios y Tiempo en segundos). La unidad de energía eléctrica más utilizada es el Julio (J). Pero como el julio es muy pequeño, se utiliza una unidad más grande que no está en el S.I.: el KWh, (Kilowatiohora) y se define como la energía consumida por un aparato de potencia 1 kW durante una hora (donde: Potencia en KiloWatios y Tiempo en horas)Para pasar de kWh a J1 kWh = 1000 W x 3600 seg = 3600000 Ws = 3600000 J = 3600 KJ5.2 La potencia eléctricaEs la energía eléctrica que circula por un circuito en un tiempo dado. Mide la cantidad de energía eléctrica que un receptor consume en un tiempo dado.Su unidad es el Watio (W), un múltiplo del watio es el Kilowatio, 1 KW = 1000 W.Dado un receptor eléctrico (bombilla, motor, resistencia) sometido a un voltaje V y que circula una corriente I, la potencia que consume es igual a P:

, es decir o o

6. CIRCUITOS PRÁCTICOS: CONEXIÓN DE COMPONENTES EN SERIE, PARALELO Y MIXTO:Circuito en serie Circuito en paralelo

Un circuito serie, es aquel que tiene conectados sus receptores uno a continuación del otro. Se caracteriza por: La resistencia total del circuito es la suma de las resistencias que lo componen.RT = R1 + R2

La corriente que circula es la misma por todos los elementos.IT = I1 = I 2

La fuerza electromotriz generada por el generador se reparte entre los distintos elementos.V = V1 +V2

Un circuito paralelo, es aquel que tiene conectados los terminales de sus receptores unidos entre sí Se caracteriza por:La inversa de la resistencia total del circuito es la suma de las inversas de las resistencias que lo componen.

La corriente total que sale del generador se reparte por todos los elementos.IT = I1 + I 2

La fuerza electromotriz generada por el generador llega por igual a todos los elementos.

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VT = V1 = V2.

Un circuito mixto, es aquel que tiene elementos en paralelo y en serie:

EJERCICIOS y PROBLEMAS:• Ejemplo 1: Calcula qué intensidad de corriente ha circulado por una lámpara que ha estado encendida durante 10 segundos, si del borne negativo de la pila han salido 60.000 electrones.I = Q / t = 60.000 e- / 10 s = 6.000 e-/s• Ejemplo 2: Calcula la intensidad de corriente I en Amperios, que circula por un hilo conductor por el que han pasado 8 trillones de electrones en 4 segundos.I = Q / t = 8 x 1018 e- / 4 s x 1 C /6’242. 1018 e- /s = 0’32 C/s = 0'32 A• Ejemplo 3: Una bombilla tiene la siguiente indicación: 220V – 100W. Calcula su resistencia.P = V2 / R, de donde R = V2 / P = 2202 / 100 = 484 W.• Ejemplo 4: Calcula el consumo energético de una bombilla de 60 W al tenerla conectada media hora.E = P . t = 60 w . 3600/2 s = 108.000 J = 108 KJ• Ejemplo 5: Calcula cuánto costará tener encendido toda la noche (8 horas) un radiador de 2.500 W sabiendo que el coste del Kwh es de 0,149€.2.500 W = 2'5 Kw, de donde 2'5 Kw x 8 h = 20 Kwh y multiplicando por el precio de 1 Kwh tendremos: 20 Kwh . 0,149 €/Kwh = 2,98€EJERCICIOS DE INTENSIDAD Y RESISTENCIA1. ¿CUÁNTOS MILIAMPERIOS HAY EN 7’5 AMPERIOS? ¿Y CUÁNTOS MICROAMPERIOS?2. CALCULA LA INTENSIDAD DE CORRIENTE QUE CIRCULA POR UN CONDUCTOR SI A TRAVÉS DE ÉL CIRCULAN 120 CULOMBIOS EN 6 SEGUNDOS.3. ¿QUÉ RESISTENCIA ELÉCTRICA TIENE UNA VARILLA METÁLICA DE 10m DE LONGITUD Y UNA SECCIÓN TRANSVERSAL DE 0’02m2? VALOR DE LA RESISTIVIDAD 0’13 m.4. MISMO EJERCICIO QUE EL ANTERIOR PERO AHORA NO SABEMOS SU SECCIÓN (ÁREA TRANSVERSAL) SINÓ QUE CONOCEMOS QUE SU DIÁMETRO INTERNO ES DE 1m.5. CALCULA EL Nº DE ELECTRONES QUE PASAN EN 1 SEGUNDO POR LA SECCIÓN DE UN CONDUCTOR POR EL QUE CIRCULA UNA CORRIENTE DE INTENSIDAD 1 AMPERIO. NOTA: RECUERDA EL VALOR DE LA CARGA DE UN ELECTRÓN.6. ESCRIBE EN TU CUADERNO EL NOMBRE CORRESPONDIENTE A CADA UNA DE LAS UNIDADES SIGUIENTES:a) CULOMBIO/SEGUNDO = b) VOLTIO/AMPERIO = c) AMPERIO · OHMIO = d) VOLTIO / OHMIO = 7. SI POR UN HILO PASAN 3·107 ELECTRONES EN 10 min. ¿QUÉ INTENSIDAD DE CORRIENTE CIRCULA?8. ¿CUÁNTO TIEMPO DEBEN CIRCULAR 8.000 CULOMBIOS PARA CREAR UNA INTENSIDAD DE 10 A?9. SE UTILIZA UN HILO DE COBRE (0’018 ·m) PARA CONSTRUIR UNA RESISTENCIA DE 10 OHMIOS. SI LA SECCIÓN ES DE 0’8 m2, ¿QUÉ LONGITUD DE HILO HABRÁ QUE UTILIZAR?EJERCICIOS LEY DE OHM10. ¿CUÁL SERÁ LA RESISTENCIA DE UN CIRCUITO, SI SE SABE QUE CUANDO PARA UNA INTENSIDAD DE 30 mA, SE CREA UN VOLTAJE DE 6V?11. UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL DE 10 V PRODUCE UNA CORRIENTE DE 3 A EN UNA RESISTENCIA. ¿CUÁNTO VALE LA RESISTENCIA? ¿CUÁL SERÁ LA INTENSIDAD DE CORRIENTE SI SE CONECTA A 50 V?12. ¿QUÉ DIFERENCIA DE POTENCIAL SE CREARÁ EN UNA RESISTENCIA DE 5 OHMIOS SI CIRCULA POR ELLA UNA INTENSIDAD DE 10 A?13. POR UNA RESISTENCIA R=15 , CIRCULA UNA INTENSIDAD DE 1A, CALCULA QUÉ VOLTAJE HAY ENTRE LOS EXTREMOS DE LA RESISTENCIA.14. CONECTAMOS UNA RESISTENCIA DE 5 , A UNA PILA DE 1’5 V, CALCULAR LA INTENSIDAD QUE CIRCULA POR EL CIRCUITO.15. QUÉ RESISTENCIA DEBEMOS DE CONECTAR A UNA PILA DE 4’5 V PARA QUE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE I QUE CIRCULE SEA DE 0’050 A.16. SI EN UN CIRCUITO ELÉCTRICO LA TENSIÓN TIENE UN VALOR DE 100 VOLTIOS Y LA RESISTENCIA UN VALOR DE 10 OHM; ¿CUÁL SERÁ EL VALOR DE LA INTENSIDAD?17. A L MEDIR LA INTENSIDAD DE CORRIENTE EN UN CIRCUITO SE OBTUVO UN VALOR DE 5 AMPERIOS Y, AL MEDIR LA RESISTENCIA, UN VALOR DE 40 OHM. ¿CUAL SERÁ LA TENSIÓN O VOLTAJE DEL CIRCUITO? LEY DE WATT: POTENCIA

