Electrónica Básica
ELECTRÓNICA BÁSICA
Introducción.
La electrónica es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente.
La electrónica está presente en todos los aspectos de nuestra vida. Desde que nos despertamos hasta que nos vamos a dormir utilizamos diferentes aparatos electrónicos que nos facilitan la vida y que inclusive forman parte vital de nuestro trabajo.
Objetivos del curso.
Mediante este curso básico el alumno:
- Conocerá los componentes básicos utilizados en la electrónica.
- Aprenderá los nombres y símbolos de los componentes electrónicos.
- Aprenderá a identificar diagramas esquemáticos.
- Conocerá para qué se usa básicamente un componente.
- Identificará las fallas que presentan los componentes.
- Checará el estado físico de los mismos.
CONTENIDO DEL CURSO
Módulo 1………………………………………………………………………………………………………………… 4
- Aprenderá a utilizar el multímetro en la medición de voltaje y corriente de c.a. y c.d., entre otras magnitudes físicas.
- Conocerá y utilizará la herramienta y material necesario para realizar prácticas de soldadura de componentes electrónicos.
Módulo 2………………………………………………………………………………………………………………… 8
-Identificará los tipos de resistencias eléctricas más comunes, conocerá las fallas que presentan en los circuitos electrónicos y medirá su estado físico con el multímetro.
Módulo 3……………………………………………………………………………………………………………… 29
- Aprenderá qué son los diodos, identificará los tipos más utilizados de los mismos, y aprenderá el procedimiento para conocer su estado físico, las fallas que presentan y cómo sustituirlos.
-Diseñará circuitos con diodos.
Módulo 4……………………………………………………………………………………………………………… 39
- Estudiará qué son los capacitores, la clasificación de los mismos, cuáles son los usos más comunes, las fallas que presentan, y mediante prácticas, identificará su estado físico con un capacitómetro.
-Estudiará los tipos de fuentes más utilizadas en los equipos electrónicos.
-Aprenderá a utilizar el osciloscopio digital para la búsqueda de señales electrónicas.
Módulo 5…………………………………………………………………………………………………………….. 47
- Aprenderá qué son las bobinas y su clasificación, cuáles son los usos más comunes de las mismas, las fallas que presentan y realizará prácticas de medición para conocer su estado físico con el multímetro.
Módulo 6……………………………………………………………………………………………………………… 50
-Conocerá los transistores de propósito general y de potencia identificando sus terminales, su configuración, las fallas que presentan y mediante el multímetro checará el estado físico de los mismos.
Módulo 7……………………………………………………………………………………………………………… 54
-Estudiará qué son los circuitos integrados, la clasificación de los mismos y sus funciones.
-Diseñará circuitos con Amplificadores operacionales y observará las señales con el osciloscopio digital.
Módulo 8……………………………………………………………………………………………………………… 65
Aprenderá a sustituir diodos, transistores y circuitos integrados mediante la búsqueda de sus matrículas en manuales de semiconductores.
Módulo 9…………………………………………………………………………………………………………….. 68
- Conocerá qué son los transformadores, los tipos que existen en uso electrónico, las fallas que pueden presentar, cómo checar su estado físico y cómo sustituirlos.
Módulo 10………………………………………………………………………………………………………….. 72
- Identificará los tipos de reguladores de voltaje de tres terminales y cómo sustituirlos cuando fallan.
- Realizará circuitos para probar estos reguladores.
-Aprenderá a identificar y checar el estado de reguladores construidos con transistores y diodos zener.
- Identificará reguladores en circuito integrado de más de 3 terminales y aprenderá cómo checar su estado.
Módulo 11…………………………………………………………………………………………………………. 80
-Conocerá e identificará los tipos de interruptores y selectores utilizados para controlar el paso de las señales electrónicas, además de checar el estado en que se encuentran.
-Identificará en diagramas la simbología empleada.
Módulo 12………………………………………………………………………………………………………… 84
- Identificará y medirá con el multímetro el estado físico de los Rectificadores de silicio (SCR), DIACs y Triacs.
-Analizará fallas que pueden presentarse en circuitos que funcionan con estos elementos.
Módulo 1 Conceptos básicos.
Cuando se habla de electricidad, los conceptos “corriente” y “voltaje” resultan muy importantes; sin embargo, muchos desconocen que se trata de cosas diferentes y tienden a emplearlos para referirse a lo mismo.
Tanto la corriente como el voltaje están relacionados entre sí. Un voltaje no puede existir sin una corriente y una corriente debe tener un voltaje, pero es necesario entender la diferencia que hay entre los dos. Para esto, a continuación te describimos en qué consiste la corriente y el voltaje y qué es lo que los hace diferentes.
Voltaje
Es el potencial eléctrico entre dos puntos diferentes. También podría referirse a la diferencia de energía potencial eléctrica de una carga de prueba de unidad transportada entre dos puntos.
Un voltaje puede representar una fuente de energía o podría representar la energía perdida, usada o almacenada. También recibe el nombre de tensión eléctrica y se refiere a la presión capaz de empujar a los electrones a lo largo de un circuito.
El voltaje puede ser alterno o directo y se mide poniendo el multímetro en paralelo con la carga, ver la Figura 1.
Corriente Eléctrica
La corriente o corriente eléctrica es el flujo de electrones que pasa a través de un material en una unidad de tiempo. Dichos electrones deben pasar por un conductor
eléctrico para producir una carga. La corriente puede ser de dos tipos: Alterna y directa.
Las corrientes eléctricas pueden causar efectos como la calefacción y campos magnéticos. La corriente se mide en amperes. El nombre de esta unidad de medida se debe al físico y matemático André-Marie Ampère.
Para medir los amperes de la corriente se utiliza un amperímetro y se debe conectar en serie con la carga a medir, esto se observa en la Figura 2.
Manejo del multímetro.
Un multímetro, también denominado polímetro, o tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o/y pasivas como resistencias, capacitancias y otras.
Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una.
Existen multímetros analógicos (con aguja indicadora) y digitales (con display), y también pueden contener varias escalas para medir las variables físicas o contar con autorango (una sola escala para cada magnitud física).
En la siguiente se observa un multímetro digital con autorango.
Herramienta más utilizada en electrónica.
La siguiente Figura muestra algunas herramientas empleadas en el área electrónica.
Entre ellas están las pinzas de corte, de punta, desarmadores de relojero, llaves allen, multímetro y cautín tipo lápiz, desarmadores de cruz y de punta, cutter.
Módulo 2
Resistencia eléctrica (R).
Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición que tienen los electrones al moverse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.
La resistencia de un material depende directamente de dicho coeficiente, además es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o sección transversal).
Para su medición, en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un Óhmetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.
Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductor.
En los diagramas se identifican con la letra R y con los siguientes símbolos.
Potencia que disipa una resistencia.
Una resistencia disipa en calor una cantidad de potencia cuadráticamente proporcional a la intensidad que la atraviesa y al voltaje que aparece en sus terminales.
Comúnmente, la potencia disipada por una resistencia, así como la potencia disipada por cualquier otro dispositivo resistivo, se puede hallar mediante la ley deJoule para el cálculo de la potencia disipada, que es:
O bien,
Observando las dimensiones del cuerpo de la resistencia, las características de conductividad de calor del material que la forma y que la recubre, y el ambiente en el cual está pensado que opere, el fabricante calcula la potencia que es capaz de disipar cada resistencia como componente discreto, sin que el aumento de temperatura provoque su destrucción. Esta temperatura de falla puede ser muy distinta según los materiales que se estén usando. Esto es, una resistencia de 2 W formada por un material que no soporte mucha temperatura, estará casi fría (y será grande); pero formada por un material metálico, con recubrimiento cerámico, podría alcanzar altas temperaturas (y podrá ser mucho más pequeña).
