electricidad y electrónica tecnología e.s.o. (segundo ciclo)

Electricidad y electrónica

TecnologíaE.S.O.

(Segundo ciclo)

El circuito eléctrico

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos que, unidos convenientemente entre sí, permiten la circulación de electrones (electricidad).

El circuito eléctrico

Componentes:

Generadores y/o acumuladores. Conductores. Receptores. Elementos de control. Elementos de protección.

El circuito eléctrico

Componentes:

Generadores y/o acumuladores. Conductores. Receptores. Elementos de control. Elementos de protección.

GENERADORES Y ACUMULADORES

Un generador es aquel elemento a partir del cual se genera corriente eléctrica (alternador, dinamo, etc.).Un acumulador es aquel elemento donde almacenamos electricidad (pila, batería, etc.).

El circuito eléctrico

CONDUCTORES Y AISLANTES

Denominamos conductores a aquellos materiales que dejan pasar la corriente eléctrica con facilidad o que ofrecen poca resistencia a su paso (cobre, plata, aluminio, etc.)

Denominamos aislantes a aquellos materiales que no dejan pasar o que permiten el paso de poca corriente eléctrica (mica, porcelanas, vidrio,etc).

El circuito eléctrico

RECEPTORES

Son aquellos elementos que reciben la corriente eléctrica y la transforman en algo útil, bien sea en luz (bombillas), calor (resistencias), movimiento (motores), sonido (timbre), etc.

El circuito eléctrico

ELEMENTOS DE MANIOBRA

Son aquellos elementos que se intercalan en el circuito para abrir o cerrar el paso de la corriente según sea preciso.

Los elementos de maniobra más conocidos son:

    - Interruptores    - Pulsadores    - Conmutadores    - Conmutadores de cruce

El circuito eléctrico

ELEMENTOS DE PROTECCION

Son aquellos elementos que se intercalan en el circuito para proteger toda la instalación de posibles sobrecargas por establecer contacto directo entre los conductores (cortocircuito) y también para proteger a las personas de posibles accidentes.

El circuito eléctrico

Los elementos de protección más conocidos son:

•Fusibles.•Automáticos (magnéticos y magnetotérmicos)•Diferenciales.

El circuito eléctrico

Resistencia. Voltaje. Intensidad.

MAGNITUDES FUNDAMENTALES

Las magnitudes fundamentales de los circuitos eléctricos son:

La resistencia eléctrica es la mayor o menor facilidad que ofrece un elemento para transportar la corriente eléctrica.

La resistencia eléctrica representa la oposición que presenta un conductor para que a su través circule una corriente eléctrica. Dicho de otra manera, la resistencia eléctrica es la oposición que presenta un material a que los electrones pasen a su través.

La resistencia eléctrica se representa con la letra R y se mide en ohmios ().

La resistencia

La resistenciaLa resistencia eléctrica es una propiedad que depende del material. Según el valor de la resistividad, y por tanto su comportamiento con respecto a la electricidad, los materiales se pueden clasificar en:

Materiales conductores.Materiales semiconductores.Materiales aislantes.

Materiales conductores

Tienen una resistividad de hasta 210-6 m. En este grupo están los metales. Estos materiales se utilizan (los de menor resistividad) para hacer hilos y cables conductores, así como elementos eléctricos (transformadores, motores, generadores, etc). Se utiliza mucho el cobre y el aluminio. También son buenos conductores del calor.

La resistencia

Materiales semiconductores

Tienen una resistividad entre 1 y 10000 m. En este grupo se encuentran principalmente el germanio y el silicio. Estos materiales son de gran importancia, sobre todo el silicio, ya que es la base para la fabricación de los componentes electrónicos.

La resistencia

Materiales aislantes

También denominados dieléctricos. Tienen una resistividad mayor que 1015 m. Estos materiales no permiten el paso de la electricidad. Se utilizan pues como recubrimiento de cables y en estructuras de dispositivos eléctricos. Los más utilizados son los plásticos.

