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1 MATERIAL DIDACTICO CURSO: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA BÁSICA

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MATERIAL DIDACTICO

CURSO: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA BÁSICA

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ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA BÁSICA Estructura de la materia

La electricidad tiene su origen en el movimiento de una pequeña partícula

llamada electrón que forma parte del átomo. El átomo es la porción más pequeña

de la materia y está compuesto por un núcleo donde se encuentran otras

partículas, como los protones (con carga eléctrica positiva) y los neutrones (sin

carga).

Imagen del átomo basado en el modelo de Borh

Alrededor del núcleo giran en órbitas los electrones, que tienen carga

negativa y hay tantos electrones como protones, por lo que el átomo se encuentra

equilibrado eléctricamente. Un átomo puede tener muchos electrones, situados en

órbitas que giran alrededor del núcleo. Hay fenómenos que consiguen arrancar

electrones de las órbitas externas del átomo, quedando entonces deficitario de

cargas negativas (el átomo se convierte así en un ion positivo). Al producirse el

abandono de un electrón de su órbita queda en su lugar un “hueco” el cual atraerá

a un electrón de un átomo contiguo, de este modo se desencadena una cascada

de electrones arrancados de otros átomos contiguos para ir rellenando huecos

sucesivos, y así se produce una circulación de electrones. La fuerza que obliga a

los electrones a circular por un conductor depende de la diferencia de electrones

existentes en los extremos de ese conductor.

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Diferentes materiales

No todos los átomos tienen la misma facilidad para desprender electrones

de sus órbitas y originar una corriente eléctrica.

Basados en el nivel de conductividad, podemos dividir a los materiales en 3

grandes grupos:

Conductores: material que permite el paso de electrones o de corriente

eléctrica, o también, se puede definir como aquel material que tiene menos de 4

electrones de valencia (electrones en la última capa u orbita del átomo), como por

ejemplo: cobre, plata, oro, etc.

Semiconductores: materiales que tienen única y exclusivamente 4

electrones de valencia, con un nivel de conductividad intermedio, esto quiere decir

que no son ni buenos ni malos conductores. En este caso los dos materiales mas

utilizados son el silicio y el germanio, los cuales se utilizan para la fabricación de

chips y otros.

Aislantes: materiales que no permiten el paso de corriente eléctrica, ó,

materiales con más de 4 electrones valentes, como por ejemplo: cerámica, hule,

vidrio, baquelita, etc.

Ejemplo del átomo del cobre

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Corriente eléctrica

Si en un extremo se tienen muchos electrones mientras que en el otro

apenas hay, aparecen aquí huecos, la tendencia natural es que se produzca una

circulación de electrones hacia el extremo donde hay huecos, para alcanzar así un

equilibrio. La diferencia existente en el número de electrones entre un extremo y

otro, y que determina la “fuerza” con la que circulan, recibe el nombre de

diferencia de potencial (voltaje), lo que significa que cuanta mayor tensión exista

en los extremos de un conductor mayor es también el número de electrones que

hay dispuestos en un lado para desplazarse hacia el otro.

Por lo tanto, la corriente eléctrica se define como el movimiento ordenado

de electrones a través de un conductor. Tal y como se muestra en la siguiente

figura:

Imagen representativa del movimiento de electrones

La corriente es la medida del número de electrones que fluyen en un

circuito en una unidad de tiempo. Mientras más electrones pasen por segundo, por

un punto dado de un circuito, mayor es la corriente. La cantidad de corriente que

fluye depende del voltaje y de la resistencia del circuito.

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circuito eléctrico

Para poner un ejemplo más claro, podemos basarnos en la siguiente figura,

en donde la diferencia de nivel de líquido corresponde a la diferencia de potencial

eléctrico en un circuito (voltaje), el tubo de unión entre los dos tanque representa

el conductor, y el flujo de liquido de un tanque hacia el otro corresponde a la

corriente eléctrica.

