Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

U.2. ELECTRÒNICA ANALÒGICA (COMPONENTS BÀSICS)

1. Introducció2. Resistències3. Díodes4. Relés5. Transistors6. Condensadors7. Circuits integrats8. Polímetre

1. INTRODUCCIÓ

L’electrònica s’encarrega de l’estudi i desenvolupament de tota classe d’aplicacions en què el corrent elèctric travessa components semiconductors. En qualsevol sistema electrònic podem trobar tres tipus d’elements:

• Dispositius d’entrada : per exemple, els interruptors, les resistències variables amb la llum, la temperatura, micròfons...

• Dispositius de sortida : per exemple, els díodes LED, relés, brunzidors...

• Dispositius de procés o components capaços de realitzar per si mateixos una funció concreta de control sobre els senyals de sortida en funció de la senyal d’entrada que reben (transistors, circuits integrats...)

2. RESISTÈNCIES

Les resistències són components que ofereixen una oposició al pas del corrent elèctric i produeixen una caiguda de tensió o diferència de potencial entre els seus terminals. Consumeixen energia elèctrica i la transformen en calor.

En el camp de l’electrònica les resistències són elements auxiliars d’altres elements més complexes i permeten el seu funcionament, limitant el consum elèctric, en circuits de control i tractament de senyals.

• Tipus de resistències

Les resistències poden classificar-se en funció de la seva grandària, la seva constitució i la possibilitat de variar el seu valor.

Segons la seva constitució:

Resistències de pel·lícula de carbó Resistències de pel·lícula de metall Resistències bobinades

1

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

Les dues primeres estan formades per un suport ceràmic sobre el qual si posa la pel·lícula de carbó o metall que constitueix la part resistiva de l’element. En aquesta part si connecten els terminals. Per protegir la part activa es recobreix amb una resina o esmalt sobre la qual si dibuixen les franges de colors.

Les resistències bobinades solen ser més grans i tenen major precisió, donat que són més estables davant els canvis de temperatura.

Segons la possibilitat de variar el seu valor diferenciem:

Resistències fixes : tenen sempre el mateix valor Resistències variables : el seu valor varia dins uns límits

Les resistències fixesLes resistències fixes són aquelles que tenen sempre el mateix valor i tenen dos terminals.El codi de colors, serveix per identificar el valor en Ohms d'una resistència electrònica.Els dos primers anells corresponen a les dues primeres xifres, i el tercer anell, indica el factor a multiplicar. Finalment hi ha un quart anell que indica la tolerància del component

taula de codi de colors que t'adjuntem.Color 1a Franja 2a Franja 3a Franja 4a Franja

Negre 0 0 0 Marró + 1%

Marró 1 1 1 Daurat + 5%

Vermell 2 2 2 Platejat + 10%

Taronja 3 3 3 Blanc + 20%

Groc 4 4 4

Verd 5 5 5

Blau 6 6 6

Morat 7 7 7

Gris 8 8 8

Blanc 9 9 9

2

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

Les resistències variablesEl seu valor pot modificar-se voluntàriament o per factors externs.Les resistències variables poden ser; lineals o dependents.

Les resistències variables lineals tenen tres terminals i el seu valor és mòbil per l'usuari. Les resistències variables dependents varien la seva resistència en funció del factor del

que depenen; llum o temperatura.

Els potenciòmetres solen tenir tres cames i el seu valor de resistència el modifiquem nosaltres a través del seu selector central.

Les LDR (Light Dependent Resistor )s són unes fotoresistències que amb poca llum tenen un valor molt alt de resistència i amb molta llum tenen un valor molt petit de resistència la qual cosa permet el pas del corrent elèctric.

Les PTC (Positive Temperature Coefficient), son termistors o resistències sensibles a la temperatura, quan la temperatura és alta el seu valor de resistència és alt.

Les NTC (Negative Temperature Coefficient), són termistors o resistències sensibles a la temperatura, quan la temperatura és alta el seu valor de resistència és baix.

Associació de resistències

En sèrie Fórmula per al càlcul de la resistència equivalent o total en sèrie;

Rt=R1R2R3

En paral·lel

Fórmula per al càlcul de la resistència

equivalent o total en sèrie1Rt= 1R1

1R2

1R3

3

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

3. DÍODES

El díode és un semiconductor que es caracteritza per permetre el pas del corrent elèctric en sentit ànode-càtode (positiu-negatiu).

Es pot dir que es comporta com un interruptor ja que en sentit positiu-negatiu presenta molt poca resistència (aprox. 300Ω), mentre que en sentit negatiu-positiu la resistència pot arribar als 500kΩ.

