auxiliar de montajes electronicos

José Miguel Castillo Castillo

Versión 1.00.08-2013

Auxiliar de Montajes Electrónicos

José Miguel Castillo Castillo Auxiliar de Montajes Electrónicos

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INTRODUCCIÓN

Este documento, Auxiliar de Montajes Electrónicos, es sin lugar a duda la base para el aprendizaje y formación del alumnado en los principios y conocimientos de la electrónica. Aquí se parte desde lo más básico, desde aprender a utilizar operaciones aritméticas básicas, magnitudes, medidas, herramientas, hasta ver los componentes electrónicos, su conexión y tratamiento, simbología y esquemas eléctricos.

El Auxiliar de Montajes Electrónicos es típicamente un ayudante técnico que está capacitado para desempeñar tareas de apoyo en el montaje de equipos electrónicos. Para ello, ordena y prepara los materiales y herramientas necesarios para su montaje, así como llevar a cabo la conexión y soldadura de componentes, circuitos y PCI de equipos electrónicos. El documento se divide en dos módulos: el módulo 1 está relacionado con los componentes, materiales y herramientas más usuales de la especialidad y, en el módulo 2, con el montaje y conexionado de circuitos electrónicos. Ordenadamente, se presenta en 13 unidades, de las cuales, nos van introduciendo en los diversos temas específicos relacionados con la especialidad. Al final del documento se podrá realizar un test de autoevaluación y preguntas a desarrollar que servirá para medir el proceso de aprendizaje y a la vez servirá para recordar ideas relevantes.

Es importante destacar las tres primeras unidades, que se han incluido, como base a los conocimientos previos necesarios para el entendimiento de las demás unidades, cuyo contenidos están relacionados con operaciones aritméticas, medidas y magnitudes, metrología, líneas y circunferencia, etc. Se pretende que el Auxiliar de Montajes Electrónicos, después de su formación, esté capacitado para utilizar con habilidad y destreza, el manejo y utilización de herramientas, materiales y componentes, equipos de medidas, esquemas

electrónicos sencillos, así como también, aplicando medidas de seguridad, limpieza y organización en el trabajo.


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OBJETIVO GENERAL

Preparar y organizar los materiales y herramientas, así como de los complementos y accesorios necesarios para el montaje de circuitos y equipos electrónicos. Realizando la conexión de componentes a nivel básico, siguiendo las instrucciones indicadas en los documentos técnicos, en condiciones de calidad y seguridad idóneas.


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CONTENIDOS FORMATIVO POR MÓDULOS

MÓDULO I. PREPARACIÓN DEL MATERIAL Y HERRAMIENTAS.

Unidad 1. Operaciones aritméticas básicas. Unidad 2. Circunferencia y líneas geométricas. Unidad 3. Sistema Métrico Decimal. Unidad 4. Fundamentos de la Electrónica. Unidad 5. Herramientas utilizadas en montajes electrónicos. Unidad 6. Hilos y cables.

Unidad 7. Componentes electrónicos.

MÓDULO II. MONTAJE Y CONEXIÓN DE CIRCUITOS ELÉCTRÓNICOS.

Unidad 8. Tratamiento de los componentes. Unidad 9. Simbología y esquema eléctrico. Unidad 10. Medidas y aparatos de medición. Unidad 11. La soldadura. Técnicas y práctica. Unidad 12. Métodos para desoldar. Unidad 13. Montaje de circuitos electrónicos.


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MÓDULO I.

PREPARACIÓN DEL MATERIAL Y HERRAMIENTAS.


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MÓDULO I. PREPARACIÓN DEL MATERIAL Y HERRAMIENTAS.

OBJETIVOS DEL MÓDULO

Aplicar los conocimientos técnicos apropiados para realizar la preparación de materiales y herramientas empleadas más usualmente en un montaje electrónico.

ÍNDICE DE CONTENIDO DEL MÓDULO

Unidad 1. Operaciones aritméticas básicas. Unidad 2. Circunferencia y líneas geométricas. Unidad 3. Sistema Métrico Decimal.

Unidad 4. Fundamentos de la Electrónica.

Unidad 5. Herramientas utilizadas en montajes electrónicos. Unidad 6. Hilos y cables. Unidad 7. Componentes electrónicos.


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MODULO I. PREPARACIÓN DE MATERIAL Y HERRAMIENTAS.

Unidad 1.

Operaciones aritméticas básicas.


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Unidad 1. Operaciones aritméticas básicas.

Índice de contenido

1. INTRODUCCIÓN 2. PROPIEDADES DE LAS OPERACIONES ARITMÉTICAS CON ENTERO.

2.1. Suma 2.2. Resta 2.3. Multiplicación

2.4. División 2.5. Valor Absoluto

3. OPERACIONES ARITMÉTICAS CON QUEBRADOS. 3.1. Quebrados 3.2. Suma de quebrados de igual denominador 3.3. Suma de quebrados de diferente denominador 3.4. Resta de quebrados de igual denominador

3.5. Resta de quebrados de diferentes denominador 3.6. Multiplicación de quebrados. 3.7. División de quebrados.

4. NÚMEROS INVERSOS 5. POTENCIA DE UN NÚMERO 6. EJERCICIOS


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1. INTRODUCCIÓN

Comenzamos en esta unidad por recordar algunas operaciones aritméticas básicas

que se suelen utilizar en el cálculo de problemas relacionados con los circuitos electrónicos. En electrónica se manejan frecuentemente operaciones aritméticas para cálculos de la tensión, intensidad, potencia, tolerancias, resistencias, etc. Para ello, es necesario manejar algunas operaciones básicas que nos permita operar y resolver el valor de dichas operaciones, aplicando los números enteros con signos, potencia de un número, fracciones con suma, resta, multiplicación o división, etc.

2. PROPIEDADES DE LAS OPERACIONES ARITMETICAS CON ENTEROS

2.1. Suma

2.1.1. PRIMER OPERANDO POSITIVO.

Segundo positivo: (+a) + (+b) = a + b

Ejemplo: [2 + 3 = 5]

Segundo negativo: (+a) + (-b) = a – b Ejemplo: [2 + (-3) = 2 - 3= -1]

2.1.2. PRIMER OPERANDO NEGATIVO.

Segundo positivo: (-a) + (+b) = -a + b Ejemplo: [(-2) + 3 = -2 + 3 = 1]

Segundo negativo: (-a) + (-b) = -a – b Ejemplo: [(-2) + (-3) = -2 – 3 = -5]

2.2. Resta

Antes de comenzar, debes tener claro lo siguiente: en la resta de números enteros, el primer operando no se ve afectado en nada, sólo el segundo operando se ve afectado por el operador (la resta). Además, debes tener claro que una cosa es el operador resta y otra cosa es el signo negativo del número. Analicemos las operaciones más detalladamente.

2.2.1. PRIMER OPERANDO POSITIVO.

Segundo positivo: (+a) - (+b) = a - b Ejemplo: [2 - 3 = -1]

Segundo negativo: (+a) - (-b) = a + b

Ejemplo: [2 + 3 = 5]

2.2.2. PRIMER OPERANDO NEGATIVO.

Segundo positivo: (-a) - (+b) = -a - b Ejemplo: [(-2) - 3 = -5]

Segundo negativo: (-a) - (-b) = -a + b

Ejemplo: [-2 + 3 = 1]


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2.3. Multiplicación

2.3.1. PRIMER OPERANDO POSITIVO

Segundo positivo: (+a) · (+b) = +(a · b) Ejemplo: 2 · 3 = 6 Segundo negativo: (+a) · (-b) = -(a · b) Ejemplo: 2 · (-3) = - (2 · 3) = -6

2.3.2. PRIMER OPERANDO NEGATIVO

Segundo positivo: (-a) · (+b) = - (a · b) Ejemplo: (-2) · 3 = - (2 · 3) = -6 Segundo negativo: (-a) · (-b) = + (a · b) Ejemplo: (-2) · (-3) = 2 · 3 = 6

2.4. División

2.4.1. PRIMER OPERANDO POSITIVO

Segundo positivo: (+a) / (+b) = + (a / b) Ejemplo: 4/2 = 2

Segundo negativo: (+a) / (-b) = - (a / b) Ejemplo: 4 / (-2) = - (4/2) = -2

2.4.2. PRIMER OPERANDO NEGATIVO

Segundo positivo: (-a) / (+b) = -(a / b) Ejemplo: (-4) / 2 = -(4 / 2) = -2

Segundo negativo: (-a) / (-b) = +(a / b) Ejemplo: (-4) / (-2) = 4 / 2 = 2

Nota: Observa que la multiplicación y la división se comportan igual, lo único que cambia es el operador, es decir, el resultado del signo es el mismo.

2.5. Valor absoluto

Se define valor absoluto de un número entero como el valor del número sin el signo. Debes recordar que todo número entero tiene signo, por ejemplo, cuando hablamos de 2+3 en el contexto de los números enteros, en realidad deberíamos escribir (+2)+(+3), lo que ocurre es que omitimos el signo en caso de que el número sea positivo por simple comodidad.

|+a| = a Ejemplo: |+2| = 2 (valor absoluto de +2 = 2) |-a| = a Ejemplo: |-2| = 2 (valor absoluto de -2 = 2)


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3. OPERACIONES ARITMETICAS CON QUEBRADOS

3.1. Quebrados

Llamamos números quebrados a la forma de indicar cuando son números enteros en una parte decimal.

7 Numerador

5 Denominador

Al número entero situado en la parte superior se le denomina numerador y el número situado en la parte inferior se le denomina denominador. El denominador indica la parte en la que se divide la unidad. El numerador indica la parte en la que se toma.

3.2. Suma de quebrados de igual denominador

Se suma los numeradores y se deja el mismo denominador:

7 + 18 + 3 + 8 = 7+18+3+8 = 36 = 6 6 6 6 6 6 6

3.3. Suma de quebrados de diferentes denominador

Primeramente se reduce a común denominador multiplicándolo por todos los denominadores, el valor obtenido se va dividiendo por cada uno de los denominadores de las fracciones y se multiplica por su numerador y así sucesivamente con las demás fracciones, finalmente se suma todos los numeradores y se deja el mismo denominador común:

2 + 4 + 3 = 20 + 24 + 45 = 89 3 5 2 30 30

3.4. Resta de quebrados de igual denominador

Para restar quebrados de igual numerador se hace igual que la suma pero restando los numeradores.

9 _ 7 _ 3 = 9-7-3 = 9-10 = _ 1 2 2 2 2 2 2


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3.5. Resta de quebrados con distintos denominadores

La resta de quebrados con diferentes denominadores se realizan igual forma que en la suma, pero restando:

9 _ 7 _ 3 = 54 – 70 – 45 = - 61 5 3 2 30 30

3.6. Multiplicación de quebrados

Para multiplicar quebrados se multiplican todos los numeradores y por otro lado todos los denominadores:

3 x 2 = 3x2 = 6 2 5 2x5 10

3.7. División de quebrados

Para dividir quebrados se multiplican en cruz, es decir, el numerador

de uno por el denominador del otro y así sucesivamente:

3 : 2 = 3 x 5 = 15 2 5 2 x 2 4

4. NUMEROS INVERSOS

Cualquier número se puede representar por quebrado = 19 = 19 1 El número inverso se forma dando la vuelta a su expresión como quebrado:

9 Inverso 1

1 9 2 Inverso 5 5 2

5. POTENCIA DE UN NUMERO

Es la forma de expresar un número que se multiplica varias veces por si mismo.

4 Exponente 2x2x2x2 = 2 Base


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6. EJERCICIOS

1. Hallar el valor de: -1 + 5 + 3 -9 = ___________ 2. Hallar el valor de: (-2) + (-3) = _____________ 3. Hallar el valor de: -4 (3 – 4 ) + (-3) = ________ 4. Hallar el valor de: 2 (5 – 2) (8 - 6) = _________ 5. Hallar el valor de: - 4/2 + 8/2 = _____________ 6. Hallar el valor de: 6/3 – 2 (4 -1) = ___________ 7. Hallar el valor de: (-4)/2 + (10 – 15) = ________ 8. Hallar el valor de: 7 (-4) + (-18) / 2 = ________

9. Hallar el valor de: (-23 + 3) / (- 10 + 5) = _____ 10. Hallar el valor de: (-4) (3+ (-6) + 6 /3 = ______ 11. Hallar el valor de la siguiente expresión algebraica:

7/4 + 5/4 + 8/4 =

12. Calcular el valor de R: 12 – (-36) / R = R / 3

13. Hallar el valor de V: -25 = 2V -5

14. Hallar el valor de N: N + 1 = 5 - N


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Unidad 2.

Circunferencia y líneas geométricas.


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Unidad 2. Circunferencia y líneas geométricas.


1. INTRODUCCIÓN 2. LA CIRCUNFERENCIA

2.1. Superficie circular o circulo 2.2. El Radio 2.3. El Diámetro

3. DESCRIPCIÓN DE GEOMETRÍA 3.1. Puntos Geométricos

3.2. Línea 3.2.1. CLASES DE LÍNEAS 3.2.2. LÍNEAS PARALELAS 3.2.3. LÍNEAS HORIZONTALES Y VERTICALES 3.2.4. LÍNEAS PERPENDICULARES

3.3. Angulo 3.3.1. ANGULO RECTO 3.3.2. ANGULO AGUDO 3.3.3. ANGULO OBTUSO

3.4. Vértice 3.5. Paralelogramo

4. EJERCICIOS


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1. INTRODUCCIÓN

En electrónica, los planos o esquemas eléctricos y simbología se representan

mediantes figuras lineales, circunferencias y geométricas, donde se muestra en papel y a simple vista la información completa de un circuito eléctrico: sus componentes, conexiones y referencias. Tener unas pequeñas nociones básicas y entendimiento sobre estos elementos: líneas perpendiculares o paralelas, figuras de paralelogramos, circunferencias, triángulos, etc., ayuda a entender un poco mejor su utilización en electrónica.

2. LA CIRCUNFERENCIA

Se entiende por circunferencia el canto o borde de un objeto redondo.

2.1. Superficie Circular o Círculo

Se llama superficie circular a la superficie interior de la circunferencia.

Para calcular la superficie del circulo se multiplica (3,1416) por el radio al cuadrado; S= 3,1416 x R².

La superficie se mide en unidades cuadradas. Si el radio es en milímetros, se medirá en mm², si el radio es centímetros será en cm², si es en metros será en m².

Circunferencia

Superficie interior


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2.2. El radio

Es la línea que une cualquier punto de la circunferencia con el centro de la misma. A las varillas que van desde la llanta de la rueda al centro de la misma decimos que es un radio. Todos los radios tienen la misma longitud.

2.3. El Diámetro

Es la línea que divide la circunferencia en dos partes iguales.

La longitud del diámetro es igual a 2 x radio; D = 2R ; D = Longitud del diámetro.

Para hallar la longitud de la circunferencia se multiplica la longitud

del diámetro por ( ) 3,14 L= D x 3,14 ; L= 2 x x R ; L = Longitud de la circunferencia

Nota: El diámetro de la circunferencia de un conductor coincide con el grueso del mismo.

3. DESCRIPCIÓN DE GEOMETRÍA

Es la ciencia que estudia las formas y dimensiones de los cuerpos.

3.1. Puntos geométricos

Se definen como el lugar de intercesión de dos líneas.

Diámetro

Punto geométrico, no tiene dimensiones

Radio Radio = Diámetro 2 Diámetro = 2 x Radio


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3.2. Línea

Las líneas se consideran como una sucesión de puntos.

Cuando la sucesión es en una sola dirección se dice que la línea es recta.

3.2.1. CLASES DE LÍNEAS

Rectas, curvas, onduladas, espiral, quebradas, mixtas, etc.

3.2.2. LÍNEAS PARALELAS

Son líneas paralelas aquellas que por mucho que se prolonguen nunca llegan a unirse.

3.2.3. LÍNEAS HORIZONTALES Y VERTICALES

Según su posición las líneas rectas pueden ser Horizontales y Verticales.

A la posición intermedia entre Horizontal y Vertical seria una inclinada.

Línea Vertical

Línea Horizontal

Inclinada

Línea


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3.2.4. LÍNEAS PERPENDICULARES

Dos líneas rectas son perpendiculares cuando una de ella corta a la otra, sin inclinación ni a un lado ni al otro.

3.3. Ángulo

Se define el ángulo como la apertura de dos rectas que se cortan.

3.3.1. ÁNGULO RECTO

Es aquel cuyo grado se cortan perpendicularmente.

La abertura de los ángulos se mide en grado. Un ángulo recto tiene 90º.

B

A

B

A

A

B


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3.3.2. ÁNGULO AGUDO

Es aquel cuya abertura es menor de 90º.

3.3.3. ÁNGULO OBTUSO

Es aquel cuya abertura es mayor de 90º.

3.4. Vértice

Se llama vértice de un ángulo el punto donde se cortan las líneas o lados

que lo determinan.

A

B

A

B

Vértice

B

A


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A la línea recta que pasando por el vértice divide al ángulo en dos partes iguales se llama Bisectriz del ángulo.

3.5. Paralelogramo

Son paralelogramo aquellos compuestos por cuatro lados y que son paralelos entre si dos a dos.

4. EJERCICIOS

1. Hallar el valor de la superficie de una circunferencia cuyo diámetro equivale a

100 mm. 2. Busca por internet el significado de ortogonal y a que elemento se asemeja. 3. Localiza por internet lo que se entiende por situación espacial. 4. Dibuja el punto geométrico donde se cruzan dos líneas de 5 cm. 5. Cuanto ángulos tiene un triangulo y dibújalo. 6. Cuantos lados tiene un hexágono y dibújalo. 7. Dibuja 4 rectángulos de 10x5 mm y colócalos en paralelos. 8. Con un transportador de ángulo dibuja un ángulo de 48º.

A

B

Bisectriz


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Unidad 3.

Sistema Métrico Decimal.


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Unidad 3. Sistema Métrico Decimal.


1. INTRODUCCIÓN 2. MEDIDA Y MAGNITUD

2.1. Unidades de longitud 2.2. Unidades de Superficie 2.3. Unidades de Volumen 2.4. Unidades de Masa 2.5. Unidades de Capacidad

3. FACTOR DE CONVERSIÓN 3.1. Factor de conversión simple 3.2. Factor de conversión doble

4. LA METROLOGÍA 4.1. La calidad en la metrología

5. CONCEPTOS FUNDAMENTALES SOBRE RESOLUCIÓN, SENSIBILIDAD, EXACTITUD...

6. EJERCICIOS


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1. INTRODUCCIÓN

En electrónica se utilizan mucho los términos de medidas, magnitudes y unidades eléctricas. Para entender estos conceptos un poco mejor, vamos a partir de la base conociendo el Sistema métrico decimal, que no es más que un sistema de unidades basado en el metro, en el cual los múltiplos y submúltiplos de una unidad de medida están relacionadas entre sí por múltiplos o submúltiplos de 10. Fue implantado por la 1ª Conferencia General de Pesos y Medidas (París 1889), con el que se pretendía buscar un sistema único para todo el mundo para facilitar el intercambio, ya que hasta entonces cada país, e incluso cada región, tenía su propio sistema, a menudo con las mismas denominaciones para las magnitudes, pero con

distinto valor. Como unidad de medida de longitud se adoptó el metro, definido como la

diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre, y cuyo patrón se reprodujo en una barra de platino iridiado. El original se depositó en París y se hizo una copia para cada uno de los veinte países firmantes del acuerdo.

Como medida de capacidad se adoptó el litro, equivalente al decímetro cúbico.

Como medida de masa se adoptó el Kilogramo, masa de un litro de agua pura.

Además se adoptaron múltiplos: deca(10), hecto(100), kilo (1000) y miria (10000) y submúltiplos: deci (0,1), centi (0,01) y mili (0,001). Actualmente se ha sustituido por el Sistema Internacional de Unidades (SI) al que se han adherido muchos de los países que no adoptaron el Sistema Métrico Decimal.

2. MEDIDA Y MAGNITUD.

El gran físico ingles Kelvin consideraba que solamente puede aceptarse como

satisfactorio nuestro conocimiento si somos capaces de expresarlo mediante números. Aún cuando la afirmación de Kelvin tomada al pie de la letra supondría la descalificación de valiosas formas de conocimiento. La operación que permite expresar una propiedad o atributo físico en forma numérica es precisamente la medida. Medir es comparar una cantidad con otra del mismo tipo, llamada unidad, para

averiguar cuántas veces la contiene. La noción de magnitud está inevitablemente relacionada con la medida. Se denominan magnitudes a ciertas propiedades o aspectos observables de un sistema físico que pueden ser expresados en forma numérica. En otros términos, las magnitudes son propiedades o atributos que se pueden medir.

Las magnitudes son propiedades que se pueden medir. Las unidades, que

son cantidades de referencia a efectos de comparación, forman parte de los resultados de las medidas.


