jueves, 17 de agosto de 2017
lunes, 24 de julio de 2017
miércoles, 28 de junio de 2017
Introducción
Hasta el griego debemos remontarnos para conocer el origen etimológico de la palabra electrónica. En concreto, podemos determinar que procede de la unión de dos partes léxicas claramente diferenciadas: elektron que se traduce como "ámbar" y el sufijo –iko que viene a significar "relativo a".
Se conoce como electrónica al análisis de los electrones y a la aplicación de sus principios en diferentes contextos. Puede decirse, por lo tanto, que la noción de electrónica refiere a lo que está vinculado con el electrón, que es una de las partículas esenciales de los átomos.
La ingeniería y la física se encargan del desarrollo y el análisis de los sistemas creados a partir del movimiento y el control de electrones que tienen una carga de electricidad.
Los denominados circuitos electrónicos posibilitan la conversión y la distribución de la energía eléctrica, por lo que se pueden emplear en el procesamiento y el control de información. A nivel general puede decirse que un sistema electrónico está formado por sensores (que también se denominan como inputs o transductores) que reciben las señales físicas y las transforman en señales de corriente (voltaje). Los circuitos del sistema interpretan y conviertan, a su vez, las señales de los sensores que llegan a los actuadores (u outputs), que convierten una vez más el voltaje en señales físicas, ahora útiles.
Las señales electrónicas, por otra parte, pueden dividirse en dos grupos: analógicas (cuya cantidad de valores es finita) o digitales (que trabajan con valores finitos).
Componentes electrónicos
Se denominan componentes electrónicos aquellos dispositivos que forman parte de un circuito electrónico. Se suelen encapsular, generalmente en un material cerámico, metálico o plástico, y terminar en dos o más terminales o patillas metálicas. Se diseñan para ser conectados entre ellos, normalmente mediante soldadura, a un circuito impreso, para formar el mencionado circuito.
Hay que diferenciar entre componentes y elementos. Los componentes son dispositivos físicos, mientras que los elementos son modelos o abstracciones idealizadas que constituyen la base para el estudio teórico de los mencionados componentes. Así, los componentes aparecen en un listado de dispositivos que forman un circuito, mientras que los elementos aparecen en los desarrollos matemáticos de la teoría de circuitos.
Tubos de vacío
La válvula electrónica, también llamada válvula termoiónica, válvula de vacío, tubo de vacío o bulbo, es un componente electrónico utilizado para amplificar, conmutar, o modificar una señal eléctrica mediante el control del movimiento de los electrones en un espacio "vacío" a muy baja presión, o en presencia de gases especialmente seleccionados. La válvula originaria fue el componente crítico que posibilitó el desarrollo de la electrónica durante la primera mitad del siglo XX, incluyendo la expansión y comercialización de la radiodifusión, televisión, radar, audio, redes telefónicas, computadoras analógicas y digitales, control industrial, etc. Algunas de estas aplicaciones son anteriores a la válvula, pero experimentaron un crecimiento explosivo gracias a ella.
A lo largo de su historia, fueron introducidos muchísimos tipos de válvulas, pero los principios de funcionamiento básicos son:
Efecto Edison. La gran mayoría de las válvulas electrónicas están basadas en la propiedad que tienen los metales en caliente de liberar electrones desde su superficie.
Gases ionizados. En otros casos, se utilizan las características de la conducción electrónica en gases ionizados, esto resulta principalmente importante en los reguladores de tensión, rectificadores de vapor de mercurio, válvula de conmutación T/R, etc.
Efecto fotoeléctrico En otros casos, el principio de funcionamiento se basa en la emisión de electrones por el efecto fotoeléctrico.
El ocaso de esta tecnología comenzó con la invención del transistor y el posterior desarrollo de componentes de estado sólido que eran mucho más pequeños, baratos y fiables que la válvula. Sin embargo hoy en día aún sobrevive en ciertas aplicaciones específicas, donde por razones técnicas resultan más conveniente. Por ejemplo en transmisores de radiofrecuencia de alta potencia y sistemas de radar se utilizan magnetrones, válvulas de onda progresiva TWT, thyratrones, etc. En televisión y sistemas de imagen medicinal aún se utilizan tubos de rayos catódicos o tubos de captura de imagen, y en el hogar es la base de funcionamiento del horno microondas. También siguen siendo ampliamente utilizadas en preamplificadores de micrófonos, guitarras y bajos, así como en equipos de sonido de alta fidelidad.
Aunque el efecto de emisión termoiónica fue originalmente informado por Frederick Guthrie en 1873, es la investigación de Thomas Alva Edison el trabajo más a menudo mencionado. Edison, al ver que con el uso el cristal de las lámparas incandescentes se iba oscureciendo, buscó la forma de aminorar dicho efecto, realizando para ello diversos experimentos. Uno de ellos fue la introducción en la ampolla de la lámpara de un electrodo en forma de placa, que se polarizaba eléctricamente con el fin de atraer las partículas que, al parecer, se desprendían del filamento. A pesar de que Edison no comprendía a nivel físico el funcionamiento, y desconocía el potencial de su "descubrimiento", en 1884 Edison lo patentó bajo el nombre de "Efecto Edison".