El fabricante dará como dato el valor en watts que puede disipar cada resistencia en cuestión. Este valor puede estar escrito en el cuerpo del componente o se tiene que deducir de comparar su tamaño con los tamaños estándar y sus respectivas potencias. El tamaño de las resistencias comunes, cuerpo cilíndrico con 2 terminales, que aparecen en los aparatos eléctricos domésticos suelen ser de 1/4 W, existiendo otros valores de potencias de comerciales de ½ W, 1 W, 2 W, etc.
Tipos de resistencias eléctricas.
- Resistencias de carbón de 4 franjas.
Para caracterizar a una resistencia hacen falta tres valores: resistencia eléctrica, disipación de potencia y precisión o tolerancia. Estos valores se indican normalmente en el encapsulado dependiendo del tipo de éste; para las resistencias de carbón, dichos valores van rotulados con un código de franjas de colores como se muestra en la siguiente imagen.
Estos valores se indican con un conjunto de líneas de colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La última raya indica la tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el multiplicador y las otras indican las cifras significativas del valor de la resistencia. El valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras como un número de una, dos o tres cifras; se multiplica por el multiplicador y se obtiene el resultado en Ohmios (Ω). El coeficiente de temperatura únicamente se aplica en resistencias de alta precisión o tolerancia menor del 1%. La siguiente tabla muestra el valor de cada color
Cómo leer el valor de una resistencia de carbón.
En una resistencia tenemos generalmente 4 líneas de colores. Con la banda correspondiente a la tolerancia vista a la derecha (dorado o plateado), leemos las bandas restantes de izquierda a derecha, como sigue: Las primeras dos bandas conforman un número entero de dos cifras:
- La primera línea representa el dígito de las decenas.
- La segunda línea representa el dígito de las unidades.
- La tercera línea representa la potencia de 10 por la cual se multiplica el número.
El resultado numérico se expresa en Ohms. Por ejemplo:
- Observamos la primera línea: amarillo= 4
- Observamos la segunda línea: morado= 7
- Observamos la tercera línea: amarillo= x 10,000
- La cuarta línea es la tolerancia de un ±5%
- Unimos los valores de las primeras dos líneas y multiplicamos por el valor de la tercera
47 X 104 = 470000Ω o 470 kΩ ± 5% y este es el valor total.
Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen tolerancias de fabricación muy elevadas, su valor óhmico puede variar por el mero hecho de la soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas al componente. Además tienen ruido térmico también elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido es un factor crítico, tales como amplificadores de micrófono o donde exista mucha ganancia. Estas resistencias son también muy sensibles al paso del tiempo, y variarán su valor con el transcurso del mismo.
Práctica:
- Observamos la primera línea: amarillo= 4
- Observamos la segunda línea: morado= 7
- Observamos la tercera línea: amarillo= x 10,000
- La cuarta línea es la tolerancia de un ±5%
- Unimos los valores de las primeras dos líneas y multiplicamos por el valor de la tercera
47 X 104 = 470000Ω o 470 kΩ ± 5% y este es el valor total.
Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen tolerancias de fabricación muy elevadas, su valor óhmico puede variar por el mero hecho de la soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas al componente. Además tienen ruido térmico también elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido es un factor crítico, tales como amplificadores de micrófono o donde exista mucha ganancia. Estas resistencias son también muy sensibles al paso del tiempo, y variarán su valor con el transcurso del mismo.
Práctica:
Anote el valor de las resistencias de carbón de 4 franjas que se le proporcionan, mida con el multímetro cada una de ellas y rellene la siguiente tabla.
| No | Colores de la resistencia | Valor por código de colores. | Valor medido con óhmetro. |
Importante: El valor de una resistencia se obtiene con el multímetro en función de óhmetro y no tiene polaridad, lo que significa que puede conectarse o medirse en cualquier dirección.
b) Resistencias de carbón de 5 franjas o de precisión.
Las resistencias de precisión se caracterizan por tener cinco bandas en lugar de las tradicionales cuatro. Las aplicaciones más tradicionales de estos componentes son
los Instrumentos de Medición, Máquinas Herramienta y Electromedicina, entre otros.
Las bandas se distribuyen de la siguiente manera y los valores asignados a cada banda corresponden según la siguiente tabla y gráfica: Para resistencias de precisión, es decir, con tolerancias menores del +/-5% se usa la codificación de 5 bandas. El principio es el mismo que el de 4 bandas pero la banda multiplicadora es la cuarta mientras que la tercera es otro dígito que se agrega a los otros de las dos primeras bandas. En la tabla 2 se muestran todos los colores, las bandas y los valores correspondientes para la codificación a 5 bandas.
c) Resistencias de película metálica.
Este tipo de resistencia es el que mayoritariamente se fabrica hoy día, con unas características de ruido y estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores. También soportan mejor el paso del tiempo, permaneciendo su valor en ohms durante un mayor período de tiempo. Se fabrican este tipo de resistencias de hasta 2 watts de potencia, y con tolerancias del 1% como tipo estándar.
d) Resistencias de óxido metálico.
Son muy similares a las de película de carbón en cuanto a su modo de fabricación, pero son más parecidas, eléctricamente hablando a las de película metálica. Se hacen igual que las de película de carbón, pero sustituyendo el carbón por una fina capa de óxido metálico (estaño o latón).
Estas resistencias son más caras que las de película metálica, y no son muy habituales. Se utilizan en aplicaciones militares (muy exigentes) o donde se requiera gran fiabilidad, porque la capa de óxido es muy resistente a daños mecánicos y a la corrosión en ambientes húmedos.
Características.
- Tolerancia de resistencia: G (±2%), J (±5%)
- La Resistencia fija de película de óxido metálico viene con un rango de potencia que va desde 0.25W a 7W. Depende del fabricante.
- Posee un rango de temperatura de trabajo entre -55℃ y 200℃.
- La Resistencia fija de película de óxido metálico posee la cualidad de no inflamabilidad y puede ser usada en ambientes severos.
- El Producto es libre de plomo.
Aplicaciones
Existe una amplia gama de resistencia fija de película de óxido metálico para usar en balastros, amplificadores, telecomunicaciones, electrodomésticos, fuente de energia, circuitos de automóvil, computadoras e instrumentos, etc.
e) Resistencias de alambre.
Generalmente están constituidas por un soporte de material aislante y resistente a la temperatura (cerámica, esteatita, mica, etc.) alrededor del cual hay la resistencia propiamente dicha, constituida por un hilo cuya sección y resistividad depende de la potencia y de la resistencia deseadas.
En los extremos del soporte hay fijados dos anillos metálicos sujetos con un tornillo o remache cuya misión, además de fijar en él el hilo de resistencia, consiste en permitir la conexión de la resistencia mediante soldadura. Por lo general, una vez construidas, se recubren de un barniz especial que se somete a un proceso de vitrificación a alta temperatura con el objeto de proteger el hilo y evitar que las espiras hagan contacto entre sí. Sobre este barniz suelen marcarse con serigrafía los valores en ohms y en watts, tal como se observa en esta figura. En ella vemos una resistencia de 250 Ω, que puede disipar una potencia máxima de 10 watts.
En la Figura 11 vemos el aspecto exterior y estructura constructiva de las resistencias de alta disipación (gran potencia). Pueden soportar corrientes relativamente elevadas y están protegidas con una capa de esmalte. Las partes que la constituyen son las siguientes:
- hilo de conexión
- soporte cerámico
- arrollamiento
- recubrimiento de esmalte.
En la Figura 12 se observan diferentes resistencias de alambre, la de la izquierda es de 24 Ω, 5% (inscripción: 24R 5%); la más pequeña es de 10 Ω, aunque no se aprecia su inscripción en la foto.
