TEMA 3: ELECTRÓNICA ANALÓGICA

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TECNOLOGÍA 4ºESO. Departamento de Tecnología. IES Nuestra Señora de la Almudena Mª Jesús Saiz

TEMA 3: ELECTRÓNICA ANALÓGICA

La electrónica es la parte de la electricidad que estudia el paso de corriente eléctrica a través de componentes llamados semiconductores.

Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

Los semiconductores más utilizados son el silicio y el germanio.

La electrónica se divide en dos grupos: electrónica analógica y electrónica digital.

En la electrónica analógica los valores de tensión e intensidad pueden tomar muchos valores, de forma que los sensores y receptores pueden comportarse de diferentes maneras (diferentes velocidades de un motor, sensor que detecta diferentes temperaturas, …).

En la electrónica digital la información está codificada en forma binaria (0 y 1) y sólo hay dos valores de tensión: HIGH (5V, 1 binario, ON, pasa corriente) y LOW (0V, 0 binario, OFF, no pasa corriente).

La electrónica se emplea fundamentalmente para controlar y automatizar aparatos, máquinas o circuitos y para procesar información.

Vamos a estudiar los componentes electrónicos de los circuitos.

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1 .

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R

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c

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a

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Son pequeños componentes que se colocan en los circuitos para limitar o regular la cantidad de corriente que circula por ellos, así como para proteger algunos componentes por los que no debe circular una intensidad de corriente elevada.

Tipos de resistencias: las resistencias pueden clasificarse según su comportamiento en: Fijas Variables: Potenciómetro LDR Termistor Resistencias fijas:

Físicamente las resistencias son pequeños cilindros con unas bandas de colores impresas que se emplean para identificar su valor en ohmios

Se fabrican con materiales malos conductores como el grafito y carbón, y se recubren de plástico.

La unidad de medida de las resistencias es el ohmio (Ω). A veces resulta pequeña y se emplean múltiplos:

1 KΩ = 1 K = 1.000 Ω 1 MΩ = 1 M = 1.000.000 Ω

Normalmente las letras sustituyen a los decimales:

4700 Ω = 4K7 12.000 Ω = 2.200 Ω =

1.200.000 = 3.000 Ω = 7.900.000 Ω=

Mediante la tabla siguiente podemos obtener el valor

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Código de colores

Color 1ª Cifra 2ª Cifra Nº de ceros

Negro 0 0 - Marrón 1 1 0 Rojo 2 2 00 Naranja 3 3 000 Amarillo 4 4 0.000 Verde 5 5 00.000 Azul 6 6 _000.000 Violeta 7 7 0.000.000 Gris 8 8 00.000.000 Blanco 9 9 000.000.000 Tolerancia:

Es el margen de error entre el valor teórico y el valor real de una resistencia, que nos asegura el fabricante. Es un dato que nos dice que tanto (en porcentaje) puede variar el valor de la resistencia (hacia arriba o hacia a bajo) de su valor teórico indicado en el código de colores

Ejemplo: Si una resistencia tiene las siguientes bandas de colores:

rojo amarillo verde oro

2 4 00.000 +/- 5 %

La resistencia tiene un valor de 2400.000 Ohmios 5%

El valor máximo de esta resistencia puede ser: 2.400.000 + 5% = 2.520,000 Ω El valor mínimo de esta resistencia puede ser: 2.400.000 - 5% = 2.280,000 Ω La resistencia puede tener cualquier valor entre el máximo y mínimo calculados Resistencias variables:

Potenciómetro:

Es una resistencia variable que se acciona manualmente mediante un cursor.

Se utiliza para regular la cantidad de corriente de un circuito, ajustando el cursor entre el 0 y el valor máximo de potenciómetro.

Físicamente lleva tres patillas: una patilla común y dos patillas fijas con valor 0 y valor máximo de la resistencia.

Se debe conectar la patilla común y una de las patillas fijas. Si realizamos la conexión utilizando las dos patillas fijas, la resistencia funciona como una resistencia fija con el valor máximo.

Color Tolerancia

Oro 5%

Plata 10%

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LDR (sensor de luz)

Un LDR es una resistencia variable, que varía su valor dependiendo de la cantidad de luz que incide sobre su superficie.

Cuanta mas intensidad de luz incide en la superficie de la LDR menor será su resistencia y cuanto menos luz incide mayor será la resistencia.

