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Comprobación De Circuitos Electrónicos Fundamentales

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Unidad 1: Conceptos Básicos

1. Conceptos básicos de electricidad

Introducción

En la actualidad dependemos de la electricidad y de una gran cantidad de dispositivos

electrónicos como el teléfono, la radio, la televisión, la computadora etc. El diseño e

invención de estos aparatos y de otros más no hubiera sido posible desarrollarlos sin la

comprensión de las leyes de la electricidad.

Ahora bien esta primera unidadtoma como punto de partida estudio de la materia, dándole

mayor importancia al electrón que es la partícula fundamental, con carga negativa y

causante de de fenómenos físicos, eléctricos y electrónicos que han transformado

totalmente la forma de vida del ser humano. Conforme al avance de la

lecciónanalizaremos las diferencias que existen entre la electricidad y la electrónica

mediante definiciones específicasque aclaren que aunque su pronunciación es casi

idéntica, en la vida real son disciplinas diferentes; identificaremos también, elementos

básicos de generación de la electricidad, la relación entre voltaje y corriente, así mismo

conoceremos la simbología mas utilizada en electricidad y electrónica.

Como complemento a esta unidad se propondrán algunas practicas con la finalidad de

que el alumno se vaya familiarizando con el uso de la herramienta del taller de electrónica y

de los componentes que en posteriores sesiones se analizaran detalladamente.

1.1.La materia

La materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, es todo lo que vemos; cosas o

seres vivos.

La materia se presenta en nuestra naturaleza en tres estados:

1) Estado sólido: Es aquella que tiene siempre una forma y volumen definidos, ejemplo de

esto es un trozo de madera, una piedra etc.

2) Estado liquido: Es aquella que tiene un volumen determinado y una forma indeterminada

ocasionada por el recipiente que la contiene, por ejemplo un litro de agua en una jarra,

el refresco dentro de una botella etc.

3) Estado gaseoso: es aquella donde el volumen y la forma son indefinidos, es decir que

adopta la forma del contenedor que la contiene, con la particularidad de que este

deberá estar cerrado para no escapar del contenedor. Ejemplos de esto es el gas que

empleamos para las estufas, los aerosoles como la pintura entre otros.


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1.1.2.Constitución de la materia

Supongamos que ahora untrozo de soldadura de plomero elaborada mediante la unión de

estaño y plomo; va a serpartida en trozos hasta no poder hacer mas particionese incluso

casi sin poder mirarlos a simple vista y procedemos a imaginar que tenemos un súper-

microscopio para visualizar el pedazo mas pequeño obtenido. Entonces tendremos que enel

visor del microscopio ahora vemos ese mismo trozo de soldadura pero ahoracon la novedad

de que las particiones realizadas son ahora el mismo estaño y plomo pero separados. Esto

quiere decir que las partes mas pequeñas obtenidas son las moléculas que conforman a la

soldadura.

De este modo afirmamos entonces, que cualquier tipo de materia esta constituida por

moléculas que cumplen con las características del objeto real. Y que entonces la molécula estará formada por átomos.

1.1.3.El átomo

La palabra átomo procede del griego y quiere decir no visible y es el que integra a la

materia que nos rodea (piedras, aire, agua etc.)

El átomo esta constituido en su núcleo por Protones cuya carga es de carácter positivo y

Neutrones sin carga eléctrica. En las orbitas se encuentran los electrones cuya carga es

negativa. La ultima orbita asienta a los electrones de valencia, en nuestro caso 7 electrones

de valencia; sin embargo esta orbita nunca llegara a tener mas que 8 electrones.

Su representación queda como lo muestra la imagen siguiente:

1.1.4.Los iones

Son átomos en cuyo estado poseen el mismo número de electrones que de protones. Sin

embargo cuando en ciertas condiciones que no sonprecisos mencionar ahora, este tipo de

átomos pueden ganar o perder electronesconvirtiéndose en un ion negativo si esta ha de

tener más electrones que protones o en un ion positivo cuando la cantidad de protones es

mayor que la de electrones.

Electrones

de

valencia.

Electrón (e-)

Protón (p+)

Neutrón (nº)


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En seguida podemos ver la imagen representativa del ion negativo y del ion positivo

respectivamente:

1.2.¿Que es la electricidad y que la electrónica?

Electricidad: Es un fenómeno físico que surge cuando los cuerpos adquieren de algún modo

la propiedad de quedar electrizados con cargas de carácter negativo o positivo, es decir,

que han ganado o perdido electrones. A este fenómeno se le conoce como electricidad.