Comparación de un sistema hidráulico con un circuito eléctrico.

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Magnitudes eléctricas

Con lo expuesto hasta ahora pueden definirse las tres principales unidades

eléctricas: la tensión, la intensidad y la resistencia.

Tensión eléctrica o voltaje (V): Es la diferencia de potencial que existe entre dos

puntos distintos, dicho de otra manera, es la fuerza con que son empujados los

electrones a través de un conductor. En los polos de una batería hay una tensión

eléctrica y la unidad que mide la tensión es el voltio (V).

Corriente eléctrica (I): Al la cantidad de electrones o intensidad con la que

circulan por un conductor, cuando hay una tensión aplicada en sus extremos, se le

denomina corriente eléctrica o intensidad. La unidad que mide la intensidad es el

amperio (A).

Resistencia eléctrica (R): Los electrones que circulan por un conductor

encuentran cierta dificultad a circular libremente ya que el propio conductor opone

una pequeña resistencia; resistencia que depende de la longitud, la sección y el

material con que está construido el conductor. La corriente fluirá mejor cuanto

mayor sea la sección y menor la longitud. La unidad que mide la resistencia es el

ohmio (Ω).

Potencia eléctrica (W): La potencia se define como la energía o trabajo

consumido o producido en un determinado tiempo. En los circuitos eléctricos la

unidad de potencia es el Watt (W) y su definición está relacionada con la tensión

aplicada y la intensidad que circula por un circuito: se dice que un vatio es la

energía (trabajo) que libera un amperio en un circuito con una tensión de un voltio.

Puede expresarse con una fórmula: I x V = W

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Ley de ohm

La ley de Ohm, es la relación que existe entre las 3 magnitudes antes

mencionadas y nos dice que: “la corriente eléctrica es directamente proporcional al

voltaje aplicado al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia del

mismo”.

En otras palabras, cuanto mayor sea el voltaje aplicado, la corriente va a

ser mayor, pero, a medida que aumentemos la resistencia del circuito, la corriente

disminuirá.

Para conocer la fórmula que permita calcular una de las magnitudes

desconocidas, basta con tomar las otras dos y relacionarlas según su posición

determinada en el triángulo: voltios dividen por amperios u ohmios, mientras que

para averiguar los voltios basta con multiplicar los ohmios por los amperios.

Triangulo de la ley de OHM.

Formulas de la ley de Ohm:

I = V / R R = V / I V = I X R

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Fuentes de energía

Uno de los métodos más comunes de producir electricidad es el químico: la

batería de plomo es una fuente de corriente continua que se basa en este

principio; está formada por varios elementos acumuladores o celdas que se

conectan formando una batería.

La energía eléctrica, que se encuentra almacenada en forma de energía química,

puede transformarse en energía eléctrica, proceso que tiene lugar durante la

descarga. Mediante el suministro a la batería de corriente eléctrica, tiene lugar en

su interior el proceso inverso, con lo que es posible cargarla de energía eléctrica

de nuevo.

Figura de la batería automotriz

La batería está formada por el acoplamiento en serie de varias celdas voltaicas.

Una batería de 12 voltios posee 6 celdas. El interior de las celdas contiene las

placas de plomo, positivas y negativas, que almacenarán los electrones. Cuando

la batería se halla completamente cargada cada celda se encuentra a una tensión

de 2,2 voltios, por lo que una batería de 12 voltios de tensión nominal, su tensión

real cuando está cargada alcanza los 13,2 voltios. El electrolito es una mezcla de

agua destilada y ácido sulfúrico que baña a las placas en el interior de las celdas,

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y es la sustancia encargada de producir las reacciones químicas de carga y

descarga. La densidad del electrolito varía con la carga, de modo que es posible

conocer el estado de la batería midiendo la densidad del mismo.