En ocasiones el fabricante colca una letra para indicar los Ohms o el punto decimal.
.
Práctica.
En la siguiente tabla escriba el valor correspondiente a cada resistencia de alambre., considerando la información anterior.
f) Potenciómetros.
Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.
Estos consisten en un elemento fijo de resistencia, ya sea de carbono o de alambre trenzado, y de un brazo con una escobilla se mueve a través de esa resistencia. El valor del mismo se encuentra generalmente pintado en su cuerpo.
Su símbolo es:
Su forma física se exhibe en las figuras 14 y 15.
Los potenciómetros se utilizan en una gran diversidad de aplicaciones. El control de volumen giratorio o deslizante, los controles de tono y balance en tus radios y estéreos eran potenciómetros. El sensor de posición del acelerador utilizado por la computadora a bordo de tu automóvil es un potenciómetro.
Los potenciómetros, especialmente aquellos que utilizan un elemento de carbono, son propensos a desconectarse o a desarrollar puntos muertos. Un potenciómetro con el circuito abierto es fácil de descubrir, pero los puntos muertos pueden ser difíciles de localizar. La terminal de en medio se llama cursor. Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reóstatos, que pueden disipar más potencia. En la Figura 16 se muestra un potenciómetro desarmado y en la Figura 17 se observa la pista de carbón con la que está construida.
Forma de checarlo:
- Medición de Resistencia total entre extremos.
Nos debe dar el valor total en Ohms de la resistencia que se prueba.
2) Medición de la resistencia interna entre el cursor y un extremo.
Mover el cursor de izquierda a derecha debe oscilar entre un valor cercano a cero y el valor total. Repetir esta prueba entre el cursor y la otra terminal extremo.
g) Potenciómetros dobles o en tándem.
El potenciómetro en tándem mostrado en la Figura 20, se utiliza para variar simultáneamente el voltaje o la resistencia en dos zonas del circuito o en dos circuitos diferentes. Pueden conectarse de manera que aumenten su resistencia simultáneamente o invertir las conexiones extremas de algunos de ellos para que uno aumente y el otro disminuya. Son utilizados en audio para manejar los dos canales del estéreo.
Se checan en forma individual tal y como se explicó en el tema anterior.
h) Presets.
Se diferencian de las anteriores en que su ajuste es definitivo en el circuito donde van aplicadas. Su acceso está limitado al personal técnico (controles de ganancia, polarización, etc.). Su tamaño es reducido. La forma en que se checan es similar a las pruebas empleadas en los potenciómetros. La Figura 21 muestra algunas formas básicas.
i) Trimpots.
Un trimpot es un componente eléctrico en miniatura ajustable. Está destinado a ser ajustado correctamente cuando se instala en algún dispositivo, y nunca es ajustado por el usuario del dispositivo.
Los Trimpots se utilizan a menudo para calibrar inicialmente el equipo después de la fabricación. A diferencia de muchos otros controles variables, como los condensadores de ajuste, están clasificados para muchos más ajustes durante su vida útil.
Las resistencias variables de este tipo, vienen en una variedad de tamaños y niveles de precisión. Por ejemplo, existen potenciómetros de ajuste multi-vueltas, en el que tiene varias vueltas al tornillo de ajuste para alcanzar el valor final. Esto permite muy altos grados de precisión. Debido a esto, los trimpots son conocidos como resistencias variables de precisión.
Para saber su valor, algunos manejan un código de 3 números, en el que los dos primeros son cifras significativas del valor, el tercero es el multiplicador o el número de ceros que se le agregan, tomando como ejemplo la Figura 22, cuyo código es el número 104, los dos primeros dígitos forman el 10, y aumentando 4 ceros, se tienen 100,000 Ω o 100 kΩ.
j) Resistencias tipo microchip SMD.
Identificar el valor de una resistencia SMD es más sencillo que para una resistencia convencional, ya que las bandas de colores son reemplazadas por sus equivalentes numéricos y así se imprimen en la superficie de la resistencia, la banda que indica la tolerancia desaparece y se la “reemplaza” en base al número de dígitos que se indica, es decir; un número de tres dígitos nos indica en esos tres dígitos el valor del resistencia, y la ausencia de otra indicación nos dice que se trata de una resistencia con una tolerancia del 5%. Un número de cuatro dígitos indica en los cuatro dígitos su valor y nos dice que se trata de una resistencia con una tolerancia del 1%.
Ejemplos: Resistencia con 4 dígitos (1%)
| 1023 | 1000 | 2492 |
| 1º dígito = 1 2º dígito = 0 3º dígito = 2 4º dígito = 3 = 1000 102 x 1000 = 102 Kohms | 1º dígito = 1 2º dígito = 0 3º dígito = 0 4º dígito = 0 = 1 100 x 1 = 100 ohms | 1º dígito = 2 2º dígito = 4 3º dígito = 9 4º dígito = 2 = 100 249 x 100 = 24.9 Kohms |
Debido a que en los dispositivos de montaje superficial el espacio disponible es muy reducido se intenta en lo posible aprovechar este espacio optimizando la información presentada.
Esta clase de optimización puede en algunos casos causar confusión, sin embargo veamos que todos los valores son interpretables.
Ejemplos: resistencias “con leyendas raras”
Primer caso:
La resistencia con la leyenda 47, se le ha aplicado una costumbre común en muchos fabricantes que es la de la supresión del cero innecesario. Es decir estamos ante un resistor que normalmente debería tener estampado el número 470 (47ohms), pero que se le ha quitado el 0 por conveniencia. Este es un caso común en prácticamente todos los resistores con 2 cifras. Note que el valor de resistencia indicado no hubiese cambiado, aun cuando tuviera estampado el número 470 o 4700, solo su porcentaje de tolerancia o error.
Segundo caso:
En la resistencia con la leyenda 1R00 la R representa al punto decimal, es decir deberíamos leer “uno-punto-cero-cero”. Aquí el cuarto dígito no solo nos dice que se trata de un exponente cero sino que también su existencia manifiesta la importancia de la precisión (1%). Se trata simplemente de un resistor de 1 ohm con una desviación máxima de error de +/- 0.5%
Tercer caso:
(1R2) es similar al anterior, sin embargo a diferencia de este se le ha aplicado la supresión del cero por lo que deberíamos entender que se trata de un resistor de
1.2 ohms con una tolerancia del 5% de error.
Cuarto caso:
(R33), tenemos el valor 0.33 al cual se le suprimió el cero. La ausencia de un cuarto dígito nos dice que se trata de un resistor “común” de 0.33 ohm 5%.
Quinto caso:
es uno de los más comunes y en general abundan en muchas placas con dispositivos SMD. El 000 nos dice que se trata de un resistor de cero ohms, es decir un simple conductor. Esto es debido a que la densidad del trazado es tan alta que no queda otro remedio que recurrir al viejo “puente”. En otros casos estos componentes son usados como protección fusible aprovechando las dimensiones reducidas del material conductor.
Otros ejemplos:
En las resistencias SMD ó de montaje superficial su codificación más usual es:
Práctica.
En la siguiente tabla describa el valor que tiene cada una de las resistencias SMD que se muestran.
Fallas que presentan las resistencias eléctricas.
Cualquiera que sea el tipo de resistencia, cuando estas fallan se devaloran hacia arriba, es decir, el valor al medirlo estará muy por encima de la tolerancia permitida por el fabricante.
LDR Resistencia dependiente de la luz.
Este dispositivo es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado foto resistencia, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistencia dependiente de la luz, cuyas siglas, LDR, se originan de su nombre en inglés light-dependent resistor. La Figura 23 muestra la forma física de este elemento.