Sin embargo como la electricidad permanece en reposo en los objetos recibe entonces el

nombre de electricidad estática (estática quiere decir que no se mueve). Cuando las

cargas se mueven a través de un conductor desde una central eléctrica hasta un receptor

eléctrico (foco, Tv. radio) entonces se le llama electricidad dinámica (dinámica quiere decir

que esta en movimiento). En fin casi todas las aplicaciones practicas de de la electricidad

son de este tipo.

Electrónica:Es el estudio del movimiento de los electrones en dispositivos especiales como

transistores.

1.3.Conductores y aislantes

Para que la electricidad pase de un punto a otro en un circuito se precisa entonces el uso

de materiales que opongan la mínima resistencia al paso de la corriente eléctricaeste tipo

de materiales son los metales, y el mas empleado en la elaboración de conductores es el

cobre por ser mas barato; aunque hay otros como el oro que son mejores conductores pero

su precio es may elevado. A estos materiales les asignaremos el nombre de materiales

conductores.

Por otro lado tenemos también a ciertos materiales que son malos conductores de la

corriente eléctrica como el hule, la madera, el plástico, la goma etc. Y reciben el nombre de

Átomo excitado con carga eléctrica negativa

Átomo excitado con carga eléctrica positiva


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materiales aislantes o también llamados dieléctricos.

1.3.1.Hilos y cables conductores

Un hilo conductor es aquel que esta formado por un solo hilo, y de área muy pequeña en

comparación a su longitud. Mientras tanto un cable conductor esta formado por varios hilos

conductores trenzados entre si.

En electrónicatanto los hilos como los cables son de cobre y en muchas ocasiones para

facilitar su soldadura, los conductores se recubren con una pequeña capa de estaño. Por

otro lado en un circuito se pueden emplear conductores desnudos o con una cubierta

aislante que puede ser de policloruro de vinilo (PVC) y de Teflón de diversos espesores.

La sección de un hilo o cable conductor dependerá de la cantidad de corriente que por

ellos circule. A mayor nivel de corriente mayor deberá ser la sección delconductor. Lo mismo

que cuando se ponga la cubierta a los conductores, pues esta deberá ser mayor cuanto

mayor sea el voltaje o tensión que por ellos circule.

1.4.Simbología

Longitud

Sección

Representación de un hilo conductor


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1.5.Fuentes de electricidad


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El principio físico según el cualuna de las partículas atómicas,el electrón, presenta una

carganegativa el cual constituye el fundamento de una de las fuentes de energía más

importantes de la vida moderna: la electricidad. Básicamente, existen seis formas diferentes

de generar electricidad, aunque sólo algunas pueden considerarse fuentes eficaces de

energía; de las cuales tenemos: por fricción o inducción, por reacción química, por presión,

por calor, por luz y por magnetismo.

Electricidad por fricción o inducción: esta fue descubierta desde la antigua Grecia. Por mera

casualidad, Tales de Mileto observó que al frotar en la piel de los animales una pieza de

ámbar, ésta adquiría la propiedad de atraer pequeños trozos de virutas de madera.

Actualmente, sabemos que cuando dos cuerpos se frotan entre sí, uno de ellos “cede”

electrones al otro. Es decir, mientras de uno de esos cuerpos se desprendentales partículas

subatómicas, el otro las recibe; como resultado, el primero queda con déficit de electrones y

el segundo con exceso. Cuando un átomo tiene déficit de electrones, la carga total del

material es positiva; cuando tiene exceso de electrones, el material adquiere una carga

total negativa. En general a este tipo de electricidad se le conoce como electricidad

estática.

Electricidad por reacción química:Es una de las formas más eficientes y ampliamente

utilizadas para generar electricidad, como ejemplo tenemos a las pilas y baterías utilizadas

en equipos portátiles, radios, automóviles, etc.; ya que la pila es un medio que transforma la

energía química en eléctrica, y esta constituida por un electrolito (que puede ser líquido,

sólido o de pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo.

Electricidad por presión:Esta electricidad surge mediante el uso de materiales

piezoeléctricos que son quienes liberan electrones cuando se les aplica una fuerza. Su

nombre se deriva del término griego Piezo, que significa “presión”. Cuando se aplica una

fuerza sobre el material, los electrones son obligados a salir de sus órbitas y se desplazan

hacia el punto opuesto a aquel en que se está ejerciendo la presión; cuando ésta cesa, los

electrones regresan a los átomos de donde proceden. El ejemplo mas representativo de

este tipo de generación de electricidad es el micrófono, elemento que en años anteriores se

empleo para grabar música en surcos de discos de acetato negros.

