Modulo 3 electricidad_basica_modulo_3_el

MODULO 3
Electricidad básica
MODULO 3
Electricidad básica

0 OBJETIVOS DEL MODULO 5
1.1 ¿Qué es la corriente eléctrica? 6
1.2 Requisitos para que circule la corriente eléctrica 7
1.3 Intensidad de la corriente eléctrica. 7
2.1 Componentes fundamentales de un circuito eléctrico: Introducción. 8
2.2 Unidades de medida de los componentes que afectan al circuito. 9
2.3 Funcionamiento del circuito eléctrico. 9
2.4 La Carga Eléctrica 9
2.4.1 Sentido de la circulación de la corriente 9
2.5 El cortocircuito. 10
2.5.1 Componentes adicionales de un circuito. 10
2.6 La ley de Ohm. 11
2.6.1 Postulado general de la Ley de Ohm. 11
2.6.2 Hallar el valor en Ohm de una resistencia. 11
2.6.3 Hallar el valor de intensidad de corriente. 12
2.6.4 Hallar el valor de la tensión o voltaje. 12
2.6.5 Resistencia eléctrica. 13
2.6.6 Resistencia de los metales al paso de la corriente eléctrica. 14
2.6.7 Conductividad y resistividad. 14
2.7 Magnetismo 14
CONDUCTORES ELECTRICOS 14
DIELECTRICOS 14
2.7.1 Principio de electromagnetismo 15
2.7.2 Imanes permanentes 15
2.7.3 Inducción magnética. 16
2.8 Fuerza Electromotriz (FEM) 17
2.8.1 Pilas o baterías 17
2.8.2 Máquinas electromagnéticas 17
2.8.3 Celdas fotovoltaicas o fotoeléctricas 18
2.8.4 Termopares 18
2.8.5 Efecto piezoeléctrico. 18
2.9 Corriente directa o contínua. 19
2.10 La corriente alterna (C.A.) 20
2.10.1 Formas diferentes de corriente alterna 20
2.10.2 Múltiplos de Hertz 21
CONTENIDOS
2

2.10.3 Ventajas de la corriente alterna 21
2.10.4 Valor Medio 21
2.10.5 Valor Eficaz 22
2.10.6 Intensidad Eficaz 22
2.10.7 Reactancia inductiva de una bobina 22
2.10.8 Reactancia capacitiva de un condensador. 23
2.10.9 El factor de potencia. 23
2.11 Potencia en circuitos de corriente alterna (CA) 23
2.11.1 Potencia reactiva. 23
Si el circuito tiene un capacitor: 23
Si el circuito tiene un inductor: 23
2.12 Instrumentos de medición 24
2.12.1 El amperímetro 24
2.12.2 El voltímetro. 25
Uso del Voltímetro 25
2.12.3 El ohmímetro. 25
Uso del Ohmimetro 25
2.12.4 El multímetro analógico. 25
2.12.5 El multímetro digital (DMM). 26
3.1 Principios básicos de electrónica: introducción. 27
3.2 Resistencia. 28
3.2.1 Comprobación de resistencias 28
3.3 Potenciómetros. 28
3.4 Baterías 29
3.5 Relés 29
Funcionamiento del rele 29
3.6 Fusibles 30
Ventajas del Rele 30
Tipos de fusibles 30
3.7 Capacitores 31
Tipos de capacitores 31
ASOCIACION EN SERIE Y EN PARALELO 31
3.8 Bobinas 32
Tipos de bobinas 32
3.9 Diodos 33
Comprobación de diodos 33
3.10 Transistores 34
3

Transistores bipolares 34
Transistores unipolares 34
Comprobación de transistores 35
3.11 Diodos LED - Diodo Emisor de Luz (Light-Emmiting Diode) 36
3.12 Diodos Zener 37
3.13 SCR (Rectificador Controlado de Silicio) 38
Curva característica del SCR 38
Funcionamiento básico del SCR 38
3.14 Amplificadores 39
3.15 Aspectos básicos del Inversor. 39
3.16 PWM Modulación por Ancho de Pulsos ( Pulse-Width Modulation) 40
En relación a los motores 40
3.17 El IGBT 41
Función del diodo en paralelo con el IGBT 42
Circuito de disparo del IGBT 42
prueba del IGBT 42
Identificadores de terminales del igbt 42
NO OLVIDAR: 42
Sistema GTO versus IGBT 43
Beneficios del control IGBT 43
4.1 Riesgos eléctricos: introducción. 44
4.2 Análisis del riesgo eléctrico. 45
4

OBJETIVOS DEL MODULO
• Comprender las nociones básicas de Electricidad y aplicación
• Comprender las nociones básicas de la Electrónica
y su aplicación.
• Comprender los riesgos eléctricos que conlleva trabajar con
camiones eléctricos.
MODULO 3
Electricidad Básica
5

1.1 ¿Qué es la corriente eléctrica?
PRIMERA PARTE
LA CORRIENTE ELECTRICA
Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas
o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo
negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).
En un circuito eléctrico cerrado la corriente circula siempre del polo negativo al polo positi-
vo de la fuente de fuerza electromotriz. (FEM).
Quizás hayamos oído hablar o leído en algún texto que el sentido convencional de circu-
lación de la corriente eléctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al
negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su origen en razones históricas y
no a cuestiones de la física y se debió a que en la época en que se formuló la teoría que
trataba de explicar cómo fluía la corriente eléctrica por los metales, los físicos descono-
cían la existencia de los electrones o cargas negativas.
Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente
de las cargas eléctricas, se descubrió también que las cargas eléctricas que proporcio-
na una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo (–) hacia el
positivo (+), de acuerdo con la ley física de que “cargas distintas se atraen y cargas iguales
se rechazan”. Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los
electrones, la comunidad científica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica
se movía del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar
lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la práctica, ese “error histórico” no
influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se refiere.
6

1.3 Intensidad de la corriente eléctrica.
1.2 Requisitos para que circule la
corriente eléctrica
1
2
34
2
Para que una corriente eléctrica circule por un circuito es
necesario que se disponga de tres factores fundamentales:
• Una fuente de fuerza electromotriz (FEM) como, por ejem-
plo, una batería, un generador o cualquier otro dispositivo
capaz de poner en movimiento las cargas eléctricas negati-
vas cuando se cierre el circuito eléctrico.
• Un camino que permita a los electrones fluir, ininterrumpi-
damente, desde el polo negativo de la fuente de suminis-
tro de energía eléctrica hasta el polo positivo de la propia
fuente. En la práctica ese camino lo constituye el conduc-
tor eléctrico, generalmente de cobre.
• Una carga conectada al circuito que ofrezca resistencia al pa-
sode la corriente eléctrica. Se entiende como carga cualquier
dispositivo que para funcionar consuma energía eléctrica
como,por ejemplo, una lámpara para alumbrado, el motor
de cualquier equipo, una resistencia que produzca calor
(calefacción, cocina, secador de pelo, etc.), un televisor
o cualquier otro equipo electrodoméstico o industrial que
funcione con corriente eléctrica.
Cuando las cargas eléctricas circulan normalmente por un
circuito, sin encontrar en su camino nada que interrumpa el
libre flujo de los electrones, decimos que estamos ante un
“circuito eléctrico cerrado”. Si, por el contrario, la circula-
La intensidad del flujo de los electrones de una corriente
eléctrica que circula por un circuito cerrado depende, funda-
mentalmente, de la tensión o voltaje (V) que se aplique y de
la resistencia (R) en ohm que ofrezca al paso de esa corrien-
te la carga conectado al circuito. Si una carga ofrece poca
resistencia al paso de la corriente, la cantidad de electrones
que circulen por el circuito será mayor en comparación con
otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice más el
paso de los electrones.
Mediante la representación de una analogía hidráulica se
puede entender mejor este concepto. Si tenemos dos
depósitos de líquido de igual capacidad, situados a una
misma altura, el caudal de salida de líquido del depósito
que tiene el tubo de salida de menos diámetro será menor
que el caudal que proporciona otro depósito con un tubo
de salida de más ancho o diámetro, pues este último ofre-
ce menos resistencia a la salida del líquido.
De la misma forma, una carga que posea una resistencia
de un valor alto en ohm, provocará que la circulación de los
electrones se dificulte igual que lo hace el tubo de menor
diámetro en la analogía hidráulica, mientras que otro consu-
• Analogía hidráulica: El tubo del depósito “A”, al tener un diámetro
reducido, ofrece más resistencia a la salida del líquido que el tubo del
tanque “B”, que tiene mayor diámetro. Por tanto, el caudal o cantidad. de
agua que sale por el tubo “B” será mayor que la que sale por el tubo “A”.
• 1. Fuente de fuerza electromotriz (FEM). 2. Conductor. 3. Carga
o resistencia conectada al circuito. 4. Sentido de circulación de la
corriente eléctrica.
mo con menor resistencia (caso del tubo de mayor diáme-
tro) dejará pasar mayor cantidad de electrones.
La intensidad de la corriente eléctrica se designa con la
letra ( I ) y su unidad de medida en el Sistema Internacional
( SI ) es el Ampere (llamado también “amperio”), que se
identifica con la letra ( A ).
ción de la corriente de electrones se interrumpe por cual-
quier motivo y la carga conectada deja de recibir corriente,
estaremos ante un “circuito eléctrico abierto”.
7

2.1 Componentes fundamentales de un
circuito eléctrico: Introducción.
E R
I
E R
I
• Circuito eléctrico compuesto por una fuente de fuerza electromotriz
(FEM), representada por una pila; un flujo de corriente (I) y una
resistencia o carga eléctrica (R).
• Representación esquemática de un circuito eléctrico.
SEGUNDA PARTE
COMPONENTES FUNDAMENTALES
DE UN CIRCUITO ELECTRICO
Para decir que existe un circuito eléctrico cualquiera, es ne-
cesario disponer siempre de tres componentes o elemen-
tos fundamentales:
1. Una fuente (E) de fuerza electromotriz (FEM), que sumi-
nistre la energía eléctrica necesaria en volt.
2. El flujo de una intensidad (I) de corriente de electrones
en Amper.
3. Existencia de una resistencia o carga (R) en Ohm, conec-
tada al circuito, que consuma la energía que proporciona
la fuente de fuerza electromotriz y la transforme en
energía útil, como puede ser, encender una lámpara,
proporcionar frío o calor, poner en movimiento un motor,
amplificar sonidos por un altavoz, reproducir imágenes
en una pantalla, etc.
8