Los símbolos empoleados se observan en la Figura 24..
El LDR es fabricado con materiales de estructura cristalina, y utiliza sus propiedades fotoconductoras. Los cristales utilizados más comunes son: sulfuro de cadmio y seleniuro de cadmio. El valor de la fotorresistencia (en Ohms) no varía de forma instantánea cuando se pasa de luz a oscuridad o al contrario. Esto hace que el LDR no se pueda utilizar en muchas aplicaciones, especialmente aquellas que necesitan de mucha exactitud en cuanto a tiempo para cambiar de estado (oscuridad a iluminación o iluminación a oscuridad) y a exactitud de los valores de la fotorresistencia al estar en los mismos estados anteriores.
Dónde se utiliza:
En fotoceldas, sensores de presencia, alarmas, en cámaras fotográficas, en medidores de luz.
Las de la gama infrarroja en control de máquinas y procesos de contaje y detección de objetos.
Práctica.
Medir el valor óhmico de las LDR que se le proporcionen, con luz y ausencia de luz.
| Elemento | Valor en Ohms con luz | Valor en Ohms sin luz |
Módulo 3. Diodos.
Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos.
Diodo Rectificador.
Son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, o la parte positiva, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua.
Tiene una caída de voltaje de 0.4 a 0.7 si es de silicio. Se checan con el multímetro en función de prueba de diodos.
Su símbolo es el mostrado en la Figura 26.
Pruebas a un diodo para medir su estado.
Girar el selector del multímetro en prueba de diodos, se identifica porque tiene el símbolo de un diodo.
Polarización inversa.
La terminal negra (COM) del multímetro se conecta con el ánodo (positivo) del diodo y la terminal roja con el cátodo (negativo) del diodo. No debe marcar nada, si el diodo está bien.
Polarización directa.
La terminal negra (COM) del multímetro se conecta con el cátodo (negativo) del diodo y la terminal roja con el ánodo (positivo) del diodo. Debe haber una lectura entre 0.4 y 0.7 V, si es de silicio o una lectura entre 0.1 a 0.3 V si es de germanio. Los diodos de silicio son los que más abundan.
Los diodos pueden presentar 3 tipos de fallas:
En corto circuito: obtenemos una medida de 0 V Abierto: El multímetro marca OL, o circuito abierto. Fugas: Obtenemos lecturas en polarización inversa.
Circuitos con diodos rectificadores. Obtención de voltaje directo positivo.
El diodo rectificador recorta los ciclos negativos del voltaje alterno y lo convierte a voltaje directo de polaridad positiva, pulsante.
Obtención de voltaje directo negativo.
El diodo rectificador recorta los ciclos positivos del voltaje alterno y lo convierte a voltaje directo de polaridad negativa, pulsante.
Puente de diodos.
El puente rectificador es un circuito electrónico usado en la conversión de corriente alterna en corriente continua. También es conocido como circuito o puente de Graetz, en referencia a su creador, el físico alemán Leo Graetz (1856-1941).
Consiste en cuatro diodos comunes, que convierten una señal con partes positivas y negativas en una señal únicamente positiva. Un simple diodo permitiría quedarse con la parte positiva, pero el puente permite aprovechar también la parte negativa.
El papel de los cuatro diodos comunes es hacer que la electricidad vaya en un solo sentido.
Forma de checarlos:
Observar la ubicación de los 4 diodos en la Figura 32.
Seleccionando prueba de diodos en el multímetro, poner la terminal positiva del mismo en una de las terminales de alterna y la negativa en el menos, deberá
marcar OL si el diodo está bien, invertir las terminales del multímetro y deberá marcar entre 0.4 y 0.7 V, realizar este par de pruebas entre cada terminal de alterna y las terminales (-) y (+), identificando cada diodo del puente.
Práctica.
Realice la polarización directa e inversa a diferentes diodos rectificadores anotando el valor obtenido en cada lectura.
| Matrícula del diodo. | Polarización directa | Polarización inversa | Estado del diodo |
Diodo LED.
El LED (Light-Emitting Diode: Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo semiconductor que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz. Este dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.
Su símbolo es el siguiente:
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.
Aplicaciones de los LED
Los LED se emplean en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado) en dispositivos de señalización (de tránsito, de emergencia, etc.) y en paneles informativos. También se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal líquido de
teléfonos móviles, calculadoras, agendas electrónicas, así como en bicicletas y usos similares. Existen además impresoras LED.
Cómo checar un diodo LED.
Cuando se polariza directamente con el multímetro en prueba de diodos debe observarse que encienda y polarizado inversamente no deberá observarse la luz.
Práctica.
A los diodos led que se le proporciona, polarícelos directa e inversamente para observar su estado.
| Color del diodo | Polarización inversa. Emisión de luz | Polarización inversa No emite luz. |
Diodo zener. (Dz)
Los diodos zener, zener diodo o simplemente zener, son diodos que están diseñados para mantener un voltaje constante en su terminales, llamado Voltaje o Tensión Zener (Vz) cuando se polarizan inversamente, es decir cuando está el cátodo con una tensión positiva y el ánodo negativa. El símbolo del mismo es el siguiente.
Sus formas físicas pueden ser diversas, tal como se observa en la Figura 36.
Tipos de Diodos Zener
Actualmente se pueden encontrar diodos zener de valores Vz desde 0,2V hasta 200V hasta los 50 watts.
Hay principalmente dos variedades de zener, los ZD o ZDP que son los europeos y los 1N que son americanos. El ZPD12 por ejemplo, significa que tiene una tensión zener de 12V.
Aplicación.
La Figura 37 exhibe un circuito de aplicación para el diodo zener.
Diodo varicap
El Diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenómeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN varíe en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensador variable controlado por tensión. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF.
La tensión inversa mínima tiene que ser de 1 V. Su símbolo es:
Aplicaciones
La aplicación de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintonía de TV, modulación de frecuencia en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje
(Oscilador controlado por tensión).
Fotodiodo
Un fotodiodo es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz. Su símbolo es.
A Continuación se presentan las formas físicas de este elemento.
El fotodiodo responde a los cambios de oscuridad a iluminación y viceversa con mucha velocidad, y puede utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta más pequeño.
Módulo 4
Capacitor o condensador (C).
Un capacitor eléctrico es un dispositivo utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.
Existen polarizados y no polarizados.
Datos importantes de un capacitor.
Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios (µF=10-6 F), nanofaradios (nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F).
Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un condensador, que depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté fabricado. Si se supera dicha tensión, el condensador puede perforarse (quedar cortocircuitado) y/o explotar. En este sentido hay que tener cuidado al elegir un condensador, de forma que nunca trabaje a una tensión superior a la máxima.
Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad superior a 1 µF tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión prestando atención a sus terminales positivo y negativo. Al contrario que los inferiores a 1µF, a los que se puede aplicar tensión en cualquier sentido, los que tienen polaridad pueden explotar en caso de ser ésta la incorrecta.
CAPACITORES NO POLARIZADOS
Condensadores de mica. La mica posee varias propiedades que la hacen adecuada para dieléctrico de condensadores: bajas pérdidas, exfoliación en láminas finas, soporta altas temperaturas y no se degrada por oxidación o con la humedad. Sobre una cara de la lámina de mica se deposita aluminio, que forma una armadura. Se apilan varias de estas láminas, soldando los extremos alternativamente a cada uno de los terminales. Estos condensadores funcionan bien en altas frecuencias y soportan tensiones elevadas, pero son caros y se ven gradualmente sustituidos por otros tipos.
