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Fundamentos de la electricidad y la electrónica
- 1. 1 Fundamentos de la Electricidad y la Electrónica Juan José González Naranjo, Samuel David León Hormaza, Laura Sofía Torres Murillas Departamento de Tecnología e informática, Institución Educativa Liceo Departamental Grado 9-1 A12: Tecnología e Informática Guillermo Mondragón 17 de octubre del 2020
- 2. 2 Tabla de contenido 1. Circuitos eléctricos………………………………………………………………….....3 1.1. Circuito eléctrico en serie………………………………………………………....3 1.2. Circuito eléctrico en paralelo……………………………………………………..3 1.3. Circuito eléctrico mixto…………………………………………………………...4 2. Transporte de corriente eléctrica……………………………………………..……4,5,6 3. Términos básicos…………………………………………………………………….6,7 4. La electrónica……………………………………………………………………...7,8,9 5. Resistencias………………………………………………………………...……....9,10 6. Resistencia variable………………………………………………………………....11 7. Condensadores………………………………………………………………...12,13,14 8. Diodos……………………………………………………………………...14,15,16,17 9. Transistores………………………………….………………………..17,18,19,20,21 10. Motores……………………………………………………………………………….21 11. Servomotores……………………………………………………………………...22,23 12. Relés……………………………………………………………………………....23,24 13. Blogs del curso……………………………………………………………………….24 14. Evidencias de trabajo…………………………………………………….24, 25, 26, 27 15. Bibliografía……………………………………………………………………….27, 28
- 3. 3 1. circuitos eléctricos 1.1 Circuito eléctrico en serie Los circuitos en serie se caracterizan por tener las resistencias conectadas en la misma línea entre los extremos de la batería o la pila. Por tanto, la corriente fluye de una resistencia a otra, sin acumularse en ningún punto del circuito. figura 1.1 fig. 1.2 1.2. Circuito eléctrico en paralelo Un circuito en paralelo es un circuito que tiene dos o más caminos independientes desde la fuente de tensión, pasando a través de elementos del circuito hasta regresar nuevamente a la fuente. En este tipo de circuito dos o más elementos están conectados entre el mismo par de nodos por lo que tendrán la misma tensión fig. 1.1. fig. 1.2
- 4. 4 1.3. Circuito eléctrico mixto Un circuito eléctrico mixto es aquel que resulta de la combinación de dos configuraciones básicas: circuitos en serie y circuitos en paralelo. Se trata de los montajes más comunes en la vida cotidiana, ya que las redes eléctricas convencionales resultan de la mezcla de circuitos secuenciales y paralelos entre sí. Dada la infinidad de combinaciones posibles entre circuitos en serie y en paralelo, los circuitos eléctricos mixtos son ideales para establecer enlaces y conmutaciones diversas a lo largo de toda la conexión. fig. 1.1 fig. 1.2. 2. Transporte de corriente eléctrica: El transporte de la corriente eléctrica se efectúa a través de líneas de transporte a tensiones elevadas que junto con las subestaciones eléctricas (instalación destinada a establecer los niveles de tensión adecuados para la transmisión y distribución de energía eléctrica) forman la red de transporte. La red de transporte de la energía eléctrica forma parte de un sistema de suministro eléctrico, el cual está constituido por los elementos necesarios y fundamentales para llevar la
- 5. 5 energía eléctrica a los puntos de consumo como, por ejemplo: las casas, los colegios, los centros comerciales, etc. Transporte de la corriente eléctrica: Subestaciones eléctricas Sistema de suministro eléctrico:
- 6. 6 3. Términos básicos La electricidad es el flujo constante de electrones (cargados negativamente) entre dos puntos a través de un medio conductor, un punto con carga negativa y otro con carga positiva. El voltaje El voltaje o tensión, es la diferencia potencial que hay entre dos cuerpos cargados (negativo y positivo). Dicho de otra manera es la fuerza con la que se mueven los electrones. Se mide en volts o voltios. El amperaje También conocido como corriente o intensidad, es el flujo o la cantidad de electrones que atraviesan un conductor durante un tiempo determinado. Se mide en amperes o amperios.
- 7. 7 La potencia La Potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo, es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado.Su fórmula es: Potencia igual a Voltaje por Intensidad (P = VI). Se mide en watts o vatios. La resistencia Es la resistencia que presenta cualquier tipo de material al flujo de electrones. Determina que tan conductor es un material, por ejemplo los metales son buenos conductores, en cambio los plásticos no. Se mide en ohms o ohmios. Componente electrónico Es un componente que cumple con cierta función, como los LEDs, los relevadores, los condensadores, etc. Estos funcionan a base de voltaje y consumen cierto amperaje que dependiendo de la fuente de energía determina el tiempo que pueden estar en funcionamiento. 4. La electrónica: ¿Qué es?
