El ABC de la Electrónica - Steren - 1ra Edición

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¡¡Bienvenido al mundo de la electrónica!! Con este libro cubrirá el estudio iniciando con la electricidad estática hasta la electrónica de estado sólido, pasando por electricidad, componentes, circuitos integrados (Cl's), ejemplos de utilización de componentes para formación de circuitos electrónicos y otras aplicaciones que además de útil y educativo resultará divertido. La publicación de este libro es de gran ayuda, ya que invita a los estudiantes a desarrollar proyectos de ciencias más profesionales además de hacer más amigable el estudio de la electrónica.

=e.·STEREN®

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CONTENIDO DESPEGANDO A LA ELECTRONICA 7 1. ELECTRICIDAD PONIENDO A TRABAJAR LA ELECTRICIDAD REVISANDO LAS BASES ELECTRICIDAD

ESTÁTICA

5

8 9 10 12

CORRIENTE ELÉCTRICA

15

ELECTRICIDAD

DE CORRIENTE DIRECTA

16

ELECTRICIDAD DE CORRIENTE ALTERNA MEDICiÓN DE CA y C.D.

20

PULSOS, ONDAS, SEÑALES Y RUIDO

21 22 24

2. COMPONENTES ELECTRÓNICOS

26

CABLE Y ALAMBRE

26 27 28 28 29 30

CIRCUITOS ELÉCTRICOS

SWITCH ES RELEVADORES MEDIDORES

DE BOBINA MÓVIL

MICROFONOS

y BOCINAS

RESISTENCIAS CAPACITO RES

34

APLICACIONES

DE RESISTENCIAS

Y CAPACITORES

BOBINAS

37 39 41

TRANSFORMADORES

3. SEMICONDUCTORES

43

SILICIO

43

EL DIODO

45

EL TRANSISTOR

48

TRANSISTORES

BIPOLARES

TRANSISTORES

DE EFECTO DE CAMPO

EL TRANSISTOR

UNIJUNTURA

EL TIRISTOR RECTIFICADORES

CONTROLADOS

DE SILICIO

TRIACS

4. SEMICONDUCTORES

SENSIBLES A LA LUZ

49 52 57 58 58 59

61

LUZ

61

OPTOELECTRONICA

62

COMO SE UTILIZAN LOS LENTES CONVEXOS

63 64 64 67 68

FUENTES DE LUZ POR SEMICONDUCTORES DIODOS EMISORES DE LUZ SEMICONDUCTORES

DETECTORES

DE LUZ

DETECTORES

DE LUZ FOTORESISTIVOS

DETECTORES

DE LUZ DE UNiÓN PN

FOTODIODOS

69 69

FOTO TRANSISTORES

71

FOTOTI RISTORES CELDAS SOLARES

73 73

5. CIRCUITOS INTEGRADOS

74

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6. CIRCUITOS I TEGRADOS DIGITALES

76

COMPUERTAS

76

DE INTERRUPTOR

EC

ICO

LA CONEXiÓN BINARIA

77

COMPUERTAS

DE DIODOS

78

COMPUERTAS

DE TRANSISTORES

78

SIMBOLOS DE COMPUERTAS

79

CAMINOS DE ALTA VELOCIDAD

DE DATOS (DATA HIGHWAYS)

81

COMO SON UTILIZADAS LAS COMPUERTAS

81

CIRCUITOS LÓGICOS COMBINACIONALES

81

CIRCUITOS LÓGICOS SECUENCIALES

83

UN SISTEMA LÓGICO SECUENCIAL-COMBINACIONAL

85

FAMILIAS DE CI DIGITALES

86

7. CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES

87

EL CIRCUITO BÁSICO LINEAL

87

AMPLlFICADORES

87

OPERACIONALES

TEMPORIZADORES

88

GENERADORES

DE FUNCiÓN

89

REGULADORES

DE VOLTAJE

89

OTROS CI LINEALES

90

8. CONSEJOS PARA EL ENSAMBLE DE CIRCUITOS

90

CIRCUITOS TEMPORALES

90

CIRCUITOS PERMANENTES

91

COMO SOLDAR

92

ENERGIZANDO

CIRCUITOS ELECTRÓNICOS

93

9. 100 CIRCUITOS ELECTRÓNICOS

94

CIRCUITOS CON DIODOS

95

DIODOS DE SEÑAL PEQUEÑA Y RECTIFICADORES

95

CIRCUITOS CON DIODOS ZENER

96

CIRCUITOS CON TRANSISTORES

97

CIRCUITOS CON TRANSISTORES

BIPOLARES

97

CIRCUITOS CON FET UNION y MOSFET DE POTENCIA CIRCUITOS CON TRANSISTORES

UNIJUNTURA

99 101

CIRCUITOS CON TIRISTORES

103

CIRCUITOS CON SCR

103

CIRCUITOS CON TRIACS

104

CIRCUITOS DE OPTOELECTRONICA

105

CIRCUITOS CON DIODOS EMISORES DE LUZ (LED)

105

CIRCUITOS SEMICONDUCTORES

107

DETECTORES

DE LUZ

CIRCUITOS CON CI DIGITALES

109

CIRCUITOS TTL

109

CIRCUITOS CMOS

111

CIRCUITOS CON CI LINEALES

115

CIRCUITOS AMPLlFICADORES

OPERACIONALES

CIRCUITOS COMPARADORES CIRCUITOS REGULADORES

(OP-AMP)

115 117

DE VOLTAJE

CIRCUITOS TEMPORIZADORES SIMBOLOS DE CIRCUITOS COMUNES

118 119 121

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SIMBOLOS DE CIRCUITOS COMUNES COMPONENTES

--1tCAPACITOR FIJO

PASIVOS:

4tCAPACITOR POLARIZADO

CAPACITOR VARIABLE

]

•

-'VV'v--

~

-'VV'v--

RESISTENCIA FIJA

RESISTENCIA VARIABLE

r

TRANSFORMADOR

OIOOOS y TIRISTORES:

DIODO RECTIFICADOR

DIODO ZENER

SCR

TRIAC

DIAC

RECTIFICADOR TIPO PUENTE

TRANSISTORES:

NPN

PNP

N-JFET

P-JFET

S

S

N-MOSFET

P-MOSFET

OPTOELECTRONICA:

w

~

~

~ LEO

COMPUERTAS

FOTODIODO

CELDA SOLAR

LASCR

FOTORESISTENCIA

LÓGICAS:

D- =[> ANO

FOTOTRANSISTOR

-e

~

NANO

-{>INVERSOR

D- D- DOR

NOR

EX-OR

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DESPEGANDO A LA ELECTRONICA Bienvenido al mundo de la electrónica, uno de los campos de mas rápido crecimiento de la "alta tecnología" actual y un pasatiempo educativo para el entretenimiento. Este libro lo llevará desde la electricidad estática hasta la electrónica de estado sólido. A lo largo de nuestro estudio cubriremos la electricidad, componentes electrónicos y circuitos integrados (CI:s). Se muestra como se utilizan los componentes para formar circuitos electrónicos. El último capítulo le proporciona los diagramas para 100 circuitos, de los cuales cada uno será construido y probado "las páginas con flechas" a través del libro lo refieren a temas relacionados con los capítulos futuros. Espero encuentre este libro útil, educativo y especialmente divertido! Examinando detenidamente

la electrónica

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C DE LA ELECTRONICA

1. ELECTRICIDAD La única diferencia entre un rayo y la chispa que se genera entre su dedo y la perilla de una puerta en un dia seco es la cantidad-, ambas son electricidad. Benjamín Franklin confirmo esto por primera vez en su famoso experimento del papalote.

Aquellos que vuelan un papalote durante la lluvia, es mejor que digan "adiós" ya que no es muy seguro

~

LAMPARA DE NEON

Existe una manera clara de "ver" la electricidad sin la necesidad de ser lastimado: tome una punta de una lampara de neón, camine a través ALAPERILLA DE LA PUERTA de una alformbra mientras usa o TUBO DE AGUA zapatos de suela endurecida y haga tocar la segunda punta de la lampara con un objeto de mental. La lampara se encenderá (a menos que la humedad relativa sea muy alta).

¡Por supuesto que usted no puede "ver" la electricidad!, usted verá su efecto a través del aire y la lampara de neón. Los efectos de la electricidad que se pueden ver son varios. Aquí hay algunos más.

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PONIENDO A TRABAJAR A LA ELECTRICIDAD Toda la materia tiene propiedades eléctricas. Por esta razón muchos científicos de siglos pasados han podido inventar cientos de aparatos que generan, almacenan, controlan y conmutan la electricidad. Estos dispositivos han sido combinados para lIevarnos dentro de ...

'l(;~~f "

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Si esta ansioso de comenzar a trabajar con las partes electrónicas y circuitos, pase directamente al capitulo dos, cuando tenga tiempo, asegurese de cubrir el resto de este capitulo, Aprendera algunas realidades básicas acerca de la electricidad ya que le dara una base solida para un mayor aprendizaje, y encontrara como crear y detectar la electricidad con los ,materiales ordinarios del hogar.

paginas tes usted ndera como estas eléctricas operan, y era como utilizarlas cuando . con los circuitos electrónicos. ." Lamparas, temporizadores, dores, circuitos de lógica digital, de poder, generadores de sonido y otros, iAI terminar este libro usted identificar y utilizar todos los componentes dos en esta pagina! Estos incluyen - rrnadores, diodos, resistencias, adores, diodos zener, transistores, ores de voltaje y circuitos integrados

, .•LAERA DE LA

ELECTRONICA.

ELECTRICIDAD

EL ABC DE LA ELECTRONICA

REVISANDO

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LAS BASES

La electricidad es un ingrediente esencial de la materia. La mejor manera de comprender la naturaleza de la electricidad es examinar el componente más pequeño de cada elemento, el átomo. ATOMO DE LlTlO NUCLEO (PROTONES y NEUTRONES)

Este es un átomo de litio. El tercer átomo mas simple después del hidrogeno y el hielo, los átomos de litio tienen tres electrones que rodean un núcleo de 3 protones y 4 neutrones

-~ELECTRON

los electrones tienen una carga eléctrica negativa. los protones tienen una carga ecléctica positiva. los neutrones no tienen una carga eléctrica.

IONES Normalmente un átomo tiene un numero equivalente de electrones y protones. Las cargas se cancelan para no dar al átomo alguna carga eléctrica neta, es posible desalojar uno o mas electrones de la mayoría de los átomos, esto provoca que el átomo tenga una carga positiva neta, entonces es llamado un ion positivo, si un electrón disperso se combina con un átomo normal entonces, el átomo tiene una carga negativa neta y es llamado ion negativo.

ION NEGATIVO

ION POSITIVO

ELECTRONES

-

Los electrones libres se pueden mover a velocidades altas a través de los metales, gases y vacío o estos pueden quedar estacionados en una superficie.

z

z

rG7

z

O

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MAS ACERCA DE LOS ELECTRONES

EL ABC DE LA ELECTRONICA

LIBRES-

muchos trillones de electrones se pueden estacionar en una superficie o pueden viajar a través del espacio o materia a velocidades cercanas a la luz. (Aproximadamente 300,000 Kilómetros por segundo)

ELECTRONES

ESTACIONARIOS

ELECTRONES EN MOVIMIENTO

ELECTRONES EN REPOSO - un grupo de electrones negativos en una superficie causan que esta quede cargada negativamente. Puesto que los electrones no se mueven, la superficie se puede decir que tiene una carga electrostática negativa.

ELECTRONES EN MOVIMIENTO - una columna de electrones en movimiento es llamada una corriente eléctrica. Los electrones estacionados pueden formar rápidamente una corriente eléctrica si son colocados cerca de un grupo de iones positivos. Los iones Cargados Positivamente atraerán los electrones que rápidamente irán a llenar los "hoyos" o vacíos dejados por los electrones faltantes.

ELECTRON

FALTAN TE

,~ 1"- -,

ORBITA DEL ELECTRO N ~

. ..

~

~ELECTRON

ELECTRONES PERDIDOS - la fricción mecánica, luz calor o una reacción química pueden remover electrones de una superficie. Esto causa que la superficie quede cargada positivamente. puesto que los átomos cargados positivamente esta n en reposo, se puede decir que la superficie tiene una carga electrostática positiva.

FRICCION LUZ CALOR QUIMICA

IONES POSITIVOS CON CARGA ELECTROESTATICA POSITIVA

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ELECTRICIDAD ESTÁTICA Usted genera electricidad estática cada vez que camina a través de una alfombra, jala una cinta de un rollo, se quita la ropa o seca la ropa en una secadora. Muchas veces usted no se da cuenta hasta que el aire es seco y la carga estática aparece en forma de una chispa repentina, que salta y destella camino a su nueva casa. Estas cargas estáticas son generadas por medio de fricción mecánica. En el año 600 ac, un griego, tales de mileto experimento con la electricidad estática que era producida cuando el ámbar se talla con la lana.

AMBARErase una vez que la savia fluya de los arboles, y se endureció en granulos dorados los cuales eventualmente se quedaron en la tierra caliente, algunas veces, antes de que se endureciera en ámbar, la savia pegajosa guardo hojas de plantas insectos e incluso gotas de agua!. Una clase de envoltura natural de plástico, el ámbar se electrifica facialmente por medio de fricción. Entonces es capaz de atraer pequeños trozos de papel. PEDAZOS ""--DE PAPEL HECHO FAMOSO: EL ELECTRON ES LLAMADO ASI A PARTIR DE LA PALABRA GRIEGAAMBAR! PLÁSTICO Y VIDRIO ELECTRIFICADO

-

Pase un peine de plástico a través de su cabello en un día seco y transferirá electrones desde su cabello al peine. Talle una barra de vidrio con seda o las fibras sintéticas de una brocha de pintar y removerá los electrones del vidrio. Ambos, el peine cargado negativamente y la barra de vidrio cargado positivamente, como el ámbar atraeran trozos de papel. Usted puede electrificar o cargar muchos materiales tallándolos con pelo, lana, etc. ¿y Metal? No, la carga desaparece.

PEINE DESPUES DE ACARICIAR

EL CABELLO

BARRA DE VIDRIO TALLADA CON SEDA

PEDAZOS DE PAPEL ----....

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CARGAS IGUALES PUESTAS . como sabemos que el peine y la barra de vidrio tienen cargas opuestas? una regla fundamental de la elec .. a ~ que cargas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraen. Aquí se muestra un experimento que prue a regla y contesta a la pregunta:

'----

CUERDA



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_-=-_-_~ -- -.•.