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La longitud, la masa, el volumen, la fuerza, la velocidad, la cantidad de sustancias… son ejemplos de magnitudes físicas. La belleza, sin embargo, no es una magnitud, entre otras razonas porque no es posible elaborar una escala y mucho menos un aparato que permita determinar cuántas veces una persona o un objeto es más bello que otro. La sinceridad o la amabilidad tampoco lo son. Se trata de aspectos

cualitativos porque indican cualidad y no cantidad. En el lenguaje de la física la noción de cantidad se refiere al valor que toma una magnitud dada en un cuerpo o sistema concreto: la longitud de esta mesa, la masa de aquella moneda, el volumen de ese lapicero, son ejemplos de cantidades. Una cantidad de referencia se denomina unidad y el sistema físico que encarna la cantidad considerada como una unidad se denomina patrón.

Entre las distintas propiedades medibles puede establecerse una clasificación básica. Un grupo importante de ellas quedan perfectamente determinadas cuando se expresa su cantidad mediante un número seguido de la unidad correspondiente. Este tipo de magnitudes reciben el nombre de magnitudes escalares. La longitud, el volumen, la masa, la temperatura, la energía, son solo algunos ejemplos. Sin embargo, existen otras que precisan para su total que se especifique, además

de los elementos anteriores, una dirección o una recta de acción y un sentido: son las llamadas magnitudes vectoriales o dirigidas. La fuerza es un ejemplo claro de magnitud vectorial, pues sus efectos al actuar sobre un cuerpo dependerán no sólo de su cantidad, sino también de la línea a lo largo de la cual se ejerza su acción.

A continuación se describe una tabla con las magnitudes y unidades más

fundamentales.

MAGNITUDES UNIDAD

LONGITUD METRO

SUPERFICIE METRO²

VOLUMEN METRO³

MASA GRAMO

TIEMPO SEGUNDO

CAPACIDAD LITRO

RECUERDA

Magnitud: Propiedades o atributos que se pueden medir.

Medir: Comparar una cantidad con otra del mismo tipo.


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2.1. Unidades de Longitud

La longitud es la magnitud que determina las dimensiones de los cuerpos. La unidad principal de longitud en el sistema métrico decimal es el metro (m).

Unidades de longitud

Múltiplos

Miriámetro mam 10.000 m

Kilómetro km 1.000 m

Hectómetro hm 100 m

Decámetro dam 10 m

Unidad principal

Metro m 1 m

Submúltiplos

Decímetro dm 0,1 m

Centímetro cm 0,01 m

Milímetro mm 0,001 m

Observa que la unidad es diez veces la inmediatamente inferior. Esto se recuerda fácilmente utilizando el ejemplo de una escalera:

Hay que elegir las unidades según las dimensiones que se vayan a medir. Así, conviene calcular la altura de un edificio en metros y la anchura de un pupitre en centímetros.

2.2. Unidades de Superficie

Con las unidades de superficie medimos la extensión de los cuerpos. La unidad principal de superficie en el sistema métrico decimal es el metro cuadrado (m²), que es la superficie de un cuadrado de un metro de lado.

Unidades de superficie

Múltiplos

Kilómetro cuadrado

km² 1000000 m²

Hectómetro cuadrado

hm² 10000 m²

Decámetro cuadrado

dam² 100 m²

Unidad

principal

Metro

cuadrado m² 1 m²

Submúltiplos

Decímetro

cuadrado dm² 0,01 m²

Centímetro cuadrado

cm² 0,00001 m²

Milímetro

cuadrado mm² 0,000001 m²

dm

m

da

m

hm

km

cm

m

m

/ 10 cada escalón que

subimos

x 10 cada escalón que

bajamos


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En este caso, cada unidad es 100 veces menor que la inmediatamente superior, puesto que para subir (bajar) un escalón, tendremos que dividir (multiplicar) por 10² = 100.

2.3. Unidades de volumen

El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo. La unidad principal del volumen en el sistema métrico decimal, es el metro cúbico (m³), que es el volumen de un cubo de un metro de lado.

Unidades de volumen

Múltiplos

Kilómetro cúbico

km³ 1000000000

m³

Hectómetro

cúbico hm³ 1000000 m³

Decámetro

cúbico dam³ 1000 m³

Unidad

principal Metro cúbico m³ 1 m³

Submúltiplos

Decímetro cúbico

dm³ 0,001 m³

Centímetro cúbico

cm³ 0,000001 m³

Milímetro cúbico

mm³ 0,000000001

m³

Fíjate que cada unidad es 1000 veces la inmediatamente inferior, ya que en cada conversión habrá que multiplicar o dividir por 10³.

La escalera de conversión quedaría:

dm²

m²

dam²

hm²

km²

cm²

mm²

/ 100 cada escalón que subimos

x 100 cada escalón que bajamos

dm³

m³

dam

³

hm³

km³

cm³

mm³


x 1000 cada escalón que

bajamos


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2.4. Unidades de masa

La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. La unidad principal de masa en el sistema decimal es el gramo (g), que es la masa de un mililitro destilada a 4ºC de temperatura y a 1 atmósfera de presión.

Unidades de masa

Múltiplos

Tonelada métrica

tm 1000000 g

Quintal

métrico qm 100000 g

Miriagramo mag 10000 g

Kilogramo kg 1000 g

Hectogramo hg 100 g

Decagramo dag 10 g

Unidad

principal Gramo g 1 g

Submúltiplos

Decigramo dg 0,1 g

Centigramo cg 0,01 g

Miligramo mg 0,001 g

También tendríamos la escalera de conversión:

2.5. Unidades de capacidad

Para medir la capacidad de una olla, vacía en ella una botella de un litro de agua tantas veces como sea necesario para llenarla. El número de litros que has vertido en el recipiente es la media de su capacidad.

Las unidades de capacidad miden el contenido de los recipientes. La unidad

principal de capacidad en el sistema métrico decimal es el litro (l), que es la capacidad de un cubo de un decímetro de arista.

dg

g

dag

hg

kg

cg

mg




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Observa que la unidad es diez veces la inmediatamente inferior. En este caso, la escalera de conversión sería:

3. FACTOR DE CONVERSIÓN.

Para realizar los cambios de unidades, utilizaremos el factor de conversión, diferenciando entre las magnitudes que tienen una dimensión, es decir, que se expresan únicamente mediantes una unidad de medida, y las de dos dimensiones, que se expresan mediante dos unidades de medida.

3.1. Factor de conversión simple:

Utilizado para realizar cambios de magnitudes de una dimensión, por ejemplo masa, capacidad, superficie, volumen, tiempo, longitud, etc. Ejemplos:

23 Km a m = 23 Km . 1000m/1 Km = 23000 m. 0,2345 hm² a m² = 0,2345 . 10000 m² / 1hm² = 2345 m².

3.2. Factor de conversión doble.

Lo utilizaremos para magnitudes de dos dimensiones, por ejemplo velocidad, caudal, densidad, etc. 120 km/h a m/s = 120 Km . 1000 m/ 3600 s = 33,3 m/s. 12 litros/Segundo a m³/hora = 12l/s – 1m³/1000 l . 3600s/1 h = 43,2

m³/h.

Unidades de capacidad

Múltiplos

Kilolitro kl 1000 l

Hectolitro hl 100 l

Decalitro dal 10 l

Unidad

principal Litro l 1 l

Submúltiplos

Decilitro dl 0,1 l

Centilitro cl 0,01 l

Mililitro ml 0,001 l

dl

l

dal

hl

kl

cl

ml




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4. LA METROLOGÍA

Conforme a las raíces de la palabra esta tiene su origen en el griego “metro” que significa medida y “logos” cuyo significado es tratado, por lo tanto podemos decir que la metrología es la encargada de tratar con las medidas, sus sistemas, unidades e instrumentos. El hombre comercial industrializa, crea tecnología y para todo esto es esencial la metrología. Podríamos decir que la metrología se clasifica por su campo de aplicación en:

La metrología oficial o legal. La metrología científica. La metrología industrial.

La primera es claramente la de mayor jerarquía y en esencia establece los estándares y coordina la relación entre los tres tipos de metrología, la segunda básicamente es el origen de todos los patrones y la que tiene mucho mas rigidez en cuanto a sus tolerancias y definiciones, actualmente esta se esta desarrollando con la tendencia a establecer los patrones con base a la estructura atómica de la materia, por ultimo la metrología de la industria, esta es la de mas amplio uso dado que se aplica a los procesos de transformación de los insumos primarios para obtener productos de consumo y o servicios para los usuarios finales, entiéndase las personas que consumimos.

4.1. La calidad en la metrología.

Una vez que entramos en el campo industrial y de servicios, debemos de mencionar algunas características importantes que relacionan la ciencia de la medición y la calidad de los productos manufacturados y/o servicios brindados. Normalmente en la manufactura de un producto existen especificaciones que hay que cumplir, pero como sabemos no todo puede ser perfecto, y existen márgenes en la consecución de este fin por lo que existen las tolerancias, en este sentido es importante entonces tomar en cuenta los siguientes aspectos:

Medio Ambiente y sus cambios. La incertidumbre de medición. Las tolerancias de seguridad para el cliente. Sistema de aseguramiento de la calidad.

5. CONCEPTOS FUNDAMENTALES SOBRE RESOLUCIÓN, SENSIBILIDAD,

EXACTITUD…

Cuando hablamos de la Resolución no nos referimos a repetir la solución, tampoco a las decisiones que se toman en los congresos, parlamentos o tribunales, aunque parecería.

Como se podrán dar cuenta una vez mas el significado de una palabra en ocasiones es muy amplio, en esta ocasión el termino se refiere a la cantidad de divisiones que tiene un rango determinado; por ejemplo podemos decir, en el periodo de tiempo que gobernó el PRI de 1930 a 2000, existe una división típica que generalmente usamos y es “años”. Por lo tanto de 1930 a 2000 hay 70 años (70 divisiones), pero, ¿cuantos meses? Para contestar a esta pregunta bastaría con calcular el numero de meses que hay en 70 años, lo cual nos da un cifra de 70 x 12 meses =840 meses, esto nos indica


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que el periodo de 1930 a 2000 podemos decir que tiene 70 años u 840 meses, ¿cuál es la diferencia? entre uno y otro. La diferencia es la “Resolución”, la cantidad de divisiones en que se dividió el rango en cuestión.

Cuando dividimos en años la cantidad fue menor que cuando dividimos en meses, se dice que cuanto mayor es la cantidad de divisiones que hacemos, mayor es la resolución que obtenemos. En términos populares decimos fineza. Otro ejemplo que podemos citar al respecto es el de una bascula en el supermercado, como se habrá podido observar alguna vez, las basculas del supermercado tienen una capacidad típica de 3 o 5 kg, con indicaciones desde 0 y

de uno en uno hasta el máximo, pero también cuentan con divisiones más pequeñas entre kg y kg, la mayoría de ellas con una indicación de 50 gramos por división, la cual seria su resolución. Generalmente la “resolución” se expresa en unidades de la variable por división de un rango definido, en el primer ejemplo la variable fue tiempo por lo tanto la resolución seria años por división o meses por división; en el segundo ejemplo, la variable fue peso por lo tanto la resolución seria gramos por división.

Como se habrán dado cuenta la “resolución” es un concepto que tiene que ver con mediciones y aparatos que miden. El termino Exactitud es muchas veces confundido con el termino “precisión” el cual es diferente. A continuación citaremos el término del glosario de “Nacional Instrumento” reconocida compañía líder a nivel mundial en instrumentación integrada a computadoras. De acuerdo con este la definición es: “la cercanía de una indicación o lectura de un dispositivo de medición, a el valor actual de la cantidad que esta siendo medida. Generalmente expresada en un porcentaje de la escala total de lectura.” La cercanía de la lectura a un valor actual ¿que significa eso? Primeramente veamos a lo que se refiere como valor actual. Dado que una variable “varia” el término valor actual se refiere al valor que tiene la variable al momento de hacer la

medición; nosotros podríamos decir que, el valor es el que estamos midiendo, lo cual es razonable pero, ¿que tan razonable? además se habla de una cercanía a la indicación; de lo anterior podemos deducir que tenemos un valor actual de la variable (valor real y verdadero) y otro valor medido, los cuales son cercanos y que la “exactitud” es una medida de esa cercanía. Por lo tanto podemos entender que la “exactitud” es que tan cerca del valor real es la medición que hicimos, lógicamente podríamos preguntarnos entonces ¿el valor

medido no es el valor real? Y la respuesta a esa pregunta es que ciertamente el valor medido no es el valor real, pero si con cierta cercanía, entre mas cercano esté la exactitud será mayor. De lo anterior podemos también concluir algo muy importante; todas las mediciones tienen un grado de incertidumbre. Otro concepto interesante del cual hablaremos más adelante. Por lo pronto pasaremos a definir otro término importante que ya mencionamos, anteriormente, la “precisión”, el cual se confunde aun en la actualidad con “exactitud”. Actualmente el termino “Precisión” ha sido oficialmente reemplazado por el termino “repetibilidad”, aunque en la practica existe una inercia que llevara algún tiempo detener. De acuerdo con el glosario de “Nacional Instrumento” el termino significa lo siguiente: “La habilidad de un transductor para reproducir lecturas de salida cuando el mismo mesurando se aplica de forma consecutiva, bajo las misma condiciones y


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en la misma dirección. Se expresa como la máxima diferencia entre las lecturas de salida.” De una manera más general el termino transductor se puede sustituir por el termino medidor, de esta manera entonces podemos observar que la “precisión” o “repetibilidad” es la acción de medir el mismo mesurando de manera repetida bajo

las mismas condiciones, lo cual es diferente la “exactitud” como se podrá dar cuenta, por lo que no existe razón para confundirla.

Cuando hablamos de incertidumbre nos podemos referir a un sin numero de posibilidades, por ejemplo la sensación que experimentan, los alumnos, cuando llega el final de semestre y esperan sus calificaciones finales, o la no tan agradable que experimentamos cuando un ser querido es sometido a una cirugía mayor y no

sabemos que va a pasar, lo que es cierto es que la “incertidumbre” contiene un alto grado de desconocimiento, de no saber, de falta de certeza es decir de verdad. En pocas palabras tiene que ver con no saber la verdad. Y en este sentido cuando se utiliza el termino en el campo de las mediciones la “incertidumbre” es el grado de alejamiento que se tiene de la realidad, más particularmente que tan lejos se esta del valor real y en este sentido es la medida complementaria de la exactitud. A mayor incertidumbre menor exactitud y viceversa, en términos estadísticos la

“incertidumbre” es una medida de dispersión en tanto que la “exactitud” es una medida de centralización. Cuando hablamos de medidas, la incertidumbre se asocia con el termino “error”, el cual sabemos que es una diferencia algebraica entre el valor medido u obtenido y el esperado o real, considérese aquí que el valor real puede ser en muchas ocasiones un valor teórico o calculado y en este sentido el valor real entonces si es posible conocerlo aunque solo sea en la teoría. Algunas Definiciones de acuerdo a la norma NMX-Z-055-1997:IMNC, Metrología-Vocabulario de términos fundamentales y generales, 17 de Enero de 1997. Magnitud. Es una variable física usada para especificar el comportamiento de la naturaleza de un sistema particular.

Medida. Es la evaluación de una magnitud hecha según su relación con otra magnitud de la misma especie adoptada como unidad ya sea de manera directa o indirecta. Patrón. Medio materializado, aparato de medición o sistema de medición destinado a definir, realizar, conservar, o reproducir una unidad de medición conocida de una magnitud, para transmitirlo por comparación a otros instrumentos.

Trazabilidad. Propiedad de una medición, física o química, o del valor de un patrón, por medio de la cual estos pueden ser relacionados a referencias establecidas por lo patrones apropiados, generalmente nacionales o internacionales, a través de una cadena ininterrumpida de comparaciones. Tolerancia. Es la cantidad total que le es permitido variar a una dimensión especificada determinada por la diferencia entre los limites inferior y superior especificados. Error. Desviación a partir del valor real de la variable medida. Una medida del error es la incertidumbre, diferencia entre los valores máximo y mínimo obtenidos en una serie de lecturas sobre una misma dimensión constante.


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6. EJERCICIOS.

1. Indica cuál es la capacidad, en litros, de un recipiente cuyo volumen es:

a) 1 m³ = b) 270 cm³ = c) 18 dam³ = d) 1 mm³ =

2. Ordena de mayor a menor estas medidas de longitud:

a) 12 m b) 0,2 hm c) 1,5 dam d) 1 Km

3. Ordena de menor a mayor estas medidas de longitud:

a) 25 cm b) 225 mm c) 2,2 dm d) 2 m

4. Ordena de mayor a menor estas medidas de masa:

a) 4500 g b) 3 Kg c) 35 hg d) 400 dag

5. Ordena de menor a mayor estas medidas de capacidad:

a) 2 l b) 500 cl c) 44 dl d) 0,04 hl

6. Calcula cuantos metros son:

a) ½ Km =

b) 2/5 de 100 mm = c) 1/3 de 75 dam = d) 3/4 de 2 hm = e) 1/8 de 100 dm = f) 2/3 de 300 cm. =

7. Realiza las siguientes operaciones aritméticas expresando el resultado en la

unidad mayor de las utilizadas:

a) 56,3 cm + 1,02 m = b) 3,4 Km + 73 dam = c) 8,9 dm + 35 mm = d) 6,1 hm – 52 dam = e) 4,2 dag – 357 dg = f) 2,2 Kg – 500 g = g) 3,9 l + 428 cl = h) 0,9 hl – 28 l =


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8. Existen muchos términos relacionados con la instrumentación además de los anteriores, se sugiere al alumno que investigue los siguientes y los discutan en la clase. Rango Sensibilidad

Histéresis Sensor Transductor Tiempo de respuesta


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Unidad 4.

Fundamentos de la Electrónica.


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Unidad 4. Fundamentos de la Electrónica.


1. INTRODUCCIÓN 2. LA TEORÍA ELECTRÓNICA 3. ELECTRICIDAD ESTÁTICA Y DINÁMICA

3.1. Electricidad estática 3.2. Electricidad dinámica

4. LA CORRIENTE ELÉCTRICA 6.1. Corriente eléctrica alterna 6.2. Corriente eléctrica continua

7. CONDUCTIVIDAD Y RESISTIVIDAD 6. EL CIRCUITO ELÉCTRICO

6.1. Conexión serie 6.2. Conexión paralelo 6.3. Conexión mixta

7. MAGNITUDES Y UNIDADES ELÉCTRICAS 7.7. Fuerza electromotriz (f.e.m.)

7.8. Diferencia de Potencial (d.d.p.) 7.9. Intensidad de corriente (I)

7.9.1. UNIDADES DE CORRIENTE ELÉCTRICA 7.10. Resistencia eléctrica (R). Ley de OHM

7.10.1. LEY DE OHM 7.10.2. ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS 7.10.3. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LA RESISTENCIA

7.11. Frecuencia (F) 7.12. Periodo (P) 7.13. Potencia eléctrica (P)

7.13.1. UNIDADES DE POTENCIA ELÉCTRICA 7.14. Energía eléctrica (E)

7.14.1. UNIDADES DE ENERGÍA ELÉCTRICA 8. EFECTO JOULE 9. RESUMEN DE MAGNITUDES Y UNIDADES

9.7. Magnitudes y unidades más comunes 9.8. Relación entre magnitudes 9.9. Múltiplos y submúltiplos

10. EJERCICIOS


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1. INTRODUCCIÓN

Se define la electrónica como la ciencia que estudia dispositivos basados en el movimiento de los electrones libres en el vacio, gases y semiconductores, cuando dichos electrones están sometidos a la acción de campos electromagnéticos. Existen dos etapas, perfectamente diferenciadas en el transcurso del desarrollo de la electrónica: 1. La primera etapa ha sido la referencia a la electrónica de vacío, considerada a

partir del descubrimiento del tubo de vacio. 2. La segunda etapa, la actual, se puede decir que es la denominada electrónica de

los semiconductores, iniciada a partir del momento en el que se descubre el semiconductor electrónico, siendo este el transistor bipolar descubierto en 1948. En la actualidad, toda la electrónica gira sobre la base del semiconductor originario.

El objetivo de esta unidad es introducir la comprensión de las magnitudes y unidades eléctricas fundamentales y en las expresiones básicas que las relacionan haciendo una revisión de algunos de los conceptos fundamentales de la electricidad. De entre las expresiones más básicas y utilizadas que se pueden encontrar en la infinidad de fórmulas dentro del mundo de la electrónica y la electricidad, es la tan conocida Ley de Ohm una de las más elementales y utilizadas, estudiándose las diferentes asociaciones más habituales que se pueden realizar con resistencias. Por último, se hace una descripción del efecto Joule y de qué forma afecta a los diferentes componentes y circuitos.