La resistencia

Resistencias en serie:

R = R1 + R2 + ... + RN

Resistencias en paralelo:

1 1 1 1----- = ----- + ----- + ··· + ----- R R1 R2 RN

Asociación mixta

Asociación de resistencias

La tensión, voltaje o diferencia de potencial indica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito.

El voltaje o diferencia de potencial (d.d.p.) se representa con la letra V y su unidad es el voltio (V).

Nota: Una carga es capaz de desplazarse libremente entre dos puntos de un campo eléctrico siempre que entre esos puntos exista una diferencia de potencial. Por tanto, para que se origine una corriente eléctrica en un conductor, es condición necesaria que entre sus extremos exista una diferencia de potencial.

Voltaje

La intensidad (I) de corriente eléctrica representa la cantidad de carga eléctrica que atraviesa la sección de un conductor en la unidad de tiempo.

I = Q / t

La intensidad se representa por la letra I y su unidad es el amperio, que se representa con la letra A y que equivale a 1 culombio / 1 segundo.

1A = 1C / 1s

La intensidad (I)

La Ley de Ohm se puede enunciar de la siguiente manera:

La intensidad de corriente eléctrica que atraviesa un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial o voltaje entre sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia del conductor.

I = V / R

La ley de Ohm

Matemáticamente, la ley de Ohm se puede expresar mediante la ecuación:

I = V / Rdonde :

I = Intensidad en amperios (A)V = Voltaje o d.d.p. en voltios (V)R = Resistencia en ohmios ()

La anterior ecuación también se puede expresar de las siguientes maneras:

V = R · I R = V / I

Nota: La Ley de Ohm nos permite relacionar las tres magnitudes fundamentales de un circuito eléctrico (intensidad, voltaje y resistencia) de manera que conociendo dos de ellas, podemos calcular la tercera.

La ley de Ohm

Tipos de resistenciasResistencias fijasResistencias variables (Potenciómetros)Resistencias dependientes

Resistencias dependientes de la luz (LDR)Resistencias dependientes de la temperatura (PTC y NTC)Resistencias dependientes del voltaje (VDR)

Tipos de resistencias

Tipos de resistencias

Resistencias fijas

Tienen un valor fijo, constante, que el fabricante pone sobre la propia resistencia (con números o con un código de colores). Son las más habituales, y se pueden ver en cualquier circuito electrónico.

Tipos de resistenciasResistencias variables (Potenciómetros)

Un potenciómetro es una resistencia cuyo valor se puede modificar moviendo un contacto giratorio o deslizante, sobre un elemento resistivo. Tienen un valor que el usuario puede variar a voluntad entre unos límites. Se utilizan para ajustar algún parámetro en un circuito electrónico; por ejemplo subir o bajar el volumen, etc.

Tipos de resistencias

Resistencias dependientes: Varían su valor automáticamente en función de alguna magnitud física. Tendremos:

Resistencias dependientes de la luz (LDR)Resistencias dependientes de la temperatura (PTC y NTC)Resistencias dependientes del voltaje (VDR)

Tipos de resistenciasResistencias dependientes de la luz (LDR)

Su resistencia varía en función de la luz que reciben, de forma que cuando aumenta la cantidad de luz que incide sobre ella, su resistencia disminuye; es decir, cuanta más luz menos resistencia. Tienen un encapsulado transparente para que la luz llegue a su interior. Se utilizan en detectores por interrupción de luz, fotómetros, interruptores crepusculares, etc.

Tipos de resistenciasResistencias dependientes de la temperatura (PTC y NTC)

Su resistencia varía con la temperatura. En las de coeficiente de temperatura negativo o NTC, al aumentar la temperatura disminuye la resistencia, mientras que en las de coeficiente de temperatura positivo o PTC, al aumentar la temperatura también aumenta la resistencia. Se utilizan en termómetros, detectores de nivel de líquidos, alarmas contra incendios, etc.