2.4 La Carga Eléctrica
2.4.1 Sentido de la circulación
de la corriente
2.2 Unidades de medida de los
componentes que afectan al circuito.
La tensión que la fuente de energía eléctrica proporciona
al circuito, se mide en volt y se representa con la letra
(V). La intensidad del flujo de la corriente (I), se mide en
amper y se representa con la letra (A). La resistencia (R)
de la carga o consumo conectado al propio circuito, se
mide en ohm y se representa con la letra griega omega
(Ω). Estos tres componentes están muy íntimamente re-
lacionados entre sí y los valores de sus parámetros varían
proporcionalmente de acuerdo con la Ley de Ohm. El
cambio del parámetro de uno de ellos, implica el cambio
inmediato de parámetro de los demás.
Las unidades de medidas del circuito eléctrico tienen
también múltiplos y submúltiplos como, por ejemplo, el
kilovolt (kV), mili volt (mV), miliamperes (mA), kilohm (k Ω)
y Megohm (M Ω).
En un circuito eléctrico de corriente directa o continua,
como el que proporciona una pila, batería, dinamo, ge-
nerador, etc., el flujo de corriente de electrones circulará
siempre del polo negativo de la fuente de fuerza electro-
motriz (FEM) al polo positivo de la propia fuente.
En los circuitos de corriente alterna que proporcionan los
generadores de las centrales eléctricas, por ejemplo, la
polaridad y el flujo de la corriente cambia constantemente
de sentido tantas veces en un segundo como frecuencia
posea.
En América la frecuencia de la corriente alterna es de 60
ciclos o hertz (Hz) por segundo, mientras que en Europa
es de 50 Hz. No obstante, tanto para la corriente directa
como para la alterna, el sentido del flujo de la corriente de
electrones será siempre del polo negativo al polo positivo
de la fuente de FEM.
2.3 Funcionamiento del
circuito eléctrico.
El funcionamiento de un circuito eléctrico es siempre el
mismo ya sea éste simple o complejo. El voltaje, tensión
o diferencia de potencial (V) que suministra la fuente de
fuerza electromotriz (FEM) a un circuito se caracteriza por
tener normalmente un valor fijo. En dependencia de la
mayor o menor resistencia en ohm (Ω ) que encuentre el
flujo de corriente de electrones al recorrer el circuito, así
será su intensidad en ampere (A).
Una vez que la corriente de electrones logra vencer la
resistencia (R) que ofrece a su paso el consumo o carga
conectada al circuito, retorna a la fuente de fuerza electro-
motriz por su polo positivo. El flujo de corriente eléctrica
o de electrones se mantendrá circulando por el circuito
hasta tanto no se accione el interruptor que permite
detenerlo.
Cualquier circuito de alumbrado, motor, equipo electro-
doméstico, aparato electrónico, etc., ofrece siempre una
mayor o menor resistencia al paso de la corriente, por lo
que al conectarse a una fuente de fuerza electromotriz
se considera como una carga o consumidor de energía
eléctrica.
La resistencia que ofrece un consumidor al flujo de la co-
rriente de electrones se puede comparar con lo que ocu-
rre cuando los tubos de una instalación hidráulica sufren la
reducción de su diámetro interior debido a la acumulación
de sedimentos. Al quedar reducido su diámetro, el fluido
hidráulico encuentra más resistencia para pasar, disminu-
yendo el caudal que fluye por su interior.
De la misma forma, mientras más alto sea el valor en ohm
de una resistencia o carga conectada en el circuito eléctri-
co, la circulación de electrones o amperaje de la corriente
eléctrica disminuye, siempre y cuando la tensión o voltaje
aplicado se mantenga constante.
9

2.5 El cortocircuito.
2.5.1 Componentes adicionales de
un circuito.
Si por casualidad en un circuito eléctrico unimos o se unen
accidentalmente los extremos o cualquier parte metálica
de dos conductores de diferente polaridad que hayan per-
dido su recubrimiento aislante, la resistencia en el circuito
se anula.
El resultado se traduce en una elevación brusca de la
intensidad de la corriente, un incremento violentamente
excesivo de calor en el cable y la producción de lo que se
denomina “cortocircuito”.
La temperatura que produce el incremento de la intensidad
de corriente en Amper cuando ocurre un cortocircuito es
tan grande que puede llegar a derretir el forro aislante de
los cables o conductores, quemar el dispositivo o equipo
de que se trate si éste se produce en su interior, o llegar,
incluso, a producir un incendio.
Para que un circuito eléctrico se considere completo,
además de incluir la imprescindible tensión o voltaje que
proporciona la fuente de FEM y tener conectada una carga
o resistencia, generalmente se le incorpora también otros
elementos adicionales como, por ejemplo, un interruptor
que permita que al cerrarlo circule la corriente o al abrir-
lo deje de circular, así como un fusible que lo proteja de
cortocircuitos.
• Cortocircuito producido por la unión accidental de dos cables o
conductores de polaridades diferentes.
• 1. Fuente de fuerza electromotriz (batería). 2. Carga o resistencia (
lámpara). 3. Flujo de la corriente eléctrica.4. Interruptor. 5. Fusible.
10

2.6 La ley de Ohm.
2.6.1 Postulado general de la Ley de Ohm.
2.6.2 Hallar el valor en Ohm de una resistencia.
La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de
las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las
unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son:
• Tensión o voltaje (E), en volt (V).
• Intensidad de la corriente (I), en amper (A) o sus submúltiplos.
• Resistencia (R) de la carga o consumidor conectado al circuito en ohm (Ω), o sus múlti-
plos.
El postulado afirma: Desde el punto de vista matemático, este
postulado se puede representar por medio
de la siguiente fórmula:“El flujo de corriente en ampere que circula por un
circuito eléctrico cerrado, es directamente propor-
cional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente
proporcional a la resistencia en ohm de la carga que
tiene conectada.”
I= E
R
Aquellas personas que estén menos relacionadas con el
despeje de fórmulas matemáticas, pueden realizar los cál-
culos de tensión, corriente y resistencia de una forma más
fácil utilizando el recurso práctico de cubrir una de
las variables.
Con esta representación de la Ley de Ohm, solamente
tendremos que tapar con un dedo la letra que representa
el valor de la incógnita que queremos hallar y de inmedia-
to quedará indicada con las otras dos letras la operación
matemática que será necesario realizar.
V
AxR
• Valores de la ley de Ohm dentro de un circuito eléctrico.
11

Por ejemplo, si queremos calcular la resistencia “R”
en ohm de una carga conectada a un circuito que tiene
aplicada una tensión o voltaje “V” de 1,5 volt y por el cual
circula un flujo de corriente de 500 miliampere (mA) de
intensidad, lo podemos hacer de la siguiente forma:
Tapamos “R”, que representa el valor de la incógnita que
queremos despejar, en este caso la resistencia “R” en
ohm, y nos queda:
V
V
V
AxR
AxR
A
Es decir, el valor de la tensión o voltaje "V", dividido por
el valor de la corriente "A" en ampere. El resultado será el
valor de la resistencia "R" que deseamos hallar.
En el caso de este ejemplo específico tenemos que el
valor de la tensión que proporciona la fuente de fuerza
electromotriz (FEM), o sea, la batería, es de 1,5 volt,
mientras que la intensidad de la corriente que fluye por el
circuito eléctrico cerrado es de 500 miliamperes (mA).
Pero antes de poder realizar correctamente esa simple
operación matemática de división, será necesario con-
vertir primero los 500 miliamperes en amper, pues de lo
contrario el resultado sería erróneo. Para hacer la conver-
sión dividimos 500 mA entre 1000:
=0,5 A
= 3 Ω=
500mA
V 1,5
1000
A 0,5
Hecha esta conversión tenemos como resultado que 500
miliampere equivalen a 0,5 Amper, por lo que ya pode-
mos proceder a sustituir los valores para hallar cuántos
ohm tiene la resistencia del circuito eléctrico con el que
estamos trabajando.
El resultado muestra que el valor de la resistencia "R"
conectada al circuito es de 3 Ohm.
2.6.3 Hallar el valor de intensidad de
corriente.
Veamos ahora qué ocurre con la intensidad de la corrien-
te si la resistencia, en lugar de tener 3 ohm, como en el
ejemplo anterior, tiene 6 ohm. En este caso la incógnita a
despejar sería el valor de la corriente “A”, por tanto tapa-
mos esa letra:
Sustituimos a continuación la “V” por el valor de la ten-
sión de la batería, es decir, 1,5 V y la “R” por el valor de
la resistencia (6 Ω ) y efectuamos la operación matemáti-
ca dividiendo el valor de la tensión o voltaje entre el valor
de la resistencia:
En este resultado podemos comprobar que, efectivamen-
te, la resistencia es inversamente proporcional al valor
de la corriente, porque al aumentar el valor de “R”, de 3
a 6 ohm, la intensidad “A” de la corriente varió también,
disminuyendo su valor de 0, 5 a 0,25 ampere.
Para hallar ahora la tensión o voltaje “V” aplicado a un
circuito, conociendo el valor de la intensidad de la corrien-
te en ampere “A” que lo recorre y el valor en ohm de la
resistencia “R” del consumidor o carga a éste conectada,
podemos seguir el mismo procedimiento tapando ahora
la “V”, que será la incógnita a despejar.
= 0,25 A=
V 1,5
R 6
2.6.4 Hallar el valor de la tensión o voltaje.
V
AxR
12

Sustituimos los valores de la intensidad de corriente “A” y
de la resistencia “R” del ejemplo anterior y tendremos:
El resultado de esa operación de multiplicar será 1,5 V,
que es la diferencia de potencial o fuerza electromotriz
(FEM), que proporciona la batería conectada en el circuito.
Los más entendidos en matemáticas pueden utilizar di-
rectamente la fórmula general de la Ley de Ohm realizan-
do los correspondientes despejes para hallar las incógni-
tas. Para hallar el valor de la intensidad “I” se parte de la
representación matemática de la fórmula general:
AxR = 0,25x6 = 1,5V
De donde:
• I - Intensidad de la corriente que recorre el circuito en
amper (A)
• E- Valor de la tensión, voltaje o fuerza electromotriz en
volt (V)
• R - Valor de la resistencia del consumidor o carga co-
nectado al circuito en ohm (Ω)
Para hallar la resistencia, despejamos la “R” en la fórmula
de la forma siguiente:
Y para hallar la tensión despejamos la fórmula así:
I=
R=
E=IxR
E
E
R
I
2.6.5 Resistencia eléctrica.
Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra
la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado,
atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las
cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o
consumidor conectado a un circuito eléctrico representa
en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación
de la corriente eléctrica.
Normalmente los electrones tratan de circular por el
circuito eléctrico de una forma más o menos organizada,
de acuerdo con la resistencia que encuentren a su paso.
Mientras menor sea esa resistencia, mayor será el orden
existente en el micromundo de los electrones; pero
cuando la resistencia es elevada, comienzan a chocar
unos con otros y a liberar energía en forma de calor. Esa
situación hace que siempre se eleve algo la temperatura
del conductor y que, además, adquiera valores más altos
en el punto donde los electrones encuentren una mayor
resistencia a su paso.
• Electrones fluyendo por un buen conductor eléctrico, que ofrece
baja resistencia.
• Electrones fluyendo por un mal conductor. eléctrico, que ofrece
alta resistencia a su paso. En ese caso los electrones chocan unos
contra otros al no poder circular libremente y, como consecuencia,
generan calor.
13