- 8. 8 La electrónica es una rama de la física aplicada que comprende varios conceptos como la física, la tecnología, la ingeniería y una aplicación que sirven para tratar a los electrones (emisión, flujo y control de electrones). ¿Que trata? Esta rama de la física aplicada trata con circuitos eléctricos que involucran componentes electrónicos activos como: -Tubos de vacío -Transistores -Diodos -circuitos integrados -Optoelectrónica -Sensores ¿Qué contienen los dispositivos electrónicos? Los dispositivos electrónicos generalmente contienen circuitos que consisten en semiconductores activos complementados con elementos pasivos , ejemplo: circuito eléctrico (camino por el que puede circular la corriente eléctrica).
- 9. 9 5. Resistencias ¿Qué son? Las resistencias eléctricas son oposiciones al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor. son todo elemento que en un circuito eléctrico produce un impedimento en el movimiento de los electrones. La resistencia puede ser reactiva o inductiva, es decir que la
- 10. 10 resistencia puede ser producida por impedimentos físicos como impurezas o puede ser producida por fenómenos electromagnéticos en caso de una corriente alterna atravesando una bobina. ¿Para qué sirven? Las resistencias en caso de un circuito electrónico se emplean para regular el flujo de electrones, definir tensiones y limitar corrientes. Tipos de resistencias: -Resistencias fijas -Resistencias variables -Resistencias dependientes Resistencias fijas Resistencias variables
- 11. 11 Resistencias dependientes 6. Resistencias variables: ¿Qué son? Las resistencias variables son resistencias cuyo valor podemos modificar moviendo su eje o cursor (resistencias que varían su valor dentro de unos límites) Según su función en el circuito, estas resistencias se denominan: Potenciómetros Se aplican en circuitos donde la variación de resistencia la efectúa el usuario desde el exterior. Resistencias ajustables Su ajuste es definitivo en el circuito donde van aplicadas.
- 12. 12 Reóstatos Son resistencias variables en la que uno de sus terminales extremos está eléctricamente anulado. 7. Condensadores Un condensador es un componente eléctrico, utilizado en los circuitos eléctricos y electrónicos, que tiene la capacidad de almacenar energía eléctrica mediante un campo eléctrico. Está compuesto por superficies conductoras separadas por un material dieléctrico
- 13. 13 (aislante). Cuando se someten las superficies a una diferencia de potencial, una adquiere carga eléctrica positiva, mientras que la otra adquiere carga eléctrica negativa. ¿Para qué sirve un condensador? Los condensadores son utilizados principalmente para filtrar la señal. Si tenemos una señal eléctrica donde su voltaje oscila, cuando el voltaje caiga, el condensador será el encargado de suministrar el voltaje para mantenerlo constante y estable. Tipos de condensadores Condensador electrolítico: Este tipo de condensador utiliza líquido iónico como una de sus placas. Estos condensadores tienen más capacidad de almacenamiento y son utilizados en circuitos de alta corriente y baja frecuencia.
- 14. 14 Condensador de poliéster Este tipo de condensador utiliza poliéster sobre el que se deposita aluminio. Esto permite a diferencia de los otros condensadores, absorber variaciones de frecuencias grandes y veloces. Condensadores cerámicos En este caso el material aislante es la cerámica. Estos tienen muy poca capacidad de almacenamiento, pero son utilizados para frecuencias extremadamente altas. 8. Diodos
- 15. 15 Un diodo es un componente eléctrico que solo permite el flujo de la electricidad en un solo sentido, bloqueando el paso si la corriente circula en sentido contrario. Debido a esto su funcionamiento se parece a él de un interruptor el cual abre o cierra los circuitos; este dispositivo está conformado por dos tipos de materiales diferentes los cuales se traducen a dos terminales, un ánodo (+) y un cátodo (-). Tipos de diodos Diodo LED Un diodo led emite una luz cuando la corriente eléctrica pasa a través de él. Pero para que el diodo pueda encender debe de polarizarse de manera directa. Una forma fácil de identificar el ánodo y el cátodo en un diodo led es observar las terminales y siempre la más corta es el cátodo.
- 16. 16 Diodos rectificadores Los diodos rectificadores son utilizados en las fuentes de voltaje para poder convertir la corriente alterna(CA) en corriente directa (CD). También son usados en circuitos en los cuales han de pasar grandes corrientes a través del diodo. Todos los diodos rectificadores están hechos de silicio y por lo tanto tienen una caída de tensión directa de 0,7 V Diodos zener Estos diodos se usan para mantener un voltaje fijo. Están diseñados para trabajar de una forma confiable de manera que pueden ser utilizados en polarización inversa para mantener
- 17. 17 fijo el voltaje entre sus terminales.se les puede distinguir de los diodos comunes por su símbolo y su código ya que suelen ser BZX o BZY, su tensión inversa de ruptura está grabada con la letra V en lugar del punto decimal 4V7 = 4.7V. Diodos de señal Los diodos de señal son usados en los circuitos para procesar señales eléctricas débiles, por lo que solo son requeridos para pasar pequeñas corrientes de hasta 100 mA. 9. Transistores Los transistores son unos componentes eléctricos que están constituidos por materiales semiconductores, los cuales se dice, revolucionaron todos los aparatos electrónicos sin ninguna
- 18. 18 excepción, pues gracias a sus pequeñas dimensiones y múltiples funcionalidades, logró disminuir considerablemente el tamaño de muchos aparatos. Debido a los transistores también, se pudo lograr la construcción de circuitos integrados o en otras palabras, “Chips con infinidad de transistores capaces de tener circuitos de eléctricos y electrónicos en encapsulados en plásticos de tan solo unos pocos centímetros” Partes de un transistor Los transistores están constituidos por cristales semiconductores, que, dependiendo de su estructura interna, pueden ser denominados como material N o material P. En todos los transistores siempre se ubican dos cristales de un cristal de un material y uno de otro, por ejemplo: NPN o PNP y cada cristal corresponde a una terminal, los cuales son: emisor, base y colector.