Al agregar un electrodo plano (placa), cuando el filamento se calienta se produce una agitación de los átomos del material que lo recubre, y los electrones de las órbitas de valencia son acelerados, alcanzando velocidades de escape, con lo que se forma una nube de electrones por encima del mismo. La nube termoiónica, fuertemente atraída por la placa, debido al potencial positivo aplicado en la misma, da lugar a la circulación de una corriente electrónica a través de la válvula entre el filamento y el ánodo. A este fenómeno se le denomina Efecto Edison-Richardson o termoiónico.
Llegados a este punto, tenemos que la válvula termoiónica más simple está constituida por una ampolla de vidrio, similar a la de las lámparas de incandescencia, a la que se le ha practicado el vacío y en la que se hallan encerrados dos electrodos, denominados cátodo y ánodo.
Transistores
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistor de transferencia»). Actualmente se encuentra prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario tales como radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, aunque casi siempre dentro de los llamados circuitos integrados.
El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades específicas) que forman dos uniones bipolares: el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento activo 32 a diferencia de los resistores, condensadores e inductores que son elementos pasivos 33.
De manera simplificada, la corriente que circula por el colector es función amplificada de la que se inyecta en el emisor, pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula a través de sí mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la base para que circule la carga por el colector, según el tipo de circuito que se utilice. El factor de amplificación o ganancia logrado entre corriente de colector y corriente de base, se denomina Beta del transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas (configuraciones) básicos para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector común y base común.
Transistor de contacto puntual
Llamado también "transistor de punta de contacto", fue el primer transistor capaz de obtener ganancia, inventado en 1947 por John Bardeen y Walter Brattain. Consta de una base de germanio, semiconductor para entonces mejor conocido que la combinación cobre-óxido de cobre, sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de base es capaz de modular la resistencia que se «ve» en el colector, de ahí el nombre de transfer resistor. Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en su día. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivió con el transistor de unión debido a su mayor ancho de banda. En la actualidad ha desaparecido.
Transistores de efecto de campo
El transistor de unión bipolar (o BJT, por sus siglas del inglés bipolar junction transistor) se fabrica sobre un monocristal de material semiconductor como el germanio, el silicio o el arseniuro de galio, cuyas cualidades son intermedias entre las de un conductor eléctrico y las de un aislante. Sobre el sustrato de cristal se contaminan en forma muy controlada tres zonas sucesivas, N-P-N o P-N-P, dando lugar a dos uniones PN.
Las zonas N (en las que abundan portadores de carga Negativa) se obtienen contaminando el sustrato con átomos de elementos donantes de electrones, como el arsénico o el fósforo; mientras que las zonas P (donde se generan portadores de carga Positiva o «huecos») se logran contaminando con átomos aceptadores de electrones, como el indio, el aluminio o el galio.
La tres zonas contaminadas, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la región de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminación entre ellas (por lo general, el emisor está mucho más contaminado que el colector).
El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitaxial, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.
Transistor de efecto de campo
El transistor de efecto de campo de unión (JFET), fue el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica. Si se difunden dos regiones P en una barra de material N y se conectan externamente entre sí, se producirá una puerta. A uno de estos contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador. Aplicando tensión positiva entre el drenador y el surtidor y conectando la puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de drenador con polarización cero. Con un potencial negativo de puerta al que llamamos tensión de estrangulamiento, cesa la conducción en el canal.
Circuitos integrados
Un circuito integrado (CI), también conocido como chip, microchip, es una estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, de algunos milímetros cuadrados de superficie (área), sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre el Circuito Integrado y un circuito impreso.
Los CI se hicieron posibles gracias a descubrimientos experimentales que mostraban que artefactos semiconductores podían realizar las funciones de los tubos de vacío, así como a los avances científicos de la fabricación de semiconductores a mediados del siglo XX. La integración de grandes cantidades de pequeños transistores dentro de un pequeño espacio fue un gran avance en la elaboración manual de circuitos utilizando componentes electrónicos discretos. La capacidad de producción masiva de los circuitos integrados, así como la fiabilidad y acercamiento a la construcción de un diagrama a bloques en circuitos, aseguraba la rápida adopción de los circuitos integrados estandarizados en lugar de diseños utilizando transistores discretos.
Los circuitos integrados son usados en prácticamente todos los equipos electrónicos hoy en día, y han revolucionado el mundo de la electrónica. Computadoras, teléfonos móviles, y otros dispositivos electrónicos que son parte indispensables de las sociedades modernas, son posibles gracias a los bajos costos de los circuitos integrados.
Partes del multímetro digital y simbología de funciones:
Los multímetros son semejantes, aunque dependiendo de modelos, pueden cambiar la posición de sus partes y la cantidad de funciones, sin embargo el nombre de las funciones y la simbología es estándar.
Pantalla Display: Pantalla de cristal líquido en donde se muestran los resultados de las mediciones.
- Selector de funciones y rango: Esta perilla nos sirve para seleccionar el tipo de magnitud a medir y el rango de la medición.