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ENERGÍA:18. ¿CUÁL ES LA RESISTENCIA DE UNA BOMBILLA DE 100 W Y 220 V? ¿QUÉ INTENSIDAD CIRCULA POR ELLA SI LA CONECTAMOS A 125 V?19. UNA BOMBILLA CONSUME 1 W CUANDO LA CONECTAMOS A 1’5 V, CALCULAR:a) LA INTENSIDAD QUE CIRCULA.b) LA RESISTENCIA ELÉCTRICA DEL FILAMENTO.20. CALCULAR LA INTENSIDAD QUE CIRCULA POR 3 BOMBILLAS DE 220 V Y 40 W, 60 W, 100W.21. UNA RESISTENCIA DE 10 , LA CONECTAMOS A 10 V. CALCULAR LA INTENSIDAD QUE CIRCULA, LA POTENCIA Y LA ENERGÍA CONSUMIDA SI LA RESISTENCIA LA DEJAMOS CONECTADA DURANTE 24 HORAS.22. CALCULAR CUÁNTO DINERO NOS CUESTA MANTENER ENCENDIDA UNA BOMBILLA DE P = 60 W. DURANTE 100 HORAS, SI EL COSTE DE LA ENERGÍA ES DE 0’08 €/KWh.23. PARA ASAR UN POLLO, DEBEMOS DE CONECTAR UN HORNO DE POTENCIA 1500 W DURANTE 1 HORA, SI EL KWh LO PAGAMOS A 0’08€, CALCULAR EL COSTE DEL ASADO.24. Ejercicios de resistencias:

25. Calcula la resistencia equivalente de 3 resistencias de 50 , 60 y 80 cuando se conectan en serie y cuando se conectan en paralelo. Dibuja los esquemas.26. Dibuja el esquema eléctrico de un circuito en el cual hay una pila de 4’5 V, dos resistencias en serie de 3 y 4 y, a continuación, dos resistencias en paralelo de 20 . Calcula la resistencia equivalente del circuito.27. Calcula el valor de la resistencia equivalente de este circuito mixto. Recomendación: primero calcula el valor equivalente de las resistencias en paralelo y, posteriormente, las en serie. Ten en cuenta que: “k” quiere decir 1000 (ejemplo: 3k = 3 000 )