Hi ha diversos tipus de díodes:

• Els díodes Zener que serveixen per estabilitzar el valor del corrent invers.• Els díodes Varicarp que actuen com a condensadors.• El díode led que emet llum (és el més utilitzat).S’han de connectar amb una resistència perquè sinó es cremen.

Els díodes tenen una caiguda de potencial de 0,7V i els LEDS de 1,5V.

Símbol d’un díode i díode Símbol d’un díode LED i conjunt de LEDS.

4

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

4. RELÉSEl relé és un automatisme que té dos circuits diferenciats:

• Un circuit electromagnètic : funciona amb quantitats molt petites de corrent (baix voltatge). En actuar sobre un electroimant, atreuen i desplacen els contactes mòbils del circuit secundari a través dels quals poden circular grans quantitats de corrent.

• Un circuit elèctric o circuit de contactes

Usos: acció de comandament, és a dir, amb petites senyals de control (comandament) són capaços de governar grans potències d’utilització, per la qual cosa poden actuar com a interruptors o com a commutadors.

Símbol d’un relé aspecte d'un relé

Quina funció té un relé?Permet ser activat com a interruptor en circuits de baix voltatge (4,5V, 6V, 9V, 12V) a la vegada que permet controlar com a mínim un circuit de voltatges més grans (220V o 380V).

Aquí teniu l'esquema dels dos circuits:

Com es connecta en un circuit?

5

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

5. TRANSISTORS

DescripcióEls transistors són operadors electrònics que, connectats de forma adequada en un circuit, poden funcionar com a interruptors i amplificadors de senyals elèctrics.

Disposen de tres cames o pius anomenats:

• Base (B)

• Col·lector (C)

• Emissor (E)

TIPUS DE TRANSISTORSCada pius es connecta a un element semiconductor, de tipus “n” (negatiu) o “p” (positiu), d’aquesta forma, en funció de la polaritat de la base tindrem la polaritat del col·lector i de l'emissor, així doncs el transistor s’anomenarà PNP o NPN, respectivament.

6

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

Com funciona un transistor?

Pot funcionar de tres formes:

Tall ; no passa corrent, es comporta com un interruptor obert, per l'emissor no circula corrent perquè a la base del transistor no arriba corrent elèctric.

Activa ; funciona com amplificador de corrent, a la base li arriba corrent i per tant deixa passar corrent cap a l'emissor des del col·lector, el corrent de l'emissor és proporcional al corrent de la base, si augmenta el corrent de base augmenta el corrent de l'emissor).

Saturació ; l'emissor deixa passar el màxim de corrent possible perquè a la base li arriba el màxim de corrent permès, en cas de sobresaturació de corrent a la base el transistor es crema.

(mireu el símil hidràulic pàg. 96)

Fórmules bàsiques per a càlculs de circuits amb transistors

Mes informació sobre transistors:És convenient cercar el full de característiques dels transistors per a saber en cas de dubtes quina és la distribució correcta dels pius i també per a saber els límits màxims d'intensitat d'entrada per la Base i Col·lector així com les amplificacions de senyals i les intensitats de sortida.

Vos recomanem la pàgina següent que està amb anglès, : http://www.datasheetcatalog.com/

7

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

6. CONDENSADORS

El condensador és un element que té la capacitat d’emmagatzemar càrrega elèctrica, fins i tot després de separar-lo del circuit. Això és degut a què manté una ddp(diferència de potencial) entre els seus terminals. (Eviten que hi hagi pics de tensió en un circuit electrònic)

Estan constituïts per dues plaques o armadures conductores enfrontades i aïllades per una substància no conductora anomenada dielèctric.

• Tipus de condensadors

Segons la seva constitució física (forma de les plaques)

Plans o de plaquesCilíndricsDe discDe pastilla...

Segons el material del dielèctric

AireMicaPaperElectrolíticsCeràmics...

Els més utilitzats són:

Els bobinats: les plaques solen ser d’alumini i el material aïllant paper impregnat en oli o parafina, polièster o policarbonat. No tenen polaritat.

Símbol d’un condensador bobinat.

Els electrolítics: es caracteritzen per ser molt més petits que els bobinats per una mateixa capacitat. Són més inestables amb la temperatura i tenen polaritat.

Símbol d’un condensador electrolític

8

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

Valor de la capacitat d’un condensador

Els condensadors es caracteritzen pel valor de la seva capacitat. Se denomina capacitat (C) d’un condensador a l’aptitud que tenen per acumular càrrega elèctrica. La unitat de mesura és el faradi (F). Però un farad és una unitat molt gran, per això s’utilitzen els submúltiples com el: milifarad (mF), microfarad (μF), nanofarad (ηF). Ex: 2200μF, 50ηF...