- Rangos y tipos de medición: Los números y símbolos que rodean la llave selectora indican el tipo y rango que se puede escoger. En la imagen anterior podemos apreciar los diferentes tipos de posibles mediciones de magnitudes como el voltaje directo y alterno, la corriente directa y alterna, la resistencia, la capacitancia, la frecuencia, prueba de diodos y continuidad.
- Cables rojo y negro con punta (puntas de prueba): El cable negro siempre se conecta al borne o Jack negro, mientras que el cable rojo se conecta al jack adecuado según la magnitud que se quiera medir.
Simbología estándar de las funciones:
REÓSTATOS:
Un reóstato, también conocido como reóstato, es el dispositivo de un circuito eléctrico que permite modificar su resistencia. A través del movimiento de un cursor o de un eje, el reóstato permite variar el nivel de la corriente. Los reóstatos se conectan al circuito en serie. Es importante saber si su potencia y su valor son apropiados para manejar la corriente que circulará a través de él. En general los reóstatos tienen una gran resistencia y pueden disipar mucha potencia.
El reóstato, en definitiva, regula la intensidad de la corriente, controlando la energía que pasa a la carga. Suelen emplearse en aquellos procesos que necesitan variar la resistencia y controlar la intensidad de la corriente eléctrica, como ocurre cuando arranca un motor.
Puede decirse que el reóstato es una resistencia variable que cuenta con dos contactos. La resistencia tiene como misión resistir el flujo eléctrico: a mayor resistencia, la corriente circulará más lento en el circuito. El reóstato, al tener la capacidad de disminuir o incrementar la resistencia, posibilita modificar el nivel de corriente que fluye por el circuito eléctrico. Para cumplir con su tarea, los reóstatos suelen contar con carbono u otro elemento aislante y con un control deslizante.
Condensadores
Se denomina condensador al dispositivo formado por dos placas conductoras cuyas cargas son iguales pero de signo opuesto. Básicamente es un dispositivo que almacena energía en forma de campo eléctrico. Al conectar las placas a una batería, estas se cargan y esta carga es proporcional a la diferencia de potencial aplicada, siendo la constante de proporcionalidad la capacitancia: el condensador.
Condensadores en paralelos
Tres o más condensadores están conectados en paralelos cuando se conectan de la manera que están en la figura.6.6.
Las primeras tres placas están conectadas al terminal positivo, mientras que las otras tres están conectadas al terminal negativo. De esta forma, la diferencia de potencial entre las placas del condensador es la misma para todas. La carga suministrada por la fuente se reparte entre los tres condensadores. En resumen:
a.- La carga total es igual a la suma de las cargas de cada condensador.
b.- La diferencia de potencial es la misma en cada uno de los condensadores.
Es posible sustituir el conjunto de condensadores por uno solo, sabemos que:
Y así para Q1, Q2 y Q3. Introduciendo en (6.6) y desarrollando:
Es decir, al colocar los condensadores en paralelos, su capacidad aumenta.
Condensadores en series
Tres o más condensadores están conectados en serie cuando se conectan
Al conectarse los condensadores a la pila o batería, se extraen electrones de la placa izquierda de C1, los cuales son trasladados a la placa derecha de C3, como consecuencia ambas= placas adquieren la misma carga, después la placa derecha de C1 se carga por inducción se carga con signo contrario, y este proceso continua con C2.
Inductores
Los inductores o bobinas son elementos lineales y pasivos que pueden almacenar y liberar energía basándose en fenómenos relacionados con campos magnéticos. Una aplicación de los inductores, consistente en bloquear ("choke" en inglés) las señales de AC de alta frecuencia en circuitos de radio, dio origen a que con dicho término (choque) se haga referencia a los inductores que se emplean en aplicaciones donde su valor no es crítico y que por lo tanto admiten grandes tolerancias.
Básicamente, todo inductor consiste en un arrollamiento de hilo conductor. La inductancia resultante es directamente proporcional al número y diámetro de las espiras y a la permeabilidad del interior del arrollamiento, y es inversamente proporcional a la longitud de la bobina.
CLASIFICACIÓN
2.1 según el núcleo o soporte:
Núcleo de aire: el devanado se realiza sobre un soporte de material no magnético (fibra, plástico,...). En los casos donde no se utiliza soporte, la bobina queda conformada sólo debido a la rigidez mecánica del conductor.
Núcleo de hierro: como tiene mayor permeabilidad que el aire (10 a 100), aumenta el valor de la inductancia. Sin embargo, sólo se emplea en bajas frecuencias porque a altas frecuencias las pérdidas son elevadas. Aplicaciones: fuentes de alimentación y amplificadores de audio.
Núcleo de ferrita: las ferritas son óxidos de metales magnéticos, de alta permeabilidad (10 a 10000) que además son dieléctricos. Existe una gran variedad en el mercado en función de la frecuencia de trabajo.
Nota: radiofrecuencia (100kHz a 100GHz) audiofrecuencia (20Hz a 20kHz).