Características de la batería

La capacidad de una batería, es decir la cantidad de energía (amperios/ hora) que

puede almacenar en su interior, depende de la superficie de las placas o de su

número. La tensión nominal se establece por el número de celdas. Las

características que definen a una batería de automóvil son: la tensión nominal, su

capacidad y la intensidad de arranque, y generalmente estos datos vienen

indicados sobre la batería de esta forma:

12V 40 Ah 200A

·Tensión nominal: de 6 o 12 voltios. Para mayores tensiones se acoplan baterías

en serie (por ejemplo, dos de 12 V para obtener 24 V).

· La capacidad de una batería se da en amperios hora (Ah) e indica la cantidad

de amperios que puede suministrar en una hora. Por ejemplo, una batería de 40

Ah puede suministrar 40 amperios en 1 hora o 1 amperio durante 40 horas.

· La intensidad de arranque se define como la corriente máxima que puede

suministrar en un instante para accionar el motor de arranque sin que la tensión

descienda por debajo de 10,5 voltios.

Acoplamiento de baterías

Las baterías pueden conectarse entre sí de dos modos: en serie o en paralelo,

cada tipo de acoplamiento proporciona unas características eléctricas de tensión

nominal y capacidad diferentes:

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·Acoplamiento en serie: el borne positivo de una con el borne negativo de la

siguiente. La tensión nominal resultante es la suma de las tensiones de cada

batería acoplada mientras que la capacidad es la misma que la capacidad de una

de ellas.

· Acoplamiento en paralelo: se unen todos los bornes positivos y todos los

bornes negativos. La tensión nominal resultante es la misma que la tensión de una

de ellas, mientras que la capacidad resultante es la suma de las capacidades de

todas ellas.

Conexión de baterías

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El Multímetro Digital (DMM):

Es el instrumento que puede medir las diferentes magnitudes eléctricas,

tales como: corriente, el voltaje y la resistencia.

Figura del Multímetro digital

El Amperímetro:

Es el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Su

unidad de medida es el Amperio y sus Submúltiplos, el miliamperio y el micro-

amperio.

El Voltímetro:

Mide el valor de la tensión. Su unidad básica de medición es el Voltio (V)

con sus múltiplos: el Mega voltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y sub.-múltiplos como el

mili voltio (mV) y el micro voltio.

Pantalla de

cristal liquido

Botón para

guardar

memoria de

medición

Perilla de

selección

escalas

bornes

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El Óhmetro:

Es un arreglo de los circuitos del Voltímetro y del Amperímetro, pero con

una batería y una resistencia. Dicha resistencia es la que ajusta en cero el

instrumento en la escala de los Ohmios cuando se cortocircuitan los terminales.

En este caso, el voltímetro marca la caída de voltaje de la batería y si ajustamos la

resistencia variable, obtendremos el cero en la escala. Generalmente, estos

instrumentos se venden en forma de Multímetro el cual es la combinación del

amperímetro, el voltímetro y el Óhmetro juntos. Los que se venden solos son

llamados medidores de aislamiento de resistencia y poseen una escala bastante

amplia.

Resistencias

Una resistencia es un elemento pasivo que disipa energía en forma de calor

según, la ley de Joule. También establece una relación de proporcionalidad entre

la intensidad de corriente que la atraviesa y la tensión medible entre sus extremos,

relación conocida como ley de Ohm:

Resistencia de carbón

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Tabla del código de colores para las resistencias

Resistencias variables

La resistencia variable es un dispositivo que tiene un contacto móvil que se

mueve a lo largo de la superficie de una resistencia de valor total constante.

Este contacto móvil se llama cursor o flecha y divide la resistencia en dos

resistencias cuyos valores son menores y cuya suma tendrá siempre el valor de la

resistencia total.

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Las resistencias variables se dividen en dos categorías:

Potenciómetros

Los potenciómetros y los reóstatos se diferencias entre si, entre otras

cosas, por la forma en que se conectan. En el caso de los potenciómetros, éstos

se conectan en paralelo al circuito y se comporta como un divisor de voltaje.