SIN CARGA

-

-

-

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~

lUCE MATERIAL PARA EMPACAR E UNICEL PLASTICO RECUERDE: CARGAS OPUESTAS SE ATRAEN

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CARGAS IGUALES SE REPELEN

EL ELECTROSCOPIO _

rimer instrumento diseñado para detectar y medir electricidad estática fue el electroscopio.

-

Usted puede

== ricar uno fácilmente

. • +

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• + • •.• •••• +

.... ... ... •

...----

ALAMBRE DE COBRE

SIN CARGA

CORCHO

HOJA DE ALUMNIO

CARGA ALTA

>

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CARGA MEDIA

•

FRASCO DE PLASTICO

~

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,;

gúrese de que la tira de aluminio doblada este limpia y seca. - ando usted toca el alambre con un objeto cargado, a las dos mitades de la tira de aluminio se les dará la . ma carga y por lo tanto estas se separaran.

EL ABC DE LA ELECTRONICA

CONDUCTORES

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Y AISLANTES

Usted puede utilizar su electroscopio para probar que los electrones viajan a través de algunos materiales pero no de otros.1iQ.;. [pruebe esto en un día seco! Los electrones pueden viajar a través del aire húmedo y la carga de su electroscopio desaparecerá rápidamente en días húmedos.

CINTA

BARRA DE PLASTICO CARGADA

I

--l-··--- -.

HOJA CARGADA

~

CINTA

BASE DE MADERA

e P'

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-

-

BARRA DE PLASTICO CARGADA

HOJA NEUTRAL

Esta demostración le enseña que los electrones pueden viajar a través de algunos materiales pero no de otros. Los materiales a través de los cuales viajan los electrones son conductores. Los materiales a través de los cuales los electrones viajan pobremente o no viajan son aislantes. Conductores incluyen plata, oro. acero. cobre, etc. Aislantes incluyen vidrio, plastico, goma, madera, etc.

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CORRIENTE ELECTRICA El conductor - la demostración

del aislador ilustra otros dos puntos importantes:

1. La corriente eléctrica fluye de una región de carga de alto potencial a una región de bajo potencial,

2. una carga estática inmóvil fluye a través de un conductor en forma de una corriente eléctrica. luego reanuda su carga estática en las hojas de aluminio del electroscopio.

LA RELACION CON EL MAGNETISMO

-

Una corriente que fluye a través de un alambre crea un campo magnético alrededor de el. Usted no puede ver el campo; pero puede observar el efecto. ALAMBRE

Oriente una brújula de tal manera que su aguja apunte a la marca del norte (N). coloque un alambre de cobre encima y paralelo a la aguja. Luego conecte una batería a través del alambre, y la aguja se movera de su orientación norte I sur (iConecte el alambre únicamente un instante para prevenir que la batería se caliente!)

CAMPO MAGNETICO

MEDICiÓN DE LA CORRIENTE ELECTRICA MENOS

El movimiento físico ( o mecánico ) de la aguja magnética de una brújula en un campo magnético suministra una manera conveniente para medir la cantidad de corriente que fluye en un alambre. Esta es la base del medidor de corriente de bobina móvil utilizando en el multimetro analógico. Para proporcionar una sensibilidad alta, el alambre es enrollado como una bobina.

MAS

-:

RESORTE DE/' RETORNO A CERO

BOBINA MOVIL

E ABC DE LA ELECTRONICA

ELECTRICIDAD

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DE CORRIENTE DIRECTA

Una corriente eléctrica puede fluir en cualquiera de sus dos - es a través de un conductor. Si fluye en una sola dirección, ya sea estable o en pulsos, se le llama come e ta (c.d.). Es importante especificar la cantidad y potencia de una corriente directa. Aqu í están los términos cla e: • (i) - corriente es la cantidad de electrones que pasan en un punto da o. a unidad de la corriente es el ampere. Un ampere es de 6,280,000,000,000,000,000 ( 6,28 x 10 18) electrones q e pasan por un punto en un segundo. • Voltaje (v o e) - el voltaje es la presión eléctrica o fuerza. Algunas veces se nombra al voltaje como potencial. La caída de voltaje es la diferencia de potencial entre dos extremos de un conductor a través del cual la corriente fluye, Si comparamos la corriente con el agua que fluye a través de una llave, la presión del agua es el voltaje. • Resistencia (r) - los conductores no son perfectos. Estos se resisten en algún grado al flujo de corriente. La unidad de la resistencia es el ohm (ID) una diferencia de potencial de un volt forzará una corriente de un ampere a .través de una resistencia de un ohm. La resistencia de un conductor es su caída de voltaje dividida por la corriente que fluye a través del conductor. • Potencia (p) el trabajo realizado por una corriente eléctrica se le llama potencia. La unidad de potencia es el watt. La potencia en la corriente directa es el producto del voltaje por la corriente. • la ley de OHM - Dadas dos cantidades cualquiera de las de arriba, puede encontrar la otra cantidad usando estas fórmulas conocidas como la ley de Ohm:

V=RXI I=V / R R=V/I P= V x I (O TAMBIEN) P=

2

1

X R

Nos referiremos a la ley de ohm Mas tarde en este libro ... • Resumiendo - esta es la "analogía del agua"

NIVEL DE AGUA (VOLTAJE)

~LLAVE (RESISTENCIA)

~ ¡~FLUJO ] (CORRIENTE)

/~ TURBINA DE ROTACION (POTENCIA)

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EL ABC DE LA ELECTRONICA

UTILIZANDO LA CORRIENTE DIRECTA Existen varios usos para la electricidad de corriente directa, ningún libro puede describir todas estas. En esta pagina hay varios diseños de una sola bobina de alambre que puede construir fácilmente con una sección de 3.8 a 7.6 cm de un popote para refresco y al menos 9 cm de alambre de calibre 30, cubierto con laca, asegure la bobina en un lugar con cinta. Remueva el aislante de las puntas de la bobina con lija de papel fino.

ELECTROMAGNETO Inserte un clavo de cero en la bobina, conecte las puntas a una batería de 9 volts, y el clave magnetizará hasta que desconecte la energía. (Puede quedar)

-DE

LIMADURAS ACERO

MOTOR Tal vez no sea su idea de un motor, pero este elegante aparato califica para la definición que se da en el diccionario. Utilice un clavo de peso ligero. Asegure una punta de la bobina al clavo, ajuste la altura de la bobina hasta que el clavo brinque hacia arriba y hacia abajo.

\ HOJA DE ALUMINIO

TAREA: EXPLIQUE EN 25 PALABRAS O MENOS COMO TRABAJA ESTE MOTOR.

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GENERANDO

ELECTRICIDAD

DE CORRIENTE DIRECTA

Existe un numero sorprendente de maneras para producir corriente directa. Aquí hay algunas: GENERADORES

QUIMICOS -

Electrolitos son soluciones químicas que contienen varios iones. Por ejemplo disuelva sal de mesa en agua y la sal se partirá en iones de sodio positivo y iones de cloro negativos. Si se sumergen dos placas de meta distintas en la solución de sal, los iones positivos se iran hacia una placa y los ion es negativos se iran hacia la otra placa. Si las dos placas son conectadas conjuntamente por un conductor fluirá una corriente a través de la solución (como iones ) y el conductor (como electrones ). Esta clase de generador es llamada celda húmeda Las celdas en las cuales el electrolito es absorbido por papel, o las que se forman en una pasta son llamadas celdas secas. Aquí se muestran algunos generadores químicos que usted puede fabricar. .Disfrutel HOJADE

:NC)

+ HOJA DE

+ /

COBRE

.------//f/

CELDADE LlMON FRESCO

JUGO DE LlMON

____

+

ZINCO MAGNESIO

PAPEL SALADO (SERVILLETA + AGUA CON SAL)

I

MONEDA DE COBRE (+)

Esta bien en papel seco y Activa con agua ... Conecte dos o más celdas en serie para formar una batería con un Voltaje total equivalente a la suma de los voltajes de las celdas.

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GENERADORES

ELECTROMAGNÉTICOS

-

Una corriente que fluye a través de un conductor establece un campo magnético alrededor efecto opera también a la inversa, de tal manera que una corriente fluirá en un conductor el cual través de un campo magnetico.

Usted puede demostrar fácilmente la generación de corriente electromagnetica con una bobina de alambre y un imán pequeño, (la bobina mostrada en la pagina 17 opera bien), conecte las puntas de la bobina a un medidor diseñado para medir microamperes, inserte un clavo de acero a través de la bobina y jale el imán hacia atrás y hacia adelante a lo largo ... ••...:'de la bobina, el medidor indicara pocos ••.••. microamperes por cada movimiento. ~ -, ''-

La polaridad ( dirección)

e ~,_.~

CLAVO

~_---

BOBINA

AL MEDIDOR

de la corriente será inversa con cada movimiento que haga hacia atrás.

¿Desea un generadorfabricado? Solamente gire el eje de un motor pequeño de cd. [La mayoría de estos motores producirán una diferencia de potencial de varios volts!. Puede adicionar un propulsor para fabricar un generador.

Generadores termoeléctricos - si la unión de dos metales distintos se calienta, se producira una corriente, un alambre de cobre enrollado alrededor de la punta de un clavo de acero generara pocos milivolts cuando se calienta por la flama de un cerillo, las uniones como acero y constantan (una aleación de nikel y cobre) producirán voltajes mucho mas altos (este es el efecto seeberck).

\

VOLTAGE

\ "-=

ALAMBRE DE COBRE

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E ABC DE LA ELECTRONICA

ELECTRICIDAD

DE CORRIENTE ALTERNA

Regresemos a la bobina hecha en casa y al "generador" de imán en la pagina anterior. Cuando se mueve el imán en una dirección a lo largo de la bobina, los electrones del alambre se mueven en una dirección y se produce una corriente directa. En el movimiento hacia atrás a menos que el imán sea removido de la bobinala dirección de flujo de la corriente se invierte. Por lo tanto, si el imán se mueve hacia atrás y hacia delante a lo largo de la bobina, se produce una corriente que alterna en dirección o polaridad. Esta es llamada corriente alterna. La corriente alterna ( c.a ) es producida usualmente al hacer girar una bobina en un campo magnético.

ROTACION

ESTO ES UNA ONDA SENOIDAL VOLTAJE

- - - - +

+

"F-------",....J....:::--:;,L----'----'-----'-

270

0

::::::::::: /'\..-1""\/

--

SENOIDAL

SALIDA DE VOLTAJE

BOBINA

MEDICION DE LA ONDA SENOIDAL. El Voltaje de c.a. Es especificado usualmente en un valor equivalente al voltaje de c.d. Capaz de realizar el mismo trabajo, para una onda senoidal este valor es de 0.707 veces el voltaje pico. Este se llama voltaje RMS (valor cuadrático medio ). El voltaje pico (o corriente) es de 1.41 veces del valor RMS. El voltaje de linea casero se especifica de acuerdo a su valor RMS. Por lo tanto, el voltaje casero de 120 volts corresponde a un voltaje pico de 120 x 1.41 o 169.2 volts.

PICO

+ .707

o ~----------~------------~ .707 PICO SENOIDAL

PORQUE SE UTILIZA LA C.A.La C.A. es más apropiada que la C.D. Para la transmisión a través de las lineas de energía de larga distancia Un cable que transporta C ..A. Inducirá una corriente en un cable cercano. Este es el principio del transformador.

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EDICION DE LA C.A. Y C.D.

Usted puede medir fácilmente un voltaje de C.A. o C.D. Y la corriente con un instrumento llamado multímetro. Los multímetros analógicos utilizan un medidor de bobina móvil. Los multímetros digitales son de lectura con display. El multímetro es el instrumento individual de prueba electrónica de mayor importancia.

Multímero analógicos más económico, de alguna manera menos preciso que los del tipo digital. Son mejores para observar la tendencia de cambios lentos de voltajes, corriente o resistencia.

Multímetro digital - de alta presición y de mas fácil lectura que los tipos analógicos son mejores para encontrar el valor exacto de un voltaje, corriente o resistencia.

RESUMEN SOBRE LOS MULTIMETROSi Estos son indispensables! Incluso si usted solo tiene un interés pasajero debe de considerar la compra de uno porque tiene bastantes usos en el hogar, en el trabajo y cuando trabaja con aparatos y vehículos motorizados. Si usted piensa en serio dedicarse a la electrónica, considere el adquirir un multímetro de alta impedancia que tendrá muy poco o ningún efecto en el dispositivo que esta midiendo. Idealmente, debería tener ambos tipos, tantos el analógico como el digital.

SEGURIDAD

ELECTRICA

La electricidad puede matar! Si usted desea permanecer por un largo periodo de tiempo disfrutando de los experimentos con la electrónica, siempre manejela con el respeto que le merece. Hablaremos nuevamente de seguridad mas adelante.

-,

ALAMBRE

DEDO DEL EXPERIME TADO

~

21

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CIRCUITOS ELECTRJCOS Un circuito eléctrico es cualquier diseño que permite que fluya una corriente eléctrica. Un circuito eléctrico puede ser tan simple como una batería conectada a una lampara o tan complicado como una computadora digita!. UN CIRCUITO BÁSICO

e~ / I \"

Este circuito básico consiste de una fuente de corriente eléctrica ( una batería ), una lampara y dos alambres de conexión, la parte del circuito que realiza el trabajo es llamada la carga. Aquí la carga es la lampara. En otros circuitos la carga puede ser un motor, un elemento de calentamiento, un electromagneto, etc.

---

ELECTRONES

UN CIRCUITO EN SERIE

Un circuito puede incluir mas de un componente (interruptor, lampara, motor, etc. ) Un circuito en serie se forma cuando el flujo de corriente pasa primeramente a través de un componente luego fluye hacia otro. (Las flechas muestran la dirección del flujo de electrones).

UN CIRCUITO EN PARALELO

I

I \ "-

I

I

Un circuito en paralelo esta formado cuando dos o mas componentes estan conectados de tal manera que la corriente puede fluir a través de un componente sin tener que pasar a través de otro.