2.2 según la forma constructiva:
Solenoides: 
Toroides: 
2.3 según la frecuencia de la corriente aplicada:
Alta frecuencia: de reducido tamaño y número de espiras
Baja frecuencia: de mayor tamaño y número de espiras
2.4 Según el recubrimiento: plástico, resina, metal (apantalladas).
2.5 Según la característica de su valor: fijos y ajustables.
2.6 Según el tipo de montaje: de inserción y SMD.
Dispositivos de detección y transductores
La medición de magnitudes mecánicas, térmicas, eléctricas y químicas se realiza empleando dispositivos denominados sensores y transductores. El sensor es sensible a los cambios de la magnitud a medir, como una temperatura, una posición o una concentración química. El transductor convierte estas mediciones en señales eléctricas, que pueden alimentar a instrumentos de lectura, registro o control de las magnitudes medidas. Los sensores y transductores pueden funcionar en ubicaciones alejadas del observador, así como en entornos inadecuados o impracticables para los seres humanos.
Algunos dispositivos actúan de forma simultánea como sensor y transductor. Un termopar consta de dos uniones de diferentes metales que generan una pequeña tensión que depende del diferencial término entre las uniones. El termistor es un reóstato especial, cuya resistencia varía según la temperatura. Un reóstato variable puede convertir el movimiento mecánico en señal eléctrica. Para medir distancias se emplean condensadores de diseño especial, y para detectar la luz se utilizan fotocélulas. Para medir velocidades, aceleración o flujos de líquidos se recurre a otro tipo de dispositivos. En la mayoría de los casos, la señal eléctrica es débil y debe ser amplificada por un circuito electrónico.
Circuitos de alimentación eléctrica
La mayoría de los equipos electrónicos requieren tensiones de c.c. para su funcionamiento. Estas tensiones pueden ser suministradas por baterías o por fuentes de alimentación internas que convierten la corriente alterna, que se puede obtener de la red eléctrica que llega a cada vivienda, en tensiones reguladas de c.c. El primer elemento de una fuente de alimentación de c.c. interna es el transformador, que eleva o disminuye la tensión de entrada a un nivel adecuado para el funcionamiento del equipo. La función secundaria del transformador es servir como aislamiento de masa (conexión a tierra) eléctrica del dispositivo a fin de reducir posibles peligros de electrocución. A continuación del transformador se sitúa un rectificador, que suele ser un diodo. En el pasado se utilizaban diodos de vacío y una amplia variedad de diferentes materiales (cristales de germanio o sulfato de cadmio) en los rectificadores de baja potencia empleados en los equipos electrónicos. En la actualidad se emplean casi exclusivamente rectificadores de silicio debido a su bajo coste y alta fiabilidad. Las fluctuaciones y ondulaciones superpuestas a la tensión de c.c. rectificada (percibidas como un zumbido en los amplificadores de sonido defectuosos) pueden filtrarse mediante un condensador. Cuanto más grande sea el condensador, menor será el nivel de fluctuación de la tensión. Es posible alcanzar un control más exacto sobre los niveles y fluctuaciones de tensión mediante un regulador de tensión, que también consigue que las tensiones internas sean independientes de las fluctuaciones que se puedan encontrar en un artefacto eléctrico. Un sencillo regulador de tensión que se utiliza a menudo es el diodo de Zener, formado por un diodo de unión pn de estado sólido que actúa como aislante hasta una tensión predeterminada. Por encima de dicha tensión, se convierte en un conductor que deriva los excesos de tensión. Por lo general, los reguladores de tensión más sofisticados se construyen como circuitos integrados.
CIRCUITO DE AMPLIFICADORES:
Amplificador electrónico puede significar tanto un tipo de circuito electrónico o etapa de este cuya función es incrementar la intensidad de corriente, la tensión o la potencia de la señal que se le aplica a su entrada; obteniéndose la señal aumentada a la salida. Para amplificar la potencia es necesario obtener la energía de una fuente de alimentación externa.
AMPLIFICADORES DE SONIDOS
Un amplificador es todo dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnifica la amplitud de un fenómeno, en términos particulares se quiere decir que un amplificador es un aparato al que se le conecta un dispositivo de sonido y aumenta la magnitud del volumen.
Los amplificadores de sonido de uso común en radios, televisores y grabadoras suelen funcionar a frecuencia inferiores a los 20 kilohercios. Permiten amplificar la señal eléctrica que a continuación es convertido en sonido por un altavoz.
Podemos encontrar distintas clases de amplificadores de sonidos como:
Amplificadores clase A
Los amplificadores de clase A utilizan dos transistores para alimentar la señal de salida a los altavoces. Ambos transistores permanecen totalmente encendidos en todo momento. Los amplificadores clase A producen niveles mínimos de distorsión, más bajos que cualquier otra clase de amplificador. El bajo nivel de distorsión produce una calidad de sonido excelente.
Amplificadores clase B
Los amplificadores de clase B ofrecen una solución al problema que afecta a la eficiencia de los amplificadores de clase A. En lugar de encender ambos transistores de salida todo el tiempo, sólo un transistor recibe potencia a la vez. Si no hay señal que pase a través de los transistores, ni recibe energía. Los amplificadores de clase B operan en alrededor del 50 por ciento de eficiencia. La mejora de la eficiencia es a costa de la distorsión durante el pasaje de energía entre los transistores. La reducción en la calidad de sonido limita el uso de los amplificadores de clase B para la alta producción de audio.