Condensadores de papel. El dieléctrico es papel parafinado, baquelizado o sometido a algún otro tratamiento que reduce suhigroscopia y aumenta el aislamiento. Se apilan dos cintas de papel, una de aluminio, otras dos de papel y otra de aluminio y se enrollan en espiral. Las cintas de aluminio constituyen las dos armaduras, que se conectan a sendos terminales. Se utilizan dos cintas de papel para evitar los poros que pueden presentar.
Condensadores de poliéster o Mylar. Está formado por láminas delgadas de poliéster sobre las que se deposita aluminio, que forma las armaduras. Se apilan estas láminas y se conectan por los extremos. Del mismo modo, también se encuentran condensadores de policarbonato y polipropileno.
Condensadores de poliestireno también conocidos comúnmente como Styroflex (marca registrada de Siemens). Otro tipo de condensadores de plástico, muy utilizado en radio, por disponer de coeficiente de temperatura inverso a las bobinas de sintonía, logrando de este modo estabilidad en los circuitos resonantes.
Condensadores cerámicos. Utiliza cerámicas de varios tipos para formar el dieléctrico. Existen diferentes tipos formados por una sola lámina de dieléctrico, pero también los hay formados por láminas apiladas. Dependiendo del tipo, funcionan a distintas frecuencias, llegando hasta las microondas.
Condensadores de ajuste o variables.
Son tipos especiales de condensadores variables. Las armaduras son semicirculares, pudiendo girar una de ellas en torno al centro, variando así la capacidad. Otro tipo se basa en acercar las armaduras, mediante un tornillo que las aprieta.
CAPACITORES POLARIZADOS
Condensadores electrolíticos. Es un tipo de condensador que utiliza un electrolito, como su primera armadura, la cual actúa como cátodo. Con la tensión adecuada, el electrolito deposita una capa aislante (la cual es en general una capa muy fina de óxido de aluminio) sobre la segunda armadura o cuba (ánodo), consiguiendo así capacidades muy elevadas. Son inadecuados para funcionar con corriente alterna. La polarización inversa destruye el óxido, produciendo un cortocircuito entre el
electrolito y la cuba, aumentando la temperatura, y por tanto, arde o estalla el condensador consecuentemente.
Condensadores de tantalio (tántalos). Es otro condensador electrolítico, pero emplea tantalio en lugar de aluminio. Consigue corrientes de pérdidas bajas, mucho menores que en los condensadores de aluminio. Suelen tener mejor relación capacidad/volumen. Es un capacitor polarizado.
Codificación mediante letras.
Este es otro sistema de inscripción del valor de los condensadores sobre su cuerpo. En lugar de pintar unas bandas de color se recurre también a la escritura de diferentes códigos mediante letras impresas. A veces aparece impresa en los condensadores la letra “K” a continuación de las letras; en este caso no se traduce por “kilo”, o sea, 1000 sino que significa cerámico si se halla en un condensador de
tubo o disco. Si el componente es un condensador de dieléctrico plástico (en forma de paralelepípedo), “K” significa tolerancia del 10% sobre el valor de la capacidad, en tanto que “M” corresponde a tolerancia del 20% y “J”, tolerancia del 5%.
Codificación “101” de los Condensadores
Por último, vamos a mencionar el código 101 utilizado en los condensadores cerámicos como alternativa al código de colores. De acuerdo con este sistema se imprimen 3 cifras, dos de ellas son las significativas y la última de ellas indica el número de ceros que se deben añadir a las precedentes. El resultado debe expresarse siempre en picofaradios pF.
Así, 561 significa 560 pF, 564 significa 560000 pF = 560 nF, y 403 significa 40000 pF = 40 nF. La Figura 50 muestra algunos ejemplos.
Comprobación de un capacitor.
Para comprobar el estado de un capacitor se utiliza el capacitómetro, antes de probar un capacitor se debe descargar cortocircuitando sus terminales con una herramienta o parte metálica para no dañar el aparato.
Un capacitor para que se considere bueno, al medirlo deberá estar por arriba del valor indicado en el cuerpo del mismo, si la medida es un 10% menor o más al valor indicado, se debe cambiar.
Hay que respetar el voltaje de trabajo cuando se haga el cambio.
Fallas que presentan.
Cuando un capacitor falla tiende a desvalorarse y su capacitancia puede llegar a cero, con lo que provocará fallas en los circuitos de los aparatos donde pertenece. Por ejemplo, si está en una fuente de voltaje, éste provocará una disminución del mismo e incluso presentar un corto circuito. Si se encuentra en un aparato de audio posiblemente impedirá la salida del sonido, si está en la sección vertical de un televisor se observará solo una línea vertical en la pantalla, entre otras fallas.
Práctica.
En la siguiente tabla escriba los datos que se piden de los capacitores que se le proporcionan, después mida su valor con el capacitómetro.
| Elemento | Tipo | Valor, Voltaje | Valor medido |
Módulo 5.
Bobinas (L)
Un inductor, bobina o reactor es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.
Un inductor está constituido normalmente por una bobina de conductor, típicamente alambre o hilo de cobre esmaltado. Existen inductores con núcleo de aire o con núcleo hecho de material ferroso (por ejemplo, acero magnético), para incrementar su capacidad de magnetismo.
Son componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica. Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o al aire.
Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional pero se suelen emplear los submúltiplos mH y µH.
Sus símbolos normalizados son los siguientes:
Tipos de bobinas.
Con núcleo de aire.
El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas. Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.
Con núcleo sólido.
Poseen valores de inductancia más altos que los anteriores debido a la existencia del núcleo. El núcleo suele ser de un material ferro magnético. Los más usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se desean eliminar son bajas se utilizan núcleos parecidos a los de los transformadores (en fuentes de alimentación sobre todo).
Forma de medirlas:
Normalmente se checan a continuidad para saber si no están dañadas, y con un aparato especial se puede medir la inductancia generada por la misma.
Fallas que presentan
Pueden estar abiertas, o devalorada su inductancia, si el esmalte que separa las bobinas está quemado pueden estar en corto.
Práctica:
Checar a continuidad las bobinas que se le indiquen, y después mida la inductancia generada.
| Elemento | Continuidad (Ohms) | Valor en Henrios |
Módulo 6.
El transistor (Q)
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistor de transferencia»). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, teléfonos celulares, entre otros. Existen transistores de pequeña señal, mediana potencia, y de potencia, los cuales se muestran en la figura siguiente en ese orden.
Existen dos tipos de transistores
Independientemente del tipo que sean, sus terminales se llaman Base, Emisor y Colector.
Transistor PNP
Transistor NPN
Identificación de las terminales.
Para identificar las terminales se utiliza el multímetro en su función de prueba de diodos.
Identificación de la base.
Escoja dos terminales del transistor y realice la polarización directa e inversa, si obtuvo alguna lectura, escoja otro par y vuelva a medir hasta que en ambas pruebas obtenga OL en el multímetro. Si este es el caso la terminal del transistor que queda libre es la BASE.
Identificación del colector y el emisor.
Ponga una de las terminales del multímetro en la BASE y la otra terminal alternadamente en las otras dos, si obtiene OL en ambas lecturas, intercambie las terminales del multímetro.
La que da mayor lectura con respecto a la base es el EMISOR, y la terminal que mide menos voltaje será el COLECTOR.
Para saber si es PNP o NPN observe qué terminal del multímetro quedó en la base cuando midió el voltaje BASE-EMISOR y BASE-COLECTOR. Si Es la roja, el transistor es NPN y si es la negra el transistor es PNP.
Si mide entre el COLECTOR y el EMISOR no deberá observarse ninguna lectura ni al intercambiarse las terminales del multímetro.
Práctica:
Identifique las terminales de los transistores que se le proporcionan y escriba si es PNP o NPN.
| Tipo de transistor | Voltaje Base Emisor | Voltaje Base Colector | Voltaje Emisor colector | Tipo PNP / NPN |
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa | ||||
| P. Directa P. Inversa |
Módulo 7.