Se comporta como un interruptor que funciona con luz. Si recibe luz deja pasar la corriente y en la oscuridad impide que pase.

Se le llama, también, fotorresistor o fotorresistencia. El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (en algunos casos puede descender a tan bajo como 50 ohmios) y muy alto cuando está a oscuras (puede ser de varios megaohmios).

Suelen ser utilizados como sensores de luz ambiental o como una fotocélula que activa un determinado proceso en ausencia o presencia de luz.

LDR viene de la expresión inglesa Light Dependent Resistor.

- Con luz:

- Sin luz:

Inconveniente: La LDR no soporta que circule por ella una corriente elevada, por lo que es

necesario utilizarla protegiéndola con una resistencia y después acoplar un transistor para amplificar su señal de salida.

Termistor (sensor de temperatura)

Un termistor es una resistencia variable con la temperatura. Hay dos tipos de termistores:

1. Termistor NTC (Coeficiente de temperatura negativo), son resistencias

variables cuyo valor disminuye a medida que aumenta la temperatura. Su conductividad aumenta con la temperatura.

2. Termistor PTC (Coeficiente de temperatura positivo), son resistencias

variables cuyo valor aumenta a medida que la temperatura aumenta. Se comportan como interruptores que se accionan con el calor.

Aplicaciones: alarmas contra incendios, control de temperatura de hornos, calefacción, agua

caliente

- Con temperatura alta:

- Con temperatura baja:

Inconveniente: Los termistores no soportan que circule por ellos una corriente elevada, por lo que

es necesario utilizarlos protegiéndolos con resistencias y después acoplar un transistor para amplificar la señal de salida.

PTC NTC

+ tº

_{- tº}

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Son componentes electrónicos que permiten la circulación de corriente en un solo sentido.

Llevan dos terminales: el ánodo o borne positivo y el cátodo o borne negativo. La corriente sólo circula cuando el ánodo está conectado al polo positivo de la fuente de energía y el cátodo al polo negativo.

Cuando está conectado de esta forma se dice que está polarizado de forma directa, la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose prácticamente como un cortocircuito.

Cuando la corriente no circula está polarizado de forma inversa. Se comporta como un circuito abierto.

Los diodos se utilizan para distintas funciones: rectificador de corriente (son capaces de convertir la corriente alterna en corriente continua), protección de cortocircuitos en componentes electrónicos (relés, colector del transistor).

Diodo polarizado directamente

Diodos LED : Light Emitting Diode

Son diodos que convierten en luz toda la energía eléctrica que les llega, sin calentarse.

Se utilizan como indicadores visuales del funcionamiento de un circuito. Como cualquier diodo están polarizados, sólo iluminan cuando están conectados correctamente.

Para identificar los terminales del diodo LED observaremos como el cátodo será el terminal más corto, siendo el más largo el ánodo. Además, en el encapsulado, normalmente de plástico, se observa un chaflán en el lado en el que se encuentra el cátodo.

Cuando se polariza inversamente no se enciende y además no deja circular la corriente.

Partes constitutivas de un LED

Ánodo Cátodo

-

+

Diodo polarizado directamente Diodo polarizado inversamente

Ánodo Cátodo

-

+

Chaflán

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TECNOLOGÍA 4ºESO. Departamento de Tecnología. IES Nuestra Señora de la Almudena Mª Jesús Saiz GND

-GND

-

a b c d

.

e g f

DISPLAY CÁTODO COMUN LC3041 Los LED funcionan con tensiones de 2 V e intensidades comprendidas entre 5mA - 50mA.

Cuando en un circuito se conectan a más de 2 V, es necesario conectar una resistencia en serie para protegerlos.

Ejemplo: Calcula la resistencia que hay que colocar para proteger al Diodo LED (intensidad de corriente de 50 mA).

Display.- Es una combinación de diodos LED alargados que permiten visualizar letras y números, situados de tal manera que dependiendo del número de ellos que se enciendan pueden iluminar un número determinado o una letra.. Se denominan comúnmente displays de 7 segmentos.

Su control suele ser mediante electrónica digital. Se fabrican en dos configuraciones: ánodo común y cátodo común.

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El relé es un dispositivo que, al recibir una señal eléctrica, acciona varios circuitos a través de conmutadores.

Consta de un electroimán o bobina (imán activado por corriente eléctrica) y uno o varios conmutadores

activados por el imán.