2. LA TEORÍA ELECTRÓNICA

Para poder interpretar y explicar los fenómenos eléctricos utilizamos la teoría electrónica que lo hace de una manera clara y completa. Esta teoría electrónica enuncia que las moléculas están constituidas por átomos y estos a su vez, por un núcleo subdividido internamente por protones y neutrones, entorno a dicho núcleo giran los electrones. El protón tiene carga positiva y el electrón carga negativa. En un átomo eléctricamente neutro, el número de protones es igual al número de electrones.

Estructura atómica.


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Si un átomo pierde electrones queda electrizado positivamente; si, por el contrario, los adquiere, queda electrizado negativamente. De todos es conocido el fenómeno de electrización de los cuerpos por flotamiento. El electrón es la parte más importante del átomo, ya que su facilidad para moverse a lo largo de los cuerpos va a depender que éstos sean conductores o aislantes. Por tanto, podemos decir que la unidad elemental de carga eléctrica es el electrón.

3. ELECTRICIDAD ESTÁTICA Y DINÁMICA

Hay que hacer una clasificación importante en cuanto al tipo de electricidad, dicha clasificación se realiza en función de la movilidad de los electrones de los átomos que componen la materia:

Electricidad estática Electricidad dinámica

3.1. Electricidad estática La electricidad estática es aquella que estudia la parte física que se producen entre cargas eléctricas en reposo. El efecto que produce la electricidad estática o también denominada Electrostática, es la carga por frotamiento de un cuerpo que adquiere cargas negativas, electrones, esta energía queda en reposo hasta que por medio de otro cuerpo, con distinto signo, se descargue, es decir, dos cargas del mismo signo se repelen y de signo contrario se atraen. La electricidad estática se caracteriza porque el movimiento de electrones se realiza entre dos cuerpos diferentes. El equilibrio de un cuerpo neutro puede alterarse por frotamiento o por contacto con otro cuerpo.

3.2. Electricidad dinámica Es lo que se conoce como corriente eléctrica. Este tipo de electricidad se da

como consecuencia del movimiento de los electrones entre átomos dentro de un mismo material, los átomos se encuentran prácticamente en estado inmóvil y los electrones que lo rodean se mueven con total libertad a su alrededor, lo que permite que, en determinadas condiciones, se produzca un flujo de electrones de un átomo a otro. Cuando esto sucede, se dice que una corriente eléctrica atraviesa un cuerpo.

4. LA CORRIENTE ELÉCTRICA

El conocimiento de los principios básicos de la corriente eléctrica, es fundamental para la compresión de todos los fenómenos que se producen en cualquier equipo electrónico. La corriente llega a producirse gracias a la existencia de materiales llamados conductores, generalmente metálicos. Por lo que se conoce y recibe el nombre de corriente eléctrica al desplazamiento de electrones a lo largo de un cuerpo conductor. Todos los cuerpos tienden a quedar en estado eléctricamente neutro; así, si se ponen en contacto dos cuerpos, uno cargado con exceso de electrones y otro con defecto, se establecerá entre ellos un intercambio de electrones hasta que se igualen eléctricamente.


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El flujo de electrones parte del polo que tiene más electrones hacia el que tiene menos. Se establece por convenio que la corriente eléctrica fluye del polo positivo hacia el polo negativo, aunque en realidad es todo lo contrario, lo que se llama habitualmente polo positivo (punto del que parte la corriente eléctrica) es en realidad el negativo, mientras que el polo negativo (punto de llegada), es el

positivo.

Si queremos que esa corriente que se ha formado continúe circulando durante un largo tiempo, será necesario mantener esa diferencia de potencial de alguna forma

para conseguir un desequilibrio permanente de cargas, entonces debemos emplear lo que se denomina un generador de tensión, en cualquiera de las formas conocidas: pilas, baterías, alternadores, dínamos, etc.

El generador produce una tensión o voltaje, obligando a desplazarse a los electrones a lo largo de todo el circuito exterior, formado por conductores y por todos los

demás elementos. Cualquier generador de tensión, en vacio o no conectado a ningún conductor, simplemente mantiene un desequilibrio de cargas estáticas, es decir, sin provocar movimiento de éstas, pero en el momento en que se una a cualquier circuito, necesitará emplear una determinada cantidad de energía para mantener en circulación la corriente. Esta energía en el caso de las pilas o baterías es de origen químico y en los alternadores o dínamos de origen mecánico, producida mediante un movimiento giratorio que reciben de algún motor o elemento exterior.

4.1. Corriente eléctrica alterna

La corriente eléctrica alterna es un tipo de corriente variable periódicamente, ampliamente utilizada tanto en la industria como en el hogar.


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Son los alternadores, máquinas que se encuentran en las centrales eléctricas, las encargadas de generar corriente alterna a partir del movimiento rotatorio aplicado a ellos. La frecuencia de la corriente alterna dependerá del número de revoluciones por segundo que le sea aplicado en forma de movimiento rotatorio a dicho alternador, luego, para mantener constante la frecuencia de la corriente

alterna, deberá permanecer constante el número de vueltas o revoluciones del movimiento aplicado. Como se ha comentado, una de las características propias de la corriente alterna es su frecuencia y de esta dependerá el número de veces por segundo que se alternan las cargas en cuanto a su signo. La frecuencia de la red eléctrica es de 50 Hz, es decir, 50 ciclos por segundo o alternancias por segundo, al igual, fijándose en la figura anterior, dicha corriente cambia de

valor con el tiempo, pasando de un valor máximo, medio, mínimo, cero y viceversa, pero es tan rápida la alternancia o frecuencia que el ser humano no puede apreciar estos cambios, por tanto, son imperceptibles los efectos de la frecuencia cuando, por ejemplo, se conecta una lámpara a la red eléctrica y se observa que luce continuamente.

4.2. Corriente eléctrica continua

Básicamente, la corriente eléctrica continúa, es aquélla que permanece constante e invariable a lo largo del tiempo, al contrario que en el caso de la corriente alterna. Su representación gráfica sería una recta horizontal, lo que indica que la diferencia de potencial o tensión eléctrica se mantiene constante y con igual valor a lo largo de todo el tiempo. Como se puede intuir, la frecuencia de la corriente continua es 0, puesto que no se produce alternancia o variación alguna.

A diferencia de la corriente alterna la continua tiene polaridad (+) y (–) en sus bornes. El tipo de dispositivos de los que se pueden obtener corriente continua son las pilas, acumuladores o baterías y dínamos entre los más destacados.

5. CONDUCTIVIDAD Y RESISTIVIDAD

Algunos elementos permiten el paso de la corriente eléctrica y otros elementos, por el contrario, no. Teniendo en cuenta esto, se clasificó a los materiales en conductores y aislantes, pero no todos los materiales son aislantes o conductores. Entre la conducción y el aislamiento existe una gama de elementos y compuestos que, aún no siendo buenos conductores, tampoco son aislantes, presentando éstos una mayor o menor facilidad para la conducción eléctrica. Por ejemplo, el oro es un excelente conductor de la corriente eléctrica, mientras el hierro a pesar de ser también un conductor eléctrico no es tan bueno como el oro.


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La resistividad de un material hace que éste sea más o menos conductor, siendo la resistividad una cualidad propia de cada material. Cuando se habla de resistividad, se debe hablar igualmente de conductividad, siendo ambos conceptos inversos. Con esto se puede decir que la conductividad, no es más que el poder de conducción del material.

1 Resistividad = _____________ Conductividad Tanto la resistividad como la conductividad dependen ambas de la naturaleza y dimensiones del conductor.

6. EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Cuando se enlazan mediante conductores varios elementos sobre los que desean que circule una determinada corriente, se obtiene un circuito eléctrico. Cualquier circuito necesitará, lógicamente, para su funcionamiento, estar conectado a una fuente o generador. Así pueden distinguirse por tanto, dos estados o formas en que pueden encontrarse el circuito, que son el circuito abierto y el circuito cerrado. El primer caso se tiene cuando no circula la corriente al no estar alguno de los dos bornes o terminales unidos al generador, circuito abierto, efecto que puede lograrse mediante un interruptor intercalado en el circuito y que actúa pulsándolo manualmente. El segundo corresponde al estado normal de funcionamiento, cuando el interruptor se ha accionado para permitir el paso de la corriente eléctrica, circuito cerrado. Por tanto, ambos estados se corresponderán de forma inequívoca con las dos posiciones que pueden adoptar dicho interruptor. Para que pueda establecerse un circuito eléctrico básico debe existir, como mínimo, los siguientes elementos interconectados, según se muestra en la siguiente figura.

Generador eléctrico. Puede ser una fuente de alimentación de la que se pueda obtener energía deseada en forma de caída de tensión, o una pila o acumulador eléctrico (batería). Estos elementos, de un tipo a otro, son necesarios para poder alimentar eléctricamente el circuito al que se encuentra conectado. La tensión suministrada por dicho generador debe ser acorde con las características eléctricas del resto de los elementos que componen el circuito, ya que de lo contrario se produciría el deterioro de dichos elementos.


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Conductor. Sirven para interconectar todos los elementos que componen el circuito. Por regla general, los conductores utilizados se encuentran construidos de cobre, ya que las características de este metal son aptas como para conducir la corriente eléctrica sin que por ello se produzcan excesivas pérdidas, también es un metal con buena relación calidad precio. Se encuentra fabricados en forma de hilo o en forma de cable conductor, compuesto por multitud de hilos, estando, tanto en un caso

como en otro, recubierto por un aislante o dieléctrico de tipo plástico. Esto evita que el conductor haga contacto con otros elementos o partes del circuito, además para tensiones elevadas protege frente a descargas eléctricas cuando son manipuladas, a la vez que circula por ellos electricidad. Ver la unidad 6 Hilos y cables.

Receptores. Son elementos que también forman parte del circuito eléctrico, siendo éstos los que deben realizar o proporcionar algún efecto al suministrarles energía

eléctrica. Pueden ser, por ejemplo, lámparas incandescentes, motores, relés, etc. Interruptor. Es un elemento de control de manipulación que permite interrumpir o restablecer el flujo eléctrico. Circulará corriente por el circuito cuando el interruptor se encuentre cerrado, por el contrario, no habrá circulación cuando dicho interruptor se encuentre abierto. La forma y características de estos elementos suele ser muy variada, siempre acorde al tipo de circuito en el que deban ser utilizados.

Fusible. Es un elemento de protección. Al igual que el interruptor, la forma y característica de este elemento suele variar su valor dependiendo del tipo de circuito en el que se vaya a incluir. La magnitud más importante que hay que tener en cuenta es la máxima corriente que puede dejar pasar a partir de la cual dicho fusible se fundirá e interrumpirá la circulación de flujo eléctrico.

Los elementos que componen el circuito eléctrico pueden unirse entre sí de tres formas básicas:

Conexión en serie Conexión en paralelo o en derivación Conexión mixta.

6.1. Conexión en serie

La conexión en serie se forma cuando todos los elementos se enlazan de tal manera que toda la corriente que llega del generador circula por ellos. Teniendo en cuenta que cualquiera de los elementos dispone de dos extremos o terminales para su conexión, se obtendrá este montaje uniendo uno de los terminales del primer elemento con otro del siguiente, el segundo de éste con el de siguiente y así sucesivamente, hasta que todos queden unidos; los dos terminales resultantes libres correspondientes al primero y al último elemento conexionado se unirán al generador.

Conexión serie


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En este tipo de montaje o conexión, el voltaje aplicado entre todos los elementos interconexionados, se divide, correspondiendo a cada uno una fracción que depende de su resistencia.

6.2. Conexión en paralelo

La conexión paralelo o en derivación se obtiene cuando todos los elementos reciben la misma tensión (voltaje) que corresponderá a la del generador aplicado.

Conexión paralelo

Este montaje se realiza uniendo entre sí los terminales de un extremo a un punto común y conectando de la misma forma los terminales del otro extremo. Los dos puntos de conexión así conseguidos se unen a los polos del generador. En este montaje la corriente del generador se reparte entre los diferentes elementos, circulando por cada uno una fracción que depende de su resistencia.

6.3. Conexión mixta.

El montaje mixto es una combinación de montajes serie y paralelo. Este caso siempre puede independizarse cada circuito parcial, bien sea serie o paralelo,

para poder estudiar o analizar su funcionamiento. Todo lo expuesto es de aplicación tanto a circuitos eléctricos, donde el generador de red es de 230 Voltios se encuentran conectados en paralelo, desde lámparas de alumbrado, electrodomésticos, radios, etc., como a circuitos electrónicos en que generalmente se dan las tres formas de conexión, siendo el montaje mixto el más comúnmente usado.

Conexión mixta (Serie-Paralelo)


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7. MAGNITUDES Y UNIDADES ELÉCTRICAS

En todo circuito eléctrico se ponen de manifiesto una serie de magnitudes eléctricas fundamentales, como son: fuerza electromotriz, diferencia de potencial, cantidad de electricidad, intensidad de corriente, densidad de corriente, resistencia, potencia y energía.

7.1. Fuerza electromotriz (f.e.m.)

Es la causa que origina el movimiento de los electrones en todo circuito eléctrico. El generador eléctrico proporciona la f.e.m., necesaria para mantener el movimiento de los electrones en el circuito eléctrico. Su unidad es el Voltio (V)

Así pues, para que la corriente pase por un conductor es necesario que entre sus extremos exista una diferencia de potencial, es decir, que estén a distinto nivel eléctrico, debido a la aplicación de una fuerza electromotriz (f.e.m.) Es importante recalcar que la fuerza electromotriz tiene dimensiones de diferencia de potencial (d.d.p) y se mide en voltios.

Los aparatos creadores de esa diferencia de potencia entre dos puntos se denominan generadores eléctricos. La pila, cuyo símbolo se representa en la siguiente figura, es uno de ellos. El borne positivo ó ánodo es el de mayor tamaño, y el negativo ó cátodo, el de tamaño menor.

7.2. Diferencia de Potencial (d.d.p.)

Para poder conseguir que una corriente eléctrica circule a través de un conductor es evidentemente necesaria la existencia de un factor que provoque el movimiento de electrones o cargas eléctricas y que además la mantenga. Este factor o elemento imprescindible es la diferencia de potencial. También se conoce como tensión eléctrica o voltaje. Es el desnivel eléctrico existente entre dos puntos de un circuito. Su unidad es el Voltio (V). Se mide

con un voltímetro. Se representa con la letra V. Tomemos el siguiente ejemplo: para que un objeto caiga al suelo es necesario elevarlo, es decir, es necesario que exista una diferencia de altura entre el objeto y el suelo.

Si dos depósitos con la misma cantidad de agua y unido por un tubo están a la misma altura al abrir el grifo no circula agua, ello se debe a que no hay

diferencia de nivel.


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Pero si cambiamos la altura de uno de los depósitos se produce una diferencia de nivel que permite que fluya el líquido.

En electricidad la diferencia de nivel se llama diferencia de potencial (d.d.p.).

Al decir que existe dos conductores existe una d.d.p. de 125 Voltios indicamos que entre el potencial de un conductor y el potencial del otro existe una diferencia de 125 Voltios.

Diferencias entre f.e.m. y d.d.p.

El hecho de que las dos magnitudes se midan con la misma unidad no implica que sean conceptos iguales. Pueden confundirse la fuerza electromotriz de un generador con la diferencia de potencia que es capaz de suministrar. En un generador ideal esto seria cierto. Sin embargo, los generadores presentan resistencia interna. Por tanto, la fuerza electromotriz del generador se emplea en:

Producir una diferencia de potencial entre bornes. Vencer la resistencia interna.

7.3. Intensidad eléctrica (I)

A partir del culombio o unidad de carga estática y sin movimiento se obtuvo la unidad de intensidad de corriente que es el amperio y que se define como la corriente producida en un conductor por una carga de un culombio durante el tiempo de un segundo. La intensidad de la corriente eléctrica, circulando por un conductor es otro factor que junto a la tensión, permite determinar totalmente la energía y potencia

puesta en juego por dicha corriente, así como poder conocer totalmente el comportamiento de cualquier circuito en todas sus partes.

Existe diferencia de nivel

Flujo liquido.

Se mide en

metros cúbicos

por segundos.

No existe

diferencia de

nivel y no circula liquido.

Grifo de paso


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Cuando se aplica una tensión a los extremos de un conductor, se producirá en éste un movimiento de cargas eléctricas que intentará compensar el desequilibrio generado. El número de cargas eléctricas puesta en movimiento durante un tiempo determinado es lo que se conoce por intensidad de esa corriente.

I = Intensidad Q = Cantidad de electricidad t = Tiempo A = Amperio C = Culombio s = Segundo

7.3.1. UNIDADES DE CORRIENTE

En aplicaciones de potencia, la unidad normalmente utilizada es el amperio, es decir, en todo lo relacionado con el consumo de la red eléctrica normal,

tanto sea para usos industriales (movimientos de motores, máquinas, etc.) como domésticas (iluminación, electrodomésticos, etc.). Sin embargo en electrónica, se maneja otra unidad derivada del amperio pero mil veces menor, que se denomina miliamperios, debido a que las corrientes utilizadas para la alimentación y funcionamiento de los circuitos electrónicos son muy bajas y el amperio resultaba ser una unidad demasiado grande. El miliamperio se designa con la abreviatura mA. El concepto de intensidad de corriente es igualmente aplicable tanto para corrientes continuas como para

corrientes alternas, empleándose en éste último caso el amperio para designar habitualmente la corriente eficaz.

7.4. Resistencia eléctrica (R). Ley de Ohm.

Cualquier conductor, por el que circula o pueda circular una corriente eléctrica, presenta una cierta dificultad u oposición al paso de dicha corriente. Este hecho

está motivado fundamentalmente por la cantidad de electrones que puede liberar cada materia y que son capaces de circular libremente por la misma, así como de que el resto de electrones no liberados están en constante movimiento, debido a un proceso de agitación térmica producida por la energía que reciben del ambiente en forma de calor. Las dimensiones del conductor afectan directamente a la resistencia del mismo.

A conductores más gruesos o de mayor sección corresponden resistencias más bajas. A mayores longitudes se obtendrán resistencias más altas. Entonces, la resistencia de un conductor está determinada por los tres factores: resistividad, sección y longitud

Q I = ____ t

1C 1A = ____ 1s

La intensidad eléctrica es la cantidad de electrones que circulan por un conductor en la unidad de tiempo (1s). La unidad es el amperio (A). Se mide con un amperímetro.

La resistencia eléctrica de un conductor es la dificultad que presenta un material conductor al paso de la corriente eléctrica. Se representa con la letra

R y su unidad es el ohmio y el símbolo omega .


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Esta dificultad que presenta un material al paso de la corriente eléctrica posee una resistencia específica característica que se conoce con el nombre de resistividad. Se

representa con la letra griega <rho> ( ).

Resistividad de algunos materiales conductores.

La resistencia (R) de un conductor está determinada por tres factores: resistividad, sección y longitud. Por tanto, depende directamente de su resistividad y longitud y

es inversamente proporcional a su sección. Se mide con un óhmetro. La resistencia de un conductor valdrá, por tanto:

R = Resistencia del conductor en ohmios ( ) = Resistividad ( . mm²/m) L = Longitud del conductor en metros (m) S= Sección del conductor en (mm²)

De esta formula se deduce que entre dos conductores idénticos en longitud y sección existirá una diferencia de resistencia que dependerá del material con que

estén construidos (Resistividad del material).

Ejemplo: Vamos a calcular la resistencia de un cable conductor de cobre de 100 metros de longitud y un radio de 0,5 milímetros. Utilizando el sistema métrico decimal de unidades: La longitud (L) es de 100

metros (m). La sección transversal del conductor es circular y recordando que el área del círculo es igual al producto del radio al cuadrado (R²) por la constante ∏ 3,1416 (letra griega pi). La superficie (S) será: S= ∏ x R² = 3,1416 x 0,5² = 0,785 mm² En el S. M. D. la unidad de superficie es el metro cuadrado (m²), luego la superficie expresada en esta unidad es:

S= 0,785 mm² = 0,000000785 m² La resistividad del cobre a 20 grados centígrados de temperatura es 0,0000000172 Ωm

Finalmente, operando la expresión, obtenemos la resistencia del conductor:

Material (en . mm² /m)

Plata 0,015

Cobre 0,017

Oro 0,022

Aluminio 0,027

Estaño 0,13

Mercurio 0,94

Plomo 0,207

L

R = ____

S


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R = ρ x (L/S) = 0,0000000172 . mm² /m x 100 m / 0,000000785 m² = 2,19 Ω R = 2,19 Ω

7.4.1. LEY DE OHM

El concepto de resistencia, permitió al físico Ohm desarrollar una ley básica de la electricidad que relaciona los tres factores que gobiernan todo el funcionamiento de cualquier circuito eléctrico o electrónico, la intensidad de la corriente, la diferencia de potencial y la resistencia. Esta ley, denominada

Ley de Ohm, nos dice que la diferencia de potencial o tensión que se obtiene entre los extremos de un conductor cuando circula una corriente a través del mismo, es igual al producto de la intensidad de dicha corriente por la resistencia del conductor.