I \ "-

UN CIRCUITO SERIE PARALELO

/

I

I\

-,

Varios circuitos eléctricos combinan los circuitos serie y paralelo. Todos suministran una trayectoria completa entre el circuito y su fuente de alimentación

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DIAGRAMAS

DE CIRCUITOS -

Hasta este momento los circuitos eléctricos mostrados en este libro han sido ilustrados en forma pictórica. Las versiones pictóricas de los circuitos serán utilizadas en varios capítulos próximos. Mas adelante en el libro las ilustraciones pictóricas serán reemplazadas por diagramas de circuitos. En los diagramas de circuitos pictóricos la vista de los componentes serán reemplazados por símbolos de componentes.

BATERIA (B)

LAMPARA (L)

B L3

L4

CIRCUITO SERIE - PARALELO "CORTO" CIRCUITO ELECTRICO Cuando un alambre u otro conductor es colocado a través de las conexiones de un componente, algunas o todas las corrientes del circuito pueden ponerse en "corto" circuito a través del conductor. Los cortos circuitos tales como este son usualmente no deseados. Estos pueden causar que las baterías pierdan rápidamente su capacidad. Y estos pueden causar daño al cableado y los componentes. Los cortos circuitos pueden incluso causar suficiente calentamiento para quemar el aislamiento de un cable! Precaución. El cuerpo humano conduce electricidad, por lo tanto si se toca por descuido un circuito eléctrico este puede causar un "corto" circuito. Si el voltaje y la corriente son suficientemente altos. Usted puede recibir un choque peligroso o incluso letal.

"TIERRA" ELECTRICA Uno de los alambres de la linea de c.a Se conecta a tierra por una barra de metal. Los empaques de metal de los dispositivos energizados eléctricamente se conectan este alambre de tierra. Esto evita el peligro de choque Un alambre sin tierra deberá hacer contacto con el empaque de metal. Sin la conexión a tierra, una persona que toca el dispositivo mientras se para en la tierra o un suelo mojado puede recibir un choque peligroso. La tierra también hace referencia al punto de un circuito en voltaje CERO, conectado o no a tierra. Es por esto, que el lado menos' (-) de la batería de los circuitos de arriba y en las paginas siguientes se pueden considerar como tierra.

+ 1-1/2 V

ESTA ES TIERRA (ay) CON RESPECTO A + 1 1/2 Y Y - 1 1/2 Y

-

"--

SIMBOLO

DE - 1-1/2 V

TIERRA

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PULSOS, ONDAS, SEÑALES Y RUIDO La electrónica es el estudio y aplicación de los electrones, su comportamiento y sus efectos. Las aplicaciones más simples para los electrones son sencillamente en circuitos de ea y de cd en las cuales una corriente es utilizada para energizar lamparas, electromagnetos, motores, solenoides y dispositivos similares. Lo que lleva a la electrónica más lejos de estas aplicaciones básicas es la facilidad con la cual el flujo de electrones puede ser controlado y manipulado. ,LAMPARA

~,,\I/// ""'

1- "

. -.........

Este simple circuito es realmente el mas usual y que primero se muestra porque puede enviar información convirtiendo una secuencia planeada por medio de apagados del interruptor en destellos de luz.

ON

-

OFF

-

•... ••••

Los destellos de la lampara se pueden presentar por un diagrama como este. Los patrones de los destellos o pulsos como estos pueden representar información compleja como el habla. O el habla se puede transformar en variaciones proporcionales en la brillantes de una lampara, aquí se muestra una manera simple para enviar la voz sobre un rayo de luz reflejada.:

\JV~ SEÑAL DE VOZ

LA INTENSIDAD DE LA LUZ REPRESENTA LA SEÑAL DE VOZ

I

\f\~1fU~

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D

PULSOS Un pulso es un flujo de corriente repentino, breve, creciente o decreciente. El pulso ideal debe tener una elevación y una caída instantánea, pero los pulsos reales no son tan ideales. PULSO IDEAL

JUill~

-JUUUUUL LJUL/

00

00

PULSO REAL

PULSOS TIPICOS

10 %

o

D

ONDAS-

Una onda es una fluctuación periódica de la corriente o voltaje. Las ondas de los componentes pueden tener una sola polaridad (cd) o ambas ( ea) ( positiva o negativa). Existen varias clases de ondas, aquí se muestran algunas:

+f\/\/V

~n í\ r.

o --------i

- U\J ONDA SINUSOIDAL

CA

ONDA SINUSOIDAL

CD

RAMPACD

ONDA DE CA TRIANGULAR

ONDA SINUSOIDAL

SINUSOIDAL

•.•.. + CD

ONDA SINUSOIDAL

COMPLEJA

DE CA

VOZ

D Señales - Una señal es una forma de onda periódica que transmite información. El proceso que genera la forma de onda se llama modulación Las señales pueden ser de c.a, c.d o de ea QUE VIAJA EN UN NIVEL DE CD. SU ENEMIGO ES ....

+ Ruido - Todos los dispositivos electrónicos y circuitos generan pequeñas corrientes eléctricas al azar. Cuando estas corrientes no son deseadas, se les llama ruido. El ruido se puede introducir también en los circuitos electrónicos por medio de las ondas electromagnéticas generadas por relámpagos, sistemas de ignición de automobiles, motores eléctricos y lineas energizadas. Aunque el ruido puede tener niveles de únicamente pocas millonésimas de un volt o ampere, puede opacar o igualar fácilmente una señal de bajo nivel.

RUIDO

+

SEÑAL

=

RUIDO

SEÑAL

RUIDO

+

~y SEÑAL

=

? ? ?

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2.

COMPONENTES

_

ELECTRONICOS

Existen docenas de familias diferentes de partes y bloques de componentes que, transportan, controlan, seleccionan, dirigen, conmutan, almacenan, manipulan, replican, modulan y explotan una corriente eléctrica. Aquellos que utilizan materiales semiconductores son muy, muy importantes y les dedicaremos todo un capitulo Pero usted encontrara en este capitulo justamente todo lo que debe conocer sobre las partes restantes.

ALAMBRE

Y CABLE

Son utilizados para conducir una corriente eléctrica. La mayoría de los alambres esta n fabricados de un metal de baja resistencia como el cobre. El alambre solido es un conductor individual, el alambre trenzado se tuerce dos o mas veces, o pueden ser conductores trenzados sin cubierta. La mayor parte del alambre esta protegido por una cubierta de aislante de plástico, goma o laca. El alambre que ha sido estañado es mas fácil de soldar.

ESPECIFICACIONES PARA CABLE DE COBRE SIN AISLANTE CALIBRE

DIAMETRO

(mm.)

KG/KM 11,64

CM/OHM 632,46

16

1,29

18

1,02

7,313

397,51

20

0,812

4,600

250,19

22

0,643

2,895

157,3784

44

0,511

1,820

98,9584

26

0,404

1,145

62,23

28

0,320

0,7198

39,1414

0,254

0,4531

24,6126

30

Los cables tienen uno o mas conductores y mayor aislante que el alambre ordinario. El cable coaxial puede conducir señales de alta frecuencia (como la televisión).

+

iprecauclón! Siempre utilice alambre nominal para la cantidad de corriente que va a conducir. Si un alambre esta demasiado caliente al tacto, esta conduciendo demasiada corriente. Utilice un alambre de mayor calibre o reduzca la corriente. O si no .

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SWITCHES Los interruptores mecánicos permiten o interrumpen usados para dirigir la corriente a varios puntos. INTERRUPTOR

DE CUCHILLA

el flujo de corriente. Aunque estos también pueden ser

BASICA -

EL INTERRUPTOR

~ . /

--- //

,,/

,,"

/

"

" ""

"

/

1,800,000 OHMS

{

"

""

I A

~ »>

""

// //

//

""

" ""

" ""

I/

/

3,460,000 OHMS (/

// ",./

A ...... ' ./ //

//

~

/ /

"

"

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CODIGO DE COLORES DE RESISTENCIAS· Observa las banditas de colores de esta resistencia? En realidad estas hacen de cierta manera que la resistencia se vea bonita. Pero estas tienen un proposito que va mas alla: Estas bandas que decoran indican el valor de resistencia de la misma. Aquí se muestra el código para interpretar los colores.

BANDAS DEL CODIGO DE COLORES

COLOR

1

2

NEGRO

O

O

1

CAFE

1

1

10

ROJO

2

2

100

NARANJA

3

3

1,000

AMARILLO

4

4

10,000

VERDE

5

5

100,000

AZUL

6

6

1,000,000

VIOLETA

7

7

GRIS

8

8

BLANCO

9

9

3 (MULTIPLlCADOR)

NOTA: ALGUNAS VECES EXISTE UNA CUARTA BANDA: INDICA LA TOLERANCIA* DE LA RESISTENCIA: ORO = ±-5% PLATA = ±-10 % NINGUNA = ±-20 %

Se ve complicado la primera vez. Pero usted aprendera a utilizarlo rápidamente: Por ejemplo ¿cual es el valor de resistencia en la cual se tienen colores amarillo, violeta y rojo? Amarillo es el primer color así que el primer número es 4. Violeta es el segundo color así que el segundo número es 7, y el tercer color es rojo, el multiplicador es 100. Por lo tanto, la resistencia es 47 x 100 o 4700 ohms. Sin color en la cuarta banda significa que la resistencia es de 4700 ±20 %. El 20 % de 4700 es 940. Así que el valor real estara entre 3760 y 5640 ohms.

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+

SUSTITUCION

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DE RESISTENCIAS

-

¿Que pasaría si necesita una resistencia de 6700 ohms pero solamente puede encontrar una de 6800 ohms? Por lo general puede utilizar cualquier valor dentro de ± 10% a ±20% del valor requerido pues harán la misma función. Si un circuito en particular requiere de mas exactitud le avisare. Por supuesto que usted puede construir resistencias a su gusto conectado dos o mas resistencias en serie o en paralelo. Pero hablaremos de esto mas adelante.

+ ADVERTENCIAS

SOBRE LA SUSTITUCION

DE RESISTENCIAS

-

i Las resistencias que conducen bastante corriente se pueden calentar mucho! Por lo tanto, siempre utilice resistencias que tengan la capacidad de potencia apropiada. Si el proyecto que esta fabricando no especifica la capacidad de potencia para sus resistencias, generalmente se pueden utilizar unidades de 1/4 01/2 watt.

+ existen algunas abreviaciones que vera frecuentemente en las resistencias. Las resistencias pueden tener un sufijo k o m. Como 47k o 10m. La k significa kilo, que viene de la palabra griega para indicar 1,000. Por lo tanto, 47k significa 47x1 000 o 47000. M es la abreviación para megaohm o 1 000000 ohms. Por lo tanto una resistencia de 1m tiene 1x1 000000 01 000000 ohms. Resumiendo ... K= x 1 000 (47k= 47 x 1 000 = 47,000 ohms) M= x 1 000000 ( 2,2 m = 2,2 x 1 000000

+

OTROS TIPOS DE RESISTENCIAS

= 2 200 000 ohms)

-

La resistencia hecha de carbón es solamente una de tantas clases diferentes de resistencias. Aquí se mencionan otras: Resistencias de película metálica. Varias clases de resistencias utilizan una película delgada de metal o una mezcla de partículas de metal para lograr resistencias diferentes. Resistencias de película de carbón. Estas estan fabricadas depositando una película de carbón dentro de un cilindro pequeño de cerámica. Un corte en espiral ranurado dentro de la película controla la longitud de carbón entre las puntas, así como el valor de la resistencia. Resistencia de alambre devanado. Estas consisten de una forma tubular envueltas con devanados de alambre de resistencia. Estas tiene una gran exactitud y pueden soportar bastante calor. Fotoresistencia. También en llamadas fotoceldas. Fabricadas de un material sensible a la luz como el sulfuro de cadmio. Al incrementar el nivel de luz disminuye la resistencia. Esto se vera mas adelante. Termistor. Es una resistencia sensible a la temperatura. Al incrementar la temperatura disminuye la resistencia (En la mayoría de los casos).

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+ RESISTENCIAS VARIABLES frecuentemente es necesario cambiar el valor de resistencia. Las resistencias variables son llamadas potenciómetro. Estos se utilizan para alterar el volumen de un radio, cambiar la brillantes de una lampara, ajustar la calibración de un medidor, etc. Los preset son potenciómetros equipados con una pequeña perilla giratoria de plástico o con una ranura para un desarmador plano. Estos esta n diseñados para ajustes ocasionales.

+ SIMBOLOS DE RESISTENCIAS:

Resistencia

Fija

Potenciómetro

Termistor

Foto Resistencia

Como se usan las resistencias

+ CIRCUITO EN SERIE Las resistencias en serie se conectan como se muestra aquí: R1

La resistencia total es simplemente la suma de las resistencias individuales.

¡

RT

R2

+ CIRCUITO EN PARALELO Las resistencias en paralelo se conectan como se muestra aquí: La resistencia total es el producto de las dos resistencias dividas por su suma. Para tres o mas resistencias en paralelo, busque su calculadora porque ...

1 R= T

1

1

1 +-+R2 ...etc. R1 R2

R= R1

R2

T

R1XR2 R1+R2

DIVISOR DE VOLTAJEi este es super importante!. V es determinado por la relación de R1 y R2, aquí esta la formula. out

VIN

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CAPACITORES Existen varias clases de capacitores, pero todos estos realizan las misma función: Almacenan electrones. El capacitor mas simple esta compuesto de dos conductores separados por un material aislante llamado dieléctrico. Así. PLACAS CONDUCTORAS

El dieléctrico puede ser de papel, película de plástico, mica, vidrio, cerámica, aire, o vacío. Las placas pueden ser discos de aluminio, película de aluminio o de una película delgada de metal aplicada a los lados contrarios de un dieléctrico solido. El sandwich conductor- dieléctrico- conductor se puede enrollar dentro de un cilindro o dejarse en una oblea plana. Se veran mas de estos tipos adelante. Como fabricar un capacitor Usted puede fabricar un capacitor con dos hojas de película de aluminio y una hoja de papel encerado. Doble el papel alrededor de una hoja fina de aluminio y apile las hojas así: LUEGO DOBLE LA HOJA

HOJA DE METAL

~['-----~/ HOJA DE METAL PAPEL CERA

/ PAPEL DOBLADO

[Asequrese de que las hojas de metal no entren en contacto! Presione las terminales de una batería de 9 volts con los extremos de las hojas de metal. Luego toque con las puntas de un multimetrode alta impedancia las hojas de metal. El medidor indicara un pequeño voltaje por pocos segundos. Luego el voltaje caera a cero.