Tipos de resistenciasResistencias dependientes de la temperatura con coeficiente de temperatura positivo (PTC)

Su resistencia varía con la temperatura de tal manera que, al aumentar la temperatura también aumenta la resistencia. Se utilizan en termómetros, detectores de nivel de líquidos, alarmas contra incendios, etc.

Tipos de resistenciasResistencias dependientes de la temperatura con coeficiente de temperatura negativo (NTC)

Su resistencia varía con la temperatura de tal manera que, al aumentar la temperatura disminuye la resistencia. Se utilizan en termómetros, detectores de nivel de líquidos, alarmas contra incendios, etc.

Tipos de resistencias

Resistencias dependientes del voltaje (VDR)

Al aumentar el voltaje entre sus extremos disminuye su resistencia. Se utilizan en circuitos de protección contra sobretensiones.

Tipos de resistencias

Resistencias (Símbolos)

Interruptores y relés

Con el fin de regular la circulación de la corriente, se intercalan en los circuitos una serie de elementos que abren o cierran el paso de ésta para controlar el funcionamiento de los receptores. Estos elementos son los interruptores.

Control de circuitos

Interruptores:

Interruptor UPUD (n.a. y n.c.) Pulsador Interruptor UPDD Interruptor DPDD Llave de cruce

Relés

Control de circuitos

Interruptores

Control de circuitos

Interruptores (Símbolos)

Control de circuitos

Interruptor UPDD

Control de circuitos

Control de circuitos

Interruptor UPDD

Control de circuitos

Interruptor DPDD

El relé es un interruptor que se acciona por medio de un electroimán.

Control de circuitos

Relés

El relé es un interruptor que se acciona por medio de un electroimán.

Control de circuitos

Relés

El relé es un interruptor que se acciona por medio de un electroimán.

Control de circuitos

Relés

Control de circuitosRelés

Relé asociado a un interruptor DPDD

Relé asociado a un interruptor UPDD

Relé asociado a un interruptor UPUD

Control de circuitosRelés

Esquema eléctrico de un relé asociado a un interruptor UPUD

Esquema eléctrico de un relé asociado a un interruptor UPDD

Control de circuitosRelés

Esquema eléctrico de un relé asociado a un interruptor UPUD

Control de circuitosRelés

Esquema eléctrico de un relé asociado a un interruptor UPDD

Control de circuitosRelés

Esquema eléctrico de un relé asociado a un interruptor DPDD

Control de circuitos

Relé asociado a un interruptor UPUD

Misma instalación con una única pila

Control de circuitos

Relés

Control de circuitosRelé de enganche o enclavado

Control de circuitos

Circuito temporizador

Condensador

Los condensadores son elementos capaces de almacenar y descargar energía eléctrica. Están formados por dos láminas de material conductor separadas por un aislante, de tal forma que las cargas eléctricas quedan almacenadas en las láminas, llamadas armaduras.

El condensador

Condensador

El producto de la capacidad de un condensador, expresada en faradios, por el valor de la resistencia, expresada en ohmios, a través de la cual se carga o descarga un condensador se llama constante de tiempo:

= C · R

El condensador

Condensador

El tiempo real que tarda en cargarse o descargarse un condensador es aproximadamente cinco veces la constante de tiempo:

t = 5 · = 5 · C · R

El condensador

Capacidad:La capacidad de un condensador se define como la relación entre la carga común, tomada como positiva y la diferencia de potencial entre los conductores.

C = Q / V

Unidades: Faradio F = C / V

Condensadores

Condensadores en paralelo:

C = C1 + C2 + ... + CN

Condensadores en serie:

1 1 1 1----- = ----- + ----- + ··· + ----- C C1 C2 CN

Asociación mixta

Asociación de condensadores

Diodo

El diodo es un dispositivo electrónico que permite el paso de la corriente eléctrica sólo en un sentido.

El diodo

A la hora de montar un diodo hay que tener en cuenta que terminal debe conectarse al polo positivo y cuál al negativo. La banda que llevan marcada los diodos es la que identifica el terminal que debe conectarse al polo negativo o cátodo (igual que la línea vertical del símbolo).