Se expresa por la formula siguiente:

Triangulo de la Ley de Ohm.

Donde (V) es la diferencia de potencial en voltios, (I) la intensidad de corriente en Amperios y (R) la resistencia en Ohmios. De la formula principal se puede obtener también el valor de la intensidad y resistencia.

Representación de un circuito eléctrico básico y forma de colocar un medidor Amperímetro (A) y un Voltímetro (V).

V = I x R = (V) VOLTIOS V I = _______ =(A) AMPERIOS R V R = _______ = (Ω) OHMIOS I

Circuito eléctrico básico

+

_

A

V

I

R


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7.4.2. ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS.

Las características de un circuito electrónico dependerá en cierta medida de cómo se interconecten entre sí los diferentes elementos que lo componen. En el caso concreto de las resistencias, dependiendo de cómo se conecten estos elementos, se conseguirá realizar un tipo u otro de conexión. En este apartado, se describirá las asociaciones más elementales que se pueden realizar con varias resistencias interconectadas entre sí.

Asociación de resistencias en serie

Varias resistencias se encuentran conectadas en serie cuando el final de una se encuentra conectada con el principio de la otra, tal y como se muestra en la siguiente figura:

En el circuito, las resistencias R1, R2 y R3 se encuentran conectadas en serie. Esta asociación de resistencias será equivalente a una sola

resistencia que tendrá un valor igual a la suma de las tres. Estos es: Rt= R1 + R2 + R3.

Otro de los aspectos que hay que tener en cuenta en este tipo de conexión, es que la intensidad que se establece en el circuito es la misma

intensidad que circula por todas y cada una de las resistencias que componen la conexión serie. It = I1 = I2 = I3 No obstante, la suma de las caídas de tensiones en cada una de las resistencias, será igual a la tensión total, es decir, la tensión de alimentación. Vt = V1 + V2 + V3 Si todas las resistencia tienen el mismo valor óhmico, es decir Ra=Rb=Rc, y como intensidad que circula por todas y cada una de ellas es la misma, se tendrá que las caídas de tensiones son las mismas en cada resistencia, por lo que se puede decir que V1=V2=V3 = Vr, luego, 3 Vr =V y Vr =

V/3. Con respecto a la potencia, se puede decir que la potencia que entrega la fuente de alimentación será igual a la suma de las potencias parciales que se disipa en cada resistencia, luego dicha potencia será, Pt = PR1 + PR2 + PR3


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Asociación de resistencias en paralelo

Varias resistencias se encuentran conectadas en paralelo cuando todos los principios se encuentran conectados entre sí “a” y todos los finales entre sí “b”, tal y como se muestra en la siguiente figura.

En este circuito, las resistencias R1, R2 y R3 se encuentran conectadas en paralelo. Esta asociación de resistencias será equivalente a una sola resistencia que tendrá un valor igual al dado por la siguiente expresión. Esto es:

La resistencia equivalente es la inversa de la suma de las inversas de las resistencias que componen la asociación. Dicha resistencia siempre tendrá un valor inferior al de la resistencia más pequeña de cualquiera de las que forman la conexión paralela.

Uno de los aspectos que hay que tener en cuenta en este tipo de conexión es que la tensión “V” a las que quedan sometidas todas las

resistencias es la misma, siendo, en este caso, la tensión de alimentación. No obstante, la intensidad que circula por cada resistencia sólo dependerá del valor resistivo de ésta, por lo que, la intensidad total Itotal que se establece en el circuito será la suma de todas las intensidades parciales. Esto es:

It = I1 + I2 + I3

Si todas las resistencias tienen el mismo valor óhmico, es decir R1 = R2 = R3, y como la tensión a la que se encuentran sometidas y cada una de ellas es la misma, se tendrá que las intensidades serán de igual valor en cada resistencia, por lo que se puede decir que, IR1 + IR2 + IR3 = IR, luego Itotal = 3 IR e IR = Itotal /3.

1 Rt = ______________ 1 1 1 ____+ ___+ ___ R1 R2 R3


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Con respecto a la potencia, se puede decir que, al igual que ocurría en una conexión de tipo serie, la potencia que entrega la fuente de alimentación, será igual a la suma de las potencias parciales que se disipa en cada resistencia, luego dicha potencia será:

P = PR1 + PR2 + PR3.

Un caso particular al que se puede hacer mención, es que se encuentren dos resistencias conectadas en paralelo, en este caso, además de la expresión para el cálculo de la resistencia equivalente anteriormente vista, se puede utilizar la siguiente expresión.

R1 . R2 Req = _________ R1 + R2

Asociación mixta de resistencias

Este tipo de asociación consiste en la interconexión de resistencias tanto en conexión serie como en paralelo, pudiendo obtener mediante

transformaciones la correspondiente resistencia equivalente del conjunto. La mejor forma de entender una asociación mixta de resistencias teniendo en cuenta lo visto anteriormente sobre asociaciones serie y paralelo, calculando primeramente la asociación en paralelo y finalmente aplicando la suma de todas las resistencias equivalente en serie.

7.4.3. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LA RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR

Al calentarse un metal, aumenta la agitación de sus átomos, lo que dificulta

el desplazamiento de los electrones; el resultado es un aumento de la resistencia en el conductor. Uno de los efectos que se produce en una resistencia cuando aumenta su temperatura es que también aumenta su valor resistivo, de tal forma que, una resistencia que se encuentre, por ejemplo, a temperatura ambiente, tiene un valor resistivo menor que el que tendría dicha resistencia a una temperatura superior a la del ambiente. Ensayos sobre distintos materiales conductores permitieron comprobar un aumento constante de la resistencia con la temperatura. Se define como coeficiente de temperatura al aumento de resistencia que experimenta un conductor al incrementar su temperatura un grado centígrado. Por tanto, la resistencia de un conductor al aumentar la temperatura es igual a la que tenía inicialmente más el aumento experimentado, y viene dad por la fórmula.


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Rf = Valor final resistivo que al calentarse Rf = Ri ( 1 + α ∆t ) Ri =Valor resistivo inicial antes de calentarse α = Coeficiente de temperatura

∆t = Incremento de la temperatura

∆t = tf – ti; tf = Temperatura final al calentarse ti = Temperatura inicial antes de calentarse

Material α (ºC -1)

Plata 0,0036

Cobre electrolítico 0,0043

Aluminio 0,004

Estaño 0,0045

Tungsteno 0,0042

Manganina 0,00001

Coeficiente de temperatura de algunos metales.

7.5. Frecuencia (F)

La frecuencia es el número de ciclos o alternancias que se producen en un segundo en una corriente de tipo alterna. Se representa por la letra F y su unidad es el Hertzio, que se representa con Hz. Hay que tener en cuenta que 1 Hertzio es lo mismo que 1 ciclo/segundo. 1

La frecuencia es la inversa del periodo: F = _____ T

7.6. Periodo (T)

Es el tiempo empleado en completarse un ciclo, por lo que se puede decir que el periodo es la razón inversa de la frecuencia. La unidad del periodo es el segundo, y se representa mediante la letra T. Como es un valor derivado de la frecuencia, no es necesario medir su valor, pudiéndose obtener directamente a través de la siguiente expresión: 1 T = ____ F

7.7. Potencia eléctrica (P)

La corriente eléctrica es un medio de enviar energía desde el punto en que se produce (generador eléctrico) hasta los lugares de consumo. Para ello es necesario que los aparatos eléctricos conectados a la red, convierta la energía recibida en otra, directamente utilizable. Las transformaciones más comunes de esta energía son las siguientes: Calor Iluminación Movimientos de motores Procesos industriales. De todas ellas; la más simple y que acompaña siempre a las restantes en una mayor o menor proporción es la conversión a calor o energía térmica.


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En efecto, en cualquier elemento de un circuito que presente una cierta resistencia al paso de la corriente eléctrica, se producirá un consumo de energía que ocasionará cierto aumento de temperatura en él. Esta energía es la que emplean las cargas eléctricas en movimiento para vencer la oposición que la resistencia presenta a su paso.

La unidad que se utiliza para medir la potencia eléctrica, es el vatio (W), que es la potencia (P) desarrollada por una corriente eléctrica de un amperio (A) cuando circula entre dos puntos cuya diferencia de potencial es un voltio (V). Su unidad es el vatio (W). Se mide con el vatímetro. Son múltiplos del vatio (W), el Kilovatio (1 kW = 1000 W) y el megavatio (1 MW = 1.000.000 W).

P = Potencia U = Voltios I = Intensidad W = Vatio A = Amperio Junto con la formula de la ley de Ohm, se puede obtener las siguientes fórmulas de

la potencia.

U U U P = U . I = U . = P = en W R R R P = U . I = R . I . I = R . I P = R . I² en W

Ejemplo: ¿Cuál es la potencia de una bombilla que al aplicarle 220 voltios en sus extremos fluye por ella una corriente de medio amperio?

Aplicando la formula P = V x I P = V x I = 220 x 0,5 = 110 W.

7.7.1. UNIDADES DE POTENCIA ELÉCTRICA

Mega vatio Kilo vatio Vatio Mili vatio Micro vatio

MW kW W mW µW

106W 10³ W - 10-³ W 10-6W

7.8. Energía eléctrica (E)

La energía eléctrica hace referencia al consumo eléctrico, entendiéndose como

energía eléctrica a la potencia suministrada en un tiempo determinado. La unidad de la energía eléctrica es el Julio, se representa por la letra J. La energía eléctrica es la potencia desarrollada en un circuito eléctrico durante un tiempo determinado. Viene dada por la formula:

E = P . t en W . s 1 Julio = 1 Vatio . 1 segundo

P = U . I (en W) 1 W = 1 V . 1 A


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7.8.1. UNIDADES DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Esta unidad es muy pequeña, por lo que se emplea otra de valor más elevado, el Kilovatio / Hora (KW /h). El Kilovatio / hora es la unidad que miden los contadores de energía 6

1 Kilowatio / hora = 1000 W . 3600 s = 3,6 . 10 julios. 1 Caloría = 0,24 Julios 1 w.h (watio x hora) = 3.600 Julios 1 Kw .h (Kw x hora) = 3.600.000 Julios.

Ejemplo 1: Calcula el trabajo realizado por una corriente eléctrica de 3 amperios que circula durante 20 minutos entre dos puntos cuya diferencia de potencial es de 100 voltios.

W = I x t x V

La unidad de tiempo en el S. I. Es el segundo, por tanto para utilizar la

formula de trabajo debemos convertirlos minutos a segundos. Como cada minuto tiene 60 segundos, tenemos: t (minutos) = 20 minutos t (segundos) = 20 x 60 = 1200 s. Ahora aplicando la formula de trabajo ó energía: W = I x t x V W = 3 x 1.200 x 100 = 360.000 Julios Ejemplo 2: Una bombilla de 60 W de potencia conectada durante 10 horas ¿Cuánta energía consume? 60 w 10 h 600 w.h x =

Potencia Tiempo Energía El coste de la energía es el resultado de multiplicar su valor por el precio unitario (Pu) se dá en €.

Coste = E . Pu en €

Este coste viene determinado por la energía consumida en Kwh., en nuestro caso de dos meses (bimensual), se calcula obteniendo la diferencia de lectura de los pasos del equipo contador, en Kwh.

Ejemplo: Lectura real 26/09/2008 = 46043 Lectura real 28/07/2008 = - 45598 ----------- Consumo total = 445 Kwh.

Precio unidad del Kwh. = 0,109612 €


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Coste = 445 Kwh. x 0,109612 = 48,78 € + I. V. A. Es decir durante 60 días hemos consumido 445 Kwh. 24 horas x 60 días = 1440 horas = 0.3090 Kw. de consumo a la hora y 7,42 Kw. al día.

8. EFECTO JOULE

Básicamente, el efecto Joule no es más que la cantidad de calor que se produce en un conductor (como consecuencia de la energía absorbida) durante un tiempo determinado. Como consecuencia de dicho efecto, las resistencias calefactoras producen calor y, en general, en todo tipo de cuerpos de naturaleza resistiva.

Estas pérdidas son aprovechadas en el proceso de generación de calor, sin embargo, el efecto Joule, al ser una pérdida de energía, se traduce en un prejuicio en la mayoría de las máquinas eléctricas y en las líneas de transporte de energía, ya que el rendimiento de éstas disminuye. Las unidades caloríficas usadas son: la caloría (CALL) y la kilocaloría (KCAL):

Caloría. Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua un grado centígrado.

Kilocaloría. Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un kilogramo de agua un grado centígrado.

1 kcal = 1000 cal

Existe una equivalencia entre la unidad de energía eléctrica (julio) y la unidad calorífica (caloría): 1 julio = 0,24 calorías.

La energía calorífica y la energía eléctrica vienen relacionadas por la formula siguiente, conocida como ley de Joule:

Q = Cantidad de calor (cal) Q = 0,24 . E en calorías E = Energía eléctrica ( W . s)

0,24 = Coeficiente de equivalencia ó Q = 0,24 . R . I² . t = Calorías

En resumen, el efecto Joule es la pérdida de energía en forma de calor como consecuencia de la resistencia que poseen los cuerpos conductores, designados al transporte y conducción de la energía eléctrica. La cantidad de calor viene dada en calorías.


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9. RESUMEN DE MAGNITUDES Y UNIDADES

9.1. Magnitudes y unidades más comunes

MAGNITUD UNIDAD DE MEDIDA

Nombre Símbolo Nombre Símbolo

Tensión

Fuerza electromotriz

Diferencia de potencial

U f.e.m. d.d.p.

Voltio U

Intensidad I Amperio A

Resistencia R Ohmio Ω

Potencia P Vatio W

Energía eléctrica E Vatio . segundo W . s

Frecuencia f Hercio (ciclo /

segundo)

Hz (c / s)

Periodo T Segundo s

9.2. Relación entre magnitudes

Voltios

(V)

Amperios

( A )

Ohmios

( Ω )

Vatios

( W )

R . I

R . I²

U

R

P

U

U²

R

P

I²

U²

P

U

I

P

I

U . I

√ P

R √ P. R

P = R =

U = I =


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9.3. Múltiplos y submúltiplos

Prefijo (nombre)

Símbolo Factor de multiplicación

tera

giga mega

kilo

unidad

mili micro

nano

pico

T

G

M k

-

m µ

n

p

10 9

10 6

1

10 ‾3 10 ‾ 6

10 ‾ 9

10 ‾ 12

10. EJERCICIOS

1. Hallar la resistencia de un conductor de cobre de 900 m de longitud y 1,5 mm² de

sección. La resistividad del cobre es 0,018 Ω . mm²/m. 2. Hallar la intensidad de corriente que circula por un circuito si está sometido a una

tensión de 220 V y ofrece una resistencia de 55 Ω. 3. Hallar la potencia que consume un receptor eléctrico si tiene una resistencia de 20 Ω

y circula una corriente de 5 A. 4. Hallar la energía consumida por una plancha si está sometida a una tensión de 220V

y circula una corriente de 3 A durante un tiempo de 3 horas y media. 5. Hallar la sección de un conductor para que pueda transportar una carga de 2.200 W

siendo la tensión 220 V y la intensidad de corriente de 1,5 A/mm². 6. Hallar la tensión a la que está conectada una lámpara si tiene una resistencia de

4.840 ohmios y consume una potencia de 10W. 7. Realizar una tabla donde aparezcan las distintas magnitudes: Resistividad,

Resistencia, Intensidad, Tensión, Potencia y Energía con sus respectivos símbolos de magnitud, unidad y nombre de la unidad.

8. Hallar la corriente que atraviesa un conductor de cobre a una tensión de 230 V, cuya longitud es de 500 m y su sección es de 2 mm².

9. Calcular la resistencia total del circuito, su intensidad total y tensiones parciales..

9V


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10. Calcular la resistencia equivalente de este circuito, su intensidad total y parcial, tensiones parciales y potencia total y parcial.

11. Calcular la resistencia equivalente de este circuito, su intensidad total y parcial, tensiones parciales y potencia total y parcial.

12. Calcular la resistencia equivalente de este circuito, su tensión total y parcial, y la potencial total y parcial.

I = 300 mA


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Unidad 5.

Herramientas utilizadas en montajes

electrónicos


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Unidad 5. Herramientas utilizadas en montajes electrónicos.


1. INTRODUCCIÓN

2. APLICACIONES ELECTRÓNICAS 2.1. Alicates de corte 2.2. Alicates de pelar 2.3. Alicates puntas rectas 2.4. Alicates puntas en ángulo 2.5. Pinzas 2.6. Soldadores y desoldadores 2.7. Juego de atornilladores de plásticos

3. APLICACIONES MECÁNICAS

3.1. Atornillador de punta plana 3.2. Atornillador de punta en estrella

3.3. Llaves de tubo para tuercas 3.4. Atornillador neón 3.5. Juego de lima 3.6. Minitaladradora eléctrica 3.7. Cúter 3.8. Pinza extractora de circuitos integrados 3.9. Calibre para medidas mecánicas 3.10. Tornillo de banco universal

3.11. Sierra para cortar metales

4. OTRAS HERRAMIENTAS UTILES 4.1 Caja clasificadora 4.2. Pulsera antiestática 4.3. Lámpara flexo con lupa

5. NORMAS PARA EL BUEN USO DE LAS HERRAMIENTAS

6. CUADRO RESUMEN DE HERRAMIENTAS

7. ACTIVIDADES


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1. INTRODUCCIÓN

Para poder realizar correctamente las operaciones de montaje y construcción de

los módulos y equipos electrónicos se hace indispensable disponer de un conjunto de herramientas y útiles que permitan realizar los ensambles, con un mínimo de esfuerzo y de tiempo y a la misma vez aplicando la seguridad en su utilización, obteniendo la precisión de montaje necesaria en todos aquellos puntos que lo requieran. En base a esto, se describe a continuación un conjunto de herramientas, indicando en cada una de ellas una calificación en función de utilidad.

Existen dos grupos básicos de herramientas, uno formado por todas las necesarias para preparación de hilos y cables, manipulación, preparación de terminales de componentes, así como soldaduras de éstos en un circuito, y para realizar ajustes en los diferentes puntos de control, este grupo es de utilidad netamente electrónico; el otro grupo lo forman las herramientas y útiles destinados al montaje mecánico de los equipos, sujeción de circuitos, fabricación de circuitos impresos y ordenación de piezas y componentes. Estos tipos de herramientas son exclusivas y específicas para los trabajos de electrónica: montaje de componentes en placa de circuito impreso, ensamblado de equipos electrónicos, reparación de módulos, etc. Por lo que NO es recomendable su uso en montajes e instalaciones eléctricas puesto que las herramientas para este tipo de trabajo son distintas en características,

protección, materiales y tamaños.

2. HERRAMIENTAS PARA APLICACIONES ELECTRÓNICAS

2.1. Alicates de corte

Muy útiles para todas las operaciones de corte de hilos, cablecillos y terminales de componentes. Existen en el mercado diversos modelos con precios variados, que se caracterizan por la mejor o peor calidad y rapidez al realizar el corte, correspondiendo lógicamente un precio mayor a aquellos que aseguran un corte limpio, sin rebabas y sin ninguna tracción del hilo que pueda llegar a dañar algún punto de soldadura próximo. Sus

mangos deben de estar protegido de una funda aislante.


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2.2. Alicates de pelar Son muy necesarios también para realizar todas las operaciones de pelado de la cubierta aislante de hilos, cables y cablecillos, con objeto de obtener una zona de conexión, con la longitud adecuada. La variedad de modelos en el mercado no es muy amplia, pero presenta unas diferencias de precios apreciables en función de las condiciones de calidad que deban de tenerse en cuenta durante el pelado. La tenaza auto ajustable es una herramienta para pelar y corta cablecillos muy útil. Dispone de un graduador de longitud de cable que permite ajustar la longitud adecuada.

2.3. Alicates puntas rectas Muy útiles para realizar todas las manipulaciones necesarias en los componentes y para facilitar el montaje y desmontaje de los mismos. Se emplea habitualmente para preformar o conformar los terminales de los componentes, de forma que se adapten a los taladros del circuito impreso donde deban ser insertados, así como facilitar la colocación de aquellos que precisen un montaje aéreo o sobre otros

elementos, tales como conectores, potenciómetros, etc. Otra aplicación importante es para realizar la inserción de los componentes en el circuito impreso, actuando sobre los terminales en lugar de ejercer esfuerzos sobre el cuerpo de los mismos. Durante el proceso de soldadura son muy útiles para ejercer la tracción necesaria de los terminales con objeto de levantar el componente del circuito. También se utilizan para sujetar los cablecillos e hilos durante el proceso de pelado.


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2.4. Alicates puntas en ángulo de 45º

Son un complemento a los alicates descritos en el punto anterior y facilitan la manipulación durante el conformador de terminales, así como para realizar manipulaciones sobre zonas de circuitos en equipos con difícil acceso, donde no se puedan utilizar los alicates anteriores.