Amplificadores clase A/B
Los amplificadores de clase A/B ofrecen un punto medio entre los amplificadores de clase A y de clase B. En lugar de suministrar potencia constante a los dos transistores de salida, o de conmutar energía entre los transistores bruscamente, los amplificadores A/B permiten por un breve período que ambos transistores reciban energía cuando pasa de uno a otro.
Amplificadores clase D
Los amplificadores de clase D usan un método llamado modulación de ancho de pulso. La señal de audio típica entra en un amplificador de forma analógica. Esencialmente, esto significa que la señal sigue un patrón de onda sinusoidal. Las ondas sinusoidales se curvan sobre y debajo de una línea recta. En modulación de ancho de pulso, el amplificador convierte la señal de onda senoidal en impulsos eléctricos y aumenta la intensidad de señal de los impulsos en lugar de potenciar la señal analógica.
AMPLIFICADORES DE VÍDEO
Se utiliza principalmente para señales con un rango de frecuencia de hasta 6 megahercios. La señal generada por el amplificador se convierte en la información visual que aparece en la pantalla de televisión y la amplitud de señal regula el brillo de los puntos que forman la imagen. Para realizar esta función, un amplificador de video debe funcionar en una banda y amplificar de igual manera toda las señales, con baja distorsión.
AMPLIFICADOR DE RADIOFRECUENCIA
El amplificador de radiofrecuencia, cumple dos funciones, por una parte eleva el nivel de la portadora generada por el oscilador y por otra sirve como amplificador separador para asegurar que el oscilador no es afectado por variaciones de tensión en las etapas de potencia.
Estos amplificadores aumentan el nivel de señal de los sistemas de comunicaciones de radio o televisión, sus frecuencias van desde 100kHz hasta 1 gigahercio y pueden llegar incluso al rango de frecuencia de microondas.
Osciladores
Un oscilador es un sistema capaz de crear perturbaciones o cambios periódicos en un medio, ya sea un medio material (sonido) o un campo electromagnético (ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, rayos X, rayos gamma, rayos cósmicos).
En electrónica un oscilador es un dispositivo capaz de convertir la energía de corriente continua en corriente alterna de una determinada frecuencia.1 Dicho de otra forma, es un circuito que es capaz de convertir la corriente continua en una corriente que varía de forma periódica en el tiempo (corriente periódica); estas oscilaciones pueden ser sinusoidales2 , cuadradas, triangulares, etc., dependiendo de la forma que tenga la onda producida.
Estos constan de un amplificador y de algún tipo de retroalimentación: la señal de salidas se reconduce a la entrada del amplificador. Los osciladores controlados por el cristal ofrecen mayor precisión y estabilidad. Estos se emplean para producir señales de sonido y de radio en una amplia variedad de usos. Los osciladores son de alta frecuencia se emplean en equipos de comunicación para controlar las funciones de sintonización y detección de señales. Las emisoras de radios y de televisión utilizan osciladores de alta frecuencia y de gran precisión para generar la frecuencia de transmisión.
Circuitos de conmutación y temporización
En electricidad y electrónica, las leyes del álgebra de Boole y de la lógica binaria, pueden estudiarse mediante circuitos de conmutación. Un circuito de conmutación estará compuesto por una serie de contactos que representarán las variables lógicas de entrada y una o varias cargas que representarán las variables lógicas o funciones de salida.
Los circuitos de conmutación y temporización o circuitos lógicos, forman la base de cualquier dispositivo en el que se tengan que seleccionar o combinar señales de manera controlada, pueden mencionarse la conmutación y el funcionamiento de las computadoras digitales
La lógica digital es un proceso racional para adoptar sencillas decisiones de verdadero o falso basadas en las reglas de Boole. Verdadero puede estar representado por un 1 y falso por un 0. Los circuitos lógicos se utilizan para adoptar decisiones específicas en las entradas, por lo general circuitos integrados, ejecutan una variedad de funciones lógicas a través de las llamadas puertas lógicas, como las puertas OR, AND, NOT y NOR
AND (Y):
Tiene dos o más entradas y una única salida y su salida es verdadera solo si todas sus entradas son verdaderas
OR (O):
Tiene dos o más entradas y una sola salida, su salida es verdadera si cualquiera de las entradas es verdadera y es falsa si todas las entradas son falsas.
INVERTER (INVESORA):
Tiene una única entrada y una única salida y puede convertir una señal verdadera en falsa efectuando de esa manera la función (NOT).
En general para ejecutar una determinada función es necesario conectar grandes cantidades de elementos lógicos en circuitos complejos.
Avances recientes
El desarrollo de los circuitos integrados ha revolucionado los campos de las comunicaciones, la gestión de la información y la informática, han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el descenso de los costes de la fabricación y de mantenimiento de los sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen mayor velocidad y fiabilidad.
Otro avance importante es la digitalización de sonido se codifica digitalmente mediante técnicas para medir la amplitud de la señal a intervalos muy cortos.