Cuando una corriente pequeña circula por la bobina

produce un campo magnético y el conmutador o conmutadores cambian de posición. Cuando la corriente deja de pasar por la bobina, los conmutadores vuelven a su posición inicial.

6V 12 V NA conmutador bobina NC C

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Ejemplo:

El relé se puede encender y apagar de maneras diferentes: interruptor, pulsador, LDR, termistor, etc.

Con pulsador:

El problema es que solo funciona mientras se pulsa. Para solucionar esto y que el circuito funcione se usa el autobloqueo o enclavamiento (uno de los conmutadores internos del relé se utiliza para bloquear y que siempre esté conectado el relé).

- Sin pulsar PM: - Al pulsar PM:

- Al dejar de pulsar PM:

Para poder desbloquear el circuito hay que usar otro pulsador, que será normalmente cerrado (pulsador de paro o final de carrera) - Sin pulsar PM: - Al pulsar PM: - Al dejar de pulsar PM: - Al tocar PP: K K K K 12V 0V M1 M2 PM K K + - K PM K K + PP K PM K

+

-

K

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Departamento de Tecnología. IES Ntra. Sra. de la Almudena. Mª Jesús Saiz Ejemplo: - Sin pulsar PM: - Al pulsar PM: - Al dejar de pulsar PM: - Al tocar FC:

Ventajas del relé:

- Es un superconmutador múltiple, lo que permite controlar muchos circuitos electrónicos de forma independiente.

- Permite el autobloqueo de pulsadores

- Permite separar el circuito de control (interruptores, pulsadores, etc) del circuito de potencia (motores, lámparas, zumbadores, etc).

Esto es posible porque cada contacto o conmutador es un circuito independiente.

Circuito de cambio de giro del motor:

Se utiliza cuando queremos un control automático o semiautomático para el cambio de giro del motor.

Cambio de giro con dos relés: relé 1C + relé 2C

- Sin pulsar PM:

- Al pulsar PM:

- Al tocar FC:

¿Cuál es el inconveniente de este circuito?

Cambio de giro con dos relés 2C:

K K B2 B1 PM K K + FC M1 M2 0V 220V K K K M 12V 24V K1 K1 0V K1 PM K K 5V FC M 24V K2 K2 PM2 K2 K1 0V K1 PM1 K1 5V FC1 M FC2

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Departamento de Tecnología. IES Ntra. Sra. de la Almudena. Mª Jesús Saiz - Sin pulsar: - Al pulsar PM1: - Al tocar FC1: - Al pulsar PM2: - Al tocar FC2:

Ejs: ascensores, grúas, etc.

Los pulsadores pueden sustituirse por LDR, termistores,..

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Es un componente semiconductor que amplifica la corriente eléctrica (intensidad).

Ejemplo:sistema que avisa que un depósito de agua está lleno. Utilizamos unas sondas metálicas separadas entre sí. Cuando llegue el agua a la altura de las sondas, estas se comportan como un interruptor cerrado.

Funcionamiento del transistor:

El transistor está gobernado por la corriente que recibe por la base. Cuando una corriente pequeña circula por la base (a través de una resistencia), el transistor se activa permitiendo que una corriente más grande circule entre el colector y el emisor.

La ganancia es el factor por el que se multiplica la corriente de la base cuando se amplifica en un transistor, y se representa por β.

La ganancia puede variar desde 50 a 500.

B C

E

Sondas

El agua es conductora pero tiene una resistencia tan alta que la intensidad de corriente es insuficiente para encender la bombilla. Se necesita un dispositivo que amplifique esta corriente

La pequeña corriente que llega a la base del transistor es amplificada y la bombilla luce

B C E

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Departamento de Tecnología. IES Ntra. Sra. de la Almudena. Mª Jesús Saiz

Polarización del transistor:

En los transistores la base y el colector se conecta hacia la tensión + y el emisor hacia la tensión -. La base debe estar a una tensión que supere los 0,7 V para conducir.

El transistor puede estar en tres zonas de polarización: corte, activa y saturación.

Zona de corte: la tensión base-emisor no llega a 0,7 V, el transistor no conduce y se comporta

como un interruptor abierto.