2.5. Pinzas

Es una herramienta muy útil para realizar manipulaciones de cablecillos, hilos y componentes que requieran una sensibilidad y precisión mayor que la que se obtiene con los alicates anteriores. En

otras ocasiones forman un complemento muy adecuado de dichos alicates. Su utilidad mayor se obtiene cuando se necesita manipular sobre los cuerpos de algunos componentes que pueden dañarse si se actuara con alicates. Gracias a la pinza, podremos controlar fácilmente la presión aplicada y así evitaremos deterioros que en ciertas ocasiones producen una gran molestia, ya que llegan a impedir la finalización de

un montaje al ser necesario su sustitución.

Pinza metálica Pinza de plástico

2.6. Soldadores y desoldadores Son herramientas imprescindibles para realizar cualquier operación de soldadura y desoldadura de componentes electrónicos. Tanto el soldador como el desoldador proporcionan la temperatura adecuada y necesaria para realizar la soldadura y desoldadura de estaño que se aplica para la unión ó desunión del componente a la placa de circuito impreso.

El soldador juega un papel muy importante en electrónica, pues una soldadura de buena calidad dependerá de la elección del modelo adecuado de soldador (precio-calidad), las puntas utilizadas, estaño, limpieza, la temperatura aplicada y sobre todo la habilidad y control del operario en la ejecución de la soldadura.


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El soldador está compuesto por tres partes fundamentales:

Mango o elemento que permite la manipulación, proporcionando un buen aislamiento del calor para evitar quemaduras.

Resistencia interna, que es el elemento encargado de producir

el calentamiento hasta alcanzar la temperatura necesaria para soldar.

Punta de soldar que al estar en contacto mecánico y térmico con la superficie exterior del alojamiento metálico de la resistencia, transmite el calor de ésta a la zona de soldadura.

El desoldador con bomba de absorción en forma de pera de goma o material similar está construido sobre una base de un cuerpo de soldador normal, sin la punta. En su lugar presenta un dispositivo adaptado al extremo del cilindro metálico que contiene la resistencia de calentamiento, que dispone de una boquilla metálica con un orificio en una posición casi perpendicular al soldador, la cual se prolonga hacia atrás mediante un tubo metálico que acaba en una bomba de goma. Este tipo de desoldador trabaja mediante la aplicación de la temperatura necesaria para la fusión, por medio de la boquilla, al mismo tiempo que se mantiene apretada con la mano la bomba; al

llegar el estaño al estado líquido, se suelta ésta y se produce una absorción que hace que el estaño fundido entre en el interior de la bomba de goma.

2.7. Juego de atornilladores de plásticos Son muy necesarios para efectuar todas las operaciones de ajuste sobre un circuito o equipo, una vez finalizado el montaje del mismo. Al estar fabricados con plástico, se evitan todo tipo de cortocircuitos y cualquier perturbación y acoplamiento electromagnética que puede fácilmente producirse con un atornillador metálico.


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El juego comprende varios tipos de longitudes y anchos de pala, incluyendo algún modelo con la pala metálica montada sobre un cuerpo de plástico, muy indicado para aquellos puntos en que se requiera efectuar un cierto esfuerzo, donde una pala de plástico podría dañarse.

3. HERRAMIENTAS PARA APLICACIONES MECÁNICAS

3.1. Atornillador de punta plana

Necesarios para la fijación de tornillos con cabeza ranurada, en las diferentes fases del montaje. Normalmente se necesitará disponer de varios, de diferentes longitudes y anchos de pala, con lo que se facilitará el acceso a todos los puntos precisos y a la diversidad de modelos de tornillos que existen en el mercado. Por razones de economía y de espacio, resultan recomendables los juegos de atornilladores que con un solo mango, disponen de diferentes útiles en longitud y anchos de pala, para ser encastrados en el mismo, en función de la necesidad de cada momento.

3.2. Atornillador de punta en estrella

Necesarios en todos aquellos casos en que se utilicen tornillos con cabeza en “estrella”, existiendo diferentes longitudes y anchos de puntas, siendo de aplicación en este caso, todo lo mencionado en el apartado anterior, dedicado a atornilladores de punta plana.


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3.3. Llaves de tubo para tuercas

Se emplea para facilitar el roscado de las tuercas, durante el montaje, o bien para fijar las mismas, mientras se actúa sobre el tornillo que se pretenda roscar en ellas, con el atornillador. Normalmente se necesitará un juego de llaves que permita trabajar con diferentes anchos o métricas de tuercas, siendo recomendable disponer de todas las métricas comprendidas entre 6 y 11 milímetros. Existen, al igual que con los atornilladores, juegos de llaves que a un solo mango se puede fijar el tamaño necesario en cada momento.

Atornillador de tubo para tuercas

Juego de llaves de tubo

3.4. Atornillador neón

Además de su posible utilización como simple atornillador de pala media-fina, se emplea para detectar rápida y fácilmente el polo activo de la red eléctrica en cualquier enchufe de pared o conexiones de los equipos, así como para revisar las posibles derivaciones que puedan producirse a la red, en las cajas o estructuras metálicas de los mismos, que podrían provocar un accidente en forma de una carga

descarga eléctrica sobre la persona que los manipule.


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3.5. Juego de Lima

Existen dos tipos de lima utilizadas en los montajes electrónicos:

Lima plana fina y la lima redonda fina.

La lima plana fina se emplea para eliminar pequeñas rebabas en partes rectas de chasis, cajas, circuitos impresos y paneles de mando de equipos, también como operación posterior a la de corte de ejes de potenciómetros, conmutadores, etc., y de aquellos otros que se precisen para adaptar los chasis y otros elementos al equipo.

La lima redonda fina se utiliza para eliminar pequeñas rebabas de taladros en chasis metálicos, cajas y paneles de mando de equipos, que dificultan o no permiten un adecuado montaje.

3.6. Minitaladradora eléctrica

Su empleo resulta muy conveniente para el taladro de circuitos impresos, apertura de orificio o ampliación para tornillos, también puede emplearse para realizar taladros de pequeño diámetro en otros materiales. Existen en el mercado varios modelos con velocidad fija o con velocidad variable, siendo recomendables los segundos para poder adaptarse con facilidad a las condiciones del material (dureza, disipación térmica, etc.).


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3.7. Cúter

Se emplea para efectuar retoques durante la elaboración de un circuito impreso así como para facilitar en algunas ocasiones la operación de pelado de cables, ya que permite, en ausencia de otros medios más costosos, cortar la cubierta aislante en los puntos necesarios.

3.8. Pinza extractora de circuitos integrados

Se emplea para facilitar la extracción de un circuito integrado, con un gran número de patillas, de un zócalo o del circuito impreso en el que se encontraba soldado. Su uso es recomendable para evitar torcer las patas, durante la extracción, accidente que en ocasiones dañaría de forma permanente el circuito y sobre todo cuando durante la desoldadura se necesita ejercer una tracción uniforme en todos los terminales. El modelo habitual en el mercado es el destinado a circuitos integrados del tipo “dual-in-line”, es decir, con doble fila paralela de patillas.

3.9. Calibre para medidas mecánicas

Es una herramienta normalmente empleada en la fabricación de piezas mecánicas, para medir las dimensiones de las mismas. Se utiliza en los montajes para comprobar diámetros de taladros de ejes de mandos así como longitudes de éstos y para realizar cualquier trabajo mecánico en las cajas de los equipos que requiera un mínimo de precisión en su posicionado. El resultado de la medida se obtiene leyendo el valor representado por

la raya situada sobre el cero del brazo móvil.


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3.10. Tornillo de banco universal

Es una herramienta que permite mediante una rótula, la sujeción de cualquier pieza en la posición en el espacio que se desee. Se emplea fundamentalmente para sujetar los circuitos impresos, además para fijar todas aquellas piezas que deban ser mecanizadas con sierra o lima.

3.11. Sierra para cortar metales

Muy útil para realizar algunos cortes en chapas metálicas y cajas de equipos, cuando se desea montar en los mismos algún componente o

accesorio no previsto en el diseño inicial. También resulta imprescindible para cortar a la longitud precisa los ejes de potenciómetros y conmutadores, antes de incorporales al equipo, así como los circuitos impresos.

4. OTRAS HERRAMIENTAS ÚTILES

4.1. Caja clasificadora

Consiste en un pequeño armario o bastidor donde contiene un cierto número de cajas o cajones, donde pueden ser clasificadas todos los componentes que se utilicen para un montaje, de una forma homogénea, es decir, agrupando los de un mismo valor o de la misma medida en el mismo cajón. Los cajones disponen de un espacio para situar una etiqueta donde se indique el contenido. Estos armarios son

apilables hasta conseguir el número de cajones que se precise y con ellos lograr un excelente orden de todos los materiales, con lo que se evitan pérdidas de tiempo y confusiones.

Caja clasificadora de plástico. Todos los cajones son de idénticos tamaños en anchura y profundidad con su etiqueta de identificación.


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4.2. Pulsera antiestática

Es un elemento de protección necesario en la manipulación de los circuitos electrónicos donde se utiliza tecnología CMOS y circuitos integrados muy sensibles a la electricidad estática. La energía estática que se acumula en nuestro cuerpo puede ser causa de producir descargas de picos de alta tensión en las placas y circuitos impresos cuando estemos trabajando (montando o reparando) con los circuitos integrados del tipo CMOS ocasionando averías irreparables. La pulsera antiestática permite proteger, mientras la tengamos

puesta, de esta peligrosa tensión electroestática para los circuitos CMOS.

4.3. Lámpara flexo con lupa

Este tipo de dispositivo es muy recomendable su utilización, pues es importante en las tareas de los montajes y reparación de circuitos electrónicos. Permite visualizar con mayor comodidad y sin forzar la vista: soldaduras defectuosas o frías, exceso de estaño, cortocircuito de pistas, pistas abiertas, componentes en mal estado, patas dobladas o

mal insertadas, patas sin conexión, etc.

Dispone de una luz fluorescente blanca y una lupa que permite ver los objetos ampliados cómodamente.


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5. NORMAS PARA EL BUEN USO DE LAS HERRAMIENTAS

1. Se debe utilizar los diferentes tipos de alicates para cada cometido específico, no sobrecargándolos en sus limitaciones, por ejemplo, no utilizar el alicate de corte para cortar alambres o hilos con diámetro mayor de 2 mm².

2. No deben utilizarse los atornilladores para otros usos que no sean los indicados.

3. Los atornilladores deben tenerse siempre afilados y en buen estado de limpieza.

4. El tamaño del ancho del atornillador debe ser apropiado al tamaño del tornillo.

5. Cuando se trabaje con tensión se ha de tener especial cuidado en no tocar ni el vástago ni la hoja, por ser metálicos, están bajo potencial eléctrico.

6. El poder aislante de los mangos de los destornilladores tiene la capacidad para aislar las tensiones nominales de las viviendas e industrias, pero no para las altas tensiones.


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6. CUADRO RESUMEN DE HERRAMIENTAS


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7. ACTIVIDADES

1. Indica y explica que tipo de herramienta se necesita según la siguiente figura:

2. Según la siguiente figura que herramientas necesitaremos para colocar este tipo de

separadores metálicos en nuestro circuito impreso.

3. Según la siguiente figura describe las herramientas a utilizar y la disposición de

como se pondría el separador y tornillos en la placa de circuito impreso.

4. Describe la forma de la punta de un atornillador del tipo TORK y argumenta su

utilidad.


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Unidad 6.

Hilos y cables.


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Unidad 6. Hilos y cables.


1. INTRODUCCIÓN 2. CONDUCTORES Y AISLANTES 3. CLASIFICACIÓN 4. CABLES Y CABLECILLOS 5. CUBIERTAS AISLANTES 6. CABLES COAXIALES 7. ACTIVIDADES


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1. INTRODUCCIÓN

El hilo, cable o cablecillo es el componente más simple y que tiene una utilización más alta en cualquier equipo electrónico. Con ellos se pueden realizar todo tipo de conexiones que permiten llevar la corriente eléctrica al punto que se desee. Normalmente, a todos se les agrupa con el nombre de conductores. Los hilos o conductores de alambre único, están formado por un solo conductor, cubierto por una funda aislante o desnuda. Los cables y cablecillos están formados por varios hilos arrollados entre si y recubiertos siempre por un aislante. Los hilos, fabricados habitualmente de cobre recocido debido a las excelentes cualidades de este material como conductor y por su gran resistencia mecánica, se encuentran normalmente en el mercado en una amplia gama de tipos, con características diferentes, que permiten disponer para

cualquier aplicación del más apropiado.

2. CONDUCTORES Y AISLANTES

En la naturaleza y dentro del gran número de materias que se encuentran en la misma pueden distinguirse dos clases de cuerpos en función de su comportamiento

ante la corriente eléctrica. Estos son:

Los conductores y Los aislantes.

Se denominan cuerpos o materiales conductores aquellos que permiten el paso de la corriente eléctrica a través de los mismos, ofreciendo un mínimo de resistencias o dificultad a esta circulación. Este fenómeno se produce debido a que los átomos que forman estos cuerpos desprenden electrones con facilidad y pueden circular libremente. Son conductores los metales y algunos otros compuestos no metálicos que sólo se emplean para aplicaciones muy concretas. Dentro de los conductores es preciso realizar una clasificación que nos indique

cuáles son más apropiados para su utilización en la práctica. Para ello se atiende fundamentalmente a dos factores:

Conductividad o facilidad para el paso de corriente. Precio de obtención del material de que se trate, incluyendo el coste del

proceso de fabricación del hilo conductor.

Ambos factores son contrapuestos, ya que el material con mejor conductividad es la plata, pero debido a su elevado costo resulta casi prohibitiva. El compromiso entre ambos se obtuvo utilizando el cobre, que tiene unas propiedades de conducción algo inferior a las de la plata, pero con un coste bastante inferior. En algunas aplicaciones, y sobre todo en aquellas en que el peso es un factor importante, se utilizan conductores de aluminio por ser un metal más ligero. Ver el apartado 7.8 Resistencia de un conductor de esta unidad.

Los cuerpos ó materiales aislantes, son aquellos que presentan una dificultad ó resistencia muy alta al paso de la corriente. Estos cuerpos tienen los electrones muy “ligados” a sus átomos y no se desprenden fácilmente.

Son aislantes la mayor parte de los cuerpos no metálicos, pero en la práctica se emplean aquellos cuyas propiedades de aislamiento sean las más elevadas y que además puedan obtenerse a precios relativamente bajos. Materiales aislantes


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típicos, son los plásticos, algodón, madera, vidrio y cerámicas, siendo al mismo tiempo los más utilizados.

Finalmente, existe un tercer grupo de cuerpos ó materiales, incluidos en los aislantes, pero que con algunas transformaciones pueden ser empleados en aplicaciones eléctricas y fundamentalmente electrónicas.

Son los semiconductores, muy utilizados en la fabricación de diodos, transistores y circuitos integrados, siendo el silicio el elemento más empleado en estas aplicaciones.

3. CLASIFICACIÓN En primer lugar y como primera clasificación, encontramos dos tipos diferentes:

1. Hilo conductor sin ningún aislamiento externo. 2. Hilo conductor con una cubierta aislante de cualquier clase.

3.1. Hilo conductor sin ningún aislamiento externo. Conocidos normalmente por hilos conductores desnudos se utilizan de forma casi exclusiva para realizar conexiones cortas en un circuito eléctrico, puentes en un circuito impreso, también como terminales de muchos componentes electrónicos y en general en todos aquellos casos en que se necesite una conexión rígida que no vaya a ser sometida a ninguna forma de flexión o vibración.

Hilos rígidos sin aislamiento (desnudos). Hilo rígido y cable sin aislamiento

En ocasiones y durante el montaje se les añade una cubierta o tubo aislante que les protege de cualquier manipulación indebida que pueda provocar un cortocircuito o accidente similar. Se fabrica añadiendo sobre el cobre una capa

de estaño que facilita el proceso de soldadura y evita que el cobre se oxide, lo que haría más problemática la soldadura del mismo. Su color exterior es, por lo tanto, gris metálico debido a la capa de estaño mencionada.

3.2. Hilo conductor con una cubierta aislante de cualquier clase.

Los hilos conductores con cubierta aislante y según sea ésta, se emplean en diversos usos, según veremos a continuación. Una forma de recubrimiento consiste en la aplicación de un barniz especial directamente sobre el cobre, cuya utilización está prácticamente destinada a la realización de bobinados para transformadores, motores, etc. La soldadura al circuito de estos hilos requiere decaparlos previamente para eliminar el barniz aislante y aplicarles estaño con el soldador de forma casi inmediata.


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Hilo barnizado formando una bobina, por arrollamiento sobre un núcleo.

El resto de los hilos aislados están formados por el conductor de cobre con o sin capa de estaño superficial y una cubierta tubular aislante. Estos, para su

aplicación al circuito, requieren una eliminación previa de la cubierta o pelado, en los extremos de conexión, de la longitud precisa para evitar pérdidas de aislamiento en las proximidades del punto de unión con el resto del circuito. Durante el pelado debe tenerse especial precaución en no dañar el cobre para evitar su rotura.

En la figura se muestra tres formas de conductores con aislamiento de tubo plástico a) Cablecillo de cobre estañado, b) cablecillo de cobre, c) hilo de cobre estañado. Los hilos aislados se utilizan también para realizar conexiones rígidas, más largas que con los desnudos, y en todos aquellos casos en que el aislamiento sea un factor imprescindible.

4. CABLES Y CABLECILLOS Los cables y cablecillos se forman arrollando entre sí de forma helicoidal un grupo

de hilos de cobre, empleándose en este caso el nombre de conductor para todo el conjunto del cable. Dentro de los cables, se utiliza el nombre de cablecillos para designar a los construidos por hilos estañados y cubierta aislante, reservando la denominación de cables a los empleados en instalaciones eléctricas, fabricados habitualmente por dos conductores paralelos sin estañar y aislados por una cubierta de plástico doble que los mantienen separados en toda su longitud.

a) b)

a) b) c)


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En la figura se muestra dos tipos de cables paralelos: a) Compuesto por dos cablecillos de cobre, modelo empleado normalmente para instalaciones eléctricas. b) formado por dos hilos de cobre, de uso casi exclusivo para líneas telefónicas. Los cables de tipo 3x1 ó 2x1 se utilizan normalmente para la conexión a la red eléctrica de los equipos, su sección oscila entre 1 a 2,5 mm² con o sin tierra.

Internamente, dentro del equipo, el cable utilizado para la alimentación suele tener una sección menor, del orden de 0,5 a 1 mm² según el consumo y para su identificación suelen ser de color negro (-) y rojo (+).

Los cables empleados para las conexiones entre módulos, en el interior del equipo, son del tipo cablecillos de colores de 0,25 mm² ó de 0,50 mm².

También se utilizan los cables blindados para la señal de radiofrecuencia que poseen un apantallamiento de cobre.

Los cables del tipo coaxial utilizados en alta frecuencia e instalaciones de antenas colectivas, están reforzados y fabricados para su utilización en ambientes austeros o a la intemperie.


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En la figura se muestra tres tipos diferentes de cables coaxiales: a) Coaxial fino de malla muy trenzada e hilo único central, b) Coaxial fino con malla y cablecillo central, ambos estañados, c) Coaxial normal, malla no demasiado tupida, hilo único central. Las ventajas que presenta el cablecillo sobre el hilo sencillo en su utilización en electrónica son: Cualquier marca o muesca producida en el hilo simple al pelarlo o desnudarlo

para practicar su soldadura provoca fácilmente su rotura al doblarlo. El conductor múltiple se dobla y flexiona fácilmente, haciendo de esta forma la

soldadura más cómoda. Si se realizan varias soldaduras y desoldaduras seguidas, por necesidades del

montaje, no existe apenas riesgo de rotura en el conductor múltiple pero si en el sencillo.

5. CUBIERTAS AISLANTES

Las cubiertas aislantes utilizadas para el recubrimiento de hilos y cables son de dos tipos:

1. Tejido trenzado de algodón u otras fibras. 2. Tubo plástico continuo.

5.1. Tejido trenzado

Este tipo de cubierta presenta la ventaja de que resiste mejor la alta temperatura que se produce durante la soldadura, ya que los materiales plásticos se ablandan y pierden sus propiedades a temperaturas más bajas que la necesaria para fundir la aleación metálica empleada para soldar.

5.2. Tubo plástico continuo

Este otro tipo de cubierta de plástico esta fabricada con “teflón” que resiste perfectamente el calor desarrollado en el proceso y no se daña, por ser este material un plástico con una temperatura de fusión más elevada que la necesaria para la soldadura. Los hilos y cables que emplean este material aislante tienen un precio sensiblemente más alto y sólo deben ser usados en aquellas aplicaciones que no permita emplear otro tipo.