Potenciómetro

Reóstatos

En el caso del reóstato, éste va conectado en serie con el circuito y se debe

tener cuidado de que su valor (en ohmios) y su la potencia (en Watts (vatios)) que

puede aguantar sea el adecuado para soportar la corriente I en amperios (ampere)

que va a circular por él.

Reóstato

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Circuitos eléctricos

Un circuito es la interconexión de dos o más componentes, tales como

resistencias, inductores, capacitores, fuentes, interruptores y semiconductores,

que contiene al menos una trayectoria cerrada.

Para conectar un circuito eléctrico es imprescindible la fuente, el receptor o

carga y los cables de interconexión, adicionalmente se le puede agregar un

interruptor y un fusible de protección.

Circuito eléctrico

Circuito en serie

El montaje en serie se utiliza cuando es necesario “regular” o limitar la

corriente en un circuito. Intercalando con el elemento consumidor una o varias

resistencias se consigue “frenar” el paso de la corriente ya que al producirse una

caída de tensión se reduce la que llega al elemento.

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Circuito en paralelo

El montaje en paralelo es el de uso más frecuente ya que se emplea

cuando interesa aplicar toda la tensión de la batería directamente sobre el

elemento consumidor, tal es el caso de la mayoría de circuitos de la red eléctrica

del automóvil: faros, luz de posición, intermitentes, limpiaparabrisas, etc.,

prácticamente todos los dispositivos eléctricos del automóvil se conectan en

paralelo.

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Cálculo de conductores

El cable de conexión representa el componente indispensable para el transporte

de la energía. Resulta inevitable que parte de esta energía se pierda en forma de

calor, ya que la resistencia eléctrica de un conductor nunca es nula. El material

más indicado para la fabricación de un cable conductor representa un compromiso

entre un bajo valor de resistividad y el costo del mismo. El cobre ofrece hoy día la

mejor solución.

La resistencia eléctrica de un material conductor está dada por la expresión:

R = (p. L ) / A

donde p (rho) representa el valor de resistividad lineal (W.m), L es el largo del

conductor (m), y A es el área de la sección del mismo (m2). El valor de r depende

de dos variables: el material conductor y la temperatura de trabajo que éste

alcanza.

NORMA AWG

La dependencia entre el diámetro y el área del conductor permite establecer un

método de clasificación para los cables. A determinados diámetros se les asigna

un número en una escala arbitraria, al que se conoce como el calibre del

conductor. Esta escala se la conoce como el AWG (American Wire Gauge, calibre

americano para conductores), y es utilizada dentro y fuera de los EEUU.

Los cables usados en instalaciones eléctricas tienen, salvo raras excepciones, una

cubertura exterior que provee aislación eléctrica y resistencia mecánica al

conductor. El material usado en la cubertura exterior es muy importante, pues

determina el uso del mismo.

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Cables del tipo THWN (Temperature-Humidity-Weather, temperatura, humedad,

clima) sirven para uso a alta temperatura (expuestos al sol) o en lugares con alto

nivel de humedad ambiente. El tipo THHN es similar, pero no es aconsejable en

lugares con alta humedad ambiente. Algunas versiones tienen el recubrimiento

aislante resistente a la radiación ultravioleta, retardando el deterioro de la

cubertura aislante. Generalmente, se utiliza termoplástico de Cloruro de Polivinilo

(PVC) y protegido por una cubierta termoplástico de nylon.

Tabla de cables de cobre a 75° C

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Magnetismo

El magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen

fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales

conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente

como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman

imanes. Sin embargo todos los materiales son influenciados, de mayor o menor

forma, por la presencia de un campo magnético.

Imanes permanentes

En un imán, la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos.

Estos polos se denominan norte y sur, debido a que tienden a orientarse según los

polos geográficos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural.