Todos los materiales y elementos conocidos ofrecen mayor o
menor resistencia al paso de la corriente eléctrica, incluyendo
los mejores conductores. Los metales que menos resistencia
ofrecen son el oro y la plata, pero por lo costoso que resultaría
fabricar cables con esos metales, se adoptó utilizar el cobre,
que es buen conductor y mucho más económico.
La conductividad eléctrica es la propiedad de los materia-
les que cuantifica la facilidad con que las cargas pueden
moverse cuando un material es sometido a un campo
eléctrico. La resistividad es una magnitud inversa a la con-
ductividad, aludiendo al grado de dificultad que encuentran
los electrones en sus desplazamientos, dando una idea de
lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistivi-
dad indica que el material es mal conductor mientras que
uno bajo indicará que es un buen conductor. Generalmente
la resistividad de los metales aumenta con la temperatura,
Desde el siglo VI a. C. ya se conocía que el óxido ferroso-
férrico, al que los antiguos llamaron magnetita, poseía
la propiedad de atraer partículas de hierro. Hoy en día la
magnetita se conoce como imán natural y a la propiedad
que tiene de atraer los metales se le denomina “magne-
tismo”.
2.6.6 Resistencia de los metales al paso de la corriente eléctrica.
2.6.7 Conductividad y resistividad.
2.7 Magnetismo
CONDUCTORES ELECTRICOS
Son los materiales que, puestos en contacto con un
cuerpo cargado de electricidad, transmiten ésta a
todos los puntos de su superficie. Los mejores con-
ductores eléctricos son los metales y sus aleaciones.
Existen otros materiales, no metálicos, que también
poseen la propiedad de conducir la electricidad, como
son el grafito, las soluciones salinas (por ejemplo, el
agua de mar) . Para el transporte de la energía eléctri-
ca, así como para cualquier instalación de uso domés-
tico o industrial, el metal más empleado es el cobre en
forma de cables de uno o varios hilos.
DIELECTRICOS
Son los materiales que no conducen la electricidad,
por lo que pueden ser utilizados como aislantes. Al-
gunos ejemplos de este tipo de materiales son vidrio,
cerámica, plásticos, goma, mica, cera, papel, madera
seca, porcelana, algunas grasas para uso industrial y
electrónico y la baquelita. Algunos materiales, como
el aire o el agua, son aislantes bajo ciertas condicio-
nes pero no para otras. El aire, por ejemplo, es aislan-
te a temperatura ambiente pero, bajo condiciones de
frecuencia de la señal y potencia relativamente bajas,
puede convertirse en conductor.
Con alambre de cobre se fabrican la mayoría de los cables
conductores que se emplean en circuitos de baja y media
tensión. También se utiliza el aluminio en menor escala
para fabricar los cables que vemos colocados en las torres
de alta tensión para transportar la energía eléctrica a gran-
des distancias.
mientras que la de los semiconductores disminuye ante el
aumento de la temperatura. Los materiales se clasifican
según su conductividad eléctrica o resistividad en conduc-
tores, dieléctricos, semiconductores y superconductores.
La conductividad se designa por la letra griega sigma mi-
núscula (σ) y se mide en Siemens por metro, mientras que
la resistividad se designa por la letra griega rho minúscula
(ρ) y se mide en ohms por metro (Ω•m, a veces también
en Ω•mm²/m).
Los chinos fueron los primeros en descubrir que cuando
se le permitía a un trozo de magnetita girar libremente,
ésta señalaba siempre a una misma dirección; sin embar-
go, hasta mucho tiempo después esa característica no se
aprovechó como medio de orientación. Los primeros que
le dieron uso práctico a la magnetita en función de brújula
para orientarse durante la navegación fueron los árabes.
14

Al fluir corriente por un conductor se producen anillos de
fuerza magnéticas y estos anillos son proporcionales al
flujo , al enrollar el conductor con corriente, las líneas de
fuerza se enlazan concentrándose y además se forman
los polos norte y sur para controlar la fuerza magnética se
varía la intensidad de corriente.
Cualquier tipo de imán, ya sea natural o artificial, posee dos
polos perfectamente diferenciados: uno denominado polo
norte y el otro denominado polo sur.
Una de las características principales que distingue a los
imanes es la fuerza de atracción o repulsión que ejercen
sobre otros metales las líneas magnéticas que se forman
entre sus polos.
Cuando enfrentamos dos o más imanes independientes
y acercamos cada uno de ellos por sus extremos, si los
polos que se enfrentan tienen diferente polaridad se atraen
(por ejemplo, polo norte con polo sur), pero si las polarida-
des son las mismas (polo norte con norte, o polo sur con
sur), se rechazan.
Cuando aproximamos los polos de dos imanes, de inme-
diato se establecen un determinado número de líneas de
fuerza magnéticas de atracción o de repulsión, que actúan
directamente sobre los polos enfrentados.
Las líneas de fuerza de atracción o repulsión que se
establecen entre esos polos son invisibles, pero su exis-
tencia se puede comprobar visualmente si espolvoreamos
limallas de hierro sobre un papel o cartulina y la colocamos
encima de uno o más imanes.
2.7.1 Principio de electromagnetismo
2.7.2 Imanes permanentes
• Si enfrentamos dos imanes con polos diferentes se atraen, mientras que si los polos enfrentados son iguales, se repelen.
• Todos los imanes tienen dos polos: uno norte (N) y otro sur (S).
15

2.7.3 Inducción magnética.
Si tomamos un alambre de cobre o conductor de cobre, ya
sea con forro aislante o sin éste, y lo movemos de un lado
a otro entre los polos diferentes de dos imanes, de forma
tal que atraviese y corte sus líneas de fuerza magnéticas,
en dicho alambre se generará por inducción una pequeña
fuerza electromotriz (FEM), que es posible medir con un
galvanómetro, instrumento semejante a un voltímetro, que
se utiliza para detectar pequeñas tensiones o voltajes.
Este fenómeno físico, conocido como “inducción mag-
nética” se origina cuando el conductor corta las líneas
de fuerza magnéticas del imán, lo que provoca que las
cargas eléctricas contenidas en el metal del alambre de
cobre (que hasta ese momento se encontraban en reposo),
se pongan en movimiento creando un flujo de corriente
eléctrica.
En esa propiedad de inducir corriente eléctrica cuando se
mueve un conductor dentro de un campo magnético, se
basa el principio de funcionamiento de los generadores de
corriente eléctrica.
Ahora bien, si en vez de moverlo colocáramos el mis-
mo conductor de cobre dentro del campo magnético de
los dos imanes y aplicamos una diferencia de potencial,
tensión o voltaje en sus extremos, como una batería, por
ejemplo, el campo magnético que produce la corriente
eléctrica alrededor del conductor al circular a través del
mismo, provocará que las líneas de fuerza o campo magné-
tico de los imanes lo rechacen. De esa forma el conductor
se moverá hacia un lado o hacia otro, en dependencia del
sentido de circulación que tenga la corriente, provocando
que rechace el campo magnético y trate de alejarse de su
influencia.
El campo magnético que se crea alrededor del alambre de
cobre o conductor cuando fluye la corriente eléctrica, hace
que éste se comporte también como si fuera un imán y en
esa propiedad se basa el principio de funcionamiento de
los motores eléctricos.
En la actualidad la magnetita no se emplea como imán,
pues se pueden fabricar imanes permanentes artificiales
de forma industrial a menor costo. • Cuando aplicamos una diferencia de potencial, tensión o voltaje
a un conductor y lo situamos dentro de las líneas de fuerza de un
campo magnético, como el de dos imanes, por ejemplo, éste será
rechazado hacia uno u otro lado, en dependencia del sentido de
dirección que tenga la corriente que fluye por el conductor.
16

2.8 Fuerza Electromotriz (FEM)
2.8.1 Pilas o baterías
2.8.2 Máquinas electromagnéticas
Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía
proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que
suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la exis-
tencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o
polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que
sea capaz de impulsar las cargas eléctricas a través de un
circuito cerrado.
A continuación revisaremos diferentes tipos de suministra-
dores de FEM:
• Pilas o baterías.
• Máquinas electromagnéticas.
• Celdas fotovoltaicas o fotoeléctricas.
• Termopares.
• Materiales en los que se manifiesta el
efecto piezoeléctrico.
Son las fuentes de FEM más conocidas. Generan energía
eléctrica por medios químicos. Las más comunes y co-
rrientes son las de carbón-zinc y las alcalinas, que cuando
se agotan no admiten recarga. En los automóviles se
utilizan baterías de plomo-ácido, que emplean como elec-
trodos placas de plomo y como electrolito ácido sulfúrico
mezclado con agua destilada.
Generan energía eléctrica utilizando medios magnéticos
y mecánicos. Es el caso de las dinamos y generadores
pequeños utilizados en vehículos automotores, plantas
eléctricas portátiles.
• Máquinas electromagnéticas: aerogenerador.
• Pilas o baterías.
17

2.8.3 Celdas fotovoltaicas o fotoeléctricas
2.8.4 Termopares
2.8.5 Efecto piezoeléctrico.
Llamadas también celdas solares, transforman en energía
eléctrica la luz natural del Sol o la de una fuente de luz arti-
ficial que incida sobre éstas. Su principal componente es el
silicio (Si). Uno de los empleos más generalizados en todo
el mundo de las celdas voltaicas es en el encendido auto-
mático de las luces del alumbrado público en las ciudades.
Se componen de dos alambres de diferentes metales
unidos por uno de sus extremos. Cuando reciben calor en
el punto donde se unen los dos alambres, se genera una
pequeña tensión o voltaje en sus dos extremos libres.
Los termopares se utilizan mucho como sensores en
diferentes equipos destinados a medir, fundamentalmente,
temperaturas muy altas, donde se hace imposible utilizar
termómetros comunes no aptos para soportar temperatu-
ras que alcanzan los miles de grados.
Propiedad de algunos materiales como el cristal de cuarzo
de generar una pequeña diferencia de potencial cuando se
ejerce presión sobre ellos.
Una de las aplicaciones prácticas de esa propiedad es
captar el sonido grabado en los antiguos discos de vinilo
por medio de una aguja de zafiro, que al deslizarse por los
surcos del disco en movimiento convierten sus variaciones
de vaivén en corriente eléctrica de audiofrecuencia de muy
baja tensión o voltaje, que se puede amplificar y oír a un
nivel mucho más alto.
El valor de la fuerza electromotriz (FEM) o diferencia de
potencial, coincide con la tensión o voltaje que se mani-
fiesta en un circuito eléctrico abierto, es decir, cuando no
tiene carga conectada y no existe, por tanto, circulación de
corriente.
La fuerza electromotriz se representa con la letra (E) y su
unidad de medida es el volt (V).
• Cápsula piezoeléctrica de tocadiscos con aguja de zafiro.
18