+

CARGANDO

UN CAPACITOR -

El lado negativo de nuestro capacitor hecho en casa se carga con electrones casi inmediatamente. Puesto que las resistencias limitan la corriente usted puede disminuir el tiempo de carga colocando una resistencia entre el capacitor y una batería de 9 volts:

9VOLTS

Aquí se muestra una gráfica del tiempo de carga.

« (9 o::

«

o

TIEMPO

DESCARGANDO

UN CAPACITOR - los electrones de un capacitor cargado se disiparan gradualmente a

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través del dieléctrico hasta que ambas placas obtengan una carga igual. El capacitar esta entonces descargado. El capacitar se puede descargar rápidamente conectando entre si sus placas. O puede ser de descargado mas lentamente conectando una resistencia a través de este:

R

Aquí se muestra una gráfica del tiempo de descarga:

« o a:::: « o TIEMPO

+

ESPECIFICACIONES DE LOS CAPACITORES - la habilidad para almacenar electrones es conocida como capacitancia. La capacitancia esta medida en faradios. Un capacitar de 1 faradio conectado a una fuente de 1 volt almacenara 6 280 000 000 000 000 000 (6,28 x 10 18) electrones!. La mayoría de los condensadores tienen valores muchos mas pequeños. Los condensadores mas pequeños tienen unidades de picofaradios (trillonesima parte de un faradio ) y los condensadores mas grandes tienen unidades de microfaradios ( millonésima parte de un faradio). Resumiendo:

=

1 faradio 1f 6 1 microfaradio = 1 fl f = 1 X 10- f = 0,000 0001 f 12 1 picofaradio = 1pf = 1 x 10- f = 0,000 000 000 001 f SUSTITUCION DE CAPACITORES - el valor de capacitancia para la mayoría de los capacitores puede ser de 5 a 100 % diferente de valor real. Por lo tanto pueden sustituirse con frecuencia valores cercanos para un valor especificado. Sin embargo, [asequrece de utilizar un capacitar con la capacidad de voltaje máximo esperado!.

PRECAUCIONES EN LA SUSTITUCION DE UN CAPACITOR - Debe asegurarse de que el capacitar que planea utilizar cumpla o exceda la capacidad de voltaje requerido. De otra manera su dieléctrico puede ser dañado por la carga almacenada. El valor del voltaje esta usualmente impreso en el capacitar. V significa volts. Wv significa el voltaje de operación (working voltaje, es lo mismo).

~ PLACA MOVIL PLACAS FIJAS

-------

-----

O~

~--"M-PINES

DESARMADOR

PLACAFIJA

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TIPOS DE CAPACITO

RES

Los capacitores estan usualmente catalogados de acuerdo a su dieléctrico. Por esto usted vera nombres referidos a cerámica, mica, poliestlreno, poliéster y muchos otros. Todos estos son capacitores de valores fijos. Algunos capacitores tienen capacidad variable y una clase especial de capacitores fijos tiene mucha mas capacidad que otros capacitores, aquí se mencionan algunos. Capacitores variables. Estos usualmente tienen una o mas placas fijas y una o mas placas La capacitancia se varia al hacer girar una barra unida a un lado de las placas movibles.

movibles.

Este tipo es usado para sintonizar los receptores y transmisores de radio. El dieléctrico es usualmente Este tipo es usado para afinar osciladores como aquellos que se utilizan en los relojes digitales. capacitores normalmente son pequeños.

CONDENSADORES

ELECTROLlTICOS

el aire Estos

-

Son los únicos que estan formados de una capa delgada de oxido sobre aluminio o tantalio. La hoja de oxido es . el dieléctrico. Este es el de mayor capacitancia que todos los que no son de este tipo. Las unidades de tantalio tienen mayor capacitancia por volumen y mayor vida que los electrolíticos de aluminio. Pero son mas costosos La mayor parte de los electrolíticos son polarizados. Estos se deben

conectar

La terminal positiva Al punto positivo.

en un circuito

con su polaridad

debe ir

apropiada.

PELIGRO!

104

Símbolos de los capacitores

220 J..If

--1r-CAPACITaR FIJO

+

~r-CAPAcITaR FIJO POLARIZADO

~ CAPAcITaR VARIABLE

6QOV

i PRECAUCION! Los capacitores pueden almacenar una carga por un tiempo considerablemente grande después de que estos han sido apagados. i Esta carga puede ser peligrosa!. iUna carga grande electrolítica de únicamente 5 o 10 volts pueden derretir la punta de un desarmador colocado a través de sus terminales!. [Los capacitores de alto voltaje como aquellos utilizados en los aparatos de tv y unidades como el flash de una camara fotográfica pueden almacenar una carga letal!. Nunca toque las terminales de tales capacitores. [Ya que usted puede ser enviado al otro lado de la habitación!.

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+

los capacitores

CIRCUITO EN SERIE - frecuentemente

los capacitores se conectan en serie como se muestra:

La capacitancia total es el producto de las dos capacitancias divididas entre la suma.

¿ Cómo calculo para tres o mas capacitores en serie?

+ CIRCUITO EN PARALELO - los capacitores en paralelo se conectan como se muestra aquí: La capacitancia total es la suma de las capacitancias

+

individuales.

y MAS - existen otras maneras variadas para usar los capacitores, algunos de los cuales son mostrados enseguida ...

C1

C1

C2

C2

=

C

PARALELO

C1XC2 C1+C2

T

APLICACIONES

DE LAS RESISTENCIAS

Las resistencias y los capacitores explican las razones:

SERIE

Y LOS CAPACITORES

son los ingredientes

clave de muchos circuitos

electrónicos.

Aquí se

+ FILTRO DE UNA FUENTE DE PODER - un capacitar suavizara (filtrara) los pulsos de voltaje, los convertira en una corriente continua (c.c.) estable en una fuente de poder.

:qj\;( :____ ~ CORRIENTE ALTERNA (CA)

1.'-

Í' :

------"1'---_:_C\C\ __ O __ 1

+

VOLTAJE DE SALIDA FILTRADO (CD)

-TIERRA

RECTIFICADOR

+ ELlMINADOR DE PICOS Los circuitos lógicos digitales, los cuales veremos mas adelante, pueden utilizar mucha corriente al apagarencender o viceversa. Esto puede causar reducciones cortas pero substanciales en la energía aplicada a los circuitos cercanos. Estos picos de energía ( o también son llamados impulsos eléctricos transitorios) pueden ser eliminados colocando un capacitor pequeño (0,1 micro faradio) a través de las terminales de alimentación de un circuito lógico NIVEL DE VOLTAJE SIN CAPACITOR PICO/

~----'J

~ ¡ ,

',: CIRCUITO LOGICO

NIVEL DE VOLTAJE CON CAPACITOR

El capacitar actúa tomo una Batería miniatura que suministra Energía durante el pico.

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>+-

FILTRO SELECTIVO

DE C.A-C.C.-

Con frecuencia una señal eléctrica acompañara a una señal de c.c. Estable. Por ejemplo, la señal de un sistema de comunicaciones de onda corta se puede observar como esta cuando es de noche: Pero la luz del sol causa a esto:

v ------

Un capacitar dejara pasar la señal fluctuante de ea y bloqueara completamente

>+-

CONVERGENCIA CD ESTABLE CAUSADA POR LA LUZ DEL SOL

el nivel de estable de c.c.

CIRCUITO R-C: Dos circuitos que combinan una resistencia (r) y un capacitar (e) son muy importantes, estos son, el integrador y el diferenciador. Ambos circuitos son utilizados para dar otra forma a un flujo entrante de ondas o pulsos.

El producto de r y e en estos circuitos es llamado la constante de tiempo rc. Paras los circuitos mostrados abajo, la constante de tiempo re (en segundos) es al menos 10 veces el intervalo entre los ciclos o pulsos entrantes. 1 integrador. Aquí se muestra un integrador rc básico:

+ IN ENTRADA

o

SALIDA

+ O

OUT

C

Si se aumenta la velocidad de la entrada de pulsos, las formas de onda de salida (frecuentemente llamadas diente de sierra) no alcanzara su altura total (amplitud). Es fácil diseñar un amplificador que ignore ondas de una amplitud menor a una deseada por eso, el integrador puede funcionar como filtro que únicamente pasa las señales bajas a cierta frecuencia. 2 diferenciador.

ENTRADA

Aquí se muestra un diferenciados

o------7"-"":..-----,-----l.....

básico:

SALIDA

ENTRADA

SALIDA

+oAV-~~Y

_

-

Y

Este circuito produce ondas de salida simétricas con picos definidos positivos y negativos. Es utilizado para producir generadores de pulso angosto para receptores de tv y para disparar circuitos lógicos digitales.

>+-

MAS ACERCA DEL RC - Vara frecuentemente referencias de la constante de tiempo rc en un circuito. Es el tiempo en segundos de carga o descarga de un capacitar que va a hasta el 63.3% del cambio en la carga.

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BOBINAS LO$ electrones que se mueven a través de un alambre provocan un campo electromagnético alambre. Como usted sabe del capitulo 1, al pasar la corriente a través de un alambre que ha sido G. como bobina (p. 15) crea un campo aun mayor. Este campo hace posible que los solenoides, motores y bobinas electromagnéticas tengan otras funciones importantes, ademas:

1. Las bobinas openen resistencia a cambios rápidos en el flujo de corriente que pasa a través de ellas, mientras que dejan pasar libremente corriente de c.c. Estables, aquí se muestran algunos ejemplos: ENTRADA

SENOIDAL

SENOIDAL

BOBINA

LENTA

RAPIDA

ONDA CUADRA

ONDA CUADRADA

LENTA

RAPIDA

Algunas veces una bobina producira una resonancia en una onda cuadrada que pasa a través de esta. Esto puede suceder cuando la resistencia de la trayectoria externa que conecta a las terminales de la bobina es alta.

-JUlS JOóOó'-->- ~

ONDA CUADRADA

ESTO ES CAMPANEO

~

1. La energía de un campo alrededor de un devanado puede ser inducida (transferida) a un segundo devanado cercano. Este es el principio del transformador:

,,----

\

{ ENTRADA

--"',', \

\ \

}

.

\

\ \

\

1 I

II II ,

' .•..

I

--',' --,'" " ,,---",-

El lado de la entrada del transformador

,, , ,

"

SALIDA CAMPO

se llama primario. El lado de la salida es llamado secundario.

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+-

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TIPOS DE BOBINAS-

Existen varios tipos diferentes de bobinas. Aquí se muestran algunas de estas: BOBINA DE SINTONIZACION. Los radios utilizan varias bobinas para ayudar a seleccionar una señal deseada. Las bobinas de sintonía tienen derivaciones o un núcleo móvil de tal manera que su inductancia pueda cambiar al moverse, de aquí que la frecuencia de resonancia, se pueda cambiar.

~ ~

TORNILLO DE AJUSTE DEL NUCLEO

TERMINALES

~DEVANADO

BOBINA DE ANTENA. Los radios utilizan frecuentemente de radio.

una bobina de sintonización para captar las señales NUCLEO DE FERRITA (FORMA DE BARRA)

I BOBINA

t PUNTAS

BOBINA DE REACTANCIA. Utilizada en varios circuitos para limitar o suprimir las fluctuaciones de las señales mientras pasan una corriente estable. Las bobinas de reactancia están disponibles en varias formas y tamaños

~,-----.15_PH~(~

t

BOBINA ENCAPSULADA

TERMINALES _ DE CONEXION

TRANSFORMADOR.

Son muy importantes por ese les dedicaremos una sección completa.

+- APLICACIONES

DE LAS BOBINAS -

Adicionalmente especificas.

+-

de las ya descritas, las bobinas se utilizan en filtros que pasan selectiva mente frecuencias

¡PRECAUCION! Un pulso de alto voltaje se puede producir en una bobina de reactancia. Cuando la corriente que fluye a través de esta es interrumpida. i Tenga cuidado!

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TRANSFORMADORES Los transformadores son una de las principales clases de bobinas, tienen dos o mas devanados usualmente envueltos en un núcleo común fabricado de hojas de acero laminadas. Aquí se muestra un transformador simple:

SECUNDARIO PRIMARIO .••...-+-

NUCLEO LAMINADO

Si la corriente que fluye a través del devanado primario varia (c.a.), sera inducida una corriente al devanado secundario. Una corriente de c.c. 'Estable no sera transferida de un devanado a otro.

+

COMO FUNCIONAN ESTOS - los transformadores tienen la habilidad de transformar voltaje y corriente a niveles mayores o menores. Por supuesto, estos no, producen energía de la nada. Por eso, si un transformador amplia el voltaje de una señal, reduce su corriente. Y si reduce voltaje de una señal, aumenta su corriente. En otras palabras ... [La energía que fluye desde un transformador no puede exceder la energía de entrada!.

+

RELACION DE VUELTAS - la relación de vueltas del primario al secundario determina la capacidad de voltaje del transformador ...

Relación 1: 1 el voltaje y la corriente en el primario secundario. Llamado frecuentemente

son transferidos sin alteraciones transformador de aislamiento.

al

AMPLIFICAR

Elevador el voltaje se incrementa por la relación de vueltas. Así que una relación de vueltas de 1: 5 aumentara de 5 volts en el primario a 25 volts en el secundario.

REDUCCION

Reductor el voltaje se reduce por la relación de vueltas. Así que una relación de vueltas de 5: 1 disminuira de 25 volts en el primario a 5 volts en el secundario.

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/

+

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Y APLlCACIONES-

Aquí se muestran Algunos tipos de transformadores: AISLAMIENTO

:

ESTANDAR 1:1

EMBOBINADO

~

NUCLEO DE FERRITA

~

BOBINA~~

~:~:s ~~s~~ ~. .....

~i~~i~~~~S circuito y para proporcionar protección contra un choque eléctrico.

i

~

~

TRANSFORMADOR

Transformador utilizado por la compañía de luz.

Transformador de potencia utilizado usualmente para reducir el voltaje de la linea de alimentación a un nivel apropiado.

ALTO VOLTAJE Bobina de ignición automotriz.

••

/V

BOBINA DE IGNICION AUTOMOTRIZ

Utilizado para producir las chispas de ignición de motores de gasolina. También se utilizan para energizar de los cinescopios de los televisores, algunos lasers, luces de neón etc.