6. CABLES COAXIALES

El cable coaxial, muy empleado en instalaciones de alta frecuencia, está formado por un conductor central de un solo hilo de cobre o de varios arrollados, envuelto por una cubierta de un plástico denominado polietileno con un espesor elevado sobre la cual se encuentra un segundo conductor trenzado en forma de malla.

a) b) c)


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Todo el conjunto está recubierto por una segunda cubierta plástica que lo aísla del exterior.

Existe, por último en el mercado, un tipo de cable con una disposición de conductores parecida a la del coaxial, pero no debe confundirse con él, por tener

unas aplicaciones diferentes. Es el cable apantallado.

En la figura se muestra dos modelos de cable apantallado: de un solo conductor interno y de dos conductores.

Se emplea, normalmente, en equipos de sonido y permite conducir corrientes muy débiles sin que sobre las mismas se produzcan ninguna alteración por ruidos eléctricos del exterior, como chispas de encendido, motores, encendido de automóviles, motores, encendido y apagado de iluminaciones eléctricas y cualquier tipo de parásitos industriales o domésticos.

7. ACTIVIDADES

1. Con ayuda de un calibrador anota la sección y longitud de varios cables seleccionados.

2. Clasifica y separa conductores de cablecillos y conductores de hilos entregados.

3. Prepara los cables e hilos conductores necesarios y sus longitudes para conectar dos tarjetas electrónicas a una distancia de 38 cm.

4. Con varios tipos de cables, conectar y soldar en la placa multitaladros, los cables de alimentación, los cables de señales apantallados, masa.


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MODULO I. PREPARACIÓN DE MATERIALES Y HERRAMIENTAS.

Unidad 7.

Componentes electrónicos.


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MODULO I. PREPARACIÓN DE MATERIALES Y HERRAMIENTAS.

Unidad 7. Componentes electrónicos.


1. INTRODUCCIÓN 2. COMPONENTES PASIVOS

2.1. Resistencias 2.1.1. RESISTENCIA VARIABLES. AJUSTABLES Y

POTENCIOMETROS 2.1.2. RESISTENCIAS ESPECIALES.

2.2. Condensadores 2.2.1. COMPORTAMIENTO DEL CONDENSADOR EN CC Y CA. 2.2.2. CAPACIDAD 2.2.3. TIPOS DE CONDENSADORES

2.3. Bobinas o inductancia 2.3.1. MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO

2.3.2. UNIDADES DE MEDIDA 2.3.3. PERMEABILIDAD MAGNÉCTICA

2.4. Transformador 2.4.1. FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR 2.4.2. CONSTRUCCIÓN DE UN TRANSFORMADOR 2.4.3. TIPOS DE TRANSFORMADORES

2.5. Relés 2.5.1. COMPOSICIÓN DEL RELÉ 2.5.2. FUNCIONAMIENTO DEL RELÉ

2.6. Conectores 2.6.1. CONECTORES DE RED Y ALIMENTACIÓN 2.6.2. CONECTORES PARA CIRCUITO IMPRESO 2.6.3. CONECTORES DE SEÑALES DIN Y RCA 2.6.4. CONECTOR JACK

2.6.5. CONECTOR BNC 2.6.6. CONECTOR COAXIAL DE ANTENA 2.6.7. CONECTOR RJ45 – RJ11 2.6.8. ADAPTADORES DE CONEXIÓN

2.7. Interruptores 2.7.1. ACCIONAMIENTO 2.7.2. CARACTERÍSTICAS DEL CONTACTO

3. COMPONENTES ACTIVOS

3.1. Pilas y baterías 3.1.1. CLASIFICACIÓN 3.1.2. TIPOS DE PILAS 3.1.3. TIPOS DE BATERÍAS

3.2. Diodos 3.2.1. CLASIFICACIÓN

3.3. Transistores 3.3.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 3.3.2. APLICACIONES DE LOS TRANSISTORES 3.3.3. ENCAPSULADO DEL TRANSISTOR 3.3.4. CLASIFICACIÓN 3.3.5. CURVAS CARACTERISTICAS

3.4. Tiristores 3.4.1. ESTRUCTURA

3.4.2. DISPARO 3.4.3. EL TIRISTOR COMO REGULADOR


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3.4.4. CARACTERÍSTICAS DEL TIRISTOR 3.5. Triac

3.5.1. ESTRUCTURA 3.5.2. DISPARO 3.5.3. DISPARO POR CONTINUA Y ALTERNA 3.5.4. EL DIAC

3.6. Circuitos Integrados 3.6.1. ANALÓGICOS 3.6.2. DIGITALES

4. TRANSDUCTORES 4.1. Piezoeléctricos

4.1.1. ALTAVOCES 4.1.2. MICRÓFONOS

4.1.3. CRISTALES DE CUARZO 4.2. Optoelectrónicos

4.2.1. FOTOSENSIBLES 4.2.2. ELECTROLUMINOSCENTES

5. CONCLUSIÓN 6. ACTIVIDADES


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1. INTRODUCCIÓN

Los equipos electrónicos están formados de circuitos impresos y estos a su vez contienen una serie de componentes electrónicos, necesarios para su funcionamiento y para establecer su cometido. Se entiende por componente electrónico a aquel dispositivo que forma parte de un circuito electrónico. Se suele 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.

En esta unidad nos centraremos en conocer los componentes electrónicos más utilizados en los montajes, sin profundizar demasiado en sus características, pero consiguiendo una base fundamental de ello y según la siguiente clasificación:

2. COMPONENTES PASIVOS

Son componentes que no pueden realizar funciones de control o amplificación, ni otras funciones electrónicas complejas. La tensión y la corriente presentes en ellos suelen estar relacionadas por una proporcionalidad, una derivación o una integración con respecto al tiempo.

2.1. Resistencia

La resistencia es uno de los componentes imprescindibles en la construcción de cualquier equipo electrónico, ya que permite distribuir adecuadamente la tensión y corriente eléctrica a todos los puntos necesarios, para ello, ofrece una

Resistencias

Condensadores

Inductancias.

Cables, interruptores,..

Pilas, baterías

Diodos

Transistores

Triacs

........

Circuitos

Integrados

Altavoces

Micrófonos

Cristales osciladores

Fotosensibles

Electroluminiscentes

Componentes

Electrónicos

Transductores

Piezoeléctricos

Optoelectrónicas

….

Puertas

Multiplexores

Memoria

Microcontroladores…

Analógicos

Digitales

Pasivos

Activos Reguladores de tensión

Amplificadores

operacionales


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resistencia al paso de la corriente eléctrica generando una caída de tensión en la misma. Su unidad es el ohmio Ω (omega). La resistencia se utiliza en aplicaciones de limitador de corriente y divisor de tensión.

Los principales parámetros de una resistencia son su valor resistivo, su

tolerancia y la potencia máxima que puede disipar. El valor óhmico de la resistencia se estableció de forma estándar, una serie de valores fijos que con ellos se pudiera obtener toda la gama de resistencias desde 1 Ω en adelante; estos valores son:

1 1,5 2,2 3,3 4,7 6,8 10

1,2 1,8 2,7 3,9 5,6 8,2

1,1 1,3 1,6 2 2,4 3 3,6 4,3 5,1 6,2 7,5 9,1

El conjunto total de valores de toda la gama se obtiene multiplicando por 10, 100, 1000 (1K), 10.000 (10K), 1.000.000 (1M) o 10.000.000 (10M) la tabla anterior.

La tolerancia es un factor importante en la definición de una resistencia, pues aparece como consecuencia de la imposibilidad de obtener un valor óhmico totalmente exacto en la fabricación de la misma. Posee una tolerancia estandarizadas de +-5 %, +- 10%, y +-20%, aunque esta última está desapareciendo del mercado debido a su poca utilización y a que los procesos de fabricación han mejorado progresivamente. Existen, lógicamente, resistencias con una gran precisión en su valor, del 1%, lo que implica fijar tolerancias muy bajas, pero habrá que tener en cuenta, que su

precio aumentará considerablemente y sólo serán necesarias en aplicaciones muy especiales.

Anillo indicador de la tolerancia

La potencia máxima es un factor importante, adicional, a tener en cuenta en la elección de una resistencia, es la disipación de potencia, en forma de calor, que es capaz de soportar. Este fenómeno de disipación calórica se debe a que la corriente al atravesar la resistencia pierde una cierta cantidad de energía empleada en “vencer” la dificultad que ésta presenta. Esta energía se transforma en calor. La disipación de potencia es un factor que afecta al tamaño físico de la resistencia, encontrándose en el mercado diferentes tamaños correspondientes a su potencia:

Para identificar el valor de una resistencia, se utiliza un sistema por medio de colores que permite cubrir toda la gama de la tabla anterior. A este sistema se le denomina código de colores y consiste en pintar alrededor de la

Potencia en vatios (W)

1/8 ¼ 1/3 ½ 1 2


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resistencia y en un extremo, cuatro anillos de unos colores determinados, correspondiendo los dos primeros a los números indicativos del valor de la tabla de valores anteriores estándar, el tercero al número de ceros que es necesario añadir y el cuarto a la tolerancia.

Código de colores empleado habitualmente para designar el valor de una resistencia.

2.1.1. RESISTENCIAS VARIABLES. AJUSTABLES Y POTENCIÓMETROS

Muchas veces los circuitos electrónicos precisan que sobre ellos se realicen un cierto número de ajustes internos que dependen de la forma de funcionamiento para obtener un óptimo estado de rendimiento (resistencias ajustables) o bien, determinadas correcciones según el gusto del usuario que se efectúa a voluntad de éste. En este caso se encuentran los mandos externos de los aparatos electrónicos de uso general, tales como el control de volumen, el de tono, la luminosidad de la pantalla de un televisor y otros.

Resistencia variable (ajustable). Resistencia variable (potenciómetro).

Este efecto se consigue gracias al empleo de resistencias variables mediante la acción de mandos externos.


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Los términos resistencia variable o ajustable y potenciómetros vienen a ser sinónimo y se emplean en la práctica para designar a los mismos componentes.

2.1.2. RESISTENCIAS ESPECIALES

Estos tipos de resistencias especiales tienen propiedades especiales que pueden variar su valor óhmico con la temperatura, con la tensión, o la luz que incide sobre ella. Son resistencias dependientes de la temperatura, tensión y luz. Las resistencias variables con la temperatura son de dos tipos:

Resistencia NTC: Coeficiente Negativo de temperatura. Resistencia PTC: Coeficiente Positivo de temperatura.

Las NTC se comportan bajando su valor óhmico ante una subida de temperatura.

Termistores NTC Las PTC actúan a la inversa, es decir, su valor sube cuando aumenta la temperatura. Se emplean para estabilizar térmicamente algunas partes del circuito y como sensores en equipos reguladores de temperatura.

Termistores PTC Las resistencias sensibles a la tensión se denominan VDR y se comportan disminuyendo su valor ante aumentos de voltaje. La aplicación más habitual es en estabilizadores de tensión, en sistemas de protección (actuando, en este caso, rápidamente ante una sobretensión).

Varistor VDR


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Y por último las resistencias dependientes de la luz LDR, se comporta disminuyendo su valor ante un aumento de la luz, esta variación es proporcional. Este tipo de resistencia no lineal su valor óhmico depende fundamentalmente de la cantidad de luz que incide directamente sobre ella.

El uso que se le puede dar a este tipo de resistencia es en sistema de control y automatización donde sea necesario tener presente el nivel de luz existente.

Resistencia LDR

2.2. Condensadores

Otro de los componentes que no suelen faltar en ningún equipo electrónico es el condensador, en algunas de sus formas o tipos. Un condensador consiste, básicamente, en dos placas metálicas separadas por un material aislante denominado dieléctrico, como aire, papel, cerámica, mica, plásticos, etc. Normalmente, éste dieléctrico se dispone en forma de una lámina muy fina para conseguir que las placas metálicas, denominadas armaduras, se encuentren a muy corta distancia.

El valor de un condensador, medido en términos de capacidad, está determinado por la superficie que tienen las armaduras, así como por la distancia entre ellas, fijada por el espesor del dieléctrico, de forma que se

obtendrá mayores capacidades con armaduras más grandes y dieléctricos muy delgados. Al aplicar una tensión continua entre las dos armaduras del condensador, no existirá ningún paso de corriente a través del mismo, debido a la presencia del dieléctrico, sin embargo se producirá un efecto de acumulación de carga eléctrica en las armaduras de forma que en la que esté conectada al polo

negativo de la tensión, existirá una acumulación de electrones y en la armadura conectada al positivo se producirá una disminución de los mismos. Si se elimina la tensión que se le aplica, esta acumulación de carga se mantiene debido a la fuerza de atracción eléctrica entre las armaduras cargadas. Si a continuación se junta o cortocircuitan exteriormente las armaduras cargadas, a través de los terminales de conexión, se producirá una corriente muy breve entre ellas y se descargará el condensador, quedando en las condiciones iniciales, ver la siguiente figura.


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Los condensadores se utilizan en aplicaciones de filtro, ya que se comporta como un conductor trabajando con altas frecuencias y un aislante con la corriente continua. Elimina el rizado de la tensión de alimentación de circuitos de corriente continua, también para almacenar una carga eléctrica que permita mejorar la alimentación de los circuitos que presentan picos de consumo y la temporización en circuitos de carga y descarga de condensadores con células RC.

2.2.1. COMPORTAMIENTO DEL CONDENSADOR EN CORRIENTE CONTÍNUA Y ALTERNA.

Una de las consideraciones que hay que tener en cuenta sobre los condensadores es que se comportan como un circuito abierto en corriente continua, existiendo solo circulación de corriente cuando dicho condensador se está cargando y, una vez el condensador cargado, no habrá circulación de corriente. Por el contrario, si existiera circulación de corriente cuando la tensión de alimentación sea alterna ya que, por la propia naturaleza de esta

tensión de alimentación, hace que se produzca constantes cargas y descargas del condensador.

2.2.2. CAPACIDAD La capacidad es, por tanto, la posibilidad de acumulación de carga eléctrica de un condensador cuando se le aplica una tensión determinada. Depende del tamaño de las placas que constituyen el condensador y del dieléctrico que las separan (aire, poliester, etc.). El material empleado en el dieléctrico es un elemento muy importante en la construcción del condensador, ya que determina factores tales como: tensión máxima de funcionamiento sin que llegue a perforarse, la capacidad debido a la mayor o menor facilidad de cortarle en laminas muy finas y a su mayor o menor polarización; perdidas dieléctricas, ya que a pesar de ser un material aislante, siempre existirá una corriente muy débil que tenderá a descargar el

condensador en un tiempo suficientemente largo. Para alcanzar altas tensiones de trabajo hay que acudir a dieléctricos relativamente gruesos lo que aumenta el tamaño del condensador. Para obtener capacidades elevadas hay que disponer de placas de gran superficie lo que supone, igualmente, condensadores de mayor volumen.

2.2.3. FACTORES IMPORTANTES A TENER EN CUENTA EN UN CONDENSADOR

Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios (µF=10-6 F ), nanofaradios (nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F).

Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un

condensador, que depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté fabricado. Si se supera dicha tensión, el condensador puede


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perforarse (quedar cortocircuitado) y/o explotar. En este sentido hay que tener cuidado al elegir un condensador, de forma que nunca trabaje a una tensión superior a la máxima.

Tolerancia: Igual que en las resistencias, se refiere al error máximo que puede existir entre la capacidad real del condensador y la capacidad indicada sobre su cuerpo.

Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad superior a 1 µF tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión prestando atención a sus terminales positivo y negativo. Al contrario que los inferiores a 1µF, a los que se puede aplicar tensión en cualquier sentido, los que tienen polaridad pueden explotar en caso de ser ésta la incorrecta.

2.2.4. TIPOS DE CONDENSADORES

Condensadores de plásticos No tienen polaridad, están fabricados con dos finas tiras de poliester metalizadas por una cara dejando una banda sin cubrir en el borde y en sitios opuestos en cada una, arrolladas entre si. Los hay de

diferentes materiales: poliester, poliestireno, policarbonato. Suelen ser muy estables, autoregenerativos (si se perfora el dieléctrico se vuelve a cerrar) y con gama de capacidades de 1 nF a varios cientos de µF.

Condensadores cerámicos Son los cerámicos más corrientes. Sus valores de capacidad están comprendidos entre 0.5 pF y 47 nF. En ocasiones llevan sus datos impresos en forma de bandas de color. Tienen una forma característica de lenteja, soporta tensiones relativamente altas y no tienen polaridad.


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Condensadores de Tántalo Ofrecen un tamaño más reducido que los de aluminio y tienen una forma característica de “gota”.

Emplean como dieléctrico una finísima película de óxido de tantalio amorfo, que con un menor espesor tiene un poder aislante mucho mayor. Tienen polaridad y se fabrica con capacidades de 0,1 a 680 µF.

Condensadores electrolíticos Los condensadores electrolíticos son los que poseen la mayor

capacidad de todos para un tamaño determinado. Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en electrolito. Siempre tienen polaridad y cubre el rango que va de 1 µF a incluso varios Faradios. Si se supera su tensión nominal o se invierte la polaridad, puede llegar a explotar.

Este tipo de condensador es de polaridad fija, es decir, únicamente puede funcionar si le es aplicada la tensión continua exterior con el positivo unido al ánodo (+) correspondiente a la lámina de aluminio recubierta de óxido y el negativo (-) a la caja metálica o cátodo. Por lo tanto, se emplea en aquellos puntos en que exista una tensión continua, aplicándose normalmente en filtros de rectificadores, desacoplo en baja frecuencia y condensadores de paso.

2.3. Bobinas o inductancias Las bobinas o inductancias son otros de los componentes esenciales en un circuito electrónico, sobre todo para el control y procesamiento de corrientes o señales alternas. Este componente, también conocido con los nombres de

reactancias o choques, según la aplicación a que se destinen, está compuesto por dos partes básicas: núcleo y arrollamiento de hilo. Según los casos y los diseños será o no necesario un carrete intermedio que realice la función de soporte del arrollamiento.


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Análogamente a un condensador, una bobina (o inductor) es un componente también almacenador de energía. Dicho componente tiene la propiedad de retardar los cambios de la corriente eléctrica que circula por él, estando dicho retardo acompañado por una absorción o liberación de energía asociada al cambio de la magnitud del campo magnético que rodea a los conductores los cuales forman o constituyen el propio inductor o bobina.

Su aspecto externo es de la forma de una bobina de hilo de coser, pero según la aplicación puede variar su tamaño y forma según su potencia y valor. En cualquier tipo de inductancia existirá una cierta resistencia, causada por la propia resistividad del hilo que será necesario tener en cuenta para muchas aplicaciones ya que su efecto se superpone al propio de la bobina en sí.

2.3.1. MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO Es importante mencionar en este apartado lo que se entiende por magnetismo y electromagnetismo para comprender los efectos de las bobinas en un circuito eléctrico. El magnetismo no es más que la capacidad que poseen los imanes de poder atraer metales del tipo ferromagnético. En mayor o menor medida las propiedades y características magnéticas de estos se basa el estudio de las bobinas teniendo en cuenta los efectos magnéticos que en ella se puedan

presentar. En un principio no parecía existir una relación directa entre el magnetismo y la corriente eléctrica, eran dos ramas totalmente diferentes en la que los efectos de estas dos disciplinas no parecían estar relacionados de ninguna forma. Básicamente, el experimento que realizó Oersted fue que al hacer pasar una corriente eléctrica a través de un hilo conductor y al aproximar a dicho hilo conductor una brújula, comprobó que ésta se movía hacia otra dirección totalmente diferente a la que tenía antes de ser aproximada al hilo conductor. De esta forma Oersted llegó a la conclusión de que aparecía un campo magnético asociado al paso de una corriente eléctrica a través de un conductor, demostrando así la relación entre el magnetismo y la corriente eléctrica.


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2.3.2. UNIDADES DE MEDIDA

La unidad de medida de la inductancia es el Henrio. Su definición es la siguiente: El henrio es la inductancia de una bobina en la que se crea una diferencia de potencial de un voltio entre sus extremos, cuando es atravesada por una corriente alterna que varía a razón de un amperio por segundo. Se representa por la letra H. Existen otras unidades menores que el henrio que se utilizan con mucha mayor frecuencia que éste por ser excesivamente grande para otras aplicaciones que no sean las de choques de filtro para rectificadores. Estas unidades son el milihenrio, representado por mH y el microhenrio o µH.

2.3.3. PERMEABILIDAD MAGNÉTICA El núcleo empleado en la construcción de las bobinas tiene una gran influencia en el valor de su inductancia. Existen materiales, como los ferromagnéticos, que son muy sensibles a los campos magnéticos y producen unos valores altos de inductancia. Otros, por el contrario, no presentan ninguna propiedad magnética y su comportamiento es indiferente. Es necesario, por lo tanto, tener en cuenta un factor que determine el grado

de respuesta del material empleado como núcleo ante el fenómeno magnético. Este factor se denomina permeabilidad magnética y se representa con la letra µ (mu). Cuanto mayor sea este parámetro, se conseguirá una mayor inductancia, sobre la base de un número de espiras constante.