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El magnetismo es producido por imanes naturales o artificiales. Además de

su capacidad de atraer metales, tienen la propiedad de polaridad. Los imanes

tienen dos polos magnéticos diferentes llamados Norte o Sur. Si enfrentamos los

polos Sur de dos imanes estos se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno,

con el polo norte de otro se atraen. Otra particularidad es que si los imanes se

parten por la mitad, cada una de las partes tendrá los dos polos.

Cuando se pasa una piedra imán por un pedazo de hierro, éste adquiere a

su vez la capacidad de atraer otros pedazos de hierro.

La atracción o repulsión entre dos polos magnéticos disminuye a medida

que aumenta el cuadrado de la distancia entre ellos.

Campo magnético:

Se denomina campo magnético a la región del espacio en la que se

manifiesta la acción de un imán. Un campo magnético se representa mediante

líneas de campo. Un imán atrae pequeños trozos de limadura de hierro, níquel y

cobalto, o sustancias compuestas a partir de estos metales (ferro magnético).

Electromagnetismo

Una corriente que circula por un conductor, crea a su alrededor un campo

magnético, cuya intensidad se incrementa al aumentar la intensidad de la corriente

eléctrica y disminuye al aumentar la distancia con respecto al conductor.

Líneas de campo magnético en un conductor

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Si a este conductor lo arroyamos en forma de espiras, los campos

magnéticos se suman y aumenta su intensidad.

Si se le agrega un núcleo de hierro a ésta bobina, las líneas de fuerza

magnética se encuentran mucho más intensificadas al haberse convertido en un

electroimán.

Electroimán

Transformador

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna

de un cierto nivel de voltaje, en energía alterna de otro nivel de voltaje, por medio

de la acción de un campo magnético.

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Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas

entre sí eléctricamente por lo general arrolladas alrededor de un mismo núcleo de

material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo

magnético común que se establece en el núcleo.

Transformador Bobina de Encendido

El relé

El Relé es un interruptor operado magnéticamente, que se activa o

desactiva (dependiendo de la conexión) cuando el electroimán es energizado.

Esta operación causa que exista conexión o no, entre dos o más terminales del

dispositivo. Esta conexión se logra con la atracción o repulsión de un pequeño

brazo, llamado armadura, por el electroimán. Este pequeño brazo conecta o

desconecta los terminales antes mencionados.

Diagrama de un relé

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Si el electroimán está activo jala el brazo (armadura) y conecta los puntos C

y D. Si el electroimán se desactiva, conecta los puntos D y E. De esta manera se

puede conectar algo, cuando el electroimán está activo, y otra cosa conectada,

cuando está inactivo. Es importante saber cual es la resistencia del bobinado del

electroimán (lo que está entre los terminales A y B) que activa el relé y con cuanto

voltaje este se activa. Este voltaje y esta resistencia nos informan que magnitud

debe de tener la señal que activará el relé y cuanta corriente se debe suministrar a

éste.

Ventajas del Relé

El Relé permite el control de un dispositivo a distancia. No se necesita estar

junto al dispositivo para hacerlo funcionar.

El Relé es activado con poca corriente, sin embargo puede activar grandes

máquinas que consumen gran cantidad de corriente.

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Corriente Alterna

La corriente alterna (c.a.) no puede almacenarse en baterías, pero es mucho más

fácil y barata de producir gracias a los alternadores. La corriente alterna cambia de

polaridad cíclicamente siendo alternativamente positiva y negativa

respectivamente. La forma de onda depende del generador que la produce, pero

siempre hay una línea de cero voltios que divide a la onda en dos picos simétricos.

Las características de la corriente alterna son: la frecuencia (ciclos en un segundo)

y la tensión de pico a pico; aunque suele utilizarse el valor de tensión eficaz

(tensión RMS).

Representacion gráfica de la corriente alterna

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La corriente alterna se caracteriza por que cambian periódicamente de forma,

pueden tener diferente diseño y manifestarse de modo muy rápido o muy lento, no

obstante hay una serie de términos comunes que definen cualquier forma de onda:

Ondas: el término genérico para una señal que se repite a lo largo del tiempo es

onda (semejante a las ondas de sonido o a las de radio).