Volt
1,5
0
2,0
1,0
(1 Seg)
Volt
-1,0
0
-1,5
-2,0 (1 Seg)
2.9 Corriente directa o contínua.
La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es
aquella cuyas cargas eléctricas o electrones fluyen siem-
pre en el mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado,
moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de
una fuente de fuerza electromotriz (FEM), tal como ocurre
en las baterías, las dinamos o cualquier otra fuente gene-
radora de ese tipo de corriente eléctrica.
Es importante conocer que ni las baterías, ni los genera-
dores, ni ningún otro dispositivo similar crea cargas eléc-
tricas pues, de hecho, todos los elementos conocidos en
la naturaleza las contienen, pero para establecer el flujo
en forma de corriente eléctrica es necesario ponerlas en
movimiento.
El movimiento de las cargas eléctricas se asemeja al de
las moléculas de un líquido, cuando al ser impulsadas por
una bomba circulan a través de la tubería de un circuito
hidráulico cerrado.
Las cargas eléctricas se pueden comparar con el líquido
contenido en la tubería de una instalación hidráulica. Si
la función de una bomba hidráulica es poner en movi-
miento el líquido contenido en una tubería, la función de
la tensión o voltaje que proporciona la fuente de fuerza
electromotriz (FEM) es, precisamente, bombear o poner
en movimiento las cargas contenidas en el cable con-
ductor del circuito eléctrico. Los elementos o materiales
que mejor permiten el flujo de cargas eléctricas son los
metales y reciben el nombre de “conductores”.
Por esa íntima relación que existe entre el voltaje y la co-
rriente generalmente en los gráficos de corriente directa,
lo que se representa por medio de los ejes de coordena-
das es el valor de la tensión o voltaje que suministra la
fuente de FEM.
La coordenada horizontal “x” representa el tiempo que la
corriente se mantiene fluyendo por circuito eléctrico y la
coordenada vertical “y” corresponde al valor de la tensión
o voltaje que suministra la fuente de fem (en este caso
una pila) y se aplica circuito. La representación gráfica del
voltaje estará dada entonces por una línea recta horizontal
continua, siempre que el valor de la tensión o voltaje se
mantenga constante durante todo el tiempo.
Normalmente cuando una pila se encuentra completa-
mente cargada suministra una FEM, tensión o voltaje de
1,5 volt. Si representamos gráficamente el valor de esa
tensión o voltaje durante el tiempo que la corriente se
mantiene fluyendo por el circuito cerrado, obtenemos una
línea recta.
Si después hacemos girar la pila invirtiendo su posición y
representamos de nuevo el valor de la tensión o voltaje,
el resultado sería el mismo, porque en ambos casos la
corriente que suministra la fuente de FEM sigue sien-
do directa o continua. Lo único que ha cambiado es el
sentido del flujo de corriente en el circuito, provocado por
el cambio de posición de la pila, aunque en ambos casos
el sentido de circulación de la corriente seguirá siendo
siempre del polo negativo al positivo.
• El movimiento de las cargas eléctricas se asemeja al de las moléculas
de un líquido, cuando al ser impulsadas por una bomba circulan a
través de la tubería de un circuito hidráulico cerrado.
• Circuito eléctrico compuesto por una pila o fuente de suministro de
FEM; una bombilla, carga conectada al circuito. A la derecha aparee la
representación gráifca del suministro de 1,5 volt de la pila.
Volt
1,5
0
pulso
19

2.10 La corriente alterna (C.A.)
2.10.1 Formas diferentes de
corriente alterna
La corriente denominada alterna (C.A.), se diferencia de la
directa por el cambio constante de polaridad que efectúa
por cada ciclo de tiempo.
La característica principal de una corriente alterna es que
durante un instante de tiempo un polo es negativo y el
otro positivo, mientras que en el instante siguiente las
polaridades se invierten tantas veces como ciclos o hertz
por segundo posea esa corriente. No obstante, aunque se
produzca un constante cambio de polaridad, la corriente
siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre
en las fuentes de FEM que suministran corriente directa.
• Corriente alterna pulsante de un ciclo o hertz (Hz) por segundo.
Si hacemos que la pila del ejemplo anterior gire a una
determinada velocidad, se producirá un cambio constante
de polaridad en los bornes donde hacen contacto los dos
polos de dicha pila. Esta acción hará que se genere una
corriente alterna tipo pulsante, cuya frecuencia dependerá
de la cantidad de veces que se haga girar la manivela a la
que está sujeta la pila para completar una o varias vueltas
completas durante un segundo.
En este caso si hacemos una representación gráfica
utilizando un eje de coordenadas para la tensión o voltaje
y otro eje para el tiempo en segundos, se obtendrá una
corriente alterna de forma rectangular o pulsante, que parte
primero de cero volt, se eleva a 1,5 volt, pasa por “0” volt,
desciende para volver a 1,5 volt y comienza a subir de nue-
vo para completar un ciclo al pasar otra vez por cero volt.
Si la velocidad a la que hacemos girar la pila es de una
vuelta completa cada segundo, la frecuencia de la corriente
alterna que se obtiene será de un ciclo o hertz por segun-
do (1 Hz). Si aumentamos ahora la velocidad de giro a 5
vueltas por segundo, la frecuencia será de 5 ciclos o hertz
por segundo (5 Hz). Mientras más rápido hagamos girar la
manivela a la que está sujeta la pila, mayor será la frecuen-
cia de la corriente alterna pulsante que se obtiene.
De acuerdo con su forma gráfica, la corriente alterna puede
ser rectangular, triangular, de diente de sierra ó sinusoidal.
De todas estas formas, la onda más común es la sinusoidal
ó senoidal.
Cualquier corriente alterna puede fluir a través de diferen-
tes dispositivos eléctricos, como pueden ser resistencias,
bobinas, condensadores, etc., sin sufrir deformación.
La onda con la que se representa gráficamente la corriente
sinusoidal recibe ese nombre porque su forma se obtiene a
partir de la función matemática de seno.
• (A) Onda rectangular o pulsante. (B) Onda triangular. (C) Onda diente
de sierra. (D) Onda sinusoidal o senoidal.
En la siguiente figura se puede ver la representación grá-
fica de una onda sinusoidal y las diferentes partes que la
componen:
De donde:
A = Amplitud de onda
P = Peak o cresta
N = Nodo o valor cero
V = Valle o vientre
T = Período
Volt
1,5
0
pulso
20

Amplitud de onda: máximo valor que toma una corriente
eléctrica. Se llama también valor de pico o valor de cresta.
Peak o cresta: punto donde la sinusoide alcanza su
máximo valor.
Nodo o cero: punto donde la sinusoide toma valor “0”.
Valle o vientre: punto donde la sinusoide alcanza su
mínimo valor.
Período: tiempo en segundos durante el cual se repite
el valor de la corriente. Es el intervalo que separa dos
puntos sucesivos de un mismo valor en la sinusoide. El
período es lo inverso de la frecuencia y, matemáticamen-
te, se representa por medio de la siguiente fórmula:
T=1/F
F=1/T
Como ya se vio anteriormente, la frecuencia no es más
que la cantidad de ciclos por segundo o hertz (Hz), que
alcanza la corriente alterna. Es el inverso del período y,
matemáticamente, se representa de la manera siguiente:
2.10.2 Múltiplos de Hertz
2.10.4 Valor Medio
2.10.3 Ventajas de la corriente alterna
Kilohertz (kHz) = 103 Hz = 1 000 Hz
Megahertz (MHz) = 106 Hz = 1 000 000 Hz
Gigahertz (GHz) = 109 Hz = 1 000 000 000 Hz
Entre algunas de las ventajas de la corriente alterna,
comparada con la corriente directa o continua, tenemos
las siguientes:
• Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión por
medio de transformadores.
• Se transporta a grandes distancias con poca de pérdida
de energía.
• Es posible convertirla en corriente directa con facilidad.
• Al incrementar su frecuencia por medios electrónicos en
miles o millones de ciclos por segundo (frecuencias de
radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y órde-
nes de control a grandes distancias, de forma inalámbrica.
• Los motores y generadores de corriente alterna son
estructuralmente más sencillos y fáciles de mantener
que los de corriente directa.
Se llama valor medio de una tensión (o corriente) alterna
a la media aritmética de todos los valores instantáneos
de tensión ( o corriente), medidos en un cierto intervalo
de tiempo.
En una corriente alterna sinusoidal, el valor medio durante
un período es nulo: en efecto, los valores positivos se
compensan con los negativos. Vm = 0
En cambio, durante medio periodo, el valor medio es
siendo V0 el valor máximo.
Vm= 2v0
π
21

Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que
tendría una corriente continua que produjera la misma
potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre una
misma resistencia.
Es decir, se conoce el valor máximo de una corriente
alterna (I0).
Se aplica ésta sobre una cierta resistencia y se mide la
potencia producida sobre ella.
A continuación, se busca un valor de corriente continua
que produzca la misma potencia sobre esa misma resis-
tencia. A este último valor, se le llama valor eficaz de la
primera corriente (la alterna).
Para una señal sinusoidal, el valor eficaz de la tensión es:
Al igual que ocurre con la tensión, la intensidad de la co-
rriente también varía según una función senoidal, siendo
dos veces nula y dos veces máxima por cada ciclo del
alternador. La intensidad eficaz es el valor intermedio que
produce los mismos efectos energéticos que una corrien-
te continua del mismo valor. Además es la que indican
los amperímetro de C.A.
Aplicando la ley de Ohm tendríamos que:
Como la oposición que presenta la bobina a la corriente
alterna tiene que ver con los fenómenos autoinducción,
ésta será mayor cuanto mayor sea el coeficiente de
autoinducción L y más rápidas sean las variaciones de
la corriente alterna, es decir la frecuencia f. Si llamamos
reactancia inductiva XL a la oposición que presenta la
bobina a la corriente, tendremos que:
Su simbología es:
2.10.5 Valor Eficaz 2.10.6 Intensidad Eficaz
2.10.7 Reactancia inductiva de una bobina
Vef=
Ief=
Pef = Vef • Ief = =
V0
I0
V0 • I0 V0 • I0
2
2
2
2 2
y del mismo modo para la corriente:
la potencia eficaz resultará ser:
Es decir que es la mitad de la potencia máxima (o poten-
cia de pico)
La tensión o la potencia eficaz, se nombran muchas ve-
ces por las letras RMS.
O sea, el decir 10 VRMS ó 15 WRMS significarán 10 vol-
tios eficaces ó 15 watts eficaces, respectivamente.
•
Ief = I M
XL = 2 πƒL
XL = Reactancia inductiva en ohmios.
ƒ = Frecuencia en hertzios.
L = Coeficiente de autoinducción en henrios.
22