28. Calcula la resistencia equivalente de los circuitos (las resistencias están en ):

29. Calcula la resistencia equivalente, voltaje e intensidad de los circuitos siguientes

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a b

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ELECTRÓNICA ANALÓGICA1. Electricidad y electrónica. Dispositivos de entrada, salida y de proceso2. Componentes electrónicos básicos: Resistencias, Diodos y Relés3. Polímetro: instrumento de medida4. Transistores5. Condensador6. Circuitos elementales. Circuitos integrados: CI 555

1. ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICAElectricidad: estudio de la generación, transporte y distribución de la energía eléctrica y de sus operadores y receptores que la transforman en energía útil.Electrónica: estudio y desarrollo de las aplicaciones en que la corriente eléctrica atraviesa componentes semiconductoresDispositivos:- Entrada: interruptores, resistencias variables, micrófonos…- Salida: LEDs, relés, zumbadores…- Proceso: transistores, CI…

http://platea.pntic.mec.es/curso20/34_flash/html8/http://www.catedu.es/aratecno/images/pilar/magnitudes.swf Ejercicio 1: Señala los aparatos que son puramente electrónicos: Cafetera, exprimidor, lavadora, ordenador portátil, televisión y radiador.2. COMPONENTES2.1 Resistencias fijas2.2 Resistencias variables: Potenciómetros y las Resistencias Dependientes (LDR y NTC/PTC)2.1 RESISTENCIAS FIJAS:

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4. Busca los colores de las resistencias:c.1. 2100 ohmios; tolerancia: 5%c.2. 500 ohmios; tolerancia: 5%c.3. 1400 ohmios; tolerancia:

10%c.4. 4 Kiloohmios; tolerancia:

10%c.5. 400 ohmios; tolerancia: 5%

c.6. 4,5 Kiloohmios; tolerancia: 5%

5. Calcula el valor óhmico:1. Negro-marrón-rojo-oro2. Rojo-negro-amarillo-plata3. Marrón-rojo-rojo-oro4. Verde-marrón-rojo-oro5. marrón-amarillo-naranja-plata

6. Marrón-verde-rojo-oro

6. Empareja las 2 columnas:

2.2 RESISTENCIAS VARIABLES:Potenciómetro

LDR – R Dependiente Luz (fotoresistencia)

R Dependiente Temperatura (termistores): PTC y NTC

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EJERCICIOS 2 y 3:a. Calcula la resistencia con los colores

amarillo, azul, rojo, dorado.

b. Resistencia con los colores negro, naranja, dorado y plateado

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Los NTC (Negative Tª

Coefficient), cuya resistencia disminuye con la temperatura. -T

• Los PTC (Positive Tª Coefficient), cuya resistencia aumenta con la temperatura: +T

http://www.catedu.es/aratecno/images/resistencias.swf

2.3 DIODOSLED:

http://www.youtube.com/watch?v=gfmeTxqLeX0

2.4 RELÉEs un automatismo que tiene 2 circuitos diferenciados: un circuito electromagnético (bobina) y un circuito eléctrico o de contactos

“Es un interruptor acoplado a un imán”

3. POLÍMETROMedidor de Intensidad: amperímetroMedidor de Resistencia: óhmetroMedidor de Potencia: vatímetroMedidor de Voltaje: voltímetro

Polímetro: mide las 4 magnitudes

4. TRANSISTORES

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Son operadores electrónicos que pueden funcionar como interruptor (conmutador) o amplificador de la señal eléctrica. Son semiconductores que tienen 3 terminales: emisor(E), base (B) y colector (C)

Funcionamiento en: activa, corte y saturación

a) B (base) no abre: interruptor abierto (no hay e-)b) Base se abre un poco. Relación entre E y C es la amplificación o gananciac) Base se abre mucho (saturación): interruptor cerrado

5. CONDENSADORES:

Cerámico: Electrolítico (polarizado):

Capacidad del condensador (C): relación entre la carga almacenada (Q) en culombios y la tensión (V) en voltios.

C=Q/V

Unidad en F, faradios

Tiempo de carga: tiempo que tarda un condensador en alcanzar los 2/3 de su tensión cuando se carga a través de una resistencia:

t = C · R

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6. CIRCUITOS INTEGRADOS (CI). EL CI 555Los circuitos integrados o chips son

dispositivos que contienen una gran cantidad de componentes electrónicos (diodos, transistores, resistencias, etc.) de muy pequeños tamaños y conectados entre sí.

Los CI más populares, aparte de los microprocesadores de los ordenadores, son los 555, que al funcionar como multivibrador monoestable se usa como temporizadores para regular luces intermitentes…

http://roble.pntic.mec.es/cgee0028/4esotecnologia/quincena4/4q2_sabermas_1b.htm

El CI 555 tiene 8 patillas y se le acopla un zócalo:

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