C=QV

On Q és la càrrega acumulada expressada en coulombs (C) i V la ddp entre les plaques del condensador.

Múltiples

Múltiple Nom Símbol Múltiple Nom Símbol

100 farad F

101 decafarad daF 10–1 decifarad dF

102 hectofarad hF 10–2 centifarad cF

103 quilofarad kF 10–3 mil·lifarad mF

106 megafarad MF 10–6 microfarad µF

109 gigafarad GF 10–9 nanofarad nF

1012 terafarad TF 10–12 picofarad pF

1015 petafarad PF 10–15 femtofarad fF

1018 exafarad EF 10–18 attofarad aF

1021 zettafarad ZF 10–21 zeptofarad zF

1024 yottafarad YF 10–24 yoctofarad yF

Temps de càrrega d’un condensador

El producte RC s’anomena constant de temps.

El temps de càrrega és el temps que triga un condensador en arribar als 2/3 de la seva tensió quan es carrega a través d'una resistència.

t=R∗C

En la pràctica es considera que un condensador està totalment carregat quan han transcorregut cinc constants de temps, és a dir, quan:

t=5∗R∗C

Energia emmagatzemada per un condensador

Una vegada finalitzat el procés de càrrega, el valor de l’energia acumulada, en forma de tensió elèctrica, és:

E=12∗C∗V 2

9

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

Associació de condensadors

En sèrie

La càrrega acumulada per cada un d’ells és la mateixa, però la ddp entre els extrems del conjunt és la suma de les V parcials.

1C t

= 1C 1

1C2

1C3

En paral·lel

La ddp entre els extrems és la mateixa i la càrrega total acumulada és la suma de cada un d’ells.

C t=C1C2C 3

10

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

7. CIRCUITS INTEGRATS (CIs)

Un circuit integrat és una pastilla o xip on es troben tots els components electrònics necessaris per a realitzar una funció. Aquests components estan formats, principalment, per condensadors, díodes, resistències i transistors.

En quant a les funcions integrades, els circuits es classifiquen en dos grans grups:

• Circuits integrats analògics.

Poden constar des de simples transistors encapsulats junts, sense unió entre ells, fins a dispositius complets com amplificadors, oscil·ladors o fins i tot receptors de ràdio complets.

• Circuits integrats digitals.

Poden ser des de bàsiques portes lògiques (AND, OR, NOT) fins als més complicats microprocessadors.

Existeixen dues avantatges principals dels CIs sobre els circuits convencionals: cost i rendiment. El baix cost es degut a que els xips, amb tots els seus components, són gravats en una sola peça per fotolitografia i no construint els transistors un a un.

Avenços en els circuits integrats

Entre els circuits integrats més avançats es troben els microprocessadors, que controlen des de computadors fins a telèfons mòbils i forns microones. Els xips de memòria digitals són una altre família de circuits integrats que son d'importància crucial per a la moderna societat de la informació. Mentre que el cost de dissenyar i desenvolupar un circuit integrat complex es força alt, quan es reparteix entre milions d'unitats de producció, el cost individual de cada CI es redueix al mínim. L'eficiència dels CIs és alta degut a que la petita mida dels xips permet connexions curtes que possibilita l'ús de lògica de baix consum (com es el cas del CMOS en altes velocitats de commutació.

Amb el transcurs dels anys, els CIs estan constantment migrant a mides més petites i amb millors característiques, permetent que hi hagi més circuits empaquetats a cada xip. Al mateix temps que la mida es redueix, pràcticament tot millora (el cost i el consum d'energia disminueix i la velocitat augmenta).

11

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

8. POLÍMETRE (MULTÍMETRE O TÈSTER).

Què és?El polímetre és un aparell de mesura amb el qual podem mesurar; el voltatge, la intensitat, la resistència, i d'altres mesures secundàries com; continuïtat, capacitats, potències, patilles de transistors (emissor, base, col·lector).

Altres noms amb els qual es coneix el polímetre són tèster o multímetre.

Quan un polímetre mesura voltatges s'anomena voltímetre.Quan un polímetre mesura resistències s'anomena òhmmetre.Quan un polímetre mesura intensitats se l'anomena amperímetre.

Tipus de polímetres; els analògics que efectuen la lectura amb una agulla i els digitals que presenten els valors de les mesures a través d'una pantalla.

Regles d'utilització:

1. Heu de conèixer el tipus de magnitud que desitges mesurar (V, I, R, etcètera).

2. Has de saber quin tipus de corrent vols mesurar (altern o continu). En el cas del corrent continu (c.c.) has de seleccionar la polaritat amb les puntes de prova. La punta de prova negre serà el valor (-) i la punta de prova vermella serà la (+).