AUDIO

Derivaciones primario y secundario

Utilizado para igualar la impedancia* de un amplificador para micrófono, bocinas u otros dispositivos. Miniatura

* Oposición al flujo de corriente alterna. NOTA: LAS PUNTAS DE LOS TRANSFORMADORES COLORES.

ESTAN ALGUNAS VECES CODIFICADAS

POR

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3. SEMICONDUCTORES Los componentes electrónicos mas importantes y excitantes son los que se fabrican de cristales y se les llama semiconductores. Dependiendo de ciertas condiciones, un semiconductor puede actuar como un conductor o un aislador. SILICIOExisten varios materiales semiconductores arena de már - es el mas popular.

diferentes,

Una átomo de silicio solo tiene cuatro electrones en su capa exterior, seria ideal que tuviera ocho, sin embargo, un átomo de silicio se enlazara hasta con cuatro eje sus vecinos para compartir electrones:

pero el silicio

-

- el principal

ingrediente

de la

ATOMO DE SILICIO

ELECTRONES

NUCL CAPAS

Un grupo de átomos de silicio' compartiendo electrones externos y forman una composición regular llamada cristal. Esta es la vista magnificada de un cristal de silicio. Por Simplicidad, únicamente son mostrados los electrones externos de cada átomo.

iEI silicio forma el 27,7% de la composición de la CORTEZA terrestre! Únicamente el oxigeno tiene mayor presencia. El silicio nunca se encuentra en su estado puro. Cuando se purifica, es de color gris obscuro.

El silicio y el diamante comparten la misma estructura de cristal y otras propiedades. Solo que el silicio no es transparente.

SEMILLA DE CRISTAL

FUNDENTE

SILICIO DERRETIDO 1300°C

El silicio se puede cultivar en grandes cristales, el cual se corta en tabletas para fabricar partes electrónicas.

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+ RECETAS DE SILICIO -

EL SILICIO PURO NO ES MUY USUAL

BORO

POR ESTO DE LOS FABRICANTES DE SILICIO CONDIMENTAN SUS RECETAS DE SILICIO CON UNA PIZCA DE FOSFORO, BORO U OTRAS ESPECIES. ESTO SE LLAMA DOPADO DEL SILICIO. CUANDO CRECE Y SE CONVIERTE EN CRISTALES, EL SILICIO DOPADO TIENE PROPIEDADES ELECTRONICAS MUY UTILES!. SILlCON

+

BARRA DE SILICIO CONDIMENTADO

CON P & N -

El boro, el fosforo y otros átomos se pueden unir con los átomos de silicio para formar cristales. [Aqul esta el truco! : Un átomo de boro tienen únicamente tres electrones en su capa exterior. Y un átomo de fosforo tiene cinco electrones en su capa exterior. El silicio con electrones de fosforo extras es llamado silicio del tipo-n (n=negativo). El silicio con atomos de boro y electrones deficientes es llamado silicio del tipo-p (p=positivo ).

SILICIO DEL TIPO-P Un átomo de boro en un grupo de átomos de silicio deja una abertura de electrón vacante llamado "hueco". Es posible que un electrón de un átomo cercano "caiga" dentro de este hueco. Por lo tanto, el hueco se ha movido a una nueva ubicación. Recuerde que los huecos se pueden mover a través del silicio (así como las burbujas se mueven a través del agua).

SILICIO DEL TIPO-P Un átomo de boro en un grupo de átomos de silicio dona un electrón extra. Este electrón extra se puede mover a través del cristal con facilidad. En otras palabras, el silicio del tipo-p puede portar una corriente eléctrica. Así los huecos del silicio tipo-p "portan" la corriente

ELECTRON EXTRA

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EL DIODO Ambos silicios del tipo-p y tipo-n conducen electricidad. La resistencia de ambos tipos es determinada por la proporción de los huecos o electrones excedentes. Por esto ambos tipos pueden operar como resistencias. Y estos conducirán electricidad en cualquier dirección. [Poniendo algo de silicio tipo-p en un trozo de silicio tipo-n, los electrones fluirán a través del silicio en una única dirección!. Este es principio del diodo. La interfaz pon es llamada unión pn.

+

COMO FUNCIONA EL DIODO-aquí se explica brevemente como conduce electricidad un diodo en una única dirección (EN SENTIDO DIRECTO) mientras bloquea el flujo de corriente en dirección opuesta (inversa). POLARI-ZACION EN SENTIDO DIRECTO

FLUJO DEL ELECTRON ---......

POLARIZACION

EN SENTIDO INVERSO

SIN FLUJO DE CORRIENTE

FLUJO DEL HOYO

Aquí la carga de una batería rechaza los huecos y los electrones hacia la unión. Si el voltaje excede 0,6 volts (silicio), entonces los electrones cruzaran la unión y se combinaran con los huecos, y fluirá una corriente.

Aquí la carga de la batería atrae orificios y electrones de la unión. Por esto, no puede fluir la corriente.

UN DIODO TIPICOLos diodos son comúnmente encapsulados en pequeños cilindros de vidrio. Una banda obscura marca la terminal del cátodo. La terminal opuesta es el ánodo.

La corriente fluye cuando el ánodo es mas positivo que el cátodo.

EL ABC DE tA ELECTRONICA

+

OPERACION

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DEL DIODO -

Usted ya esta enterado que el diodo es como una válvula el algunos aspectos adicionales de la operación del diodo. Aquí se msc..cib. ••::::

importante comprender daves:

::..~~,oICA>

e umbral. El voltaje para

1. Un diodo no conducira hasta que el voltaje en sentido directo alcanza los diodos de silicio es de aproximadamente 0,6 volts.

E9 O

~

?ll

X

11"'-•••.

2. ¡Si la corriente directa es excesiva, el chip semi conductor se puede quebrar o derretir! Y se pueden separar los contactos. Si el chip se derrite, el diodo puede conducir repentinamente en ambas direcciones. ¡El calentamiento resultante puede vaporizar el chip!.

3. Demasiado voltaje inverso causara que el diodo conduzca en la dirección equivocada. Ya que este voltaje es alto, el incremento repentino de la corriente puede dañar al diodo.

RESUMIENDO

LA OPERACION

DEL DIODO -

Esta gráfica resume la operación del diodo. (Esta es una aproximación).

v = VOLTAJE EN SENTIDO INVERSO V = VOLTAJE EN SENTIDO DIRECTO IF = CORRIENTE EN SENTIDO INVERSO R

I~ = CORRIENTE EN SENTIDO DIRECTO

()

C)

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o

TIPOS DE 010005

-

Se pueden conseguir muchas clases diferentes de diodos. Aquí se muestran algunos tipos: Los diodos de pequeña señal son utilizados para transformar corriente baja de c.a. a C.C., detectar señales de radio (modulación), multiplicar voltaje, realizar lógica, absorber picos de voltaje, etc.

Pequeña señal

o

RECTIFICAOOR

o

ZENER

o

EMISION DE LUZ

o

FOTOOIOOO

DE POTENCIA

Funciona igual que los diodos de pequeña señal, los rectificadores de potencia pueden controlar mucha mas corriente. Estos se fabrican en grandes encapsulados de metal que disipan el EXCESO DE calor. Y son utilizados principalmente en fuentes de poder.

El diodo zener en diseñado para tener un voltaje especifico de ruptura inverso (conducción). Esto significa que los diodos zener pueden operar como interruptores sensibles al voltaje. Existen diodos zener disponibles que tienen voltajes de ruptura (vz) que van desde aproximadamente 2 volts hasta 200 volts.

Todos los diodos emiten alguna radiación electromagnética cuando se polarizan directamente. Los diodos fabricados de ciertos semiconductores (como fosforo de arsénico de galio) emiten considerablemente mas radiación que los diodos de silicio. Estos se llaman diodos emisores de luz (Ieds).

Todos los diodos responden en algún grado cuando son iluminados. Los diodos diseñados específicamente para detectar luz son llamados fotodiodos. Estos tienen una ventana de vidrio o de plástico en la cual la luz penetra. Frecuentemente estos tienen una amplia región de unión expuesta. El silicio es un buen material para los fotodiodos.

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COMO SE USAN LOS 010005 En el capitulo 9 usted vera como varios tipos de diodos se utilizan en muchas aplicaciones. momento aquí hay dos tipos de diodos de pequeña señal y rectificadores mas importantes:

Por el

+ RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA +

f\ (\

--a1- + í\

(\

V\J --1>+- -7J\7

ENTRADA

CA

/

SALIDA

Una señal ondulante (c.a) o voltaje es rectificado a una señal de una sola polaridad (c.c.)

CD

LA MITAD DE LA SEÑAL ES BLOQUEADA

+ RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

+

Esta "red" de 4 diodos (o puente rectificador) rectifica ambas mitades de una señal de c.a.

rv:v~fVVV\ ENTRADA

CA!

-

SALIDA CD

MAS ACERCA DE LA DIRECCION DEL FLUJO DE CORRIENTE Una corriente eléctrica es el movimiento de electrones a través de un conductor o semiconductor. Ya que los electrones se mueven de una región cargada negativamente a una región cargada positivamente, ¿porque la flecha de un símbolo del diodo apunta hacia la dirección opuesta?, aquí se mencionan dos razones: 1. Desde los tiempos de Benjamín Franklin, se asumía que tradicionalmente la electricidad fluye de una región cargada positivamente a una región cargada negativamente. El descubrimiento del electrón corrigió esto., (Muchos de los diagramas de circuitos de la actualidad todavía siguen la vieja tradición en la cual la conexión positiva de la fuente e poder es colocada arriba de la conexión negativa como si la gravedad de alguna manera influyera en flujo de la corriente.) 2. En un semiconductor, como el que se muestra en la pagina 45, los huecos fluyen en contra de flujo de un electrón. Por lo tanto es común referirse al flujo de una corriente convencional o de huecos en los semiconductores. Para exactitud, en este libro en "flujo de corriente" se refiere al flujo del electrón. Pero estamos contemplando los símbolos que indican el flujo del hueco.

EL TRANSISTOR Los transistores son dispositivos semiconductores con tres terminales de conexión. Un voltaje o corriente muy pequeña en una terminal puede controlar grandes cantidades de corriente a través de los otros dos pines. Esto significa que los transistores pueden ser utilizados como amplificadores e interruptores. Existen dos familias principales de transistores: Bipolares y de efecto de campo

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TRANSISTORES BIPOLÁRES Estos fusionan una segunda unión a un diodo de unión pn y puede obtener un sandwich de silicio de 3 capas. El sandwich puede ser ya sea npn o pnp. De cualquier manera, la región central actúa como llave o compuerta que controla la corriente que se mueva a través de las tres capas.

+-

OPERACION

DEL TRANSISTOR

BIPOLAR

Las tres terminales de un transistor bipolar son el emisor, la base y el colector. La base es muy delgada y tiene menos átomos dopados que el emisor y el colector. Por eso una pequeña corriente de base-emisor causara que fluya una corriente mayor de emisor-colector.

COLECTOR

SALIDA DE CORRIENTE AMPLIFICADA Las resistencias protegen al transistor contra la corriente excesiva (las cuales pueden causar calentamiento excesivo).

N

1 FLUJO

P

BASE -"'''~''

N

EMISOR

+-

MAS ACERCA DE LA OPERACION

DE LOS TRANSISTORES

Los diodos y los transistores comparten varias características

DE CORRIENTE

BIPOLARES

claves:

1.la unión base-emisor (o diodo) no conducir a hasta que el voltaje no inversor exceda 0,6 Volts. 2. La excesiva corriente causara que un transistor se caliente y funcione inapropiadamente. iSi un transistor esta caliente cuando se toca, puede estar ocurriendo algún problema!!. 3. La corriente o voltaje excesivo puede dañar o destruir permanentemente el chip que forma el transistor. Si el chip no se daña, sus delgados pines de conexión se pueden derretir o separar del chip. [Nunca conecte un transistor inversamente!.

EL ABC DE LA ELECTRONICA CONMUTACION

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y PEQUEÑA SEÑAL Los transí _ amplificar conmutación esta interruptores pueden realizar la 'UII"-Al."_ muy bien!.

- al son utilizados para . Los transistores de operar totalmente como . iAlgunos transistores c.. •..•.••• '-1\JClI y también conmutar

DE POTENCIA

Los transistores de potencia son utilizados en los amplificaciones de alta potencia y fuentes de alimentación. Su tamaño grande y encapsulado metálico los mantiene fríos.

DE ALTA FRECUENCIA

Los transistores de alta frecuencia operan en las frecuencias de radio, televisión y micra ondas. La región de la base es muy delgada y el chip real es muy pequeño.

+-

SIMBOLOS DEL TRANSISTOR

BIPOLAR

Las flechas apuntan la dirección de flujo del hueco. COLECTOR

E

(C)

p B

NPN

e

EMISOR (E)

COMO SE UTILIZAN LOS TRANSISTORES

N p

PNP

BIPOLARES

Cuando la base de un transistor npn se aterriza (Ov), no fluye corriente del emisor al colector ( el transistor esta apagado). Si la base es polarizada directamente por al menos 0,6 volts, fluirá una corriente del emisor al colector (el transistor esta encendido).lCuando se opera únicamente en estos dos modos, el transistor funcioha como un interruptor. Si la base se polariza directamente, la corriente de emisor a colector seguira las variaciones de una corriente de base mucho mas pequeña. El transistor entonces funciona como un amplificador. Esta explicación se aplica a un transistor en el cual el emisor es la conexión común de tierra tanto para la entrada como para la salida y se le llama circuito de emisor-comun. Algunos circuitos emisor-comun simplificados se muestran abajo. Así puede ver como se utilizan en los circuitos reales, de cada ejemplo se puede ver una aplicación típica de operación en el capitulo 9.

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+

INTERRUPTOR

DE TRANSISTOR

BIPOLAR +V

t RESISTENCIA

RESISTENCIA BASE

I

~ BASE

t B

t UNICAMENTE

OK UTILIZAR UNA RESISTENCIA O COLOCAR UNA LAMPARA

TIERRA

ES POSIBLE TENER DOS ENTRADAS:

Tierra (O volts) y el voltaje positivo de la batería (+v). Por lo tanto el transistor se apaga o se enciende. La resistencia de base típica es de 5000 a 10 000 ohms. (Si la resistencia es reemplazada por un alambre, la lampara se puede encender o apagar desde una distancia considerable.