Circuitos Integrados (CI).
Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre el Circuito Integrado y un circuito impreso.
Entre los circuitos integrados más complejos y avanzados se encuentran los microprocesadores, que controlan numerosos aparatos, desde teléfonos móviles y hornos a microondas hasta computadoras.
Los chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados, de importancia crucial para la moderna sociedad de la información. Mientras que el costo de diseñar y desarrollar un circuito integrado complejo es bastante alto, cuando se reparte entre millones de unidades de producción, el costo individual de los CIs por lo general se reduce al mínimo.
A medida que transcurren los años, los circuitos integrados van evolucionando: se fabrican en tamaños cada vez más pequeños, con mejores características y prestaciones, mejoran su eficiencia y su eficacia, y se permite así que mayor cantidad de elementos sean empaquetados (integrados) en un mismo chip.
Tipos de encapsulados
DIP: Los pines se extienden a lo largo del encapsulado (en ambos lados) y tiene como todos los demas una muesca que indica el pin número 1. Este encapsulado básico fue el más utilizado hace unos años y sigue siendo el preferido a la hora de armar plaquetas por partes de los amantes de la electronica casera debido a su tamaño lo que facilita la soldadura. Hoy en día, el uso de este encapsulado (industrialmente) se limita a UVEPROM y sensores.
SIP: Los pines se extienden a lo largo de un solo lado del encapsulado y se lo monta verticalmente en la plaqueta. La conseguiente reducción en la zona de montaje permite un densidad de montaje mayor a la que se obtiene con el DIP.
PGA: Los múltiples pines de conexión se sitúan en la parte inferior del encapsulado. Este tipo se utiliza para CPUs de PC y era la principal opción a la hora de considerar la eficiencia pin-capsula-espacio antes de la introducción de BGA. Los PGAs se fabricaron de plástico y cerámica, sin embargo actualmente el plástico es el mas utilizado, mientras que los PGAs de cerámica se utilizan para un pequeño número de aplicaciones.
SOP: Los pines se disponen en los 2 tramos más largos y se extienden en una forma denominada “gull wing formation”, este es el principal tipo de montaje superficial y es ampliamente utilizado especialmente en los ámbitos de la microinformática, memorias y IC analógicos que utilizan un número relativamente pequeño de pines.
TSOP: Simplemente una versión más delgada del encapsulado SOP.
QFP: Es la versión mejorada del encapsulado SOP, donde los pines de conexión se extienden a lo largo de los cuatro bordes. Este es en la actualidad el encapsulado de montaje supeficial más popular, debido que permite un mayor número de pines.
SOJ: Las puntas de los pines se extienden desde los dos bordes más largos dejando en la mitad una separación como si se tratase de 2 encapsulados en uno. Recibe éste nombre porque los pines se parecen a la letra “J” cuando se lo mira desde el costado. Fueron utilizados en los módulos de memoria SIMM.
QFJ: Al igual que el encapsulado QFP, los pines se extienden desde los 4 bordes bordes.
QFN: Es similar al QFP, pero con los pines situados en los cuatro bordes de la parte inferior del encapsulado. Este encapsulado puede hacerse en modelos de poca o alta densidad.
Forma de enumerar las terminales.
Ubicando arriba a la muesca o el punto del circuito integrado, las terminales se enumeran en U, como se muestra a continuación.
Internamente constan de varios componentes interconectados entre sí, como ejemplo se muestra el siguiente regulador.
En cuanto a sus funciones se distinguen dos grupos:
Circuitos integrados analógicos
Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos más complejos como amplificadores, osciladores o incluso receptores completos de radio.
Circuitos Integrados digitales.
Los circuitos Digitales trabajan con señales que solo pueden tomar uno de dos valores posibles. Pueden ser compuertas lógicas (Y, O, NO) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores.
Los circuitos integrados se fabrican para cumplir una función específica dentro de un sistema y permiten grandes simplificaciones y montaje más rápido.
Cada circuito integrado tiene una función, cuando se dañan deben cambiarse.
Práctica.
Identificación de la función que realizan diversos circuitos integrados.
| Matrícula | Descripción | Señales importantes |
Diseño de circuitos con Amplificadores operacionales. Amplificador operacional.
Se trata de un dispositivo electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia)
Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones como suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc, en calculadoras analógicas. La siguiente figura exhibe el Circuito Integrado UA741CP, cuya matrícula pertenece a un amplificador operacional.
Disposición de terminales.
Aplicaciones más comunes.
El amplificador inversor
La figura ilustra la primera configuración básica del AO. El amplificador inversor. En este circuito, la entrada no inversora (+) está a tierra, y la señal se aplica a la entrada inversora (-) a través de R1, con realimentación desde la salida a través de R2.
La ganancia del voltaje de salida depende de la relación entre las resistencias R2 y R1, de acuerdo con la siguiente fórmula.
Mediante esta configuración pueden obtenerse ganancias menores a 1.
El amplificador no inversor
La segunda configuración básica del AO ideal es el amplificador no inversor, mostrado en la figura.
En este circuito, el voltaje Vi se aplica a la entrada no inversora (+), y una fracción de la señal de salida, Vo, se aplica a la entrada inversora (-) a través del divisor de tensión R1, R2.
En este caso la ganancia será:
Como se ve la ganancia de éste amplificador no puede ser menor que 1.
Amplificador Sumador:
Sirve para obtener la ganancia de dos o más señales sumadas.
El sumador inversor
La terminal no inversora va a tierra y las señales a sumar se conectan a la terminal inversora del amplificador operacional.
El voltaje de salida es la suma algebraica invertida de las tensiones de entrada multiplicadas por la ganancia, en el caso en que RF = RG1 = R G2 = R G3
VOUT = – (V1 + V2 + V3)
Otras aplicaciones de los amplificadores operacionales
Amplificador Restador
Amplificador Multiplicador
Divisor
Integrador
Diferenciador (Derivador)
Buscar Promedio
Comparadores
Convertidor de Voltaje a Corriente y de Corriente a Voltaje
Oscilador
Generadores de Señales
Filtros Activos:
Rectificador
Amplificador de Instrumentación
Convertidores A/D y D/A
Convertidores de AC a DC
Optoacoplador u optoaislador.
Optoacoplador y su símbolo
Un optoacoplador, también llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor activado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un componente opto electrónico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac. De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un foto emisor y un foto receptor cuya conexión entre ambos es óptica. Estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Se suelen utilizar para aislar eléctricamente a dispositivos muy sensibles.
Si la tensión de entrada varía, la cantidad de luz también lo hará, lo que significa que la tensión de salida cambia de acuerdo con la tensión de entrada. De este modo el dispositivo puede acoplar una señal de entrada con el circuito de salida, aunque hay que tener en cuenta que las curvas tensión/luz del LED no son lineales, por lo que la señal puede distorsionarse. Se venden optoacopladores especiales para este propósito, diseñados de forma que tengan un rango en el que la señal de salida sea casi idéntica a la de entrada.
Circuito para probar los optoacopladores.
La forma de usarlo es la siguiente, colocamos el optoacoplador en la base respetando el orden de los pines, encendemos el circuito accionando el interruptor S1 y nos aseguramos de que el diodo LED D1 no enciende, luego presionamos el pulsador P1 y en ese momento el LED debería encender, si el LED enciende sin que presionemos el pulsador es porque el optoacoplador está en corto y hay que cambiarlo, si por el contrario el LED no enciende aunque P1 esté siendo pulsado eso significa que el optoacoplador está abierto, y también hay que cambiarlo, por
otro lado si el LED sólo enciende cuando apretamos el pulsador P1 entonces está en buen estado y lo descartamos.