Las investigación actual dirigida a aumentas la velocidad y capacidad de las computadoras se centra sobre todo en la mejora de la tecnología de los circuitos integrados a gran escala que contienen varios centenares de miles velocidades.
La Electricidad
La electricidad es una forma de energía. Energía es poder... el poder de hacer, de hacer por ejemplo que las cosas se muevan y de hacer que las cosas funcionen. Para entender qué es la electricidad debemos comenzar con los átomos. Los átomos son pequeñas partículas que son muy difíciles de ver, y son los elementos con los que está hecho todo a nuestro alrededor. Un átomo está compuesto por protones, electrones y neutrones. El centro de un átomo, al cual se llama "núcleo", tiene al menos un protón. Alrededor del núcleo viajan los electrones (en igual cantidad que los protones) a gran velocidad. Los protones y electrones tienen una propiedad llamada carga, la de los protones es de signo positivo y la de los electrones es de signo negativo. Los neutrones no tienen carga. Los protones y electrones se atraen entre sí porque tienen cargas de distinto signo. En cambio las partículas que tienen cargas del mismo signo se repelen.
HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD
Thales de Miletus (630-550 AC) fue el primero, que cerca del 600 AC, conociera el hecho de que el ámbar, al ser frotado adquiere el poder de atracción sobre algunos objetos.
Sin embargo fue el filósofo Griego Theophrastus (374-287 AC) el primero, que en un tratado escrito tres siglos después, estableció que otras sustancias tienen este mismo poder, dejando así constancia del primer estudio científico sobre la electricidad.
En 1600, la Reina Elizabeth I ordena al Físico Real Willian Gilbert (1544-1603) estudiar los imanes para mejorar la exactitud de las Brújulas usadas en la navegación, siendo éste trabajo la base principal para la definición de los fundamentos de la Electrostática y Magnetismo.
Gilbert fue el primero en aplicar el término Electricidad del Griego "elektron" = ámbar.
Gilbert es la unidad de medida de la fuerza magnetomotriz.
En 1752, Benjamín Franklin (1706-1790) demostró la naturaleza eléctrica de los rayos.
Desarrolló la teoría de que la electricidad es un fluido que existe en la materia y su flujo se debe al exceso o defecto del mismo en ella. Invento el pararrayos.
En 1780 inventa los lentes Bifocales.
En 1776, Charles Agustín de Coulomb (1736-1806) inventó la balanza de torsión con la cual, midió con exactitud la fuerza entre las cargas eléctricas y corroboró que dicha fuerza era proporcional al producto de las cargas individuales e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Coulomb es la unidad de medida de Carga eléctrica.
En 1800, Alejandro Volta (1745-1827) construye la primera celda Electrostática y la batería capaz de producir corriente eléctrica. Su inspiración le vino del estudio realizado por el Físico Italiano Luigi Galvani (1737-1798) sobre las corrientes nerviosas-eléctricas en las ancas de ranas.
Galvani propuso la teoría de la Electricidad Animal, lo cual contrarió a Volta, quien creía que las contracciones musculares eran el resultado del contacto de los dos metales con el músculo.
Sus investigaciones posteriores le permitieron elaborar una celda química capaz de producir corriente continua, fue así como desarrollo la Pila.
Volt es la unidad de medida del potencial eléctrico (Tensión).
Desde 1801 a 1815, Sir Humphry Davy (1778-1829) desarrolla la electroquímica (nombre asignado por él mismo), explorando el uso de la pila de Volta o batería, y tratando de entender como ésta funciona.
En 1801 observa el arco eléctrico y la incandescencia en un conductor energizado con una batería.
Entre 1806 y 1808 publica el resultado de sus investigaciones sobre la electrólisis, donde logra la separación del Magnesio, Bario, Estroncio, Calcio, Sodio, Potasio y Boro.
En 1807 fabrica una pila con más de 2000 placas doble, con la cual descubre el Cloroy demuestra que es un elemento, en vez de un ácido.
En 1815 inventa la lámpara de seguridad para los mineros.
Sin ningún lugar a duda, el descubrimiento más importante lo realiza ese mismo año, cuando descubre al joven Michael Faraday y lo toma como asistente.
En 1819, El científico Danés Hans Christian Oersted (1777-1851) descubre el electromagnetismo, cuando en un experimento para sus estudiantes, la aguja de la brújula colocada accidentalmente cerca de un cable energizado por una pila voltaica, se movió. Este descubrimiento fue crucial en el desarrollo de la Electricidad, ya que puso en evidencia la relación existente entre la electricidad y el magnetismo.
Oersted es la unidad de medida de la Reluctancia Magnética.
En 1823, Andre-Marie Ampere (1775-1836) establece los principios de la electrodinámica, cuando llega a la conclusión de que la Fuerza Electromotriz es producto de dos efectos: La tensión eléctrica y la corriente eléctrica. Experimenta con conductores, determinando que estos se atraen si las corrientes fluyen en la misma dirección, y se repelen cuando fluyen en contra.
Ampere produce un excelente resultado matemático de los fenómenos estudiados por Oersted.