2.4. Transformador

El transformador es un elemento capaz de convertir un sistema de corriente alterna con una tensión e intensidad determinada en otra, también en alterna, con diferentes tensiones e intensidades, de forma que la potencia se mantenga constante.

2.4.1. FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR

Su funcionamiento está basado en el fenómeno de inducción electromagnética, de forma que el campo magnético variable que produce un conductor arrollado sobre un núcleo de material magnetizable, cuando circula por el una corriente alterna, produce una determinada tensión, también alterna, en otro conductor, independiente del anterior, arrollado sobre el mismo núcleo.

En efecto, cuando por una bobina de hilo conductor circula una corriente eléctrica, se comporta como si fuera un imán. Este efecto se produce tanto con corrientes continuas como con alternas.

En la figura, al circular corriente por una bobina se comporta como si se

tratara de un imán.


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Al arrollar otra bobina sobre el mismo núcleo, estará atravesada por el campo producido por la primera a la que llamaremos primario. Si el campo producido por éste es constante, no se obtendrá ningún efecto útil sobre la segunda bobina a la que llamaremos secundario. Sin embargo, si el campo es variable, tal como se obtendría aplicando una tensión alterna en el primario, se induciría en el secundario una corriente también variable, si se

encuentra conectada a un circuito cerrado.

En cambio, tanto la intensidad como la tensión pueden ser mayores o menores a las del primario. Esto se debe a que el número de vueltas o

espiras de ambas bobinas puede ser diferentes. La relación de transformación es una propiedad de transformación que depende del número de espiras del primario y del secundario y en el caso ideal, la relación entre la tensión obtenida en el secundario o salida y la de entrada al primario, será la relación entre el número de espiras de ambos. M= N1/N2 = V1/V2 = I2/I1

2.4.2. CONSTRUCCIÓN DE UN TRANSFORMADOR

Un transformador estándar esta construido por dos bobinados: primario y secundario y un núcleo. El bobinado primario constituye aquella parte del transformador que se conecta a la red de alimentación de corriente alterna. El bobinado primario se encuentra compuesto por un número determinado de espiras, N1. El bobinado secundario constituye aquella parte del transformador por la que se obtiene la tensión transformada. Al igual que el bobinado primario, el bobinado secundario también se encuentra compuesto por un número de espiras, N2. Los bobinados de todos los tipos de transformadores se realizan con hilo de cobre esmaltado, con objeto de conseguir un adecuado aislamiento eléctrico entre las espiras contiguas del arrollamiento.

El núcleo esta formado de un conjunto de chapas apiladas, sujetas posteriormente con tornillos y de forma que pueda establecerse un campo magnético en el conjunto creado.


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2.4.3. TIPOS DE TRANSFORMADORES Teniendo en cuenta la tensión de se obtenga en el secundario, y en función de la tensión a la que se encuentre sometido el bobinado primario, se puede clasificar a los transformadores en:

a) Transformador reductor. La tensión obtenida en el secundario es inferior que la tensión en el primario, es decir, en la salida se obtiene una tensión que es inferior que la de entrada. Se debe cumplir que el número de espiras del primario N1 sea mayor que las del secundario N2.

b) Transformador elevador. La tensión obtenida en el secundario es superior que la tensión en el primario, es decir, en la salida se obtiene una tensión que es superior que la de entrada. Se debe de cumplir que el número de

espiras del primario N1, sea menor que las del secundario N2. c) Transformador de aislamiento. La tensión obtenida en el secundario es

igual que la tensión en el primario, es decir, en la salida, se obtiene la misma tensión que hay en la entrada. En este caso, se debe cumplir que el número de espiras del primario N1 sea igual que las del secundario N2. Este tipo de transformador, sólo proporciona aislamiento galvánico entre la entrada y la salida.

Transformador reductor 0-125-22024+0+24.

2.5. Relés El relé electromagnético, es un componente muy utilizado en circuitos de potencia. Es un interruptor mandado a distancia que retorna a su posición inicial

o de reposo cuando la fuerza que lo acciona deja de actuar.

Posee varios contactos agrupados en forma de circuito conmutado accionados

por efectos electromagnético. El paso de la corriente a través de una bobina provoca un campo magnético que atrae una pieza, mediante efecto palanca. Esta palanca acciona unos contactos NA/NC. Su funcionamiento se basa en la exaltación de la bobina, se magnetiza el núcleo ferromagnético y este atrae la parte móvil que es donde se localizan los contactos secos. El efecto que produce al circular corriente por una bobina es que se comporta como si se tratara de un imán atrayendo contactos metálicos.


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2.5.1. COMPOSICIÓN DEL RELÉ

El relé está compuesto por una serie de elementos: bobina, pivote, armadura, núcleo de material ferromagnético y contactos NC/C/NA.

El electroimán es el conjunto formado por la bobina y el núcleo magnético:

El núcleo magnético. Se utilizan dos tipos en función de la corriente. o Corriente Alterna. Compuesto por chapas laminadas y aisladas

entre sí. o Corriente Continua. De acero macizo.

Bobina. Este elemento va liado sobre un carrete de material de tipo termoplástico o de baquelita. Está formado por varias capas de hilo de cobre aislado con esmalte.

La función del circuito de contactos es el cierre o apertura de los circuitos. Los contactos deben reunir una serie de características, destacando las siguientes:

Elevada dureza Gran resistencia mecánica Poca resistencia al contacto Leve tendencia al soldeo Escasa tendencia a la formación de sulfuros Resistencia a la erosión Gran conductividad térmica y eléctrica

Estas características hacen difícil encontrar un material, siendo la solución más idónea la utilización de aleaciones. La más importante son las de plata-níquel y la de plata-cadmio, que se utilizan si los relés realizan muchas

maniobras.

2.5.2. FUNCIONAMIENTO DEL RELÉ El relé tiene un funcionamiento sencillo que consiste en que la bobina es alimentada por una tensión continua ó alterna, según el nivel de potencia con el que se trabaje. Esta corriente pasa por la bobina generando en el núcleo una determinada fuerza magnetomotriz. De esta forma se produce un flujo de tipo magnético que origina una inducción magnética, apareciendo una fuerza de atracción sobre la armadura que hace que cierren y abran, a través de un pivote, los contactos del relé.


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Se encuentran divididos en dos bloques:

Circuitos de excitación.

Circuitos de conmutación. El circuito de excitación es el encargado de recibir la señal de mando. El circuito de conmutación son el conjunto de contactos que se mueven y hacen cerrar ó abrir el circuito eléctrico y el paso de la corriente eléctrica hacia otro circuito de mayor potencia.

2.6. Conectores

La gran mayoría de los equipos electrónicos cuentan con un componente que desempeña una importante función, como es el enlace eléctrico entre dos o más partes o secciones de los mismos, de forma permanente, pero con la

particularidad de que dicha unión pueda ser fácilmente desmontada, sin necesidad de tener que recurrir a herramientas o utillajes especiales, ni siquiera al simple soldador/desoldador. A estos elementos especialmente diseñados y preparados para facilitar ciertos contactos eléctricos, se le denomina conectores.

Existen un gran número de aplicaciones para los conectores, aunque las más típicas y usuales son las de enlace entre circuitos impresos o de éstos con mazos de cables así como todo lo relacionado con las conexiones de entrada y salida, incluyendo la alimentación.


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Una conexión de calidad requiere su conector ó terminales específicos. La garantía de un buen funcionamiento del equipo y evitar fallos intermitentes se basa en la realización de una buena conexión con su conector apropiado y soldado convenientemente con estaño.

2.6.1. CONECTORES DE RED Y ALIMENTACIÓN

Uno de los conectores más simples y utilizados es el popular enchufe eléctrico, que se emplea para unir a la red eléctrica cualquier aparato que emplee esta forma de energía para su normal funcionamiento.

Un enchufe normal consta de dos partes claramente diferenciadas. Una de ellas es la base o conector hembra y suele encontrarse directamente unida a los dos o tres cables de distribución de la red, según se trate de instalación monofásica o trifásica y la otra es la clavija macho, conectada al equipo, se encarga de conectarlo a la base hembra. En electrónica es muy común utilizar, experimentalmente o permanente, clavijas del tipo bananas para la alimentación en continua de los circuitos y

equipos, estas se diferencian por ser de un solo cable y suelen ser de color rojo, amarillo o negro para distinguir la polaridad de la fuente de alimentación.

En la figura se muestra clavijas hembra para su montaje en circuito impreso o chasis y clavija macho aérea.


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2.6.2. CONECTOR PARA CIRCUITO IMPRESO En aquellos casos que se precisen disponer de un equipo con una serie de circuitos impresos independientes en forma modular, capaces de permitir un rápido montaje y desmontaje, deberá dotarse a éstos de conectores específicos, tanto hembras como macho.

En la siguiente figura se muestra un juego completo de conector macho y hembra de doble fila de contactos para circuito impreso. Estos conectores son del tipo enchufable y permite enlazar totalmente dos tarjetas (circuitos

impresos) para compartir señales y alimentaciones.

2.6.3. CONECTORES DE SEÑALES DIN Y RCA Otros tipos de conectores muy conocidos es la destinada a facilitar las

conexiones entre dos puntos: entre los que transmite la señal y los que la reciben. Como es el caso de equipos de sonido, o de alta frecuencia y señales de video. Para equipos de sonido suelen utilizarse dos tipos normalizados de conectores conocidos como DIN y RCA. Los DIN son conectores que suelen estar incorporados en aparatos de origen europeo ya que responde a una normalización alemana. Existen dos modelos básicos: de tres y cinco patillas. Empleándose, para su conexión, cables del tipo apantallado o blindado.


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En la figura se muestra un conector DIN de 5 patillas con el conector hembra para circuito impreso o chasis y el conector macho aéreo. Aunque existen diversos modelos de conectores DIN, con distinto número de patas el de cinco patas (DIN 5p) es el más utilizado. El conector DIN 5p macho tiene cinco pequeñas patas dispuestas en arco y separadas entre sí

mediante una pieza cilíndrica de material aislante en la que están implantadas. Las patas se prolongan en la base en forma de terminales para soldadura de los conductores del cable; una de las patas, la que ocupa la posición central, corresponde a la masa común de las señales y las otras cuatro son señales activas. La base está protegida por dos piezas metálicas semicilíndricas que encajan entre sí, estando todo el conjunto aislado mediante una funda externa removible.

El conector RCA, es empleado fundamentalmente en los equipos de origen americano y su hembra se compone de un cilindro metálico hueco central rodeado por un elemento aislante y por un anillo conductor concéntrico.

En la figura se muestra un conector RCA hembra y macho que sólo permite la conexión de un cable apantallado o coaxial. Se utiliza normalmente para señales de sonido y video.

2.6.4. CONECTOR JACK Conviene destacar por último, otro de los conectores que cuenta con un grupo, también muy numeroso de aplicaciones; se trata del conector del tipo “Jack”. Como en los casos anteriores se compone de los dos elementos

normales para la conexión macho y hembra. El primero está formado por un


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tubo metálico externo que constituye uno de los contactos, en cuyo interior se encuentran otra serie de tubos de menor diámetro y mayor longitud separados por capas aislantes. Los extremos de contacto de éstos asoman al exterior a continuación del primero ofreciendo varias superficies cilíndricas de contacto hasta llegar a la punta, de forma semiesférica, que forma el último de los contactos. Sobre ésta se encuentra un pequeño estrechamiento,

necesario para lograr una fijación mecánica permanente entre macho y hembra.

Los modelos más usuales contienen dos o tres zonas de conexión y se emplea para transmitir una o dos señales simultáneamente. Si se utiliza cable apantallado se unirán las mallas al cuerpo o tubo más exterior y los vivos a los interiores. En el mercado se encuentran varios modelos normalizados de conectores “jack” con diferentes longitudes y diámetros y suelen destinarse a funciones

tales como: conexionado de micrófonos, tomas de entrada y salida, conexión de auriculares mono o estéreo, etc.

Diferentes tamaños de conectores JACK.

2.6.5. CONECTOR BNC Este tipo de conector está especialmente pensado para ofrecer una rápida conexión/desconexión de cables coaxiales. El conector macho tiene una corona giratoria que permite el cierre de bayoneta con sólo un cuarto de vuelta.

Conector BNC, macho.


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En la actualidad este conector se usa en multitud de dispositivos. Esta siempre presente en los dispositivos de vídeo profesional, CCTV, señales video compuestas o por componentes, audio, equipos de medida y test como osciloscopios, generadores de funciones, antenas, etc. etc., como veis, siempre estrechamente relacionado con las señales RF.

Si se desmonta un BNC macho, descubriremos varias pequeñas piezas en su interior: arandelas, goma cilíndrica, cápsula troncocónica y patilla contactora. La patilla contactora que termina en punta y suele ser de algún metal noble (oro), es el conductor activo y tiene en su base un pequeño cilindro hueco para la introducción y soldadura del hilo central del cable coaxial. El resto de las piezas interiores, así como la tuerca de cierre tienen por función conectar

la malla y asegurar la fijación sólida del conector al cable.

2.6.6. CONECTOR COAXIAL DE ANTENA Son los del grupo de RF y aunque la disposición de la patilla contactora y de la cazoleta es siempre la misma, existen diversos modelos en el mercado que únicamente se diferencia en los mecanismos de acoplamiento de los

conductores del cable. En general, un conector RF macho se compone de vástago o pata central y cazoleta exterior (los dos conductores, activo y masa), con una funda o tapa que protege y aísla los terminales de la base. El conector hembra, por el contrario, tiene un orificio central y una ranura o hendidura perimetral, complementarios del vástago y la cazoleta cilíndrica exterior del macho. En los aparatos que disponen de entradas y/o salidas de RF, las salidas (RF OUT) son conectores machos y las entradas (RF IN,

ANTENNA IN, AERIAL IN) son conectores hembras. Por tanto, hemos de tener en cuenta que, a la hora de fabricar conexiones de RF, se habrá de instalar un conector macho y un conector hembra en cada extremo del cable.

Base hembra conector de antena Conector macho aéreo de antena

2.6.7. CONECTOR RJ45 – RJ11 Posee 8 pines con conexiones eléctricas, es utilizado según las normas TIA/EIA 568A y TIA/EIA 568B (Telecomunication Industry Asociation/ Electric Industry Alliance). Estos estándares tratan el cableado comercial para

productos y servicios de telecomunicaciones. Fueron publicados por primera vez en 2001.Tal vez la característica mas conocida sea la asignación de pares/pines en los pares de los cables de 8 hilos y 100 ohm (Cable de par trenzado-UTP). Esta asignación de pares y pines se conoce como T568A y T568B.


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Este terminal posee similares características al RJ11 que se usa en telefonía y que tiene 4 pines (2 pares).

Para que todos los cables funcionen en cualquier red los 2 extremos del cable UTP (Categoría 5 o 6) llevaran un conector RJ45 ordenados según la norma A o B. Si estos cables van conectados a un concentrador (Hub, switch o router) llevaran conexionados tipos AA o BB, pero si se va a utilizar para conectar

dos computadoras entre si, un extremo será A y otro extremo B (cable cruzado). Existen dos maneras de unir cables: una forma industrial mediante un proceso de inyección o en forma manual mediante una herramienta llamada Crimpadora.

Crimpadora para RJ45 y RJ11

2.6.8. ADAPTADORES DE CONEXIÓN El adaptador es un tipo de conector fabricado especialmente para intercalarse entre dos conectores que son totalmente incompatibles. Una adaptación se identifica por el tipo y la forma (macho o hembra) de los

conectores que tiene, o bien de los conectores entre los que se intercala. En los comercios especializados pueden encontrarse gran variedad de adaptadores para las conexiones más usuales de video y audio. Unos son adaptadores “monoblock” consistentes en una sola pieza que incluye los dos conectores complementarios (macho o hembra) de aquellos entre los que ha de intercalarse. Los monoblock son los adaptadores más prácticos y fiables.


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Otros son los cables de adaptación, fabricados a base de cable y los conectores correspondientes, y que pueden hacerse fácilmente en casa, de la misma forma que los cables de conexión ordinarios.

2.7. Interruptores y conmutadores Prácticamente la totalidad de los equipos electrónicos incorporan uno o varios elementos capaces de interrumpir el paso de la corriente eléctrica de red o de cualquier pila o batería. Aunque a primera vista la función de estos componentes aparezca como bastante simple, sin embargo, en su diseño es necesario tomar en consideración una serie de parámetros relativamente compleja, ya que en la

interrupción brusca de una corriente eléctrica o en el cierre súbito de la misma se producen unos fenómenos que es preciso conocer y analizar. La base del funcionamiento de estos componentes es la existencia de dos puntos o superficies conductoras que se abren y cierran a través de un accionamiento mecánico y que forman lo que se denomina un contacto eléctrico. El propósito de un contacto eléctrico es permitir que los electrones puedan circular desde una de las partes del contacto hasta la otra, ofreciendo la mínima resistencia posible a su paso. A esta condición se le puede añadir otra en la que se tenga en cuenta la duración del contacto de forma que ésta sea lo más larga que se pueda conseguir.

2.7.1. ACCIONAMIENTO Existen dos formas básicas de accionamiento en un contacto eléctrico:

Deslizante o de accionamiento tangencial. Basculante o de accionamiento vertical.

Contactos deslizantes Contactos basculante. En los contactos deslizantes una de las superficies “resbala” sobra la otra, siendo necesario aplicar una cierta fuerza que venza la fricción entre ellas, además se produce un cierto desgaste ocasionado por la abrasión. En los

contactos basculantes una de las superficies puede ser fija y la otra móvil o ambas móviles, realizándose la unión entre ellas mediante una fuerza perpendicular a las mismas que las aproxima hasta que se consigue la unión. Atendiendo a la función que realizan los contactos, pueden clasificarse en:

Interruptor de uno o más contactos simultáneos. Conmutadores o inversores de uno o varios circuitos.


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Interruptores

Los interruptores realizan la apertura y cierre de un circuito eléctrico o de varios, en el caso de tener más de un contacto, siendo en este caso todos independientes.

Se emplean para las aplicaciones clásicas de encendido y apagado de instalaciones eléctricas, de iluminación, máquinas, aparatos eléctricos, etc. En los circuitos electrónicos, aparte de utilizarlos para el encendido, encuentran también aplicación en la definición de los niveles “0” o “1” de sistemas digitales. Su actuación puede ser permanente o momentánea, existiendo modelos para cada una de estas formas.

Interruptor ON/OFF para chasis e Interruptor domestico de pared. Conmutadores Los conmutadores o inversores disponen de varios contactos fijos y uno móvil con una serie de posiciones definidas en las que se realiza la unión eléctrica entre uno de los puntos fijos y el móvil, pudiendo de esta forma distribuir una determinada función.

Uno de los modelos más comúnmente empleados es el inverso de dos posiciones, con el que se puede elegir un determinado estado eléctrico de entre los dos posibles.


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Tanto para interruptores como para conmutadores o inversores de dos posiciones existe una amplia gama de modelos en el mercado que presentan diferentes sistemas de actuar mecánicamente el contacto, lo que redunda en la incorporación de mandos exteriores de diferentes formas, entre las que se podrá elegir para conseguir un determinado objetivo estético o de facilidad para la actuación manual.

Se encuentran básicamente en tres formas:

Actuación por mando de forma de palanca. Actuación por llave plana o palanca de bajo relieve. Actuación por tecla.

2.7.2. CARACTERÍSTICAS DEL CONTACTO Las características que deberán tenerse en cuenta para la elección del contacto son las siguientes:

Material que forma los contactos. Tensión y corriente máximas de funcionamiento. Fuerza de actuación. Resistencia de contacto.

Interruptor o conmutador. Número de circuitos simultáneos a conmutar.

Los materiales empleados para realizar los contactos son aleaciones de metales especiales conteniendo una elevado proporción de plata o de oro, con objeto de conseguir la mínima influencia de los agentes atmosféricos exteriores cuya acción química harían variar las propiedades, de usarse otros

materiales. Normalmente se emplea el latón o el bronce fosforoso como soporte, cubriendo la zona de contacto con plata-oro con una capa de níquel intermedia o una aleación de oro-plata también con níquel intermedio. Dependiendo del tipo de contacto existirán unas condiciones máximas de

tensión y de corriente de trabajo. Suelen expresarse en amperios para una tensión máxima continua o alterna. Otro factor importante es la fuerza de actuación para realizar el contacto, ya que con ello se expresa la mayor o menor sensibilidad del mismo. Para teclados son valores normales de fuerzas de actuación, los comprendidos entre 50 y 500 g. La resistencia de contacto depende de la calidad de los materiales empleados

en el contacto siendo normales los valores entre 50 mΩ y 100 mΩ (miliohmios). Esta resistencia puede aumentar con el tiempo a causa del ensuciamiento progresivo de los contactos, por lo que debe ser tenido muy en cuenta este factor al realizar la elección. La elección entre interruptores o conmutadores es obvia dependiendo totalmente de la función a realizar. El número de circuitos simultáneos es también un factor importante, ya que puede hacer que la elección del modelo más apropiado se dirija hacia aquellos tipos que dispongan de la suficiente cantidad de conmutaciones.