Circuito integrado 555
El temporizador IC 555 es un circuito integrado (chip) que se utiliza en una variedad de aplicaciones y se aplica en la generación de pulsos y de oscilaciones. El 555 puede ser utilizado para proporcionar retardos de tiempo, como un oscilador, y como un circuito integrado flip-flop. Sus derivados proporcionan hasta cuatro circuitos de sincronización en un solo paquete. Introducido en 1971 por Signetics, el 555 sigue siendo de uso generalizado debido a su facilidad de uso, precio bajo y la estabilidad.
Práctica:
Identificar en diagramas electrónicos las aplicaciones utilizadas en su Diseño.
Módulo 8.
Aprenderá a sustituir diodos, transistores y circuitos integrados mediante la búsqueda de sus matrículas en manuales de semiconductores.
Guía de reemplazos NTE o ECG.
Es una guía de componentes semiconductores que nos permite encontrar reemplazos de los mismos.
Esta guía nos permitirá identificar las características de los componentes electrónicos más comunes y de los no comunes también, así como su reemplazo y
una rápida guía de orientación de uso, aplicaciones, voltaje, potencia, tamaño etc. Su utilidad es más notable cuando no disponemos de Internet.
Pasos para buscar un componente:
La guía está compuesta de 2 grandes partes.
La primera está dedicada a las todos los tipos de características y en la segunda se presenta la referencia de alfanumérica.
1.- Para su uso primeramente ubicaremos la matricula grabada en el semiconductor.
2.- buscamos el numero en la segunda sección del NTE ò del ECG el cual nos enviará directamente a un numero NTEXXX ò ECG dependiendo.
3.- contando ya con el numero NTEXXX lo buscamos en el índice (INDEX) ubicado en la primera sección (primeras páginas) aquí es donde encontraremos la descripción del semiconductor, el número de página donde se encuentran los datos eléctricos así como el número de empaque y especificaciones mecánicas.
Con esto ya tendremos a información de nuestro semiconductor del cual queríamos saber su aplicación ò su uso así como mayores datos útiles para la sustitución del nuestro componente dañado.
Identificación del fabricante por la matrícula
13 – xxxx Sears
221-xxxx Zenith www.zenith.com/
37-xxxx Atari
442-xxxx Zenith www.zenith.com/
51 xxxx Quasar
56A xxxx Admiral
612 XX xxxx Magnavox
905 xxxx Zenith www.zenith.com/
AD xxxx Analog Devices www.analog.com
AM xxxx Advanced Micro. Devices
(AMD) www.amd.com
AM xxxx Datel Systems www.datel.com/
AN xxxx Matsushita www.maco.panasonic.co.jp
AY xxxx General Instrumens www.gi.com
BA xxxx Rohm www.rohm.com
CA xxxx RCA (Harris Semiconductors) www.semi.harris.com
CS xxxx Cherry Semiconductors www.cherrysemiconductor.com
CXA xxxx Sony www.sel.sony.com/semi
CXD xxxx Sony www.sel.sony.com/semi
DBL xxxx Daewoo www.daewoosemicon.co.kr/
DM xxxx Delco www.delco.com
EA xxxx Electronics Arrays
ECG xxxx PHILIPS – Silvanya www.ecgproducts.com
EF xxxx SGS-Thomson www.st.com
EFB xxxx SGS-Thomson www.st.com
GE xxxx General Electric www.expo.co.kr/lge/
H xxxx Harris www.semi.harris.com
H xxxx Hughes Aircraft
HA xxxx Hitachi www.halsp.hitachi.com
HD xxxx Hitachi www.halsp.hitachi.com
IC xxxx Philco
ICL xxxx Intersil www.intersil.com/
IR xxxx International Rectifier www.irf.com
IX xxxx Sharp www.sharpmeg.com
KA xxxx Samsung www.sec.samsung.com
KDA xxxx Samsung www.sec.samsung.com
KIA xxxx KEC – Korea Electronics Co.
KM xxxx Samsung www.sec.samsung.com
KS xxxx Samsung www.sec.samsung.com
LA xxxx Sanyo www.semic.sanyo.co.jp
LB xxxx Sanyo www.semic.sanyo.co.jp
LC xxxx Sanyo www.semic.sanyo.co.jp
Lm A xxxx Lambda www.lambdaaa.com
LM xxxx Intersil www.intersil.com/
LM xxxx National Semiconductor www.national.com
LM xxxx Raytheon Semiconductors www.raytheonsemi.com
LM xxxx Signetics (Philips) www.semiconductors.com/
LM xxxx Siliconix www.siliconix.com/
Práctica:
Identificación de reemplazos con una guía CGE o NTE.
| Matrícula | Descripción | No. ECG o NTE |
Módulo 9.
- Conocerá qué son los transformadores, los tipos que existen en uso electrónico, las fallas que pueden presentar, cómo checar su estado físico y cómo sustituirlos.
El transformador (T)
Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado “terciario”, de menor tensión
que el secundario. Datos importantes: Voltaje del primario, del secundario y corriente máxima que define el tamaño del mismo.
Simbología de los tipos de transformadores:
Identificación del primario y secundario:
Cuando en el cuerpo de los transformadores no viene indicada ninguna información para identificar el primario o el secundario procedemos de la siguiente forma: 1.-Conectar el multímetro en función de medición de resistencia eléctrica en la terminales extremo de un lado del transformador y anotar el valor medido.
2.- Repita el procedimiento para las terminales extremo del otro lado.
Las terminales donde se obtuvo mayor resistencia eléctrica es el primario y es por donde se instalará el voltaje alterno de la red eléctrica (127 VCA). Por el otro lado saldrán los voltajes reducidos o transformados.
Checar el estado del transformador:
Mida la resistencia eléctrica entre cada par de terminales y deberá medir algún valor en Ohms, si es un transformador con varias terminales de cada lado, dejar fija una terminal del multímetro en un extremo y con la otra punta ir midiendo los valores de resistencia, los cuales deberán ir incrementándose.
Realice la misma operación en las terminales del otro extremo del transformador, para que se consideren en buen estado los devanados deberá encontrar un valor en ohms, lo cual indica que el conductor no está roto.
Mida la continuidad audible entre cada terminal del transformador y el núcleo del núcleo, para que el transformador esté bien no debe existir continuidad entre el núcleo y ninguna terminal del transformador, ya sea primerio o secundario.
Práctica.
Medir el estado de diferentes transformadores.
| Descripción del transformador (V,I, tipo) | Resistencia del primer devanado. | Resistencia del segundo devanado. | Prueba de corto circuito. | Medición de voltajes. |
Módulo 10.
- Identificará los tipos de reguladores de voltaje de tres terminales y cómo sustituirlos cuando fallan.
Regulador de voltaje
Un regulador de tensión o de voltaje es un dispositivo electrónico diseñado para mantener un nivel de tensión constante.
Los reguladores electrónicos de tensión se encuentran en dispositivos como las fuentes de alimentación de los computadoras, televisiones, reproductores de audio, etc, donde estabilizan las tensiones de Corriente Continua usadas por el equipo en cuestión. En los alternadores de los automóviles y en las plantas generadoras, los reguladores de tensión controlan la salida de la planta.
Reguladores integrados
Hoy en día es más común encontrar en las fuentes de alimentación reguladores integrados, normalmente son componentes muy parecidos a los transistores de
potencia, suelen tener tres terminales, uno de entrada, un común o masa, y uno de salida, tienen una capacidad de reducción del rizado muy alta y normalmente sólo hay que conectarles un par de condensadores.