Ampere es la unidad de medida de la corriente eléctrica.
En 1826, El físico Alemán Georg Simon Ohm (1789-1854) fue quien formuló con exactitud la ley de las corrientes eléctricas, definiendo la relación exacta entre la tensión y la corriente. Desde entonces, esta ley se conoce como la ley de Ohm.
Ohm es la unidad de medida de la Resistencia Eléctrica.
R= V / I Ohm = Volt / Amper
En 1831, Michael Faraday (1791-1867) a los 14 años trabajaba como encuadernador, lo cual le permitió tener el tiempo necesario para leer y desarrollar su interés por la Física y Química. A pesar de su baja preparación formal, dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento.
Faradio es la unidad de medida de la Capacitancia Eléctrica.
La tensión inducida en la bobina que se mueve en campo magnético no uniforme fue demostrada por Faraday.
En 1835, Simule F.B. Morse (1791-1867), mientras regresaba de uno de sus viajes, concibe la idea de un simple circuito electromagnético para transmitir información, El Telégrafo.
En 1835 construye el primer telégrafo.
En 1837 se asocia con Henry y Vail con el fin de obtener financiamiento del Congreso de USA para su desarrollo, fracasa el intento, prosigue solo, obteniendo el éxito en 1843, cuando el congreso le aprueba el desarrollo de una línea de 41 millas desde Baltimor hasta el Capitolio en Washington D.C. La cual construye en 1844.
En 1840-42, James Prescott Joule (1818-1889) Físico Inglés, quien descubrió la equivalencia entre trabajo mecánico y la caloría, y el científico Alemán Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz (1821-1894), quien definió la primera ley de la termodinámica demostraron que los circuitos eléctricos cumplían con la ley de la conservación de la energía y que la Electricidad era una forma de Energía.
Adicionalmente, Joule inventó la soldadura eléctrica de arco y demostró que el calor generado por la corriente eléctrica era proporcional al cuadrado de la corriente.
Joule es la unidad de medida de Energía.
En 1845, Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) Físico Alemán a los 21 años de edad, anunció las leyes que permiten calcular las corrientes, y tensiones en redes eléctricas. Conocidas como Leyes de Kirchhoff I y II.
Estableció las técnicas para el análisis espectral, con la cual determinó la composición del sol.
En 1854, El matemático Inglés William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907, con su trabajo sobre el análisis teórico sobre transmisión por cable, hizo posible el desarrollo del cable transatlántico.
En 1851 definió la Segunda Ley de la Termodinámica.
En 1858 Inventó el cable flexible.
Kelvin es la unidad de medida de temperatura absoluta.
En 1870, James Clerk Maxwell (1831-1879) Matemático Inglés formuló las cuatro ecuaciones que sirven de fundamento de la teoría Electromagnética. Dedujo que la Luz es una onda electromagnética, y que la energía se transmite por ondas electromagnéticas a la velocidad de la Luz Maxwell es la unidad del flujo Magnético.
En 1879, el Físico Inglés Joseph John Thomson (1856-1940) demostró que los rayos catódicos estaban constituido de partículas atómicas de carga negativas la cual el llamó ¨Corpúsculos¨ y hoy en día los conocemos como Electrones.
En 1881, Thomas Alva Edison (1847-1931)produce la primera Lámpara Incandescente con un filamento de algodón carbonizado. Este filamento permaneció encendido por 44 horas.
En 1881 desarrolló el filamento de bambúcon 1.7 lúmenes por vatios. En 1904 el filamento de tungsteno con una eficiencia de 7.9 lúmenes por vatios. En 1910 la lámpara de 100 w con rendimiento de 10 lúmenes por vatios.
Hoy en día, las lámparas incandescentes de filamento de tungsteno de 100 w tienen un rendimiento del orden de 18 lúmenes por vatios. En 1882 Edison instaló el primer sistema eléctrico para vender energía para la iluminación incandescente, en los Estados Unidos para la estación Pearl Street de la ciudad de New York.
El sistema fue en CD tres hilos, 220-110 v con una potencia total de 30 kw.
En 1884, Heinrich Rudolf Hertz (1847-1894) demostró la validez de las ecuaciones de Maxwell y las reescribió, en la forma que hoy en día es conocida.
En 1888 Hertz recibió el reconocimiento por sus trabajos sobre las Ondas Electromagnéticas: propagación, polarización y reflexión de ondas.
Con Hertz se abre la puerta para el desarrollo de la radio.
Hertz es la unidad de medida de la frecuencia.
ELECTROSTÁTICA
Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro.
Observando el gráfico podemos afirmar que:
-Cargas eléctricas del mismo signo se repelen.
-Cargas eléctricas de distinto signo se atraen.
La carga eléctrica (cantidad de electrones) de cada cuerpo se mide en culombios (C) en el S.I. y en estatoculombios (stc) en el c.g.s.