Zona activa: una corriente débil (≥ 0,7 V) llega a la base y activa el transistor, permitiendo que

una corriente más grande circule entre el colector y el emisor. La corriente que circula por el colector es la corriente de base amplificada por la ganancia del transistor

Zona de saturación: cuando la intensidad que circula por la base del transistor es muy

elevada, entonces el transistor funciona en saturación, es decir, se comporta como un interruptor cerrado, dejando pasar toda la corriente posible entre colector y emisor

Conexión en par Darlington:

Cuando un solo transistor no es suficiente para amplificar la señal, se colocan dos transistores de forma que se alimenta la base de un segundo transistor con la corriente amplificada del primero.

La ganancia obtenida es la multiplicación de ambas ganancias:

β

total =

β

1

x

β

2

Este esquema electrónico es más sensible que el detector de agua anterior, ya que la bombilla se enciende cuando se coloca un papel húmedo o mojado entre las sondas.

2,2 K

zumbador 9-12 V

0 V

BC108

Cuando hay agua la base del transistor se activa y permite que circule una corriente grande entre el colector y el emisor. El transistor está en la zona activa.

El transistor trabaja como amplificador de corriente

Cuando no hay agua, a la base del transistor no le llega corriente y no se activa, por lo que no permite que circule corriente entre el colector y el emisor. El transistor está en la

zona de corte.

El transistor funciona como un interruptor abierto

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Ejemplo: Detector de oscuridad (encendido automático de luces al anochecer)

Enumera los componentes del circuito:

¿Para qué se utiliza el diodo?

¿Para qué se utiliza la resistencia de 1KΩ?

¿Para qué se utiliza el potenciómetro?

Explica el funcionamiento del circuito:

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El CNY70 es un sensor de infrarrojos de corto alcance formado por un emisor de luz infrarroja (diodo led) y un receptor (fototransistor), ambos apuntando en la misma dirección.

Funcionamiento:la luz emitida por el diodo led es reflejada por la superficie y detectada por el fototransistor, donde obtenemos una tensión de salida relacionada con la cantidad de rayos reflejados por el objeto

Se debe colocar a 2-3 mm de la superficie a detectar. Cuando la luz emitida incide en una línea negra, esta luz es prácticamente absorbida por la línea y el detector (fototransistor) apenas detecta luz. Cuando existe una superficie de color claro, entonces es cuando el receptor detecta el rayo que se refleja y el fototransistor conduce.

Estado LDR T (BD135) K Luz Oscuridad IN 4 007 1KΩ 220V 9V 0V K K 10K BD 135 A C

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Conexión: CNY70 tiene cuatro pines de conexión. Dos de ellos se corresponden con el ánado y cátodo del emisor, y las otras dos se corresponde con el colector y el emisor del receptor.

Es importante fijarse bien en el lateral donde aparece el nombre del sensor, para identificar correctamente cada uno de los pines.

Los valores de las resistencias que suelen colocarse para proteger al receptor y emisor son: 10K ohmios para el receptor y 150 ohmios para el emisor.

El fototransistor conducirá mas, cuanta más luz reflejada del emisor capte por su base. La salida de este dispositivo es analógica y viene determinada por la cantidad de luz reflejada. Como ésto no es suficiente para procesar las señales es necesario un amplificador adicional en la salida del sensor. Este amplificador puede ser un operacional o un transistor:

Existe otro dispositivo formado por undiodo ledemisor de luz infrarroja y un fototransistor, Este dispositivo tiene un alcance algo mayor.

Ejemplo: Seguidor de línea negra

- Con suelo claro, la luz infrarroja del emisor se refleja y llega al receptor, manteniendo los transistores en saturación y el relé activado. Gira el motor 1

- Con línea negra, el receptor no recibe la luz infrarroja reflejada en el suelo; los transistores pasan a corte y el relé no se activa. Gira el motor 2

- El coche se mueve haciendo zig-zag

CNY70 1 2 E A C K 5 V Transistor 150 10K CNY70

Polarización del sensor CNY70 y conexión

En el diodo emisor de infrarrojos TSU S5400 la patilla más larga es el ánodo A y la patilla más corta es el cátodo K

En el fototransistor BPW40 la patilla más larga es el emisor E y la patilla más corta es el colector C

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6

6 .

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C

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Un condensador es un dispositivo electrónico que almacena energía cuando se conecta a corriente continua. Está formado por dos placas metálicas separadas una cierta distancia por un aislante llamado dieléctrico.

Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente.

La forma de las placas o armaduras como la naturaleza del material dieléctrico es sumamente variable. Tenemos condensadores formados por placas, usualmente de aluminio; separadas simplemente por aire, por materiales cerámicos, mica, poliéster, papel ó incluso por una capa de óxido de aluminio obtenido por medio de la electrolisis.

