Fundamentos de Electricidad y Electrónica: Circuitos, Componentes y Sistemas Numéricos

Electricidad y Electrónica

Carga Eléctrica y Corriente

La carga eléctrica o cantidad de electricidad (Q) que posee un cuerpo cargado es el exceso o defecto de electrones que éste presenta. La unidad de carga es el culombio (C). La corriente eléctrica es el movimiento de electrones en el interior de un conductor.

Circuitos Eléctricos

Se denomina circuito eléctrico al conjunto de elementos por los que circula la corriente eléctrica produciendo unos efectos. Está compuesto por:

• Generador: Proporciona la energía eléctrica al circuito.
• Conductor: Sirve para unir los elementos del circuito.
• Elementos de control: Permiten regular el funcionamiento del circuito (on y off).
• Receptor: Transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía.
• Elementos de protección: Protegen la instalación y a las personas de los efectos negativos de la electricidad.

Electrónica

La electrónica es el ámbito tecnológico relacionado con la producción, transmisión y proceso de señales eléctricas de baja potencia (pasivas y activas).

Componentes Electrónicos

Resistencia

Produce un valor exacto de resistencia en la rama del circuito en la que se monta (carbón, bobinada). Se identifica por una tabla de valores. Su función es distribuir la corriente en un circuito, ajustando la tensión e intensidad a las necesidades de los demás componentes. Para montar la resistencia justa, hay que calcular su valor aproximado, es decir, dimensionarla correctamente.

Potenciómetro

Es una resistencia variable (ajustable). Consta de dos componentes fijos y uno móvil, el cursor, que es lineal o giratorio. Su función de ajuste permite fijar la resistencia de una parte del circuito electrónico para su correcto funcionamiento. También llamados trimmers, cumplen la función de regulación de la potencia de un elemento.

Condensador

Es un dispositivo capaz de almacenar carga eléctrica y cederla posteriormente al circuito en forma de corriente, a tensión constante. Mide la capacidad de acumular cargas eléctricas sometidos a tensión. (Electrolítico y condensador).

Diodo

Es un componente semiconductor que consta de una unión PN (convencional y Zener). Su funcionamiento es análogo al de una válvula antirretorno hidráulica, ya que permite el paso de corriente en el sentido que va del polo positivo (mayor tensión) al negativo (menor tensión). Actúa como un interruptor que se cierra si la corriente va de + a - o se abre si lo hace en sentido contrario.

Transistor

Es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Funciona en conmutación como un interruptor electrónico sin partes mecánicas: si existe corriente de base, funciona como un interruptor cerrado entre emisor y colector, permitiendo el paso de corriente; si no existe corriente de base, funciona como un interruptor abierto, bloqueando el paso. En funcionamiento lineal, el transistor funciona como un amplificador de señal controlado por la corriente de base. La corriente entre emisor y colector es proporcional a la reducida corriente de control de la base. El factor de proporcionalidad se denomina ganancia dinámica (beta), una característica del transistor.

Sistemas Numéricos

Base Decimal (1 al 9)

Ejemplo: 723,54 = 7x10² + 2x10¹ + 3x10⁰ + ... Para pasar de decimal a binario se divide entre dos.

Base Binaria (0, 1)

Ejemplo: 11010 = 1x2⁴ + 1x2³ + ... = base decimal.

Base Hexadecimal (1 al 9 + A a F)

Ejemplo: 3A1 = 3x16² + 10x16¹ + 1x16⁰ = base decimal. Para pasar a binario se divide entre dos, y para pasar a decimal se divide entre 10.

Conexiones de Circuitos

Conexión en Serie

Los elementos se conectan uno a continuación del otro. La resistencia equivalente se obtiene por la suma de las resistencias. El valor de la intensidad es constante, y el voltaje es la suma de todos. Si se avería un receptor o se desconecta, el circuito se interrumpe.

Conexión en Paralelo

Los elementos están conectados a los bornes positivo y negativo del generador. La resistencia equivalente es 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... El voltaje es constante en todos los elementos, y la intensidad total es la suma de las intensidades de cada rama. Si se corta o interrumpe un receptor, los demás siguen funcionando.

Unión P-N y Polarización

¿Qué ocurre al conectar una pareja de cristal P y N a una batería? Se pueden dar dos casos: conectar el cristal P al polo positivo y el N al negativo, o viceversa.

Polarización Directa

El polo negativo se conecta al cristal N y el positivo al cristal P. La batería actúa como bomba de electrones, empujándolos a ocupar nuevos huecos en el cristal P. Los huecos se desplazan hacia la zona N. Este proceso se intensifica al elevar la fuerza electromotriz. Al polarizar la unión PN en sentido directo, se reduce la barrera de potencial y las cargas la atraviesan, produciendo corriente eléctrica.

Polarización Inversa

El polo positivo se conecta al cristal N y el negativo al P. Los electrones del cristal N son atraídos por el polo positivo y los huecos por el negativo. Ambos se alejan de la unión, que no pueden atravesar. La barrera de potencial aumenta y el material no conduce, bloqueando la corriente. En resumen, la polarización directa reduce la barrera de potencial y permite el paso de corriente, mientras que la inversa la incrementa y bloquea la corriente.

Código de Colores de Resistencias

El primer color indica la primera cifra (ohmios), el segundo la segunda cifra, el tercero el exponente de la potencia de diez y el cuarto la tolerancia (en %). Para calcular el rango de valores, se multiplica el porcentaje de tolerancia por el valor nominal y se suma o resta al valor nominal.