Ciclo: el ciclo de una onda es la porción de la onda que se repite. La forma de

onda es la representación gráfica de una señal que muestra el tiempo sobre el eje

horizontal y la tensión sobre el eje vertical.

Periodo: el periodo se define como el tiempo que tarda una onda en realizar un

ciclo completo.

Frecuencia: la frecuencia se define como el número de ciclos que tienen lugar en

un tiempo dado, generalmente en un segundo. La unidad de frecuencia es el hertz

(Hz). Un hertz (Hz) equivale a un ciclo en un segundo (1c/s). Hay una relación

entre el periodo y la frecuencia, ya que la frecuencia (f) es inversa al tiempo que

tarda un ciclo, es decir el periodo (p).

Amplitud: la amplitud de una señal se define como el valor de tensión instantáneo

o el valor de pico a pico. Es decir, la “altura” o distancia que tenga la forma de

onda con respecto a la línea de cero voltios o bien entre pico positivo y negativo si

la onda es de corriente alterna.

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Principios Básicos Materiales Semiconductores

Los Semiconductores, son elementos, como el germanio y el silicio, que a bajas

temperaturas son aislantes. Pero a medida que se eleva la temperatura o bien por

la adicción de determinadas impurezas resulta posible su conducción. Su

importancia en electrónica es inmensa en la fabricación de transistores, circuitos

integrados, etc...

Los semiconductores tienen valencia 4, esto es 4 electrones en órbita exterior ó de

valencia.

Semiconductores Extrínsecos

Son semiconductores que se han sometido a un proceso de dosificación o

dopado, para variar su conductividad, este proceso dona o recibe electrones de

los materiales. Existen dos tipos de materiales extrínsecos:

Semiconductor tipo n

Es el material que ha sido dopado con impurezas donadoras, las cuales aumentan

la cantidad de electrones del material, obteniendo como resultado un material con

exceso de electrones.

Semiconductor tipo p

En este caso, el material semiconductor es dopado con impurezas receptoras,

“quitando” electrones del material y dejando huecos en sus átomos, este material

se define con carencia de electrones, y por tanto positivo.

Diodos rectificadores

Hasta el momento, los materiales descritos anteriormente no tienen mayor función

a la de comportarse como una resistencia a temperatura ambiente, pero, cuando

juntamos estos materiales, obtenemos lo que denominamos como Juntura PN o

Diodo Rectificador

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El diodo semiconductor es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede

encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico.

Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.

Símbolo del diodo (A - ánodo, K - cátodo)

Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados

por una juntura llamada barrera o unión.

Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios

aproximadamente en el diodo de silicio.

Polarización directa

Es cuando la corriente que circula por el diodo sigue la ruta de la

flecha (la del diodo), o sea del ánodo al cátodo.

En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose

prácticamente como un corto circuito.

Polarización inversa

Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido

opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del cátodo al ánodo.

En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como

un circuito abierto.

Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal, esto quiere

decir que el diodo se toma como un elemento perfecto (como se hace en casi

todos los casos), tanto en polarización directa como en polarización inversa.

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Curva característica del diodo

Curva característica del diodo

Como probar un diodo

Determinar si un diodo está en buen estado o no es muy importante en el trabajo

de un técnico en electrónica, pues esto le permitirá poner a funcionar

correctamente un circuito electrónico.

Hoy en día existen multímetros digitales que permiten probar con mucha facilidad

un diodo, pues ya vienen con esta opción listos de fábrica.

Para probar el diodo, se selecciona la opción de diodos en el Multímetro, luego,

una vez identificadas las patillas del diodo, se coloca la punta roja en el ánodo y la

punta negra en el cátodo, la lectura que aparecerá en la pantalla del Multímetro es

la tensión umbral del diodo. Es importante mencionar que los únicos dos fallos que

puede tener un diodo son: corto circuito o circuito abierto.