Funcionamiento del condensador:

Cuando se aplica corriente continua a un condensador, se produce una corriente eléctrica entre placas muy rápida al principio y el condensador se carga. Una vez que el condensador adquiere la carga máxima, la corriente cesa en el circuito. Al retirar la tensión la energía eléctrica queda almacenada. Si luego unimos sus dos terminales a un receptor, el condensador se descarga haciendo funcionar el receptor durante un instante.

Se llama capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar.

En el Sistema internacional la capacidad se mide en Faradios(F),

La capacidad de 1 faradio es mucho más grande que la de la mayoría de los condensadores, por lo que en la práctica se suele indicar la capacidad con submúltiplos como el

miliFaradio (mF=10-3_Faradios)

microFaradio (uF =10-6_{Faradios )}

nanoFaradio (nF= 10-9_Faradios)

picoFaradio (pF= 10-12_Faradios)

Características de los condensadores:

Las principales características eléctricas de un condensador son su capacidad y su máxima tensión entre placas (máxima tensión que es capaz de aguantar sin dañarse). Nunca debe conectarse a un voltaje superior al que puede aguantar pues puede explotar

Tipos de condensadores:

No polarizados: sus patillas no tienen polaridad y pueden conectarse indistintamente. Son condensadores de baja capacidad.

Polarizados: sus terminales tienen polaridad y hay que conectarlos correctamente de forma directa. Nunca conectarlo al revés pues puede dañarse y explotar.

Son condensadores de alta capacidad Existen tambiéncondensadores variables,

100μF

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Aplicaciones:

Se utilizan para circuitos temporizadores y circuitos retardadores. Ejemplos: Cerrar una puerta por la que tenemos que salir.

Retardo en la actuación de un mecanismo.

Activar durante un cierto tiempo un componente eléctrico.

Apagado de la luz interior de un coche, unos segundos después de cerrar una puerta. Al colocar condensadores en paralelo, se aumenta la capacidad.

Carga y descarga de un condensador:

Vamos a cargar el condensador con el pulsador P1 y a descargarlo con el pulsador P2 :

Cuando pulsas P1, circula corriente por el condensador y éste se carga. La bombilla no se enciende

porque P2 está abierto y no llega corriente a la base del transistor.

Si soltamos P1 y pulsamosP2 el condensador cargado suministra corriente a la base del transistor y

la bombilla se enciende el tiempo que dura la descarga. Hemos temporizado el encendido de la bombilla.

Retardo en el encendido de una bombilla, regulando el tiempo: Al accionar el interruptor la bombilla tarda varios segundos en encenderse.

Al cerrar el interruptor, pasa una pequeña corriente a través de la resistencia del potenciómetro y se inicia la carga del condensador. No llega suficiente corriente a la base del transistor y la bombilla permanece apagada.

Una vez que se completa la carga, ya llega corriente a la base del transistor, que se satura. La bombilla se enciende. Se ha retardado varios segundos el encendido de la bombilla.

Para apagar la bombilla, se descarga el condensador con el pulsador P1, produciendo un

cortocircuito (descarga rápida del condensador).

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Moviendo el cursor del potenciómetro regulamos el tiempo de carga del condensador, o también, el retardo de encendido de la bombilla.

Retardo en el encendido de un motor:

Al Inicio, luce el led y el condensador se va cargando a través del potenciómetro de 10 KΩ . Cuando el condensador alcanza una determinada tensión entre sus terminales, llega corriente a la base del transistor, el transistor conduce, el relé se activa y el motor se pone en marcha y se apaga el led. Hemos retardado el encendido del motor.

Si accionamos el pulsador P, , provocamos un cortocircuito en los terminales del condensador y el condensador se descarga instantáneamente, el transistor pasa a corte, el relé se desactiva y el motor se para y se enciende el led.

Cuando dejamos de accionar el pulsador P, el condensador vuelve a cargarse y se inicia otra vez el ciclo.

Podemos regular el tiempo de retardo ajustando el cursor del potenciómetro de 10 KΩ. A mayor resistencia, mayor tiempo de retardo

MONTAJES DE CIRCUITOS EN PLACAS BOARD

Una placa “board” es una placa de pruebas donde montar circuitos para comprobar su funcionamiento.

.La placa board está formada por una serie de huecos donde se insertan los componentes electrónicos y los cables.