+

AMPLIFICADOR

DE C.C. CON TRANSISTOR

BIPOLAR

RESISTENCIA EN SERIE MEDIDORDE_ CORRIENTE

L a resistencia variable polariza directamente al transistor y controla la corriente de entrada (base emisor). El medidor indica la corriente de salida (colector-emisor). La resistencia en serie protege el medidor de corriente excesiva.

B E RESISTENCIA VARIABLE

En un circuito en operación, la resistencia variable puede estar en serie con un segundo componente que tenga una resistencia que varia con la temperatura, luz, humedad, etc. (El agua es la resistencia variable en un medidor de humedad de la pagina 97) cuando la señal de entrada cambia rapidamente, se utiliza un amplificador como el que se muestra abajo.

+ AMPLIFICADOR

DE CA CON TRANSISTOR

BIPOLAR Este es el mas simple de los amplificadores de ea básicos. El capacitor de entrada bloqueara cualquier componente de cc en la señal de entrada.

RESISTENCIA DE POLARIZACION _

-: RESISTENCIA DE DESCARGA

SEÑAL TIPICA DE ENTRADA

SEÑAL DE SALIDA AMPLIFICADA

SALIDA

CAPACITOR

~

+10V~ ."~=~rnllil.;DE

E,¡¡NT:iRA=DA=:=!:!::====:=n

•

o o

~

SEÑAL CD DE ENTRADA

'-'====================::::!.!::===t> -

SEÑAL DE SALIDA SE INVIERTE

~_L :'6"~R~i.gg

EL ABC DE LA ELECTRONICA

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La resistencia de polarización se selecciona de un valor adecuado para dar un voltaje de salida de aproximadamente la mitad del voltaje de la batería. La señal amplificada "viaja"en este voltaje de salida estable y varia hacia arriba y hacia abajo. (Sin la resistencia de polariza ión, únicamente la mitad positiva de la señal de entrada que sobrepase 0,6 volts (ver p. 46) sera amplificada. (Esto causara una distorsión severa). Para ver una versión de un modo operación de este amplificador, vaya a la pagina 115 y vea la sección de salida del transmisor de onda corta.

TRANSISTORES

DE EFECTO DE CAMPO

Los transistores de efecto de campo (o fets) se han vuelto mas importantes que los transistores bipolares. Estos son fáciles de fabricar y requieren de menos silicio. Existen dos familias principales de fets, de unión y semiconductor metal-oxido-semiconductor. [En ambos casos una corriente de salida puede ser controloda por un pequeño voltaje de entrada y prácticamente sin corriente de entrada!.

Fets, de unión los dos tipos de fets son: Canal-n y canal-p. El canal es como una resistencia de silicio que conduce corriente que se mueve de la fuente al drenaje. Un voltaje en la compuerta incrementa la resistencia del canal y reduce la corriente de la fuente del drenaje. Por lo tanto el fet se puede utilizar como un amplificador o un interruptor.

( FUENTE

(

) DRENAJE

) +

OPERACION

DEL FET DE UNION-

El arreglo de abajo muestra como opera un fet de canal n. Un voltaje de compuerta negativo crea dos regiones de alta resistencia (el campo) en el canal de silicio tipo-p. El mas voltaje de compuerta causara que los campos se fusionen y aíslen completamente la corriente. La resistencia compuerta-canal es muy alta.

MAX CORRIENTE

F=====¡ N OVOLTS

\

o O'"

O'" ,,,O O'"

F==:!::::::===¡ DRENAJE

DRENAJE

-,

-0.5 VOLT

".O

o.

N

',0,,~:: o". .

-,

:::(

DRENAJE

N

,\ ,\

1===;;:===1 FUENTE

I

\,,, •

"

,

'1

COMPUERTA

Q' o. 'Q FUENTE

F=====¡

-1 VOLT

?'

COMPUERTA

".

SIN CORRIENTE

ALGUNA CORRIENTE

"

I

I

t

11

t

"

I

" \ ,

\ "

"

Q'O

COMPUERTA

hO

'SI '" I::::====i~::::::l

FUENTE

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EL ABC DE LA ELECTRONICA

MAS ACERCA DE LOS FETS DE UNION Ya que estoa son controlados por voltaje, los fets de unión (o jfets) tienen importantes transistores bipolares controlados por corriente:

ventajas sobre los

1. La resistencia del canal-compuerta de un jfet es muy alta (millones de ohms). Por esto jfet tiene un efecto pequeño o nulo en los componentes externos o de los circuitos conectados a su compuerta. 2. La alta resistencia del canal-compuerta significa que prácticamente no fluye corriente en el circuito de la compuerta. ¿Porque es muy alta la resistencia? La compuerta y el canal forman un diodo. Como la señal de polarización de este diodo es inversa, la compuerta tiene una resistencia de entrada muy alta. 3. Como los transistores bipolares, los jfets se pueden dañar o destruir debido a corrientes o voltajes excesivos.

TIPOS DE FETS DE UNIONLos jfets son utilizados en muchas aplicaciones diferentes. Ya que estos no pueden ser utilizados en funciones de alta potencia, la mayor parte de estos están construidos en pequeñas CAPSULAS de mental o plástico. Enseguida se mencionan los tipos principales: PEQUEÑA SEÑAL Y CONMUTACION. Los jfets de pequeña señal son utilizados en la etapa de entrada de los amplificadores para suministrar una entrada de alta resistencia. Estos también son utilizados como interruptores.

De alta frecuencia

Los jfets de alta frecuencia son utilizados para amplificar o producir señales de alta frecuencia.

*"

SIMBOLOS DE LOS FETS DE UNION- compuerta conectadas internamente.

DRENAJE

(D)

COMPUERTA (G)

D

D

G

D

G----1~...¡ G

G

8

G----1~H

8 8

FUENTE (8)

CANAL-N

CANAL-P

EL ABC DE LA ELECTRONICA

www.elsolucionario.org METAL

COMPUERTA

'/ FETS DE METAL-OXIDO-

SEMICONDUCTOR

Los fets de mental oxido Semiconductor (o mosfet) ha llegado a convertirse en los transistores mas importantes. La mayoría de los circuitos integrados de las computadoras y memorias son conjuntos de miles de mosfets ubicados en un trozo pequeño de silicio. ¿Porque? Los mosfets son fáciles de fabricar, puede ser muy pequeños, y algunos circuitos mosfet consumen una cantidad de energía insignificante. Los nuevos tipos de mosfets de potencia son muy útiles.

FUENTE

OPERACION DEL MOSFET Todos los tipos de mosfets son del tipo-n y tipo-p A diferencia del fet de unión, la compuerta de un mosfet no tiene contacto eléctrico con la fuente y el drenaje. Una capa parecida al vidrio hecha de dióxido de silicio (un aislante) separa el contacto de metal de la compuerta del resto de transistor.

CONTACTO DE COMPUERTA DE ALUMINIO

OVOLTS (COMPUERTA)

SIN CORRIENTE

+ 05 VOLT (COMPUERTA)

Un voltaje de compuerta positivo atrae los electrones a la región baja de la compuerta. Esto crea un canal tipo-n delgado en el silicio tipo-p entre la fuente y el drenaje. Entonces la corriente puede fluir a través del canal. El voltaje de la compuerta determina la resistencia del canal.

ALGUNA CORRIENTE

+ 1 VOLT (COMPUERTA)

MAXIMA CORRIENTE

TIERRA

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MAS ACERCA DE LOS MOSFETS La resistencia de entrada del mosfet es la mas alta que cualquier transistor pueda ofrecer. Este y otros factores le dan a los mosfets ventajas importantes: 1. La resistencia del canal-compuerta es casi infinita (típicamente 1,000,000,000,000,000 ohms). Esto significa que la compuerta no jala corriente de los circuitos externos. (Bueno, solo puede tomar pocas trillonesima de ampere). 2. Los mosfet pueden funcionar como resistencias variables controladas por voltaje. El voltaje de la compuerta controla la resistencia del canal 3. Existen nuevos tipos de mosfets que pueden conmutar corrientes muy altas en pocas billonésima de segundo.

1/

PRECAUCIONDebido a que la capa de oxido de silicio es muy delgada, puede ser traspasada por voltajes excesivos o incluso por la electricidad estática. iEs posible que la carga estática generada por la ropa o una envoltura de papel celofán pueda dañar la compuerta de un mosfet!.

® \

TIPOS DE MOSFETS-

MOSFET DANADO

I

SIMBOLO DE PRECAUCION

Así como los jfets, los mosfets construidos en pequeños encapsulados metálicos o plástico son utilizados para dar a los amplificadores una resistencia de entrada ultra alta. Estos también son utilizados como resistencias controladas por voltaje e interruptores. La categoría mas importante que ha surgido es:

POTENCIA Los mosfets de potencia permiten que poco voltaje conmute o amplifique muchos amperes a velocidades muy rápidas.

SIMBOLOS DE LOS MOSFETS-ESTOS

COMPUERTA (G)

SON LOS MAS COMUNES.

D

D

G

G

G

p

s MISFET - N

s MOSFET - P

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COMO SE USAN LOS FETS Los transistores de efecto de campo son utilizados como arnpll cado res , interruptores controladas por voltaje. Aquí se muestran algunos circuitos típicos. >+-

UN ELECTROMETRO

JFET

-¿/ ~-=:.-

- ---- -

f"

y resistencias

r-. /-

Este circuito ultra simple es la versión electrónica del electroscopio. La terminal de la compuerta de un jfet de canal-n se deja desconectada. Normalmente esta fluyendo una corriente de la fuente al drenaje. Cuando un objeto cargado negativamente (como un peine de plástico que ha sido pasado por su cabello) se coloca cerca de la compuerta, el flujo de la corriente se reduce o se detiene.

BARRA CARGADA

>+-

MANDO DE UNA LAMPARA MOSFET. Este circuito muestra como un mosfet de potencia puede ser utilizado para encender una lampara u otro dispositivo energizado con cd. Ya que el mosfet de potencia tiene casi una resistencia de entrada infinita, el interruptor puede ser remplazado por una señal de entrada muy pequeña.

tlNTERRUPTOR DE BOTON NORMALMENTE ABIERTO

>+-

ATENUADOR

DE LAMPARA MOSFET (DIMMER) Este circuito utiliza un mosfet de potencia como una resistencia controlada por voltaje.

-

•

BI

COMPUERTA "EXCLUSIVE OR"

:D--SALlDA

SALIDA

COMPUERTA "EXCLUSIVE

A

B

L

L

L

L H

H L

H H

H

H

L

A

B

SALIDA

L L

L

H

H

L

H

L

L

H

H

L

NOR"

SALIDA

:D-SALlDA

A

B

SALIDA

L

L

H

L H

H L

H

H

L L H

Las compuertas lógicas con más de dos entradas se muestran abajo y son llamados circuitos lógicos porque realizan decisiones lógicas. Las compuertas lógicas tienen frecuentemente mas de dos entradas. Adicionalmente las entradas incrementan la decisión de energizar una compuerta. Estas también incrementa el numero de modos de conexión de las compuertas para conectarse de una a otra y formar circuitos lógicos digitales avanzados. Aquí se muestran dos ejemplos: COMPUERTAAND

DE TRES ENTRADAS

COMPUERTA NAND DE TRES ENTRADAS

A

B

e

SALIDA

L

L

L

L

L

L

L

H

L

L

H

L

L

L

H

H

L

H

L

L

L

H

L

H

L

H

H

L

L

H

H

H

A

e

B

SALIDA

H

L

L

L

H

L

L

H

H H

L H

H L

L L

H H

L H

H L

H H

H

H

H

H

H

H

H

L

COMPUERTAS DE UNA ENTRADA La compuerta "not" o inversor es muy importante ya que puede invertir la salida de otra compuerta. Por eso hablando estrictamente, el inversor no es un circuito que hace decisiones (como las compuertas con dos o mas entradas). Una compuerta relativamente parecida al inversor es el compensador (buffer), un circuito no inversor que aísla las compuertas de otros circuitos o permite controlar cargas mas grandes de lo normal. Los inversores de tres estados y compensadores tienen una salida que puede ser desconectada electrónica mente de la memoria del circuito. La salida es entonces alta o baja. BUFFER

INVERSOR (NOT)

IN--{::>- OUT

L

L

~ H

H

L

H

H L INVERSOR DE 3 ESTADOS

BUFFER DE 3 ESTADOS CONTROL

IN~OUT

W

IN--{::>- OUT CONTROL

CONTROL

IN

OUT

--C>---oUT

CONTROL IN

OUT

L

L

L

L

L

H

L

H

H

L

H

L

H

X

HI-Z

H

X

HI-Z

"X" SIGNIFICA "NO IMPORTA" !

IN

HI-Z SIGNIFICAALTA IMPEDANCIA DE SALIDA

www.elsolucionario.org EL ABC DE LA ELECTRONlCA CANAL DE ALTA VELOCIDAD

DE DATOS (DATA HIGHWYAS)

Frecuentemente los circuitos hechos de compuertas intercambian información (binario codificado como niveles de voltaje ceros y unos o y 1 o bajos y altos), la información es usualmente enviada por alambres llamados buses (pistas). Un bus es como un canal de alta velocidad de datos. Puede ser un cable a través del cual envía la información en serie (bit por bit). O pueden ser ocho ( o mas) alambres a través de los cuales la información es enviada en paralelo (un byte o mas a la vez). En ambos casos, por supuesto, se requiere de una tierra para completar el circuito.

VIGILANTES DE TRAFICO DE 3 ESTADOS Las compuestas de tres estados pueden detener "los embotellamientos CONTROL

CONTROL IN

de tráfico" en los buses. Por ejemplo:

CONTROL

IN

IN

Únicamente entran al bus de datos seleccionados por el buffer (control 1).

=

COMO SE UTILIZAN LAS COMPUERTAS Las compuertas pueden ser utilizadas individualmente o conectadas conjuntamente para formar una "red" de compuertas llamadas un circuito lógico. Casi todos los circuitos lógicos pueden ser reemplazados por uno de la siguiente categoría: Combinacional o secuencial. CIRCUITOS LOGICOS COMBINACIONALES Los circuitos lógicos combinacionales responden a los datos entrantes (O y 1) casi inmediatamente. (Esto tendrá más sentido cuando lea cerca de los circuitos secuenciales). Los circuitos lógicos combinacionales pueden ser muy simples o inmensamente complicados. Virtualmente cualquier circuito combinacional puede ser implementado únicamente con compuertas "nard" o "nor". Como estos circuitos de compuertas "nand" .... COMPUERTA "NANO" DE 4 ENTRADAS

COMPUERTA "ANO"

COMPUERTA "OR"

INVERSORES

Nota: Estos circuitos no muestran la conexión ce tierra que debe estar presente usualmentela tierra es el comúnpara la entraday la salida.