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Aplicaciones del diodo

Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de las más comunes es el

proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C.). En

este caso se utiliza el diodo como rectificador

Proceso de rectificación

La corriente y voltaje que las compañías distribuyen a nuestras casas, comercios u

otros es corriente alterna. Para que los artefactos electrónicos que allí tenemos

puedan funcionar adecuadamente, la corriente alterna debe de convertirse en

corriente continua. Para realizar esta operación se utilizan diodos semiconductores

que conforman circuitos rectificadores.

Polarización del diodo en sentido directo

Durante el semiciclo positivo el diodo queda polarizado en directo, permitiendo el

paso de la corriente a través de él. Teóricamente se comporta como un corto

circuito

Rectificador de media onda

Polarización del diodo en sentido inverso

Durante el semiciclo negativo, la corriente entregada por el transformador querrá

circular en sentido opuesto a la flecha del diodo. Si el diodo es considerado ideal

entonces este actúa como un circuito abierto y no habrá flujo de corriente.

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La forma de onda de salida de un rectificador de 1/2 onda será como se muestra

en la siguiente figura.

Señal de salida del rectificador media onda

Puente o cuadro rectificador

Consiste en cuatro diodos comunes, que convierten una señal con partes positivas

y negativas en una señal únicamente positiva. Un simple diodo permitiría quedarse

con la parte positiva, pero el puente permite aprovechar también la parte negativa.

El puente permite convertir la corriente alterna en continua. El papel de los cuatro

diodos es hacer que la electricidad vaya en un solo sentido.

Circuito del cuadro rectificador

Los diodos D1 y D3 son polarizados en directo en el semiciclo positivo, los diodos

D2 y D4 son polarizados en sentido inverso. La corriente atraviesa la resistencia

de carga RL.

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En el semiciclo negativo, la polaridad es el inverso al caso anterior y los diodos D1

y D3 son polarizados en sentido inverso y D2 y D4 en sentido directo. La corriente

como en el caso anterior también pasa por la carga RL. En el mismo sentido que

en el semiciclo positivo.

La salida tiene la forma de una onda rectificada completa.

Señal de salida del cuadro rectificador

El diodo zener

El diodo zener se puede utilizar para regular una fuente de voltaje. Este

semiconductor se fabrica en una amplia variedad de voltajes y potencias. Estos

van desde menos de 2 voltios hasta varios cientos de voltios, y la potencia que

pueden disipar va desde 0.25 watts hasta 50 watts o más. La potencia que disipa

un diodo zener es simplemente la multiplicación del voltaje para el que fue

fabricado por la corriente que circula por él. Pz = Vz x Iz

Esto significa que la máxima corriente que puede atravesar un diodo zener es:

Iz = Pz/Vz.

Donde:

- Iz = Corriente que pasa por el diodo Zener

- Pz = Potencia del diodo zener (dato del fabricante)

- Vz = Voltaje del diodo zener (dato del fabricante)

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Ejemplo: La corriente máxima que un diodo zener de 10 Voltios y 50 Watts, podrá

aguantar será: Iz = Pz/Vz = 50/10 = 5 Amperios

Circuito con diodo zener

El regulador de voltaje LM317

El LM317 es un regulador de tensión positivo con sólo 3 terminales y con un rango

de tensiones de salida desde los 1.25 hasta 37 voltios. Las patillas son: Entrada

(IN), Salida (OUT), Ajuste (ADJ). Para lograr esta variación de tensión sólo se

necesita de 2 resistencias externas (una de ellas es una resistencia variable).

Entre sus principales características se encuentra la limitación de corriente y la

protección térmica contra sobrecargas.

Regulador de voltaje de 1.25V a 30V

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Diodo emisor de Luz (LED)

El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que

al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz. Existen diodos LED de varios

colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color

rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre otros. Eléctricamente el diodo LED se

comporta igual que un diodo de silicio o germanio.