Electricidad por calor: Surge cuando se aplica energía calorífica a determinados metales,

formando un par unión, entonces éstos aumentan el movimiento cinético de sus átomos; así,

se origina el desprendimiento de los electrones de las órbitas de valencia.Entonces Cuanto

más calor se aplique a la unión de esos metales, mayor será la cantidad de carga eléctrica

que pueda producirse. A este tipo de fenómeno recibe el nombre de termoelectricidad y a

los dispositivos formados por dos metales se les asigna el nombre de termopar.

Electricidad por luz: Se obtiene mediante un “efecto fotoeléctrico” el cual consiste en la

liberación de electrones de un material determinado, cuando la luz incide sobre ellos. El

efecto fotoeléctrico se puede aplicar en electrónica mediante métodos de fotoionización

aplicada a gases no conductores y con ciertas características liberando electrones y

formando iones, fotovoltaico aplicado a materiales semiconductores para producir una

diferencia de potencial y por ultimo el de la fotoconducción usado en foto resistores que


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con la luz incidente disminuyen su resistencia provocando una pequeña diferencia de

potencial en sus terminales.

Electricidad por magnetismo:Es conocida también como magneto electricidad y como

ejemplo tenemos a generadores eléctricos diversos; constituidos con cientos de espiras de

alambre que rodean un núcleo ferromagnético. Todo se monta sobre un eje giratorio,

dentro de un campo magnético intenso. Al girar, las espiras de alambre cortan cientos de

veces las líneas de fuerza magnética;con esto se obliga a los electrones de cada una de las

espiras a establecer una acumulación de cargas, la cual se globaliza para finalmente

obtener magnitudes considerables de voltaje y de corriente aprovechables.

1.6.Sistema Internacional de Unidades( Múltiplos y submúltiplos Voltaje y corriente)

Antes de adentrarnos al estudio del voltaje y corriente analizaremos las unidades del sistema

internacional que más nos vamos a encontrar en nuestra vida de profesionales de la

electrónica (ver tabla 1), así como de los múltiplos y submúltiplos empleadospara el uso de

dichas unidades (ver tabla 2).

Magnitud física Nombre Símbolo

Tiempo segundo s

Intensidad de corriente eléctrica amperio A

Intensidad luminosa candela cd

frecuencia hertzio Hz

energía julio J

potencia vatio W

Carga eléctrica culombio C

Diferencia de potencial eléctrico voltio V

Resistencia eléctrica ohm Ω

conductancia siemens S

capacidad faradio F

Flujo de inducción magnética Weber Wb

inductancia henrio H

Inducción magnética tesla T

iluminación lux lx Tabla 1. Unidades del sistema internacional SI

Submúltiplo Prefijo Símbolo Múltiplo Prefijo Símbolo

10-1 deci d 10 Deca Da

10-2 centi c 102 Hecto H

10-3 mili m 103 Kilo K

10-6 micro μ 106 Mega M

10-9 nano n 109 Giga G

10-12 pico p 1012 Tera T

10-15 femto f 1015 Peta P

10-18 ato a 1018 Exa E Tabla 2. Múltiplos y Submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades SI


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En electrónica siempre nos vamos a encontrar con este tipo de datos por eso seria

importante que los vayamos estudiando para aprenderlos.

Muy bien ahora vamos a analizar de manera muy especifica algunas de las unidades del SI

que emplearemos durante el curso.

Diferencia de potencial eléctrico:Denominada VOLT, se utiliza para medir la tensión

eléctrica; se abrevia "V". Es una unidad SI de potencial, definida como la diferencia de

potencial que debe de existir entre dos puntos de un conductor para que la corriente sea

de un amperio y la potencia disipada de un vatio. Su nombre procede del descubridor

italiano de la pila voltaica, el conde Alessandro volta.

Muchas veces, en electrónica usaremos tensiones más pequeñas que el VOLT, pero en

electricidad industrial es común hablar de KILOVOLT (kV), que equivale a 1.000V.por ejemplo

en electrónica podemos utilizar tensiones pequeñas tales como:

1V = 1.000mV, 1V =1.000.000µV, 1V = 0,001kV

Amperio:Es la unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica (símbolo A). Se

llama intensidad de corriente a la cantidad de carga que circula en un segundo. Es decir,

los electrones llevan una carga eléctrica medida en CULOMBIOSy podemos decir que la

corriente eléctrica es la carga eléctrica transportada por esos electrones durante el intervalo

de tiempo considerado. Si la carga eléctrica es de 1Cb y el tiempo es de 1s, se obtendrá

una corriente eléctrica de 1A (inicial de AMPERE, por el físico francés ANDRÉ MARIE AMPÈRE),

siendo ésta, la unidad de intensidad de corriente eléctrica.

En electrónica, esta unidad de medición resulta grande, por tal motivo se utilizan los

submúltiplos del ampere.