1 culombio (C)
=
3 x 109 stc (u.e.e. - franklin)
1 culombio
=
10-6 microculombio (?C)
1 culombio
=
10-9 nanoculombio (nC)
1 estatoculombio
=
3,34 x 10-10 culombio
1 electrón
=
1,602 x 10-19 culombio
1 protón
=
1,602 x 10-19 culombio
1 neutrón
=
No tiene carga eléctrica (0)
MATERIALES ELÉCTRICOS:
CARGA ELÉCTRICA
Ambas cargas la de los protones (positiva) y la de los electrones (negativa) son iguales, aunque de signo contrario.
La carga eléctrica elemental es la del electrón. El electrón es la partícula elemental que lleva la menor carga eléctrica negativa que se puede aislar. Como la carga de un electrón resulta extremadamente pequeña se toma en el S.I. (Sistema Internacional) para la unidad de Carga eléctrica el Culombio que equivale a 6,24 10E18 electrones.
Para denominar la carga se utiliza la letra Q y para su unidad la C.
Ejemplo: Q = 5 C
En la tabla adjunta se muestra la masa y la carga de las partículas elementales.
LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).
"En un circuito eléctrico cerrado la corriente circula siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM)."
Quizás hayamos oído hablar o leído en algún texto que el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su origen en razones históricas y no a cuestiones de la física y se debió a que en la época en que se formuló la teoría que trataba de explicar cómo fluía la corriente eléctrica por los metales, los físicos desconocían la existencia de los electrones o cargas negativas.
Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente de las cargas eléctricas, se descubrió también que las cargas eléctricas que proporciona una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo (–) hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley física de que "cargas distintas se atraen y cargas iguales se rechazan". Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad científica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica se movía del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la práctica, ese "error histórico" no influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se refiere.
MEDIDAS ELÉCTRICAS
La explotación de cualquier instalación eléctrica requiere la medida y control de determinados parámetros eléctricos. Para medir correctamente con cualquier aparato de medida es necesario conocer su forma de conexión y además interpretar los símbolos impresos en el mismo.
El flujo de carga, o intensidad de corriente, que recorre un cable conductor se mide por el número de columbios que pasan en un segundo por una sección determinada del cable. Un columbio por segundo equivale a 1 amperio, llamado así en honor al físico francés André Marie Ampêre.
Cuando una carga de 1 columbio se desplaza a través de de una diferencia potencial de 1 voltio, el trabajo realizado equivale a 1 julio, unidad llamada así en honor al físico británico James Prescott Joule. Esta definición facilita la conversión de cantidades mecánicas a eléctricas.
TENSIÓN O DIFERENCIA POTENCIAL:
El voltaje, tensión o diferencia de potencial, es la magnitud eléctrica que indica la diferencia de energía entre dos puntos de un circuito. Indica el trabajo por unidad de carga que es necesario realizar para iniciar el movimiento de electrones. Sin tensión no hay corriente eléctrica. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el voltio (V). Para medir la tensión entre dos puntos se usa el voltímetro.
El circuito eléctrico cerrado presenta una cierta resistencia al paso de los electrones proporcionados por un generador.
El generador es un dispositivo (usualmente una batería o una fuente de poder) que proporciona la alimentación necesaria para que los electrones circulen a lo largo del circuito cerrado.
Ej. De fuentes disponibles:
-Máquinas electrostáticas, que se basan en el principio de inducir cargas eléctricas por medios mecánicos.
-Máquinas electromagnéticas, en las que se genera corriente desplazando mecánicamente un conductor a través de un campo o campos magnéticos.
-Células Voltaicas, que producen una fuerza electromotriz a través de una acción electroquímica.
-Dispositivos que producen fuerza electromotriz de la luz, el calor, etc.
INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA:
La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior de éste.
Esta magnitud se mide en Amperios; 1 amperio corresponde al paso de unos 6.250.000 billones de electrones por segundo por una sección determinada del circuito.
Nosotros medimos la cantidad de electrones que pasan por este circuito cerrado con el amperímetro. Esta cantidad de corriente se expresa en amperios (A), pero en electrónica, suele ser una unidad muy grande y se recurre a múltiplos y submúltiplos de ella.
LA RESISTENCIA DEL CIRCUITO:
Normalmente, todas las sustancias, tanto conductores como aislantes, ofrecen cierta oposición al flujo de una corriente eléctrica, y esta resistencia limita la corriente. La unidad empleada para cuantificar la resistencia el ohmio representado por la letra griega omega (?). El ohmio se define como la resistencia que limita el flujo de corriente a 1 amperio en un circuito con una FEM de 1 voltio.
*Donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios.
LA POTENCIA
La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un momento determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).
Cuando una corriente eléctrica fluye por un cable pueden observarse dos efectos importantes:
- La Temperatura: Al circular la corriente, los electrones que la componen colisionan con los átomos del conductor y ceden energía, que aparece en forma de calor. La cantidad de energía desprendida en un circuito se mide en Julios.
Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías.
- La Potencia Consumida: Se mide en vatios; un vatio equivale a 1 julio por segundo. También se consume potencia en la descomposición química, en la producción de trabajo mecánico y en la emisión de radiación electromagnética como luz u ondas de radio.
La energía consumida por un dispositivo eléctrico se mide en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-hora (kWh). Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh). La potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos eléctricos debe figurar junto con la tensión de alimentación en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base.
Conclusión
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