BUFFERS

COMPUERTA "OR EXCLUSIVA"

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EL ABC DE LA ELECTRONICA COMPUERTA "NOR"

COMBINACION

COMPUERTA "NOR EXCLUSIVA"

DE DIFERENTES COMPUERTAS

Aquí hay dos ejemplos de redes combinacionales que utilizan mas de un tipo de compuerta (iRecuerde, ambos circuitos pueden elaborase completamente con compuertas "nand"!). SELECTOR DE DATOS

DECODIFICADOR

BIANRIO A DECIMAL

Los datos en a o b son dirigidos a la salida bajo control de la entrada selector de datos (las "direcciones"). Este circuito se puede expandir para incluir muchas mas entradas y direcciones:

Este convierte un número binario de dos bits a su equivalente decimal. A

_0

B A

-¡-

OUT

B

AMBOS

y

+

2

SIGNIFiCAN

3

A

B

O

2

3

L

L

L

H H

H

L

H

H L

H

H

H

L

H H L

H

H

H

H H H

L

fSIN

y

CONTACTO

REDES COMBINACIONALES AVANZADAS Aquí se muestran algunos ejemplos de cuatro familias principales de redes combinacionales. Esta y otras familias de redes están disponibles como circuitos integrados. Las cajas que aquí se muestran son símbolos de circuito lógicos que representan redes complicadas de compuertas. MULTIPLEXOR

DEMULTIPLEXOR

(SELECTOR DE DATOS) y - DATA

X

SE LEC

X

y

SELEC

OUT

IN TO ...

X

Y

L

L

A

L

H

B

H

L

e

H

H

D

A

A

L

L

A

L

H

B

C

H

L

e

D

H

H

D

B

y - DATA

OUT

CODIFICADOR Convierte decimales y otros datos a binarios. Utiliza compuertas "or"

OUT

e D

--

DECODIFICADOR Convierte binario a decimal y bcd a dígitos decimales en pantallas digitales.

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CIRCUITOS LOGICOS SECUENCIALES El estado de la salida de un circuito lógico secuencial es determinado por el estado previo de la entrada. En otras palabras. Los bits de datos se mueven a través de circuitos secuencia les paso por paso. Frecuentemente los datos avanzan un paso cuando se recibe un pulso de reloj, (un circuito que emite un flujo estable de pulsos). El bloque integrado de lógica secuencial es el f1ip-f1op.

s Q

El flip-flop tipo "rs" básico (set-reset)también llamando de avalancha. Las salidas están siempre en estados opuestos. Significa "no" q)

Q

R

Flip-flop tipo "rs" con reloj este avalancha ignora los datos en s y r hasta que el pulso de reloj llega ( o se activa) cambia los estados de entonces las salidas

S

R

L L H H

L H L H

Q

(DISALLOWER) H L L H NO CHANGE

Q = NOT Q (IF Q = O, Q =

s Q

Q

1)

S

R

L L

L H

NOCHANGE L H

H H

L H

H L (DISALLOWED)

Q

Q

VALlD AFTER CLOCK PULSE ARRIVES

R

S Q

Flip flap d (dato o delay) el f1ip flap d almacena las salidas presentes entre los pulsos de reloj.

D

Q

Q

L H

L H

H L

(OR)

Q

o

o

1

1

o

VALlD AFTER CLOCK PULSE ARRIVES

DATA

Flip-f1op tipo "jk" el f1ip-f1opjk permite a ambas entradas estar altas. (en cuyo caso sus salidas "se encienden o apagan" o switchean su estado en cada pulso del reloj).

Q

CLOCK

J

J

K

L

L

L

H

L

H

H

L

H

L

H

H

Q NO CHANGE

"TOGGLE"

VALlD FTER CLOCK PULSE ARRIVES

Valido después reloj

del pulso de

--€)

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EL ABC DE LA ELECTRONICA

FLlP-FLOP TIPO "T" (ENCENDIDO

n0 ~

O APAGADO)

SALIDA ( RANGO DE ENTRADA

La salida de q es baja (o alta) para cada pulso de entrada. Por lo tanto los pulsos de entrada se dividen en

H~

íENTRADA

J1Jl-.rL.

Q

L/

-,

r--1

L-.J

1/2)

r-

L-.J

AQUI SE MUESTRAN VARIOS MODOS PARA HACER UN FLlP-FLOP TIPO "T":

T

HIGH

CLOCK

R

D

Q

J

S

CLOCK

K

CLOCK

Q

T----.....J

REGISTRO DE ALMACEN DE DATOS FLlP-FLOP TIPO "D" Aquí se muestra como cuatro flip-flops tipo "d" forman un registro de almacenamiento o memoria que "carga" (guarda) la palabra de 4 bits en las entradas a, b, e, d cuando la entrada del contador es "cronometrado" (pulsado) se encuentran disponibles muchos tipos de ic de registros. B

A

I A

D

C

CLOCK

Q

CLOCK

Q

CLOCK

Q

CLOCK

Q

D

Q

D

Q

D

Q

D

Q

I

I

B

C

D -ENTRADA CORTADA

CONTADOR FLlP-FLOP TIPO "T" Aquí se muestra como cuatro flip-flops tipo "t" forman un contador binario de 4 bits. CONTEO

o 1 2 3

4 5 6 7

Cada fip-f1op "t" divide los pulsos entrantes en dos. Como lo revela la tabla de verdad, el resultado es 0000 - 1111 conteos binarios. ( El contador reinicia desde 0000 después del pulso numero 16). Existen muchos tipos de ic contadores, de los cuales muchos incluyen características especiales (conteo hacia arriba o abajo, reinicio o reset, etc.)

D

C

o o o o o o o o

o o o o o 1 o 1 o o 1 o 1 o o 1 o 1 1 1 o

1

1

B

1

A

1

13

1

14 15

1

o o o o o 1 o 1 o o 1 1 1 o o 1 o 1 1 1 o

1

1

8 9

1

10

1

11

1

12

1

1

1

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SISTEMA LOGICO COMBINACIONAL-SECUENCIAL Abajo se muestra cómo dos circuitos lógicos integrados combinacionales circuito contador decimal, un sistema lógico digital muy simple.

y secuenciales

pueden tomar un

1 EL DIAGRAMA DE BLOQUES PULSOSASER CONTADOS

DECODIFICADOR

BCD

.-~...¡CONTADOR

DISPLAY

BCDA7 SEGMENTOS

El contador bcd avanza un conteo por cada pulso entrante. Cuando el contador alcanza 1001 (9 en decimal), el contador se reinicia a 0000. El decodificador activa los segmentos apropiados de un display tipo Ied.

+5V

2 EL DIAGRAMA DE CIRCUITOS

16

5 12 ENTRADA DE CONTEO

14

7490

2

7490 = CONTADOR

3

7448 = DECODIFICADOR

6

I

7 A

1

I I

7448

9

I I

B

·1 8

2

11

6

I I

C

7 LAS RESISTENCIAS R1 - R9 PROTEGEN AL DISPLAY TIPO LED DE EXCESIVA CORRIENTE

I

D

9

1 I

I

10

~---- -;A;l

-::-

"COMUN"

3 EL CIRCUITO REAL.

c:.

R1-R7= ENTRADA

DEL CONTADOR ,-

2_7...,.0 - OHMS

AL CATaDO COMUN DEL DISPLAY

\

16

~

14

••..,--g

13

••,.--a

7448

b

12

e

11 10

9

•• -,__

d

((.;==

e

AL CATaDO COMUNJ

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FAMILIAS DE CIRCUITOS INTEGRADOS

DIGITALES

Existen más de dos docenas de familias principales de circuitos integrados bipolares y mas. Cada ic (o chip) contiene una red lógica especifica o varios tipos de funciones lógicas. Aquí se muestran algunas de las familias de ic digitales principales:

CIRCUITOS INTEGRADOS

DIGITALES BIPOLARES

1. Lógica de transistor a transistor (ttl). La familia mas grande y lamas popular de los circuitos integrados digitales. Pueden cambiar de estado mas de 20,000.000 veces por segundo. A muy bajo precio. Desventaja: Se deben energizar con una fuente de 5 volts. Utilizan mucha corriente. (Las compuertas individuales requieren de 3 04 mili amperes). El mas utilizado es el de la serie 7400. El 7407, por ejemplo, contiene 4 inversores. 2. TTL schottky de baja potencia (LS). El mas reciente tipo de ttl que consume únicamente el 20% de potencia. Desventaja: Mas costoso que el ttl estándar. El mas utilizado es el de la serie 74LSOO.

CI DIGITALES CON MOSFET 1. Los mas de canal p y n (pmos y nmos). Contienen mas compuertas por chip que el ttl. Son chips de varios propósitos especiales (microprocesadores, memorias, etc.). Desventajas: Pocas replicas para los chips de varios populares ttl. Mas lentos que el ttñ. Pueden requerir dos o mas fuentes de voltaje. Puede ser dañado descarga eléctrica estática. 2. Mas complementarios (cmos) crecimiento muy rápido y los mas versátiles de la familia de ic digitales. Hay versiones de cm os de los chips ttl mas populares. Una serie utiliza los mismos números de asignación. El 74c04 por ejemplo, es el cm os equivalente de ttI 7404. Los nuevos cmos de alta velocidad son tan rápidos como el ttl. La mayoría de los cm os tienen un rango amplio de voltaje de alimentación (Típicamente +3 a 18 volts). Utiliza menos energía que cualquier otra familia de ic digitales. (Las compuertas individuales requieren 0,1 de mili ampere). Desventaja: Puede ser dañado por descarga electrostática. Los ic cmos mas utilizados son las series 74COOy 4000.

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7.

CIRCUITOS INTEGRADOS

LINEALES

Los niveles de voltaje de entrada y salida de los circuitos integrados lineales pueden variar en un rango muy amplio, el voltaje de salida es proporcional al voltaje de entrada. Por lo tanto, una gráfica de las entrada contra la salida es una línea recta (Iineal=. Existen muchos tipos de ic lineales. Únicamente loss principales ic se cubren aquí. Primero vamos a comparar los circuitos básicos lineales y digitales:

EL CIRCUITO LINEAL BASICO Un transistor de efecto de campo o bipolar puede operar como un circuito lineal o digital. En ambos casos, el transistor puede invertir la señal a su entrada. Abajo de muestra como un transistor bipolar npn puede desempeñar las cuatro funciones:

tr========;¡============;¡::=~

Q1,~~ R6

.Fl,

tf:FF

C11~3nK3==l}d91

v LED 2

+V

ENTRADA GRAFICAVOLTAJE DE COLECTOR

DIGITAL:

DIGITAL: El transistor 01 es utilizado como un interruptor. Cuando la entrada está cerca de +v (o alta), 01 se enciende y el led1se ilumina. Cuando la entrada esta cerca de tierra (o baja)m, 01 se apaga. Elled 1 se apaga y permite que elled2 se ilumine. (R2 controla la corriente a través de ambos leds). Este circuito es entonces un buffer o un inversor digital.

AMPLlFICADORES

EBC

~GND

r:::-0N

(/J

Jij_

BAJO

L v

1K

ENTRADA

ENTRADA ALTO

~L+v ENTRADA

*APROXIMADO

LINEAL:

LINEAL: Aquí 02 es un amplificador que opera sobre todo el rango de encendido total a apagado total. R4 y R5 forman un divisor de voltaje que aplica un voltaje pequeño a la base de 02 para que se conserve polarizado aun en ausencia de voltaje de entrada. Esto permite a 02 operar en el modo lineal. Cuando el voltaje sube, el led 3 brilla mas intensamente y elled 4 se oscurece.

OPERACIONALES

Los amplificadores operacionales ( u "opamps") son hasta el momento los mas versátiles de los ics lineales. Estos son llamados amplificadores "operacionales" ya que estos fueron originalmente diseñados para desempeñar operaciones matemáticas. Los opamps amplifican la diferencia entre los voltajes o señales aplicadas a sus dos entradas. El voltaje aplicado a una entrada solamente será amplificado si la segunda entrada es aterrizada o mantenida a algún nivel de voltaje.

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OPERACION DEL OPAMP El opamp tiene una entrada inversora y una no inversora. La polaridad de un voltaje aplicado a la entrada inversora es invertida en la salida.

Si. IN

~

SIMBOLO / DEL OP-AMP

OUT

r+

Si.

OUT

-: MODO NO INVERSOR

MODO INVERSOR

"RETROALlMENTACION DEL OPAMP Los circuitos que se muestran aquí arriba permiten al op-arnp operar a sus niveles máximos de ampliación o (ganancia). Usualmente la ganancia es reducida a la entrada inversora (-) por ejemplo:

R2

V IN--_J'V

11-

~

{\_'"--I

>--4---;~

V

REALlMENTACION OUT

INVERSOR

AMPLIFICADOR

GANANCIA VOUT

= -

=

V IN

R2/ R1 (R2/ R1)

MODO INVERSOR

Comparador opamp Cuando es operado sin una resistencia de retroalimentación (r2 de arriba), el voltaje de salida oscilara desde un nivel completamente apagado a un nivel completamente encendido (o viceversa) cuando los voltajes aplicados a las entradas son diferentes, [aunque sea únicamente por 0.001 voltsl. Este modo de trabajo parecido al digital hace posible varias aplicaciones útiles. Tipos de amplificadores operacionales Se pueden encontrar opamp con mosfet o bipolares. Algunos opamp bipolares tiene entradas fet o mosfet para suministrar una impedancia muy alta de entrada. Varios opamps diferente son fabricados en su solo le que pueden incluir mas de cuatro opamps individuales. TEMPORIZADORES Cuando opera como un comparador, el opamp puede ser utilizado como un temporizador. Esto requiere un circuito RC (resistencia capacitor) como este: +9v

w ....,

~ :...J

o

> TIEMPO

CIRCUITORC

GRAFICA DE CARGA DEL RC

TEMPORIZADOR

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En el diagrama del circuito (arriba a la derecha), R1 y C1 forman un circuito RC, C2 se carga gradualmente a +9 volts a través de R1. Cuando el voltaje en C1 excede el voltaje de referencia suministrado a la entrada no inversora del opam su salida oscila de alto hacia bajo y el led se ilumina. El retardo de tiempo se puede cambiar alterando los valores de R1 y C1 o ajustando R2 Descargue C1 para un nuevo ciclo (utilice el interruptor de botón de presión). CI temporizador - el sencillo circuito de arriba es el ingrediente clave de la mayoría de los circuitos integrados temporizadores. La mayoría incluye una salida flip-flop para dar una salida alta o baja definitiva. Algunos incluyen un contador binario que avanza un conteo por periodo de retardo (o ciclo). El temporizador se recicla cada vez que el conteo avanza. Un decodificador en la salida del contador permite retardos completos de días a años o mas según sea seleccionado se encuentran disponibles ambos temporizadores bipolares ytipo cmos. Hecho famoso: Las computadoras GENERADORES

,---, "

~ I

i---_ _

analógicas utilizan ocmps para resolver ecuaciones complejas!.