Diodo rectificador

Sólo permite el paso de electrones en un sentido. Soporta corrientes elevadas y se usa para transformar c.a. en c.c., cuando se combina para tener un puente rectificador.

El diodo

Diodo zener

Hay diodos que funcionan cuando se sobrepasa una determinada tensión, llamada tensión Zener y a este fenómeno se llama efecto Zener. Se instala en un circuito de forma inversa a los diodos comunes para que se produzca el efecto Zener, en caso contrario deja pasar la corriente en un solo sentido como los demás diodos.

El diodo

Diodo LED

Consta de un elemento transparente y dos patillas de conexión, siendo la larga la positiva (cátodo) y la corta la negativa (ánodo). Se deben colocar en posición directa para que convierta en luz toda la corriente eléctrica que circula por él, sin pérdidas en forma de calor; en caso contrario no emite luz.

El diodo

Transistor

El transistor es un componente eléctrico constituido por material semiconductor que se utiliza para amplificar señales eléctricas débiles.

Existen varios tipos y tienen múltiples aplicaciones. Nosotros estudiaremos el transistor bipolar y su uso como interruptor (funcionamiento del transistor en saturación).

El transitor

Transistores bipolares (Tipos)

Existen dos tipos de transistores bipolares, el NPN y el PNP, y ambos tienen tres patillas que se corresponden con las tres partes de su interior: emisor, colector y base.

El transitor bipolar

El transitor

Funcionamiento como interruptor

El funcionamiento del transistor está basado en la propiedad de poder gobernar la intensidad que circula entre el emisor y el colector mediante el paso de una pequeña corriente de base.

El transistor

Funcionamiento como interruptor

Situación a: Cuando el interruptor I está abierto no hay paso de corriente por el circuito.

Situación b: Al cerrar el interruptor I, se genera una pequeña corriente IB

que circula por la base del transistor y lo polariza. La resistencia R evita que esta corriente sea demasiado elevada.

Situación c: En este momento, se genera paso de corriente entre el emisor y el colector. Esta corriente IC es mucho mayor que la corriente IB

que circula por la base.

El transistor

Funcionamiento como interruptor

Situación a:

Cuando el interruptor I está abierto no hay paso de corriente por el circuito. 

El transistor

Funcionamiento como interruptor

Situación b:

Al cerrar el interruptor I, se genera una pequeña corriente IB que

circula por la base del transistor y lo polariza. La resistencia R evita que esta corriente sea demasiado elevada.

El transistor

Funcionamiento como interruptor

Situación c:

En este momento, se genera paso de corriente entre el emisor y el colector. Esta corriente IC es

mucho mayor que la corriente IB

que circula por la base.

El transistor

Funcionamiento como interruptorNota: Cuando por la base no circula corriente, no hay paso de corriente del colector al emisor (transistor en corte). Si la corriente que llega por la base es excesiva, el paso del colector al emisor queda totalmente libre (transistor en saturación). Cuando la corriente que entra por la base está entre los dos valores anteriores, la corriente que circula entre el colector y el emisor es proporcional a la corriente que circula por la base (transistor en su zona activa).

El transistor

El transitor

El transitor

El transitor

Circuito integrado

Un circuito integrado (CI) es un circuito completo en sí mismo. También se les conoce como chips. Los circuitos integrados son circuitos electrónicos complejos formados por componentes muy pequeños, encapsulados o envasados en una sola pieza. Esta pieza es una funda de plástico (carcasa) de la que salen unas patillas que sirven para conectar el circuito integrado al resto del sistema electrónico.

Los circuitos integrados

Aplicaciones

Son muchos los circuitos integrados que existen en el mercado: amplificadores operacionales, temporizadores, etc.

La utilización de circuitos integrados va desde los circuitos electrónicos con amplificadores, filtros y conmutadores hasta las memorias de ordenadores y microprocesadores.

Los circuitos integrados

FIN