Existen circuitos reguladores con un gran catálogo de tensiones y corrientes de funcionamiento. La serie más conocida de reguladores integrados es la familia 78xx para voltajes positivos y la serie o familia 79xx para voltajes negativos.
Los de mayor potencia necesitarán un disipador de calor, este es el principal problema de los reguladores serie lineales tanto discretos como integrados, al estar en serie con la carga las caídas de tensión en sus componentes provocan grandes disipaciones de potencia.
Forma de conectar a los reguladores de la familia 78
78xx es la denominación de una popular familia de reguladores de tensión positiva. Es un componente común en muchas fuentes de alimentación. Tienen tres terminales (voltaje de entrada, tierra y voltaje de salida) y especificaciones similares que sólo difieren en la tensión de salida suministrada o en la intensidad.
Tipos de encapsulados utilizados
Los encapsulados más comunes se muestran en la siguiente figura.
Códigos que identifican la corriente máxima que soportan
Los dos números indicados como XX identifican el valor del voltaje al cual regulan, por ejemplo si la matrícula es un 7812, significa que regula a 12 voltios positivos, si es un 78L15, significa que regula a 15 voltios positivos.
Forma de conectar a los reguladores de la familia 79
79xx es la denominación de la familia de reguladores de tensión negativa. También es un componente común en muchas fuentes de alimentación. Al igual que la familia anterior tienen tres terminales: voltaje de entrada, tierra y voltaje de salida.
Diagramas de ejemplo.
Las Figura 87 y 88 muestran diagramas de aplicación para los reguladores de voltaje positivo y negativo.
Otra aplicación importante de este tipo de circuitos es como fuente de alimentación simétrica, muy utilizado con amplificadores operacionales.
Regulador zener.
Es el regulador de tensión más sencillo. Consiste en una resistencia serie de entrada y el diodo zener en paralelo con la carga como se muestra en la siguiente imagen.
Cuando la tensión de entrada aumenta se produce un aumento de la corriente de entrada, como la tensión del diodo zener es constante, absorbe el exceso de corriente, mientras la resistencia de entrada absorbe esta variación de tensión. Si se produce una disminución de la tensión de entrada la caída de tensión en la resistencia de entrada disminuirá, compensando la disminución inicial, por el zener circulará menor corriente. Para que el zener estabilice correctamente, la tensión mínima a su entrada (UIN), debe ser mayor que la tensión de referencia del zener (Vz). También hay un límite de tensión máxima debida a las limitaciones de potencia del dispositivo.
Regulador con transistor.
Este tipo de regulador utiliza un transistor en serie con la carga, como puede observarse en el esquema.
Este circuito tiene un mayor rendimiento que el anteriormente visto, por lo que se utiliza en circuitos de mayor potencia.
Regulador de voltaje variable LM317
El LM317 es un regulador de tensión positivo con sólo 3 terminales y con un rango de tensiones de salida desde los 1.25 hasta 37 voltios.
Las terminales o pines son: Entrada (IN), Salida (OUT), Ajuste (ADJ)
Para lograr esta variación de tensión sólo se necesita de 2 resistencias externas (una de ellas es una resistencia variable). Entre sus principales características se encuentra la limitación de corriente y la protección térmica contra sobrecargas. La tensión entre la patilla ADJ y OUT es siempre de 1.25 voltios (tensión establecida internamente por el regulador)
Familia STR Características
Circuito de aplicación
Módulo 11.
-Conocerá e identificará los tipos de interruptores y selectores y otros elementos utilizados para controlar el paso de las señales electrónicas, además de checar el estado en que se encuentran.
Módulo 12.
- Identificará y medirá con el multímetro el estado físico de los Rectificadores de silicio (SCR), DIACs y Triacs.
El SCR
El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled Rectifier) está formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP.
Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. Trabajando en corriente alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito.
Forma físicas
Comprobación con multímetro.
- Conectar la terminal roja del multímetro (en prueba de diodos) en el ánodo (+) y la terminal negra en el cátodo (-). Cuidar la correcta polaridad de las puntas, la negra debe estar en COM (común) del multímetro.
- Sin desconectar el multímetro, puentear momentáneamente la terminal gate del SRC con la teminal roja del multímetro que está en el ánodo y deberá mostrar una lectura fija, en mV correspondiente a un diodo común de silicio.
- Cortocircuitar el ánodo y cátodo para que se resetee el SCR.
- Invertir las terminales del ánodo y el cátodo, cortocircuitar Gate con el ánodo nuevamente y no deberá haber ningún tipo de conducción.
Para comprobar el estado real de un tiristor
Se necesita poner a trabajar el SCR en un circuito como el que se presenta a continuación muy fácil de construir y con el cual se podrá verificar el estado del dispositivo electrónico en cuestión.
La prueba del tiristor con el circuito.
Se conectan las patas del SCR a probar en el conector correspondiente a cada una de ellas; ánodo, cátodo y compuerta (G).
Una vez conectadas todas las patas del tiristor bajo test se cierra el conmutador o interruptor K correspondiente al cátodo y su paso a masa común o el negativo del circuito. Se pulsa el conmutador G para permitir el disparo del tiristor mediante la activación de la compuerta G.
Si el tiristor está en buen estado la lámpara deberá iluminar a toda intensidad, en caso de no iluminar o hacerlo con baja intensidad es señal de que el tiristor no está trabajando bien. Para llevar el SCR a su estado off se abre el conmutador K lo que deberá llevar al apagado de la lámpara indicadora. Se cierra nuevamente el interruptor K sin pulsar el G.
Al realizar esta operación la lámpara deberá permanecer apagada y en caso de que se ilumine aunque sea con poca intensidad es señal de que el tiristor no está realizando bien su trabajo y por tanto no es confiable para dejarlo en un circuito electrónico.
El DIAC
El DIAC (Diodo para Corriente Alterna) es un dispositivo semiconductor de dos conexiones. Es un diodo bidireccional disparable que conduce la corriente sólo tras haberse superado su tensión de disparo, y mientras la corriente circulante no sea
inferior al valor característico para ese dispositivo. El comportamiento es fundamentalmente el mismo para ambas direcciones de la corriente.
Los DIAC son una clase de tiristor, y se usan normalmente para disparar los triac, otra clase de tiristor.
Es un dispositivo semiconductor de dos terminales, llamados ánodo y cátodo. Actúa como un interruptor bidireccional el cual se activa cuando el voltaje entre sus terminales alcanza el voltaje de ruptura, dicho voltaje puede estar entre 20 y 36 volts según la referencia.
Cómo checar su estado con multímetro.
Poner el multímetro en prueba de diodos, y con las terminales del multímetro en las del diac, no debe marcar ninguna lectura en un sentido ni invirtiendo las terminales.
El TRIAC
Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.
Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en direcciones opuestas.
Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta.
Usos
- Su versatilidad lo hace ideal para el control de corriente alterna (C.A.).
- Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y los relés.
- Funciona como interruptor electrónico y también a pila.
- Se utilizan TRIACs de baja potencia en muchas aplicaciones como atenuadores de luz, controles de velocidad para motores eléctricos, y en los sistemas de control computarizado de muchos elementos caseros. No obstante, cuando se utiliza con cargas inductivas como motores eléctricos, se deben tomar las precauciones necesarias para asegurarse que el TRIAC se apague correctamente al final de cada semiciclo de la onda de Corriente alterna.
Cómo checar su estado con el multímetro.
Poner el multímetro en prueba de diodos, y checar entre la entrada y la salida del voltaje, no debe haber ninguna lectura ni intercambiando las puntas del multímetro.
Entre entrada y disparo tenemos lectura. Entre disparo y slaida no debe haber lectura.
Una falla típica del triac es que queda en corto circuito entre la entrada y salida del voltaje, la carga no puede apagarse.
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