Un condensador, en C.A., hace que fluya constante-
mente una corriente eléctrica por el circuito debido a las
constantes cargas y descargas del mismo. Es importante
hacer notar que esta corriente nunca llega a atravesar el
dieléctrico del condensador, pero sí existe por los con-
ductores que lo alimentan.
Como el establecimiento de la corriente eléctrica en un
condensador cuando le es aplicado una C.A. tiene que
ver con los fenómenos de carga y descarga del mismo,
dicha corriente será mayor cuanto mayor sea la capacidad
del condensador y más rápidas sean dichas cargas y des-
cargas, es decir la frecuencia f. Si llamamos reactancia
capacitiva XC a la oposición que presenta el condensador
a la corriente, tendremos que:
El factor de potencia o coseno de phi, es una función del
desfase de la intensidad en relación a la tensión. Su valor
puede oscilar entre 0 y 1. En un circuito puramente resistivo la
tensión y la intensidad se encuentran en fase y el valor de la
magnitud en este caso es igual a la unidad. En un circuito en el
que existan inductancias y o condensadores, se producirá un
desfase entre la tensión y la intensidad, adelantándose o re-
trasándose ésta respecto de la otra. Este desfase lo definirá el
factor de potencia y oscilará como se ha dicho antes, entre 0 y
1. En un circuito puramente resistivo la tensión y la intensidad
están en fase. Esto significa que la corriente y el voltaje tienen
sus valores máximos y mínimos simultáneamente
2.10.8 Reactancia capacitiva de
un condensador.
2.11 Potencia en circuitos de corriente
alterna (CA)
2.11.1 Potencia reactiva.
2.10.9 El factor de potencia.
XC =
1
2 π ƒ C
XC = Reactancia capacitiva en ohmios.
ƒ = Frecuencia en hertzios.
C = Capacidad del condensador en faradios.
Su simbología es:
Al realizar el análisis de la potencia que consumía una
resistencia (La ley de Joule), cuando era atravesada por
una corriente continua, sólo era necesario multiplicar la
corriente por el voltaje entre los terminales. (P = V x I)
Lo anterior también es cierto en el caso en que se utilice
corriente alterna en una resistencia o resistor, porque en
estos casos la corriente y el voltaje están en “fase”. Las
formas de onda son iguales. Sólo podrían diferenciarse
en su amplitud.
En este caso la corriente se adelantaría o atrasaría con
respecto al voltaje y sus valores máximos y mínimos ya
no coincidirían. La potencia que se obtiene de la multi-
plicación del voltaje con la corriente (P= I x V) es lo que
se llama una potencia aparente. La verdadera potencia
consumida dependerá en este caso de la diferencia de
ángulo entre el voltaje y la corriente. Este ángulo se
representa como Θ.
Un circuito que tenga reactancia significa que tiene un
capacitor (condensador), una bobina (inductor) o ambos.
Si el circuito tiene un capacitor:
Si el circuito tiene un inductor:
• Cuando la corriente va de 0 amperios a un valor máxi-
mo, la fuente entrega energía al inductor. Esta energía
se almacena en forma de campo magnético.
• Cuando la corriente va de su valor máximo a 0 ampe-
rios, es el inductor el que entrega energía de regreso a
la fuente.
Si el circuito tiene un inductor:
• Cuando la corriente va de 0 amperios a un valor máxi-
mo, la fuente entrega energía al inductor. Esta energía
se almacena en forma de campo magnético.
• Cuando la corriente va de su valor máximo a 0 ampe-
rios, es el inductor el que entrega energía de regreso a
la fuente.
Se puede ver que, la fuente en estos casos tiene un con-
sumo de energía igual a “0”, pues la energía que entrega
la fuente después regresa a ella. La potencia que regresa
a la fuente es la llamada “potencia reactiva”.
23

Entonces en un circuito totalmente resistivo no hay
regreso de energía a la fuente, en cambio en un circuito
totalmente reactivo toda la energía regresa a ella.
Ahora es de suponer que en un circuito que tenga los
dos tipos de elementos (reactivo y resistivo), parte de la
potencia se consumirá (en la resistencia) y parte se regre-
sará a la fuente (por las bobinas y condensadores)
El siguiente gráfico muestra la relación entre el voltaje la
corriente y la potencia:
La potencia que se obtiene de la multiplicación de la
corriente y el voltaje en cualquier momento es la potencia
instantánea en ese momento.
• Cuando el voltaje y la corriente son positivos: La fuente
está entregando energía al circuito.
• Cuando el voltaje y la corriente son opuestos (uno es
positivo y el otro es negativo), la potencia es negativa y
en este caso el circuito le está entregando energía a la
fuente.
Se puede ver que la potencia real consumida por el circui-
to, será la potencia total que se obtiene con la fórmula
P = I x V, (potencia entregada por la fuente, llamada
potencia aparente) menos la potencia que el circuito le
devuelve (potencia reactiva).
Nota: Es una resta fasorial, no aritmética.
La potencia real se puede calcular con la siguiente fórmula:
P = I 2 R
donde:
P es el valor de la potencia real en watts (vatios).
I es la corriente que atraviesa la resistencia en amperios.
R es el valor de la resistencia en ohmios.
Las mediciones eléctricas se realizan con aparatos
especialmente diseñados según la naturaleza de la
corriente; es decir, si es alterna, continua o pulsante. Los
instrumentos se clasifican por los parámetros de voltaje,
tensión e intensidad.
Es el instrumento que mide la intensidad de la Corrien-
te Eléctrica. Su unidad de medida es el Amperio y sus
Submúltiplos, el miliamperio y el microamperio.
Los usos dependen del tipo de corriente, ósea, que
cuando midamos Corriente Continua, se usara el am-
perímetro de bobina móvil y cuando usemos Corriente
Alterna, usaremos el electromagnético.
2.12 Instrumentos de medición
2.12.1 El amperímetro
• Es necesario conectarlo en serie con el circuito.
• Se debe tener un aproximado de corriente a medir ya
que si es mayor de la escala del amperímetro, lo puede
dañar. Por lo tanto, la corriente debe ser menor de la
escala del amperímetro
• Cada instrumento tiene marcado la posición en que
se debe utilizar: horizontal, vertical o inclinada. Si no
se siguen estas reglas, las medidas no serían del todo
confiable y se puede dañar el eje que soporta la aguja.
• Todo instrumento debe ser inicialmente ajustado en
cero. Las lecturas tienden a ser más exactas cuando
las medidas que se toman están intermedias a la esca-
la del instrumento.
• Nunca se debe conectar un amperímetro con un circui-
to que este energizado.
• Amperímetro digital (izquierda) y analógico (derecha)
24

Es el instrumento que mide el valor de la tensión. Su unidad básica de medición es el
Voltio (V) con sus múltiplos, como el Megavoltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y submúltiplos
como el milivoltio (mV) y el micro voltio. Existen voltímetros que miden tensiones conti-
nuas llamados voltímetros de bobina móvil y de tensiones alternas, los electromagnéticos.
Es un arreglo de los circuitos del Voltímetro y del Amperímetro, pero con una batería y
una resistencia. Dicha resistencia es la que ajusta en cero el instrumento en la escala de
los Ohmios cuando se cortocircuitan los terminales. En este caso, el voltímetro marca la
caída de voltaje de la batería y si ajustamos la resistencia variable, obtendremos el cero en
la escala.
2.12.2 El voltímetro.
2.12.3 El ohmímetro.
2.12.4 El multímetro analógico.
Uso del Voltímetro
• Es necesario conectarlo en paralelo con el circuito, tomando en cuenta la polaridad si es C.C.
• Se debe tener un aproximado de tensión a medir con el fin de usar el voltímetro apropiado
• Cada instrumento tiene marcado la posición en que se debe utilizar: horizontal, vertical o inclinada.
• Todo instrumento debe ser inicialmente ajustado en cero.
Uso del Ohmimetro
• La resistencia a medir no debe estar conectada a ninguna fuente de tensión o a
ningún otro elemento del circuito, pues causan mediciones inexactas.
• Se debe ajustar a cero para evitar mediciones erráticas gracias a la falta de carga
de la batería. En este caso, se debería de cambiar la misma.
• Al terminar de usarlo, es más seguro quitar la batería que dejarla, pues al dejar
encendido el instrumento, la batería se puede descargar totalmente.
Es el instrumento que utiliza en su funcionamiento los parámetros del amperímetro, el vol-
tímetro y el Ohmimetro. Las funciones son seleccionadas por medio de un conmutador.
Por consiguiente todas las medidas de Uso y precaución son iguales y es multifuncional
dependiendo el tipo de corriente (C.C o C.A.).
25

2.12.5 El multímetro digital (DMM).
Es el instrumento que puede medir el amperaje, el voltaje y el ohmiaje obteniendo resulta-
dos numéricos digitales. Trabaja también con los tipos de corriente.
Comprende un grado de exactitud confiable. Cuenta con una resistencia con mayor oh-
miaje al del analógico y puede presentar problemas de medición debido a las perturbacio-
nes en el ambiente causadas por la sensibilidad.
26

3.1 Principios básicos de electrónica: introducción.
TERCERA PARTE
PRINCIPIOS BASICOS DE
ELECTRONICA
La Electrónica es la ciencia que se dedica al estudio
de la condición eléctrica, para procesar información, a
través de los estados que manifiesta la materia: sólidos,
líquidos y gases.
Ramas de la electrónica:
• Sistemas digitales.
• Comunicaciones.
• Terapéutica.
• Instrumentación.
• Telemetría.
• Electrónica Industrial
• Electrónica Militar
27

3.2 Resistencia.
3.3 Potenciómetros.
3.2.1 Comprobación de resistencias
Es el grado de oposición que genera un material al paso
de la corriente eléctrica. Su unidad de medida es el Ohm.
Las resistencias son fabricadas en una gran variedad de
formas y tamaños. En las más grandes, el valor de la
resistencia se imprime directamente en el cuerpo de la
misma, pero en las más pequeñas no es posible.
Para poder obtener con facilidad el valor de la resisten-
cia / resistor se utiliza el código de colores. Sobre estas
resistencias se pintan unas bandas de colores. Cada color
representa un número que se utiliza para obtener el valor
final de la resistencia.
• Las dos primeras bandas indican las dos primeras
cifras del valor del resistor, la tercera banda indica
cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para
obtener el valor final de la resistencia.
• La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta
banda, ésta nos indica su confiabilidad
Ejemplo:
Si un resistor tiene las siguiente bandas de colores:
rojo amarillo verde oro
2 4 5 +/- 5%
• La resistencia tiene un valor de 2400,000 Ohmios +/- 5 %
• El valor máximo de esta resistencia es: 25200,000 Ω.
• El valor mínimo de esta resistencia es: 22800,000 Ω.
• La resistencia puede tener cualquier valor entre el
máximo y mínimo calculados.
• Código de colores en una resistencia.
• Significado de los colores en el código.
• Potenciómetro.
Existen las llamadas resistencias variables, que pueden
variar su resistencia por medio de un cursor que se
desplaza sobre una pista de material resistivo. Los más
comunes son lo potenciómetros y los preset. Los prime-
ros son resistencias variables, mientras que los últimos
son ajustables
28

3.4 Baterías
3.5 Relés
Las baterías, por medio de una reacción química producen
en su terminal negativo una gran cantidad de electrones,
que tienen carga negativa y en su terminal positivo se pro-
duce una gran ausencia de electrones, lo que finalmente
causa que este terminal sea de carga positiva.
Ahora, si esta batería alimenta un circuito cualquiera,
hará que por éste circule una corriente de electrones que
saldrán del terminal negativo de la batería, debido a que
éstos se repelen entre si y repelen también a los electro-
nes libres que hay en el conductor de cobre, y se dirijan
al terminal positivo donde hay un carencia de electrones,
pasando a través del circuito al que está conectado. De
esta manera se produce la corriente eléctrica.
El proceso químico no se presenta por tiempo indefinido,
sino que después de algún tiempo deja de tener efecto lo
que se nota porque su voltaje va disminuyendo. Esta es la
causa de que las baterías tengan una vida finita.
Barra de carbón
Polo +
Electrolito
Cubierta de Zinc
Polo -
El Relé (relay) es un interruptor operado magnéticamente. Este se activa o desactiva, depen-
diendo de la conexión. Cuando el electroimán, que forma parte del Relé, es energizado le damos
tensión para que funcione. Esta operación causa que exista conexión o no, entre dos o más
terminales de este Relé. Esta conexión se logra con la atracción o repulsión de un pequeño brazo,
llamado armadura, por el electroimán. Este pequeño brazo conecta o desconecta los terminales
antes mencionados.
Si el electroimán está activo jala el brazo
(armadura) y conecta los puntos C y D. Si
el electroimán se desactiva, conecta los
puntos D y E.
De esta manera se puede conectar un
dispositivo cuando el electroimán está
activo, y otro, cuando está inactivo.
Es importante saber cual es la resistencia
del bobinado del electroimán (lo que está
entre los terminales A y B) que activa el
relé y con cuanto voltaje este se activa.
Este voltaje y esta resistencia nos infor-
man que magnitud debe de tener la señal
que activará el relé y cuanta corriente se
debe suministrar a éste.
Funcionamiento del rele
La corriente se obtiene con
ayuda de la Ley de Ohm:
donde:
I es la corriente necesaria para
activar el relé.
V es el voltaje para activar el
relé.
R es la resistencia del
bobinado del relé.
I= V
R
29