3. Tria l'escala, si ignores el valor aproximat que pots obtenir, cal començar sempre pel valor més alt per evitar sobrecàrregues que puguin fer malbé l'aparell de mesura i ves baixant d'escala fins a trobar el valor més adient.

4. Situa correctament el polímetre en el circuit de mesura (en sèrie o en paral·lel i en el cas de mesura de resistències el circuit ha d'estar desconnectat de la font d'alimentació, pila o bateria).

5. Interpreteu correctament l'escala (en els analògics) o la unitat seleccionada (en els digitals.)

Comencem a treballar amb el polímetre

Per mesurar tensions, resistències i continuïtat farem el següent: Inseriu la clavilla negra de la punta de mesura al connector negre COM. Inseriu la clavilla vermella de la punta de mesura al connector vermell V/Ω.

Per mesurar intensitats: Inseriu la clavilla negra de la punta de mesura al connector negre COM. Inseriu la clavilla vermella de la punta de mesura al connector 20A màx o bé mA,

depenent del valor màxim que volem mesurar. Si no ho sabeu demaneu al professor, es pot fer malbé el fusible intern del polímetre!!.

Seleccioneu el camp de mesura amb la roda selectora. Connecteu les puntes de prova al circuit correctament en funció del tipus de mesura

que heu de fer (sense pila, generador o bateria per resistències, en paral·lel per a mesurar tensions i en sèrie per mesurar intensitats de corrent).

La pantalla de cristall líquid (display) mostra el valor i la unitat mesurada (no tots els polímetres la mostren.

12

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

Passes a seguir segons el següent esquema

Connexions en funció de la magnitud a mesurar

13

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

14

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

BIBLIOGRAFIAhttp://www.fv.uan.edu.mx/mod/resource/view.php?id=1841

EXERCICIS. COMPONENTS ELECTRÒNICS BÀSICS

NOM I LLINATGES............................................................... .CURS...........DATA..................

1.-Quin valor tenen les següents resistències en funció del codi de colors?

R1(vermell, vermell, taronja)R2 (groc, morat, blanc)R3 (marró, negre, verd)R4 (vermell, taronja, vermell)

2.-Què són i com funcionen les següents resistències: LDR, potenciòmetre, NTC i PTC?3.-Quines són les regles d'utilització d'un polímetre?4.-Copia l'esquema de funcionament d'un polímetre?5.-Què és un transistor? Dibuixa el seu símbol i indica el nom de cada patilla.6.-Dibuixa els símbols dels dos tipus de transistors.7.-Explica els diferents tipus de funcionament d'un transistor.8.-Què són els condensadors?9.-Què és un condensador polaritzat?10.-Què és la capacitat d'un condensador?11.-Què és el temps de càrrega?12.-Calcula el temps de càrrega d'un condensador de 1200μF connectat a una resistència de 20KΩ13.-Calcula amb les dades de l'exercici anterior el temps necessari per a considerar que el condensador està totalment carregat.13.-Què es l'electrònica?14.-Agrupa els següents dispositius segons pertanyin a la seva categoria: relés, díodes, resistències variables amb llum, micròfons, transistors circuits integrats.

Dispositius d'entrada Dispositius de sortida Dispositius de procés

15.-Quina és la funció de les resistències en el camp de l'electrònica?16.-En quins tres grans grups principals es poden classificar les resistències? Dins de cada grup principal quins grups de resistències hi ha?17.-Calcula el valor de la resistència equivalent de 3 resistències associades en sèrie si el seus valors són R1=100Ω, R2=1K, R3=2,2K.Calcula el valor de la resistència equivalent de 3 resistències associades en paral·lel si el seus valors són R1=150Ω, R2=1,1K, R3=2200K.18.-Què és un díode? Quines són les seves característiques.19.-Quins tipus de díodes hi ha? Dibuixa el símbol d'un díode i d'un díode LED.20.-Què és un relé i quins usos té?21.-Dibuixa el símbol d'un relé.22.-Calcula la capacitat equivalent de 3 condensadors connectats en sèrie, si el seus valors són: C1=100nF, C2=2pF i C3=100uF.22.-Calcula la capacitat equivalent de 3 condensadors connectats en paral·lel, si els seus valors són: C1=10nF, C2=20pF i C3=5uF.

15

Departament de Tecnologia U.2.Electrònica 4t ESO

24.-Explica que és un circuit integrat com es classifiquen i quines funcions realitzen segons la seva classificació?25.-Quines són les avantatges dels CIs sobre els circuits convencionals?26.-Enumera 5 aparells elèctrics o electrònics que utilitzin Cis.27.-Indica el nom de cada component electrònic.

16