Símbolo del LED

Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una buena

intensidad luminosa y evitar que este se pueda dañar. El LED tiene un voltaje de

operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y la gama de corrientes

que debe circular por él está entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de

color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs.

Los LED tienen enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como

su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida

aproximada de 100,000 horas. El diodo LED debe ser protegido. Una pequeña

cantidad de corriente en sentido inverso no lo dañará, pero si hay picos

inesperados puede dañarse.

El fotodiodo

El fotodiodo se parece mucho a un diodo semiconductor común, pero tiene una

característica que lo hace muy especial: es un dispositivo que conduce una

cantidad de corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz que lo incide.

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Sentido de la corriente generada

Esta corriente eléctrica fluye en sentido opuesto a la flecha del diodo y se llama

corriente de fuga. El fotodiodo se puede utilizar como dispositivo detector de luz,

pues convierte la luz en electricidad y esta variación de electricidad es la que se

utiliza para informar que hubo un cambio en el nivel de iluminación sobre el

fotodiodo. Si el fotodiodo quedara conectado, de manera que por él circule la

corriente en el sentido de la flecha (polarizado en sentido directo), la luz que lo

incide no tendría efecto sobre él y se comportaría como un diodo semiconductor

normal. La mayoría de los fotodiodos vienen equipados con un lente que

concentra la cantidad de luz que lo incide, de manera que su reacción a la luz sea

más evidente.

Termistores

Un termistor es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en

la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura.

El término termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor.

Existen dos tipos de termistor:

NTC (Negative Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura negativo, lo

que quiere decir que conforme aumenta la temperatura, su valor de resistencia

disminuye.

PTC (Positive Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura positivo, en

este caso, cuando la temperatura aumenta, su resistencia también aumenta.

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Transistores Bipolares (BJT)

El transistor de juntura bipolar es el más común de los transistores, y como los

diodos, puede ser de germanio o silicio.

Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la

corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de

transistor.

Símbolo de los Transistores Bipolares

Se puede decir que los transistores bipolares, Internamente, están constituidos por

dos diodos, con una conexión específica para cada tipo, esto, no quiere decir que,

si conectamos dos diodos rectificadores de ésta manera, éstos se van a comportar

como si fuera un transistor.

Diagrama interno de los BJT´s

Este tipo de interpretación es única y exclusivamente para probar y determinar la

funcionalidad de un transistor bipolar.

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El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B),

colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene

la flecha en el gráfico de transistor.

El transistor bipolar es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le

introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará

por otra (emisor), una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama

amplificación.

En otras palabras, este dispositivo controla una corriente alta entre las patillas de

colector y emisor, a partir de su activación con una corriente muy baja en la base

del transistor.

Circuito con transistor

El transistor posee tres zonas de funcionamiento:

Zona de saturación: El diodo colector está polarizado directamente y es transistor

se comporta como una pequeña resistencia. En esta zona un aumento adicionar

de la corriente de base no provoca un aumento de la corriente de colector, ésta

depende exclusivamente de la tensión entre emisor y colector. El transistor se

asemeja en su circuito emisor-colector a un interruptor cerrado.

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Zona activa: En este intervalo el transistor se comporta como una fuente de

corriente, determinada por la corriente de base. A pequeños aumentos de la

corriente de base corresponden grandes aumentos de la corriente de colector, de

forma casi independiente de la tensión entre emisor y colector. Para trabajar en

esta zona el diodo B-E ha de estar polarizado en directa, mientras que el diodo B-

C, ha de estar polarizado en inversa.

Zona de corte: El hecho de hacer nula la corriente de base, es equivalente a

mantener el circuito base emisor abierto, en estas circunstancias la corriente de

colector es prácticamente nula y por ello se puede considerar el transistor en su

circuito C-E como un interruptor abierto.

Grafica del transistor bipolar