1A = 1.000mA (mili Ampere), 1A = 1.000.000µA (micro Ampere)

Ohm: Es la unidad de medida de la resistencia eléctrica (símboloΩ) se define la resistencia

eléctrica como una propiedad que presentan los materiales frente al paso de la corriente

eléctrica. La resistencia es llamada así por el físico alemán GEORGE SIMON OHM quien la

descubrió.

Podemos, como en el caso de la corriente y la tensión, usar múltiplos y submúltiplos del ohm

para representar resistencias grandes y chicas. Sin embargo es más común el uso de

múltiplos 1x103 y 1x106, es decir:

1,000 Ω= 1k Ω, 1, 000,000=1M Ω


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Vatio: Es la unidad de Potencia Eléctrica (símbolo W), y se define como la cantidad de

trabajo que realiza una carga en una unidad de tiempo, matemáticamente expresada

como:

En la fórmula anterior, lo que figura entre paréntesis (Q/t), es el cociente entre la carga

eléctrica que circula y el tiempo durante el cual lo está haciendo, lo que simboliza a la

corriente eléctrica I. Si reemplazamos este concepto en la fórmula anterior nos queda:

O sea que la potencia eléctrica es el producto de la tensión aplicada a un circuito

multiplicada por la corriente que por él circula. Podemos decir que en una carga se

desarrolla una potencia de 1W cuando se le aplica una tensión de 1V y que por ella circula

una corriente de 1A. Sin embargo en electrónica de potencia suele utilizarse un múltiplo del

Watt llamado kilowatt (kW), que representa 1.000W. En cambio, para la mayoría de los

circuitos electrónicos de pequeña señal, el watt resulta una unidad muy grande, razón por la

cual se emplean submúltiplos como el miliwatt (mW), que corresponde a la milésima parte

del watt, o el microwatt (µW), que representa a la millonésima parte del watt.

Faradio:Es la unidad de medida de la capacidad (símbolo F).Donde la capacidad eléctrica

de símbolo C es la capacidad de un cuerpo para almacenar carga eléctrica. La carga se

almacena en un dispositivo llamado condensador utilizado en los circuitos eléctricos.

Matemáticamente la capacidad esta expresada como:

C= Q/V

Por lo tanto el faradio siendo la unidad de medida de la capacidad se tiene que:

1F=1Q/1V

Henrio: Unidad de SI de autoinducción e inducción mutua (unidad H). De define como la

auto inducción de un circuito cerrado en el cual una variación constante de intensidad de

1 amperio por segundo produce una f.e.m. de 1 voltio. Recibe su nombre de Joseph Henry.

En la inducción, mutua, la generación de f.e.m. en un circuito es debida a una variación de

la intensidad de corriente que circula por otro circuito, con el cual el primero esta

magnéticamente conectado.

Donde;

Q = es la carga almacenada en Culombios

V = la diferencia de potencial


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1.7.Introducción a los circuitos

Con el propósito de que comprenda en posteriores sesiones el funcionamiento de circuitos

variados se ha diseñado este apartado, suplicándole preste la suficiente atención para una

excelente comprensión.

Circuito:Es la agrupación de varios elementos que ordenados adecuadamente cumplen

con una función determinada. Estos componentes constituyen lo que de manera mas

profesional de aquí en adelante los llamaremos etapas; cuyo diseño se ha de estar dispuesto

dentro de algún equipo electrónico cualquiera.

Circuito lámpara:Un circuito lámpara es relativamente sencillo y su diseño emplea tan solo

una pila, un interruptor y una lámpara incandescente; como sigue en seguida:

Circuito conmutador: un circuito conmutador es aquel cuya función es cambiar el paso de

la corriente de un circuito a otro.

Funcionamiento: la pila hace un suministro de 1.5V,

mismo que admite la lámpara para un óptimo

funcionamiento. Cuando el interruptor cierra su

contacto de acuerdo con el sentido convencional de

la corriente existirá un flujo del terminal positivo de la

pila, que pasara a través del interruptor y llegara a un

terminal de la lámpara para salir por el otro y llegar así

al Terminal negativo de la pila, esto ocasionara que

esta se enciendamientras el interruptor este cerrado.

Funcionamiento:La pila hace un suministro de 1.5V, mismo que

admiten las lámparas. Cuando el interruptor general cierra su

contacto estaremos alimentando la lámpara roja, ya que el

interruptor cierra el circuito por uno de sus terminales. Al

cambiar de posición el conmutador la alimentación llegara a

la lámpara verde cerrando así el circuito. El funcionamiento

de este circuito permanecerá hasta que el interruptor general

abra sus contactos. Es importante que en este tipo de

circuitos, por cuestiones de seguridad, el interruptor general lo

posicionemos al inicio como abierto.

CONMUTADOR

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