- 19. 19 Donde el emisor es el encargado de proporcionar las cargas eléctricas, la base controla el flujo de la corriente, y por último el colector, que recoge las cargas que se proporcionan desde el emisor. Cómo funciona un transistor: Los transistores tienen múltiples funcionalidades y están comprendidas por dos características esenciales; la polarización correcta y la utilización de sus diferentes regiones de funcionamiento. Regiones de funcionamiento Los transistores cuentan con tres regiones de funcionamiento, las cuales, cada una funciona de distinta forma, ya sea como interruptor abierto, cerrado como un amplificador. El uso de las regiones está basado en la cantidad de voltaje que circule por la base del transistor. Región de corte:
- 20. 20 Un transistor entra en región de corte cuando el voltaje de la base es menor a 0.6v, debido a que no logra activar el paso de la corriente entre el colector y el emisor. En otras palabras, se comporta como un interruptor abierto. Región de saturación: Esta función funciona diferente a la de corte, pues el voltaje que circula por la base supera a la establecida por el fabricante, pues satura al transistor y este permite la circulación entre colector y emisor, como si fuera un cable normal. Se comporta como un interruptor cerrado.
- 21. 21 Región activa: Este caso se presenta cuando el voltaje de la base se encuentra en un rango intermedio entre la región de saturación y la de corte. Cuando se logra estabilizar, el transistor es capaz de amplificar señales de entrada, las veces que tengan el valor de ß, ya que este multiplica la corriente del transistor. Configuraciones y polarizaciones Cuando se requiere utilizar un transistor como interruptor digital, (regiones de corte y saturación) el trabajo es sencillo debido a que el circuito es bastante simple. En el caso de que sea usado un transistor NPN, el transistor es puesto a tierra, el colector a voltaje y la base actúa como interruptor. En caso contrario, donde el transistor sea PNP, las terminales se invierten (colector a tierra y al emisor se le pone voltaje) 10.Motores
- 22. 22 Los motores son máquinas también, destinadas para transformar la energía original (eléctrica, química, potencial, cinética) a energía mecánica en forma de rotación de un eje o movimiento alternativo de un pistón. Los motores, parten de una máquina capaces de transformar algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles, este efecto produce la fuerza que genera el movimiento. 11. Servomotores El servomotor es un actuador rotativo o un motor que permite tener un control preciso en términos de posición angular, aceleración y velocidad, que son capacidades que un motor normal no posee. Hace uso de un motor normal combinándolo con un sensor para la retroalimentación de posición. El controlador es la parte más sofisticada de un servomotor, ya que está diseñado especialmente para ese fin. Los servomotores no son un tipo de motor específicamente, sino que, son una combinación de piezas. las cuales incluyen un motor de corriente continua o alterna y son adecuados para su uso en los sistemas de control de bucle cerrado. Son utilizados más que todo
- 23. 23 en robótica industrial, en la fabricación con sistemas de automatización y en aplicaciones de mecanizado por control numérico (CNC) por computador. Los servomotores son utilizados en motores de corriente continua y detección de posiciones a través de un potenciómetro. También utilizan un control de gran potencia, por lo que el motor se mueve a máxima velocidad hasta que se detiene en la posición deseada. Los servomotores no son utilizados en control de movimiento industrial debido a que pueden llegar a ser poco precisos, contrariamente a cuando son utilizados en dispositivos de control por radio, donde son bastante populares y se pueden encontrar en modelos de aviones y autos de juguete. 12. Relé Un relé o relevador es un aparato eléctrico que hace la función de un interruptor, con la diferencia de que este es accionado eléctricamente. El relé permite abrir o cerrar contactos por medio de un electroimán. Fue desarrollado en la primera mitad del siglo XIX por Joseph Henry, un físico norteamericano, con ayuda de una bobina y un electroimán. Cómo funciona: El relé funciona como un interruptor controlado mediante un circuito eléctrico con el que, a través de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten ya sea abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. El relé puede considerarse como un amplificador eléctrico, debido a que es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que uno de entrada.
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