1. Comprobación De Circuitos Electrónicos Fundamentales
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:
Electrones
de
valencia.
Electrón (e-)
Protón (p+)
Neutrón (nº)
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.
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En seguida podemos ver la imagen representativa del ion negativo y del ion positivo
respectivamente:
Átomo excitado con carga eléctrica negativa Átomo excitado con carga eléctrica positiva
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
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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.
Longitud
Sección
Representación de un hilo conductor
1.4.Simbología
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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:
Donde;
C= Q/V Q = es la carga almacenada en Culombios
V = la diferencia de potencial
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.
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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:
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.
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
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
CONMUTADOR 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.
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