30A - 250 V
30A - 250 V
Ventajas del Rele
Tipos de fusibles
• Permite el control de un dispositivo a distancia. No se necesita estar
junto al dispositivo para hacerlo funcionar.
• El Relé es activado con poca corriente, sin embargo puede activar gran-
des máquinas que consumen gran cantidad de corriente.
• Con una sola señal de control, es posible controlar varios relés a la vez.
3.6 Fusibles
El fusible es dispositivo utilizado para proteger dispositivos
eléctricos y electrónicos.
El fusible permite el paso de la corriente mientras ésta no
supere un valor establecido.
Si el valor de la corriente que pasa, es superior a éste, el
fusible se derrite, se abre el circuito y no pasa corriente.
Si esto no sucediera, el equipo que se alimenta se puede
recalentar por consumo excesivo de corriente: (un corto
circuito) y causar hasta un incendio.
El fusible normalmente se coloca entre la fuente de ali-
mentación y el circuito a alimentar. En equipos eléctricos
o electrónicos comerciales, el fusible está colocado dentro
del mismo circuito.
Es una práctica común reemplazar los fusibles, sin saber el
motivo por el cual éste se “quemó”, lo que muchas veces
ocurre por la instalación de un fusible de valor inadecuado.
Cuando se queme un fusible, siempre hay que reemplazar-
lo por uno de las mismas características, sin excepciones,
previa revisión del equipo en cuestión, para determinar la
causa de que el fusible se haya quemado.
Existen diferentes tipos de fusibles, variando sus capacidades
y modos de fundirse.
• Fusible desnudo: constituido por un hilo metálico (generalmente de
plomo) que se funde por efecto del calor.
• Fusible encapsulado de vidrio: utilizado principalmente en equipos
electrónicos.
• Fusible de tapón enroscable: pieza cilíndrica de porcelana o similar,
sobre la cual se pone una camisa roscada que sirve para que sea
introducido en el circuito. El alambre (fusible) se coloca internamente,
se fija con tornillos y se protege con una tapa roscada
• Fusible de cartucho: Están constituidos por una base de material
aislante, sobre la cual se fijan unos soportes metálicos que sirvan para
introducir a presión el cartucho.
30

3.7 Capacitores
Tipos de capacitores
ASOCIACION EN SERIE Y EN PARALELO
Capacitancia:
El capacitor es un componente que, como su nombre lo
indica, almacena energía durante un tiempo, teóricamente
infinito, pero que en la realidad depende de la RSE (resis-
tencia serie equivalente), un tipo de resistencia de pérdida
que presenta todo capacitor.
El capacitor se comporta como un circuito abierto para la
corriente continua, pero en alterna su reactancia disminuye
a medida que aumenta la frecuencia.
Hay capacitores de varios tipos. Aquí vamos a centrarnos
en lo más comunes.
Fenómeno producido en los condensadores, los
cuales presentan menor impedancia cuanto mayor
sea la frecuencia de la corriente aplicada. Su unidad
es el Faradio.
• Cerámicos: Son condensadores muy baratos, pero
tienen la desventaja de ser muy variables con el tiempo
y la temperatura. Además, su capacidad es baja en
relación con su tamaño. Generalmente se utilizan como
acopladores en audio.
• Poliéster: Son condensadores muy grandes en función
de su capacidad, pero son muy estables con el tiempo
y la temperatura. Permiten obtener aislaciones muy
altas (comercialmente los hay hasta de 630 volts). Ge-
neralmente se utilizan como base de tiempo en oscila-
dores que requieran mucha estabilidad.
• Electrolíticos: Son capacitores que logran grandes ca-
pacidades en tamaños reducidos. Esto se debe a que
presenta una construcción con una sustancia química
como dieléctrico, en vez de poliéster o cerámica como
los anteriores. Eso produce que este tipo de capacitor
tenga polaridad. Su desventaja es que son extremada-
mente variables con el tiempo y la temperatura, y su
costo es relativamente alto a altas capacidades o altas
aislaciones. Su uso se centra generalmente en filtros
de fuente y salida de audio de amplificadores.
• Variables: Presentan la característica de poder variar
su capacidad, variando la superficie de las placas del
condensador, o la distancia entre ellas.
Al igual que las resistencias, se pueden formar combina-
ciones en serie o en paralelo de capacitores. La diferencia
radica en que el valor resultante es totalmente al inverso de
las resistencias.
Asociación serie:
En este tipo, los capacitores son colocados uno a continuación
del otro. La capacidad total es la siguiente:
Asociación paralelo:
En este tipo, los capacitores son colocados todos juntos, unien-
do sus extremos. La capacidad total es la siguiente:
C1 C2 C3
C1 C2 C3
Ct = C1 + C2 +...+ Cn
31

3.8 Bobinas
Tipos de bobinas
Una bobina es un arrollado de alambre de cobre sobre
un núcleo, que puede ser de aire (sin núcleo), de ferrita,
hierro, silicio, etc.
Con la corriente continua funciona como un conductor,
oponiendo una resistencia que depende de la resistencia
total del alambre bobinado.
En alterna, en cambio, tiene la propiedad de aumentar su
reactancia a medida que aumenta la frecuencia. Es a la
inversa del capacitor.
Combinado con el capacitor se pueden obtener circuitos
resonantes, en los cuales la resonancia se produce cuando
coinciden las frecuencias de corte de ambos elementos.
Las bobinas más comunes son las detalladas a continuación.
• Con núcleo de hierro: Este tipo está hecho con un
bobinado de alambre de cobre sobre un soporte de
hierro dulce. Este tipo de bobinas solo son apropiadas
para aplicaciones de electroimán, donde la corriente
a través del bobinado induce un efecto de imantación
temporal sobre el hierro.
• Con núcleo de aire: La bobina esta arrollada en el aire,
o sea, que no lleva núcleo. La inductancia de este tipo
de bobinas es muy baja, pero tiene la ventaja de que
son muy apropiadas para trabajar en altas frecuencias.
• Con núcleo de ferrita: Este material está hecho con
hierro, carbono y otros metales, produciendo una barra
a partir de un granulado muy fino de estos elementos.
Se utilizan mucho en receptores de radio. Este núcleo
permite aumentar la inductancia de la bobina, y son
apropiados para altas frecuencias.
• Con núcleo laminado: Este núcleo está compuesto
por delgadas chapas de silicio, que se entrelazan for-
mando un núcleo compacto. Permite manejar elevadas
potencias, y disminuye las pérdidas y el calentamiento.
Inductor con núcleo de hierro
Inductor sin núcleo
(núcleo de aire)
Inductor con núcleo de ferrita
• Simbología electrónica para diferentes tipos de bobina.
Una aplicación típica de las bobinas es el transformador. Es un dispositivo que consta básica-
mente de un bobinado primario, al cual se le aplica una tensión alterna, y uno secundario, del
cual se extrae otra tensión mediante la inducción magnética del núcleo. Esta tensión depen-
de de la relación de espiras entre los bobinados.
32

3.9 Diodos
Los diodos son dispositivos semiconductores de estado
sólido, generalmente fabricados con silicio, al que se le
agregan impurezas para lograr sus características. Poseen
dos terminales, llamados ánodo y cátodo. Básicamente
un diodo se utiliza para rectificar la corriente eléctrica. Su
característica principal es que permite la circulación de co-
rriente en un solo sentido. Por su construcción, el diodo de
silicio posee en polarización directa (circulación de corrien-
te de ánodo hacia cátodo) una caída de tensión del orden
de los 0,6 a 0,7 voltios, y en inversa (bloqueo) tiene una
corriente de fuga prácticamente despreciable.
Hay diodos de uso especial, como los Zener, los Schottky,
de Señal, etc.
A K
A K
Comprobación de diodos
Los diodos se comprueban con el multímetro, utilizan-
do la escala R x 1 o, si el modelo lo posee, la posición
de la escala que tiene el símbolo del diodo. En el
primer caso, el multímetro (analógico o digital), en di-
recta debe mostrar un valor de resistencia bajo (entre
20 y 500 ohms, depende del diodo), y en inversa un
valor tendiendo a infinito.
En caso de que la lectura en directa muestre un
valor demasiado bajo o infinito, el diodo se encuentra
dañado. Si la lectura en inversa tiene poca resistencia,
indica que tiene fugas y necesita ser cambiado por
uno bueno.
En el caso de tener la posición con el símbolo del
diodo, un diodo sano tendrá en directa un valor entre
500 y 800 (dependiendo del tipo de diodo), mientras
que en inversa deberá medir infinito. Caso contrario,
el diodo está dañado.
+ -
+ -
+ -
- +
Baja
Resistencia
Alta
Resistencia
• Simbolos de los Diodos.
• Diodos
33

3.10 Transistores
Los transistores son dispositivos semiconductores de esta-
do sólido, generalmente fabricados con silicio, al que se le
agregan impurezas.
Los transistores tienen distintas denominaciones, en base a su
tipo de construcción. Vamos a ocuparnos de los más comunes.
El transistor es un elemento de tres terminales, que tiene
la propiedad de variar la corriente que circula a través de
el mediante una polarización muy pequeña. Es decir, se
pueden manejar grandes corrientes mediante la inyección
apropiada de una corriente de control muy pequeña. Este
es el principio por el cual los transistores son muy utiliza-
dos como elementos amplificadores de potencia.
Distinguimos dos tipos de transistores, bipolares y unipolares.
Transistores bipolares Transistores unipolares
Es uno de los transistores más utilizados. Consta
de tres bloques de material semiconductor, que se
pueden disponer en configuración NPN o PNP, y de
tres terminales, Base, Colector y Emisor. Las denomi-
naciones NPN y PNP corresponden al tipo de material
con el que están dopados los bloques de silicio. Estos
bloques en realidad son uno solo, el secreto es que al
agregarle impurezas en lugares precisos, se producen
zonas dentro del bloque, delimitadas por junturas. Esto
permite que tenga propiedades semiconductoras.
Aplicando la polarización apropiada a la base del tran-
sistor, se logra variar su ganancia, produciendo una
amplificación de la señal aplicada a la base.
La circulación de corriente en un tipo de estos transis-
tores se produce en dirección opuesta al del otro tipo,
y las polarizaciones son de polaridad opuesta.
Hay transistores bipolares de muchos tipos y potencias.
también llamado “Efecto
de campo” (FET por sus
siglas en Ingles), permite
controlar el paso de la co-
rriente eléctrica mediante
un campo eléctrico.
Mediante la aplicación de
una polarización inversa a
la compuerta, se produce
un “estrechamiento” de
la misma, lo que reduce
la cantidad de electrones
circulantes.
Existen FET tipo N y tipo P, dependiendo de la disposi-
ción de las zonas dopadas.
MOSFET: Este tipo de FET posee una compuesta ais-
lada, lo que genera una resistencia de entrada extrema-
damente elevada. Existen dos tipos, de canal N y canal
P. A su vez, existen los de “enriquecimiento” y los de
“empobrecimiento”, dependiendo de su construcción
interna.
Requieren muy poca corriente de compuerta para fun-
cionar, y son sumamente eficientes.
Comprobación de transistores: Antes de comprobar los
transistores, se debe consultar en un manual de com-
ponentes su configuración de patas, ya que hay varias
combinaciones existentes.
Para comprobar el estado de los transistores están
preparados estos gráficos, que indican como medir un
transistor.
34