DE FUNCION

CUADRADA

TRIANGULAR

Estos ics generan varios tipos de ondas de salida como los que aquí se muestran. La frecuencia de las ondas se puede controlar por un circuito re extremo.

..I I

'TI

SENOIDAL

REGULADORES

DE VOLTAJE

Los reguladores de voltaje convierten un voltaje aplicado a su entrada a un voltaje fijo o variable (pero usualmente mas bajo). En la mayoría, se aplica un voltaje fijo de referencia a la entrada no inversora de un opamp. El voltaje de referencia (o vref) es entonces amplificado por la relación de retroalimentación y las resistencias de entrada (la ganancia). +V Si una de las resistencias es un potenciómetro, el voltaje de salida (v out) puede ser variado de v ref a +v (el chip de fuente de voltaje). Los reguladores ic actuales incluyen transistores extra para suministrar v ref y permitir que el chip maneje cargas que requieren mayor potencia que las que el opamp puede soportar por si solo.

VREF

o--~

>--_--_V

REGULADOR

OUT

DE VOLTAJE BASICO

CI reguladores Varios tipos de ic reguladores de salida variable o fija se encuentran disponibles en las tiendas de electrónica. La mayoría son instalados en encapsulados fabricados de metal o que tienen variaciones para disipar el calor excesivo en el aire ambiental. Precauciones de seguridad estándar.

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OTROS ICS LINEALES Existen circuitos integrados con numerosas incorporadas en los opamps. Por ejemplo:

funciones

espaciales,

de las cuales muchas de estas están

Amplificadores de audio - se pueden encontrar varios tipos. Algunos incluyen dos amplificadores (para sonido estereo).

en un chip

Mallas de fase cerrada- basado en una antigua pero inteligente idea en la cual un oscilador integrado en un chip duplica (rastrea) la frecuencia de una señal entrante. Utilizada para detectar la presencia de ciertas frecuencias (como los tonos del teléfono) y para desmodular las señales de radio fm. Otros los lineales - existen de computación. También,

varios tipos de chips incluidos en teléfonos, radio, tv, y comunicaciones muchos tipos de ics que detectan la temperatura, luz y presión.

8. CONSEJOS PARA EL ENSAMBLE DE CIRCUITOS Existen varias maneras de fabricar versiones permanentes o temporales de circuitos electrónicos. capitulo veremos algunos consejos para el ensamble de circuitos que pueden ser de gran utilidad.

En este

CIRCUTOS TEMPORALES Siempre es recomendable construir una version temporal de un circuito antes de ensamblarlo de forma permanente. Posteriormente usted puede realizar cambios y averiguar que tan bien opera el circuitos. Hasta el momento la herramienta mas importante para el ensamble de circuitos temporales es la placa modular de contactos de presión o protoboard. Es buena idea tener varias de ellas en su mesa de trabajo. Estas le permitirán construir circuitos enteros en minutos. Utilice "puentes" de alambre para interconectar partes de los pines que no sean insertados en la misma columna de las terminales. Para evitar que se doblen sus pines (le pueden pinchar los dedos), tenga mucho cuidado al instalar o remover los ics.

TABLILLA DE EXPERIMENTACION MODULAR

CORTE MOSTRANDO LAS CONEXIONES DE LAS TERMINALES COMUNES

Consejo: Coloque la tablilla en una base y adicione potenciómetros, baterías, leds, interruptores etc.

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CIRCUITOS PERMANENTES Con la excepción de algunos circuitos muy simples, la mayoría de los circuitos ensamblados de alguna forma en tarjetas de circuitos. CONSTRUCCION DE UNA TARJETA PERFORADA Las terminales de los componentes se insertan a través de las perforaciones de una tarjeta fenólica o similar y se suelda n por el lado posterior de la tarjeta. Frecuentemente se deben utilizar alambres de conexión aislados. Una vez ensamblado, los circuitos de tarjeta perforada" son difíciles de reparar ya que los pines de los componentes frecuentemente son trenzados y soldados.

permanentes

son

COMPONENTE / ~

CONEXION DEL COMPONENTE (REQUIERE SOLDADURA)

~ Q

o

o o

o

CONEXION ENROLLADA La manera mas rápida de ensamblar circuitos que utilizan varios ics. Utilices los sockets de ic de conexión enrollada (con pines de conexión cuadrados). Se encuentran disponibles ambos tipos de herramientas enrolladoras, las manuales y las motorizadas. Si usted utiliza el tipo que requiere que alguna parte del aislamiento del alambre sea removido, enrolle algunas vueltas de alambre aislado alrededor de pin de conexión para fortalecer la conexión.

MEJOR DIFICIL PARA HACER CAMBIOS r+:__ ./_

(TARJETA

1-1 J

r==r=t~~~~====~~=1=:JENROLLADO

DIFICIL PARA HACER CAMBIOS

'-CONECTOR DEL ALAMBRE ENROLLADO

{t(

C:-=-l

~

ENROLLADOR

TIPICO MANUAL

~ ::::::::: i

~

~

~

~UNTA"

..• ---';;·P....¡ 10K

I-"

" Q1 OPCIONAL

I I

BOCINA

I

L

C2

+-__~1~M~~.1~FI

Detectará voz o un tono modulado de rayo de luz. Utilice un lente para mayor rango. Conserve el detector lejos de la luz del sol.

..•.. __

-'-_ •••

..,¡,.......¡¡.-.-+

Detector: Utilice R1 y 01 o celda solar. (01: Fototransistor).

----'

deBn

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CIRCUITOS COMPARADORES MONITOR DE VOLTAJE +6A+15V

INDICADOR DE NIVEL ALTO +9V ~HOTORESISTOR ZUMBADOR PIEZO

--....

Q1 2N2222

R1

10K IN o--=-----:;:,.{/

Cuando el voltaje de entrada es cero, el led se ilumina. El led se apaga cuando el voltaje de entrada aumenta a un nivel determinado por R 1. Intercambie los conectores a los pines 2 y 3 para invertir el modo de operación.

El zumbador suena cuando la luz cae por debajo del nivel determinado por R2. Invierta los pines 2 y 3 para hacer sonar el tono cuando a luz se incrementa.

INDICADOR DE VOLTAJE CON GRAFICA DE BARRAS

COMPARADOR

DE "VENTANA"

+9V (

PHOTORESISTOR

R1 ~~------~~---------------,

100K "

R2 10K

R2

1K

R3

1K R1 1M

R4

10K

R4

1K

R5

1K Ajuste R1 a la posición central. Apague las luces y gire R3 justo al punto donde elled 2 se ilumina así: I~ Los leds se iluminan en secu de entrada aumenta R1 controla

EL ABC DE LA ELECTRONICA CIRCUITOS REGULADORES

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DE VOLTAJE

FUENTE ALIMENTADA DE LlNEA DE SALIDA FIJA ALALlNEA DECA

81

(

-1__~~---'~3-r __

PRI

>---~__

120 V '60 Hz

) CABLE DE ALlMENTACION

RECTIFICADOR TIPO FUENTE

/'

+ C1

~+

78XX

+ C2

+ VOUT

T1

C1,C2 2 OOOilF 35V

(VER ABAJO)

CI REGULADOR 7805 = 7812 = 7815 =

Esta fuente básica entregará hasta 1,5 ampares en el rango de salida si es apropiadamente disipado de calor. Usted debe utilizar un transformador con capacidad de voltaje apropiado y corriente, El regulador se "apagará" si el chip se sobre calienta. Para mejores resultados aplique grasa de silicón entre la el Tap y el disipador. [Todas las conexiones a la c.a. Deben estar aisladas o cubiertas!

5 VOL TS 12 VOLTS 15 VOLTS

---PESTAÑA DISIPADORA DE CALOR 1.-IN 2.- GROUND 3.- OUT

1 2 3

ENTRADA TIERRA SALIDA

FUENTE DE PODER DE SALIDA VARIABLE

_

RECTIFICADOR /TIPOPUENTE IN

+

OUT 317 R2

+ C1 CABLE DE ALlMENTACION (VER

T1 ABAJO)

+ C2

VOUT

240 ADJ

C3 .1ilF + 50V

C1, C2 2 OOOilF 50V

•.. 317 T

Esta fuente ajustable entregara de 1, 2 a 37 volts hasta 1,5 amperes. R1 controla VOUT. (Si VOUT no va a 1,2 volts como mínimo es posible que R1 no pueda alcanzar el valor de resistencia lo suficientemente bajo para ello). T1 debe tener al menos 25 volts (o mayor) el secundario debe tener un rango de 2 amperes o más.

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CIRCUITOS TEMPORIZADORES TEMPORIZADOR

GENERADOR

BASiCO

DE TONO SINCRONIZADO +9V

S1

+9V

..J..

~------~----~O~~Ar--~~

01,02,: 1N4148

4 7

R2 24K

RELAY 500Q 6-9 V

R3 4.7K

8

R1 1K

7555

3

R4 100K

C2 100 flF

R5 10K

2

6

+

+ C1 10flF

5 C2 ,01flF

Q1

2N2222 Presione 81 momentáneamente para iniciar el ciclo del cronómetro. El relevador se activará (jalado hacia adentro) hasta que el ciclo sea completo. R1 y C1 controlan la longitud del tiempo de retardo. Utilice un valor grande para C1 para obtener retardos largos. El circuito responderá a los pulsos lógicos, también.

Presione 81 Y la bocina emitirá un tono. Libre 81 yel tono continúa por varios segundos. C2 yR4 controla el relevador. C1 controla la frecuencia. (Utilice 7555 únicamente. El 555 utiliza demasiada corriente).

GENERADOR

TRANSMISOR

DE PULSOS

DE TONO S CON LEO.

+9V +9V 8 8

4

4 PULSOS NEGATIVOS

555 J

OR

7555

r -

Utilizado para suministrar pul digitales, etc.

555 LED

\

TT R1 CONTROLA LA FRECUENCIA

. os lógicos

3

~

Los valores mostrados suministran un pulso en un rango de 600 hz. R1 y C1 .

Utilizado para probar receptores de onda corta.

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EL ABC DE LA ELECTRONICA DETECTOR DE LUZ I OSCURIDAD

R1 Y C2 CONTROLAN LA FRECUENCIA DEL TONO

t9V 8

L

(TORRESISTENCIA

R1 47K

555

7

Cuando S1 esta en la posición "1", la bocina emite un tono cuando la luz ilumina la fotorresistencia. Cuando S1 está en la posición "d", la bocina emite un tono cuando no se ilumina la fotorresistencia.

o

S1A 4

O

7555

R2 1K

3

INTERRUPTOR 2P2T

C1 .047¡.tF

\

L

o

GENERADOR

DE TONOS DE 3 ESTADOS

ALARMA CONTRA FALLA DE EVENTO

+9V

+9V

4

14 R4 5K

R1 2.2K

556

R2 1M R1 ¡¡.7K

13

555 6

+

O

10 R2 100K

7555

7 2

5 2

S1

3 Q1 2N3906

6

C1 + 3.31lF

ZUMBADOR PIEZO

2

R5 5K

0

3

R2 Y C1 CONTROLAN

+ C1

8 12

C1: 2.2 TO 47 ¡.tF

9

S1 +

7

+9V

.,..

1

c2 11lF

1.- TONO INTERRUMPIDO 2.- TONO ESTABLE

8-

3.- DOS TONOS

C2 .11lF

Cuando se aplica la energía, 555 entra a un ciclo de cronometraje. A menos que S1 se cierre antes de que termine el ciclo, zumbador piezo eléctrico suena. El ciclo se puede resetear en cualquier momento cerrando S1. Nota: S1 se puede remplazar por una señal de un circuito externo.

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SIMBOLOS DE CIRCUITOS COMUNES CABLEADO

+

(O)

+

(0)+

"

SIN CONECTAR

/

.L

---o

INTERRUPTOR DE PALANCIA

BOTON DE PRESION

=E~

--10BOTON DE PRESION NORMALMENTE CERRADO

MICROFONO

LAMPARA

RELAY

~O~ CRISTAL

V=VOLT

1= CORRIENTE

W=WATT

P= POTENCIA

Q=OHM

X 1,000,00.0

M (MEG)=

-0 ~ ZUMBADOR PIEZO ELECTRICO

BOCINA

-1llr-- V BATERIA

illl-

o

F= FARADIO

TIERRA

ENCHUFE DE ENERGIA

CODIGO DE RESISTENCIA

ABREVIACIONES

R= RESISTENCIA

FUENTE POSITIVA

-

®

A=AMPERES

1

DISPOSITIVOS DE SALIDA

CY

~ MEDIDOR

O-

t

CONECTADO

INTERRUPTORES

--

! \~ NEGRO

O

O

X

1

CAFE

1

1

X

10

ROJO

2

2

X

100

K (KILO)

=

.0.01

NARANJA

3

3

X

1,000

m (mili)

=

.001 ~

AMARILLO

4

4

X

10,000

,0000001

VERDE

5

5

X

100,000

AZUL

6

6

X

1,000,000

VIOLETA

7

7

X

10,000,000

GRIS

8

8

X

100,000,000

BlANCO

9

9

X

¡l (micra) n (nano) P (pico)

= = =

..:.

.QQQQQqO.o1 .000.0000.0000 ...... 'v \....

V= IR

R= VII

I =V/R

P= VI (OR) 12

tas. BANDA INDICA TOLERANCIA =_5 PLATA = ± 10%

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Escaneado por: Philip_7 domingo, 17 de abril de 2011