Comprobación de transistores
Antes de comprobar los transistores, se debe consultar
en un manual de componentes su configuración de pa-
tas, ya que hay varias combinaciones existentes.
Para comprobar el estado de los transistores están
preparados estos gráficos, que indican como medir un
transistor.
Los signos indican la polaridad de las puntas del multí-
metro a la hora de realizar las mediciones.
Para realizar estas mediciones, utilizar la escala de resis-
tencia en la escala R x 1 o R x 10.
Cualquier variación anormal de las lecturas de los gráfi-
cos, indicarán un transistor dañado.
Si las lecturas van a 0 ohm, el transistor presenta un cor-
to. Si por el contrario la resistencia es casi infinita, está
abierto. Si presenta resistencias muy bajas en inversa,
es porque tiene fugas. En cualquier caso es necesario su
reemplazo por uno nuevo.
Para medir un transistor FET tipo N, de procede de la
siguiente manera:
a) Se conecta la punta positiva a la compuerta.
b) Se conecta la punta negativa al drenaje o a la fuente.
c) En cualquiera de los dos casos, la lectura en directa
debe medir una resistencia de aproximadamente 1Kohm,
y la inversa debe ser casi infinita.
Si alguna de estas lecturas no es la correcta, el FET se
encuentra defectuoso.
Para los FET de tipo P, el procedimiento se realiza con
las puntas a la inversa.
Para medir un MOSFET, la resistencia entre la compuer-
ta y cualquiera de los otros dos terminales debe ser casi
infinita. Una resistencia baja indicaría una falla en la ais-
lación de la compuerta, por lo que el transistor debe ser
reemplazado. Entre los terminales de drenaje y fuente,
deberá mostrar un valor de resistencia intermedio.
• Mediciones de resistencias en transistores NPN
• Mediciones de resistencias en transistores PNP
Alta resistencia Baja resistencia
Alta resistencia
Alta resistencia Alta resistencia
Baja resistencia
Base
Emisor
Colector
Mediciones de resistencias en transistores PNP.
Alta resistencia Baja resistencia
Alta resistencia
Alta resistencia Alta resistencia
Baja resistencia
Base
Emisor
Colector
Mediciones de resistencias en transistores NPN.
35

3.11 Diodos LED - Diodo Emisor de Luz (Light-Emmiting Diode)
El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un
diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente
eléctrica, emite luz. Existen diodos LED de varios colores
que dependen del material con el cual fueron construidos.
Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre
otros.
Eléctricamente el diodo LED se comporta igual que un
diodo de silicio o germanio.
Si se pasa una corriente a través del diodo semiconductor,
se inyectan electrones y huecos en las regiones P y N,
respectivamente.
Dependiendo de la magnitud de la corriente, hay recombi-
nación de los portadores de carga (electrones y huecos).
Hay un tipo de recombinaciones que se llaman recombina-
ciones radiantes (aquí la emisión de luz). La relación entre
las recombinaciones radiantes y el total de recombinacio-
nes depende del material semiconductor utilizado (GaAs,
GaAsP,y GaP).
Dependiendo del material de que está hecho el LED, será
la emisión de la longitud de onda y por ende el color.
Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED
para obtener una buena intensidad luminosa y evitar que
este se pueda dañar. El LED tiene un voltaje de operación
que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente, y la gama
de corrientes que debe circular por él está entre los 10 y
20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre
los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs.
El diodo LED se utiliza ampliamente en aplicaciones vi-
suales, como indicadoras de cierta situación específica de
funcionamiento.
Ejemplos:
- Se utilizan para desplegar contadores
- Para indicar la polaridad de una fuente de alimentación
de corriente continua.
- Para indicar la actividad de una fuente de alimentación de
corriente alterna.
- En dispositivos de alarma.
Material
Longitud de onda
de emisión en
Angstroms (A°)
Color
GaAs: Zn 9100 Infrarojo
GaAsP.4 6500 Rojo
GaAsP.5 6100 Ambar
GaAsP.85:N 5900 Amarillo
Ga:P 5600 Verde
• Color de la luz dependiendo del material y la longitud de onda de
emisión en Angstroms.
• Diodo emisor de luz.
• Símbolo del diodo LED
A K
36

3.12 Diodos Zener
El diodo Zener es un tipo especial de diodo, que a diferen-
cia del funcionamiento de los diodos comunes, como el
diodo rectificador (en donde se aprovechan sus caracterís-
ticas de polarización directa y polarización inversa) siempre
se utiliza polarizado inversamente. En este caso la corriente
circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si
el diodo Zener se polariza en sentido directo se comporta
como un diodo rectificador común.
Cuando el diodo Zener funciona polarizado inversamente
mantiene entre sus terminales una tensión de valor cons-
tante.
En panel izquierdo se ve el símbolo de diodo Zener (A -
ánodo, K - cátodo) y el sentido de la corriente para que
funcione en la zona operativa.
Se analizará el diodo Zener, no como un elemento ideal, si
no como un elemento real y se debe tomar en cuenta que
cuando éste se polariza en modo inverso, efectivamente
existe una corriente que circula en sentido contrario a la
flecha del diodo, pero de muy poco valor.
Analizando la curva del diodo Zener se ve que conforme se
va aumentando negativamente la tensión aplicada al diodo,
la corriente que pasa por el aumenta muy poco.
Pero una vez que se llega a una tensión, llamada la
tensión de Zener (Vz), el aumento de la tensión (siempre
negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse
constante.
Para esta tensión, la corriente que atraviesa el diodo, pue-
de variar en un gran rango de valores. A esta región se le
llama la zona operativa.
Esta es la característica del diodo Zener que se aprove-
cha para que funcione como regulador de voltaje, pues la
tensión se mantiene prácticamente constante para una
gran variación de corriente, como muestra el gráfico.
• Diodo Zener
• Símbolo del diodo Zener.
La función de un regulador con diodo Zener ideal es
la de mantener una tensión fija predeterminada a su
salida, sin importar las variaciones de tensión en la
fuente de alimentación y/o en la carga.
37

3.13 SCR (Rectificador Controlado de Silicio)
Curva característica del SCR
El SCR es un dispositivo
semiconductor de 4 capas
que funciona como un
conmutador casi ideal.
• Estructura del SCR: A = Anodo
G = Compuerta o Gate
C = K = Cátodo.
• Simbolo del SCR• SCR
P
P
N
N
A
G
C
A
C
Funcionamiento básico del SCR
El gráfico en el panel izquierdo representa un circuito equivalente al
SCR para comprender su funcionamiento.
• Al aplicarse una corriente IG al terminal G (base de Q2 y colector
de Q1), se producen dos corrientes: IC2 = IB1.
• IB1 es la corriente base del transistor Q1 y causa que exista una
corriente de colector de Q1 (IC1) que a su vez alimenta la base del
transistor Q2 (IB2), este a su vez causa más corriente en IC2, que
es lo mismos que IB1 en la base de Q1, y...
• Este proceso regenerativo se repite hasta saturar Q1 y Q2 causan-
do el encendido del SCR.
A
IA
IB1
IC1
IG IB2
IK
K
Q2
Q1
G
IC2
La siguiente figura muestra la dependencia entre el voltaje
de conmutación y la corriente de compuerta.
Cuando el SCR está polarizado en inversa se comporta
como un diodo común (ver la corriente de fuga característi-
ca que se muestra en el gráfico).
En la región de polarización en directo el SCR se comporta
también como un diodo común, siempre que el SCR ya
haya sido activado (On). Ver los puntos D y E.
Para valores altos de corriente de compuerta (IG) (ver pun-
to C), el voltaje de ánodo a cátodo es menor (VC).Si la IG
disminuye, el voltaje ánodo-cátodo aumenta. (ver el punto
B y A, y el voltaje anodo-cátodo VB y VA).
Concluyendo, al disminuir la corriente de compuerta IG, el voltaje ánodo-cátodo tenderá a aumentar antes de que el SCR
conduzca (se ponga en On, esté activo)
VC VB VA VA - K
A
B
C
D
IG=0
IG B aja
IG Alta
IA
38

3.14 Amplificadores
3.15 Aspectos básicos del Inversor.
A
Vin
Vout
Vin
Vout
• Símbolo de amplificadores
• Figura 1: Señal de entrada. • Figura 2: Señal de salida.
Los amplificadores son circuitos que se utilizan para au-
mentar el valor de la señal de entrada (fig. 1), que general-
mente es muy pequeña, y así obtener una señal a la salida
con una amplitud mucho mayor (fig. 2) a la señal original.
Algunas veces la amplificación puede causar que la señal
a la salida del amplificador salga distorsionada causada por
una amplificación muy grande. Hay que tomar en cuenta
que un amplificador no puede tener en su salida niveles
de voltaje mayores a los que la fuente de alimentación le
puede dar.
Por ejemplo, si el amplificador es alimentado por 12 Vol-
tios. la señal de salida no podrá tener un voltaje mayor a
este. Si no puede aumentar el voltaje hay que aumentar la
corriente.
Un caso muy común de amplificador es el que usa tran-
sistores bipolares, hay otros que utilizan amplificadores
operacionales, tubos o válvulas electrónicas, FETs, etc.
En el caso que se muestra en los diagramas en el panel
izquierdo, se ve que la señal de salida es mayor que la de
la entrada, pero adicionalmente está invertida, caso que
algunas veces se presenta en amplificadores y entonces se
les llama amplificadores inversores.
El uso eficiente de un motor de tracción (AC) requiere el
uso de un controlador que permite al motor producir torque
alto sobre el rango total de velocidad. Esto se puede hacer
con un dispositivo llamado “Inversor”. El sistema de con-
trol Eléctrico INVERTEX utiliza dispositivos semiconducto-
res de potencia en un inversor de energía “estático” para
controlar los motores de tracción AC.
En su forma más simple, hay muy pocos componentes pri-
marios en un inversor estático. El inversor comprende un
suministro de voltaje DC, un filtro DC (para almacenamien-
to de energía), dos interruptores, y elementos electrónicos
de control (que controla la secuencia de apertura y cierre
de los interruptores).
Hay varios métodos diferentes de inversión de energía que
se pueden emplear en un sistema inversor. Un método es
la inversión de Modulación de Ancho de Pulso (PWM) y
otro es la inversión de Onda Cuadrada. Ambos métodos
de inversión se utilizan en el Sistema de control Eléctrico
INVERTEX.
Un inversor, también llamado ondulador, es un circuito
utilizado para convertir corriente continua en corriente
alterna. La función de un inversor es cambiar un voltaje de
entrada de corriente directa a un voltaje simétrico de salida
de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada
por el usuario o el diseñador.
Los inversores más modernos han comenzado a utilizar
formas más avanzadas de transistores o dispositivos simi-
lares, como los tiristores, los triac's o los IGBT's.
Se pueden clasificar en general de dos tipos:
1. inversores monofásicos y
2. inversores trifásicos.
39

3.16 PWM Modulación por Ancho de
Pulsos ( Pulse-Width Modulation)
En relación a los motores
Es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de
una señal periódica, como las sinusoidales o cuadradas.
El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho rela-
tivo de su parte positiva en relación al período.
Matemáticamente:
D=
Τ
τ
D es el ciclo de trabajo.
τ es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso).
T es el período de la función.
Amplitud
0 D.T T T+D.T 2T 2T+D.T 3T 3T+D.T
Tiempo
y
y
max.
min.
Algunos parámetros importantes de un PWM son:
La relación de amplitudes entre la señal portadora y la
moduladora, siendo recomendable que la última no supe-
re el valor pico de la portadora y esté centrada en el valor
medio de ésta.
La relación de frecuencias, donde en general se reco-
mienda que la relación entre la frecuencia de la portadora
y la de señal sea de 10 a 1.
VG
VGE
Q1
Q2
VGE
18V
RG
IGBT
Diagrama de ejemplo de la utilización de la Modulación de
Ancho de Pulso (PWM) en un variador de frecuencia.
La Modulación por ancho de pulsos ( PWM o Pulse
Width Modulation en inglés) es una técnica utiliza-
da para regular la velocidad de giro de los motores
eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el
par motor constante y no supone un desaprovecha-
miento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en
corriente continua como en alterna, como su nom-
bre lo indica, al controlar: un momento alto (encen-
dido o alimentado) y un momento bajo (apagado o
desconectado), controlado normalmente por releva-
dores (baja frecuencia) o MOSFET o tiristores (alta
frecuencia).
En los motores de corriente alterna también se pue-
de utilizar la variación de frecuencia.
40

3.17 El IGBT
El transistor bipolar de compuerta aislada ( Insulated Gate
Bipolar Transistor) es un dispositivo , desarrollado a partir
de la tecnología de los transistores bipolares y los de efec-
to campo.
El símbolo se muestra en la figura simbología (simbología
igbt) Su aplicación es principalmente para el control de
velocidad de motores eléctricos a través de los dispositivos
llamados convertidores de potencia.
Los modelos 830 AC y los camiones 930 E-4 traen estos
componentes dispuestos en 2 inversores ; cada inversor se
encuentra controlando un motor de tracción.
Ejemplo :
• Inversor 1 (Controla motor de tracción MT1 con 12 IGBT
6 positivos y 6 negativos)
• Inversor 2 (Controla motor de tracción MT2 con 12 IGBT
6 positivos y 6 negativos)
• Los IGBT’s se emplean como interruptores controlados,
es decir, en corte o saturación a semejanza de los tran-
sistores bipolares.
Un circuito simple de aplicación como el mostrado, permite
apreciar la semejanza con la conexión del transistor bipolar
como interruptor, aunque el IGBT presenta características
peculiares que requieren considerarse en el módulo de
disparo.
Se aprecian condensadores que representan capacidades
como la del circuito del sistema INVERTEX, inevitable por
la estructura del dispositivo y la capacitancia GC llamada
también capacitancia Miller de menor efecto.
Colector
Puerta
E mis or
+
-
Vdc
V
G
RG
Cgc
Cge
Io Clamp Diode
• IGBT controlando carga inductiva como interruptor
• Símbolo de IGBT
41

Este diodo es denominado de regeneración y es indispensable
cuando los IGBT’s operan con carga inductiva.
Permiten la circulación de corriente en sentido inverso al que
normalmente permiten los IGBT’s.
Este diodo suele venir integrado dentro del encapsulado del
IGBT como es el caso de los empleados en el camión 930E-4.
• Diagrama del diodo
en paralelo con el
IGBT
Función del diodo en paralelo con el IGBT
Colector
Puerta
E mis or
Circuito de disparo del IGBT
prueba del IGBT
Para mejorar la inmunidad del IGBT a las variaciones rápi-
das de voltaje CE producidas por ruido o perturbaciones de
la red y reducir las pérdidas durante el apagado, se aplica
un voltaje negativo al circuito de gate.
Para un funcionamiento eficiente debe alimentarse el
circuito de gate con +15V para asegurar una saturación
completa y una limitada corriente de cortocircuito.
Características:
a. Requiere menos energía por lo que la fuente de alimen-
tación es más pequeña. La tecnología MOSFET del
IGBT no requiere mayor consumo de energía.
b. El módulo de disparo tiene dos entradas: la de alimen-
tación y la fibra óptica con las flechas corresponden a la
fibra óptica y a la conexión con el IGBT.
• Circuito del módulo de disparo del IGBT, camión 930E-4 Los cables
señalados con las flechas
• Diagrama del módulo de disparo del IGBT.
La prueba con un multímetro digital del IGBT del camión
se hace con la escala de semiconductores.
COLECTOR EMISOR RESULTADO
+ Positivo - Negativo OL
- Negativo + Positivo 0,3V - 0,8V
Identificadores
de terminales
del igbt
NO OLVIDAR:
Los terminales están
marcados sobre el
mismo IGBT:
E: Emisor
C: Colector.
Debe evitarse hacer contacto con los dedos los
terminales del IGBT pues cargas estáticas pueden
dañar la estructura del dispositivo.
En el caso del camión este problema desaparece
estando sobre la estructura metálica del vehículo,
pero de todas maneras debe evitarse el contacto.
En taller deberá emplearse alfombras y pulseras
antiestáticas para proceder a la manipulación
E E
C C
42

Sistema GTO versus IGBT
beneficios del control IGBT
Tiristor Apagado por Compuerta (GTO)
Puede ser conmutado entre:
• Estado apagado ‘Off’ corriente baja-alta impedancia
• Estado encendido ‘On’ corriente alta-baja impedancia
• Conmutación de compuerta a cualquier valor de co-
rriente de circuito.
• Encendido con voltaje de compuerta directo
• Apagado con voltaje de compuerta inverso
Tiristor Apagado por Compuerta (GTO)
• Componentes electrónicos mas compactos y livianos
• Mayor confiabilidad de inversores
• Pocos componentes de control
• Componentes menos complejos
• Control mas simple – Mas fácil para detectar fallas
• Tecnología de alta confiabilidad
Transistor Bipolar Aislado por Compuerta (IGBT)
Puede ser conmutado entre:
• Estado apagado ‘Off’ corriente baja-alta impedancia
• Estado encendido ‘On’ corriente alta-baja impedancia
• Menor caída de voltaje en estado ‘On”
• Velocidades de conmutación rápidas
• IGBT’s en paralelo para mayor capacidad de corriente
43

4.1 Riesgos eléctricos: introducción.
CUARTA PARTE
SEGURIDAD APLICADA
Luego de un período en que el desconocimiento de los
peligros que envolvían la manipulación de la electricidad
causó incontables accidentes, creció la inquietud de in-
vestigar y generar medidas de seguridad y prevención.
De la mano con el enorme desarrollo de la electricidad
en el campo que nos ocupa en este curso, la preocu-
pación prevencionista ha generado la evolución de los
conocimientos existentes acerca del comportamiento del
cuerpo humano al someterse a la electricidad. Trataremos
el tema desde la perspectiva causa, efecto, es decir, el
accidente eléctrico provocado por el paso de de la electri-
cidad a través de nuestro organismo.
44

4.2 Análisis del riesgo eléctrico.
Las consecuencias que el paso de la corriente por el cuerpo puede ocasionar van desde
lesiones físicas secundarias (golpes, caídas, etc.), hasta la muerte por fibrilación ventricular.
Una persona se electrocuta cuando la corriente eléctrica circula por su cuerpo, es decir,
cuando la persona forma parte del circuito eléctrico, pudiendo, al menos, distinguir dos pun-
tos de contacto: uno de entrada y otro de salida de la corriente. El término electrocución se
emplea cuando dicha persona fallece debido al paso de la corriente por su cuerpo.
La fibrilación ventricular consiste en el movimiento anárquico del corazón, el cual, deja
de enviar sangre a los distintos órganos y, aunque esté en movimiento, no sigue su ritmo
normal de funcionamiento.
Por tetanización entendemos el movimiento incontrolado de los músculos como conse-
cuencia del paso de la energía eléctrica.
Dependiendo del recorrido de la corriente perderemos el control de las manos, brazos,
músculos pectorales, etc. La asfixia se produce cuando el paso de la corriente afecta al
centro nervioso que regula la función respiratoria, ocasionando el paro respiratorio. Otros
factores fisiopatológicos tales como contracciones musculares, aumento de la presión
sanguínea, dificultades de respiración, parada temporal del corazón, etc. pueden producir-
se sin fibrilación ventricular. Tales efectos no mortales, son, normalmente, reversibles y, a
menudo, producen marcas por el paso de la corriente. Las quemaduras profundas pueden
llegara ser mortales.
La tensión aplicada en sí misma no es peligrosa pero, si la resistencia es baja, ocasiona una
intensidad elevada y, por tanto, muy peligrosa. El valor límite de la tensión de seguridad
debe ser tal que, aplicada al cuerpo humano, proporcione un valor de intensidad que no
suponga riesgos para el individuo. La relación entre la intensidad y la tensión no es lineal
debido al hecho de que la impedancia del cuerpo humano varía con la tensión de contacto.
Ahora bien, por depender la resistencia del cuerpo humano, no solo de la tensión, sino
también de la trayectoria y del grado de humedad de la piel, no tiene sentido establecer
una única tensión de seguridad, sino que tenemos que referirnos a infinitas tensiones de
seguridad, cada una de las cuales se correspondería a una función de las distintas varia-
bles anteriormente mencionadas. Las tensiones de seguridad aceptadas por el CNE son
24 V para emplazamientos húmedos y 50 V para emplazamientos secos, siendo aplicables
tanto para corriente continua como para corriente alterna de 60 Hz.
Normalmente la Frecuencia de la corriente alterna, para uso doméstico e industrial, es de
50 Hz (en USA. de 60 Hz), pero cada vez es más frecuente utilizar frecuencias superiores,
por ejemplo:
• 400 Hz en aeronáutica.
• 450 Hz en soldadura.
• 4.000 Hz en electroterapia.
• Hasta 1 MHz en alimentadores de potencia.
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