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3. COMPONENTES ACTIVOS

Los componentes activos son aquellos que son capaces de excitar los circuitos o de generar ganancias o control de los mismos. Fundamentalmente son los generadores eléctricos y ciertos componentes semiconductores. Estos últimos, en general, tienen un comportamiento no lineal, esto es, la relación entre la tensión aplicada y la corriente demandada no es lineal.

3.1. Pilas y baterías Las pilas y baterías son generadores de tensión en continua fabricadas con una composición química de algunos elementos como el mercurio, el litio, magnesio,

etc.

Una pila es un dispositivo capaz de convertir energía química en energía eléctrica. Está contenida en una caja cuadrada o cilíndrica con dos terminales, que representa los polos positivos y negativos y contiene un electrólito, que puede ser líquido, sólido o en pasta. El electrolito es un conductor iónico; uno de los electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar los electrodos al circuito que hay que alimentar, se produce una corriente eléctrica. Una batería o acumulador son generadores de energía. Esta generación tiene un origen químico, ya que se produce a través de una reacción interna entre los elementos que componen la pila o batería. La batería contiene más de una pila o celda conectadas entre sí mediante un dispositivo permanente, junto con su

caja y terminales.

3.1.1. CLASIFICACIÓN

Se puede hacer una clasificación general de baterías, atendiendo a su forma de trabajo y propiedades, en dos grupos que son los siguientes:

Baterías primarias o no recargables. Baterías secundarias o recargables.

Las baterías primeras son aquellas que únicamente permiten un proceso de descarga, debido a que las reacciones químicas internas no son reversibles. Entonces, la batería quedará “agotada” al cabo de un cierto tiempo de utilización, debido a la degradación de sus componentes internos. A todas las baterías de este grupo son a las que se aplica la denominación pilas, reservando el nombre de baterías ó acumuladores para las del segundo grupo.

ENERGÍA

QUÍMICA

ENERGÍA ELÉCTRICA

Pila

Acumulador


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Dentro del grupo primario o no recargable se caracterizan por:

No se recargan, por lo tanto son desechables. Pilas secas

No requieren mantenimiento Pequeñas y de bajo costo Equipos portátiles Alta densidad de energía.

Las baterías secundarias comprenden todos aquellos modelos que permiten procesos de carga y descarga repetitivos, ya que las transformaciones que se

producen en su interior son reversibles cuando se las somete a una determinada tensión y corriente eléctrica, aplicadas externamente sobre sus terminales. Dentro del primer grupo se encuentran, como modelos más conocidos, los siguientes tipos:

Pila de cinc-carbono. Pila alcalina. Pila de mercurio. Pila de plata. Pila de litio.

En el segundo grupo se van a considerar dos tipos muy característicos, que son los que cuentan con el mayor número de aplicaciones:

Batería de plomo Batería de níquel-cadmio

La capacidad tanto de pilas como de baterías esta determinada en base a dos parámetros cuyo producto la define casi por completo. Son la corriente de descarga y el tiempo que dura la descarga. Las unidades empleadas son el

amperio-hora (A-h) y el miliamperio-hora (mA-h). Una forma de expresar la carga acumulada por una pila o batería es a través de la densidad de energía expresada en vatios-hora por kilogramo de peso o vatios hora por centímetro cúbico (cm³) de volumen. Otro factor muy importante es el efecto de la temperatura. Una baja temperatura durante el almacenamiento puede reducir en parte las

reacciones químicas. Tomando como referencia una temperatura de 20ºC, se puede afirmar que reduciéndola a 10ºC ocasionaría una reducción de las pérdidas del 50%. Si se aumenta la temperatura las pérdidas aumentarán y se producirá una reducción de la vida de un 50% aproximadamente por cada 10ºC de incremento sobre los 20ºC de referencia.


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3.1.2. TIPOS DE PILAS Pilas de cinc-carbono

Estos tipos de pilas son el modelo más común que existe en la actualidad. Su forma externa es la de un cilindro cuya longitud y diámetro depende

de la cantidad de carga que acumule. Una de la base del cilindro forma el polo negativo y en el otro extremo el polo positivo.

La envoltura externa de la cápsula es de cinc, cerrándose herméticamente el conjunto por la zona superior, asomándose únicamente el terminal de positivo en contacto con la barra de carbón. Sobre la caja metálica externa se encuentra una cubierta aislante, quedando al descubierto la base inferior para realizar la conexión. Esta pila proporciona una tensión de 1,5V y la intensidad de corriente que puede suministrar depende de la cantidad de electrolito que contenga. Su coste es el más bajo de todo el conjunto, lo que hace que su uso sea el más extendido aunque sólo son realmente eficaces en aquellas aplicaciones que requieren alimentaciones intermitentes, debido al descenso progresivo de su tensión y alta capacidad de autorregeneración en los periodos de desconexión. Existen varios tipos de tamaño según su capacidad:

Tamaño L de 1,5 V. C-LR14 Tamaño M de 1,5 V. AA-LR6 Tamaño S de 1,5 V. AAA-LR03

Pilas alcalinas Las pilas alcalinas están formadas por un ánodo de cinc de gran superficie, un cátodo de dióxido de manganeso de elevada densidad y un electrolito de hidróxido de potasio. Se diferencia, por tanto, de las de cinc-carbono en la composición del electrólito, fundamentalmente. Están encapsuladas en un recipiente hermético de acero con un recubrimiento de plata en los puntos de contacto de positivo y negativo.

Presenta una alta eficiencia en aplicaciones que requieren ciclos continuados de alimentación con corrientes relativamente elevadas, conteniendo del 50 a 100% más energía que la de cinc-carbono, con una vida hasta siete veces superior a la de éstas, presentando una impedancia interna más baja. Su tensión nominal es de 1,5V y presentan una variación de su voltaje con el tiempo bastante estable, permitiendo así que se tarde más tiempo en alcanzar el nivel limite de tensión del aparato en el que se encuentran instaladas, lo que redunda en una mayor duración de su vida útil. Su coste es más elevado que las pilas de cinc-carbono. Sus aplicaciones más características residen en juguetes eléctricos, cámaras de fotos y video, pendrive, etc.


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Pilas de mercurio

Las pilas de mercurio están formadas por un cátodo a base de óxido de mercurio, un ánodo de cinc y un electrólito de hidróxido sódico o potásico. Sus características más importantes residen en una alta densidad de energía, varias veces más elevadas que las mencionadas anteriormente,

y que la variación de su tensión con la descarga son prácticamente nula manteniendo constante su voltaje de 1,35 V a lo largo de toda su vida, ofreciendo un excelente rendimiento en altas temperaturas. Se encuentra en dos formas bastantes diferentes, la cilíndrica y la de “botón”, siendo esta última la más extendida.

Pilas de plata

Las pilas de plata, muy similares en el aspecto a las de mercurio, están formadas por un cátodo de óxido de plata, un ánodo de cinc y un electrolito de hidróxido potásico o sódico. Sus características eléctricas son muy similares a las del mercurio, presentando la ventaja sobre éstas de tener una tensión de 1,55 V y un tamaño menor, aunque a base de una menor capacidad.

Pilas de litio

Las pilas de litio son las que más se están utilizando actualmente. Presenta la más alta densidad de energía, la más larga vida útil, así como la más alta tensión de todos los modelos descritos, 3 Voltios. En su composición interna no forma parte el agua y ello permite un rendimiento en bajas temperaturas muy superior al resto de las baterías, llegando incluso a disponer del 50 % de su capacidad a temperaturas del orden de

-55ºC.

Pila de litio CR2430 Pila de litio LR44


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La composición y estructura interna de la pila depende del fabricante, ya que existen diferentes procesos de fabricación cuya diferencia estriba fundamentalmente en el material usado como cátodo, ya que el ánodo está formado por el litio en casi todos los casos.

3.1.3. TIPOS DE BATERÍAS

Como se había comentado anteriormente las baterías son generadores de energía que se produce a través de una reacción interna entre los elementos que componen la pila. Fundamentalmente las baterías tienen la capacidad de poderse recargar con una tensión y corriente determinada. A continuación vamos a considerar dos tipos de baterías con un mayor número de aplicaciones: baterías de plomo y baterías de níquel-cadmio.

Baterías de plomo

Las baterías de plomo, también denominada acumuladores, constituyen uno de los tipos más populares de baterías secundarias o recargables. Una batería de plomo está formada por una serie de células individuales conectadas entre sí y cuyo número depende de la tensión que se desee obtener.

La célula elemental se compone de dos electrodos a base de plomo sumergidos en un electrólito formado de una disolución de ácido sulfúrico en agua. El electrodo positivo o ánodo contiene óxido de plomo y el negativo o cátodo plomo en forma esponjosa. Si entre el ánodo y el cátodo se sitúa una carga, se producirá una corriente eléctrica a través de ella, apareciendo unas reacciones químicas en el interior de la batería que

generan el flujo de electrones necesarios para mantener la corriente anterior.

La capacidad en amperios-hora está determinada principalmente por la cantidad de óxido de plomo contenido en el ánodo y que puede fácilmente combinarse con el ácido sulfúrico para producir sulfato de plomo. En el cátodo existe la misma cantidad aproximadamente de plomo que en el

ánodo pero presenta una eficiencia superior durante las reacciones de carga y descarga por lo que las limitaciones están originadas por el electrodo positivo.

Baterías de níquel-cadmio Las baterías de níquel-cadmio forman el segundo grupo en importancia de

baterías secundarias. Por lo tanto en ellas se dan también los dos procesos normales de carga y descarga que han sido analizados para las de plomo, apareciendo algunas diferencias significativas en su forma de trabajo que las hace aparecer como otra alternativa a la hora de decidirse por un modelo concreto de batería.


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Estos tipos de baterías tienen un coste superior a las baterías de plomo, aunque no presentan las desventajas de éstas, ya que pueden ser almacenadas en cualquier situación de carga y descarga sin que ello afecte a su vida útil y permiten en algunos modelos hasta 30.000 ciclos de carga y descarga. Su densidad de energía es superior a la de plomo y no necesitan de complicados sistemas de cargadores.

La tensión nominal es de 1,25 V pudiéndose alcanzar tensiones, a plena carga de 1,5 V o ligeramente superiores. Sus aplicaciones están dirigidas principalmente a aquellos casos en el que se necesite un modelo ligero y portátil con una vida larga y sin necesidad de realizar ninguna operación de mantenimiento periódico.

3.2. Diodos El diodo es un componente que se desarrolló como solución al problema de la transformación de cualquier tipo de corriente alterna en corriente continua. Actualmente se fabrican con material semiconductor de silicio o germanio. Está constituido por dos zonas ánodo (positivo) y cátodo (negativo), formando lo que se denomina una unión P-N. En la lógica de funcionamiento del diodo, éste no permite el paso de corriente en sentido contrario, se obtiene la propiedad, muy interesante en la práctica, de realizar la conversión de corriente alterna en continua, a este proceso de le denomina rectificación.

Diodo semiconductor formado mediante una unión P-N. Entre las dos partes de la unión P-N y en la zona de contacto entre ambas, se produce una región denominada de transición, donde se genera una pequeña diferencia de potencial.


Dentro del amplio conjunto de modelos y tipos diferentes de diodos semiconductores que actualmente existe en el mercado, se puede realizar una clasificación de forma que queden agrupados en varias familias, teniendo en cuenta aquellas características más destacadas y que, de hecho, son las que determinan sus aplicaciones.


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De esta forma se pueden encontrar las siguientes: Diodos rectificadores de toda la gama de potencias, con encapsulados

individual o en puente. Diodos de señal de uso general. Diodos de conmutación. Diodos de alta frecuencia.

Diodos estabilizadores de tensión. Diodos especiales.

Diodos rectificadores

Están especialmente diseñados para aplicaciones de rectificación de corriente alterna en continua.

Diodo rectificador de baja potencia con encapsulado de plástico. En la figura se muestra, a la izquierda, el anillo que corresponde al cátodo. El encapsulado y tamaño de estos diodos depende de la potencia que hayan de disipar.

Cualquier sistema rectificador de corrientes, tanto monofásicas como trifásicas o polifásicas, se realizan empleando varios diodos según una forma de conexión denominada en puente. No obstante, también se utiliza otro sistema con dos diodos, como alternativa del puente, en algunos circuitos de alimentación monofásicos. Debido al gran consumo a nivel mundial de diodos que más tarde son

empleados en montajes puente, los fabricantes decidieron realizar la fabricación de cuatro diodos dispuestos en puente y cubriéndolos con un encapsulado común.

Dos modelo de puentes rectificadores con encapsulados de plástico.

Puente rectificador monofásico, equivalente a cuatro diodos. Esto dio lugar a la aparición de diversos modelos de puentes de diodos con diferentes intensidades máximas de corriente y, por lo tanto, con disipaciones de potencia más o menos elevadas, en la misma forma que los diodos simples. En los tipos de mayor disipación, la capsula del puente es metálica y está preparada para ser montada sobre un radiador.


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Diodos de señal

Los diodos de señal de uso general se emplean en funciones de tratamiento de la señal, dentro de un circuito o bien para realizar operaciones del tipo digital formando parte de “puertas lógicas” y circuitos equivalentes. Son de baja potencia y el encapsulado es en forma

de un cilindro miniatura, de plástico o vidrio, estando los dos terminales de conexión situados en los extremos.

Pequeño diodo de señal.

Diodos de conmutación Los diodos de conmutación o rápidos se caracterizan por ser capaces de trabajar con señales de tipo digital o “lógico” que presentan unos tiempos de subida y bajada de sus flancos muy breves.

Diodos de alta frecuencia Los diodos de alta frecuencia se emplean en aquellas partes de un circuito que deben funcionar con frecuencias superiores a 1 MHz.

Diodos estabilizadores de tensión Los diodos estabilizadores de tensión se emplean, como su nombre

indica, para producir una tensión entre sus extremos muy constante y relativamente independiente de la corriente que los atraviesa. Aprovecha para su funcionamiento, una propiedad muy interesante que presenta la unión semiconductora cuando se polariza inversamente. Normalmente un diodo que recibe una polarización inversa no permite el paso de la corriente o lo hace dejando pasar una intensidad debilísima. Sin embargo, al alcanzar una determinada tensión, denominada tensión zener se produce un aumento de la cantidad de corriente, de forma tal que esta diferencia de potencial entre sus extremos se mantiene prácticamente constante, aunque se intente aumentar o disminuir a base de variar la intensidad que lo atraviesa. Existen una amplia gama de tipos clasificados por una serie de tensiones

zener normalizadas y por la potencia que son capaces de disipar, desde 250 mW hasta decenas de vatios.

Aplicación de un diodo zener como estabilizador de tensión.


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Diodos especiales Dentro del grupo de diodos especiales están comprendidos los diodos varicap, diodos túnel y diodos led. Los primeros se construyen buscando acentuar al máximo la propiedad que presenta la unión P-N de comportarse de una forma análoga a un condensador, cuando se le

polariza inversamente. La capacidad resultante es, además, variable con la tensión aplicada, lo cual permite disponer de una forma muy simple de condensadores variables, controlados por una diferencia de potencial. Su empleo está muy generalizado en etapas de sintonía de receptores de radio y TV.

En la figura se muestra como un diodo se comporta como condensador al aplicarle una tensión inversa. Este efecto se aplica en los diodos varicap.

3.3. Transistores

El transistor es actualmente, el componente fundamental e imprescindible en

cualquier circuito electrónico que realice funciones de amplificación, control, proceso de datos, cálculo numérico, radio y TV, estabilización de tensión o corriente, etc. Existen dos formas básicas de aplicación: como elemento utilizable de forma individual o discreta, o incorporado en un circuito integrado del que siempre forma la célula básica de funcionamiento.

Familia de transistores bipolares. La palabra transistor se obtuvo de la composición de otras (TRANsferreSISTOR) que describen su aplicación más inmediata o de transferencia de resistencia.

3.3.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El transistor es un elemento semiconductor que tiene la propiedad de poder gobernar a voluntad, la intensidad de corriente que circula entre dos de sus tres terminales, a través de la acción de una pequeña corriente, mucho más baja que la anterior aplicada al tercer terminal.


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Los dos primeros terminales se llaman emisor y colector y el tercero recibe el nombre de base. El efecto descrito es, en suma, una amplificación de corriente ya que gracias a la acción de una débil intensidad que puede tener cualquier forma de variación en el tiempo, tales como señales de sonido, radio, TV, etc., se

consigue obtener la misma forma sobre una corriente mayor, proporcionada ésta por un circuito de alimentación, lo que permite el poder realizar, en los sucesivos pasos, la transformación de una señal debilísima, en otra lo suficientemente fuerte como para ser capaz de producir sonido en un altavoz, imagen en un televisor, etc. El funcionamiento interno del transistor puede ser descrito partiendo de los

conceptos principales del diodo semiconductor. A diferencia de éste, el transistor dispone de dos uniones semiconductoras, separadas por una finísima capa de material.

Los transistores se componen de semiconductores, materiales, como el silicio o el germanio, dopados (es decir, se les han incrustado pequeñas cantidades de materias extrañas), de manera que se produce un exceso o una carencia de electrones libres. En el primer caso, se dice que el semiconductor es del

tipo N, y en el segundo, que es del tipo P. Combinando materiales del tipo N y del tipo P se puede producir un diodo. Cuando éste se conecta a una batería de manera tal que el material tipo P es positivo y el material tipo N es negativo, los electrones son repelidos desde el terminal negativo de la batería y pasan, sin ningún obstáculo, a la región P, que carece de electrones. Con la batería invertida, los electrones que llegan al material P pueden pasar sólo con muchas dificultades hacia el material N, que ya está

lleno de electrones libres, en cuyo caso la corriente es prácticamente cero.

3.3.2. APLICACIONES DE LOS TRANSISTORES Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran:

Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación)

Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de radiofrecuencia)

Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM)

Detección de radiación luminosa (fototransistores) distribuidos de varias formas.


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3.3.3. ENCAPSULADO DE TRANSISTORES Los transistores están encapsulados de diferentes formas y tamaños, dependiendo de la función que vayan a desempeñar. Hay varios encapsulados estándares y cada encapsulado tiene una asignación de terminales que puede consultarse en un catálogo general de transistores.

Independientemente de la cápsula que tengan, todos los transistores tienen impreso sobre su cuerpo sus datos, es decir, la referencia que indica el modelo de transistor.

Cápsula TO-3. Se utiliza para transistores de gran potencia, que siempre suelen llevar un radiador de aluminio que ayuda a disipar la

potencia que se genera en él.

Cápsula TO-220. Se utiliza para transistores de menos potencia, para reguladores de tensión en fuentes de alimentación y para tiristores y triacs de baja potencia. Generalmente necesitan un radiador de aluminio, aunque a veces no es necesario, si la potencia que van a disipar es reducida.

Cápsula TO-126. Se utiliza en transistores de potencia reducida, a los que no resulta generalmente necesario colocarles radiador.


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Cápsula TO-92. Es muy utilizada en transistores de pequeña señal. En

el centro vemos la asignación de terminales en algunos modelos de transistores, vistos desde abajo. Este tipo de encapsulado es de plástico y la referencia para este tipo se realiza en la cara plana del mismo.

Cápsula TO-18. Se utiliza en transistores de pequeña señal. Su cuerpo está formado por una carcasa metálica que tiene un saliente que indica el terminal del Emisor.

La cantidad de encapsulados diferentes es muy amplia, al igual que la forma y tamaño de estos. En este apartado se ha hecho una breve descripción de los más comunes. En la actualidad, los fabricantes siguen incrementando el catálogo de encapsulados con formas y tamaños muy variados, intentando dar solución a los requerimientos de los diseños actuales en electrónica.


Dentro de la denominación de transistor se incluyen cuatro modelos fabricados con diferentes tecnologías y con unas características y propiedades físicas bastante diferenciadas, éstas son:

- Transistores BIPOLARES - Transistores FET - Transistores MOSFET - Transistores UNIUNION

Transistores BIPOLARES

Los transistores bipolares, son los que hemos vistos anteriormente, se conocen con una estructura interna formada por tres partes, denominadas Emisor, Base y Colector, compuesto de material de tipo P y

material de tipo N, pudiéndose encontrar dos tipos de transistores NPN y PNP.

Transistores de efecto de campo FET (Field-Effect-Trasistor)

Estos transistores realizan la función de control de la corriente, común a todos los transistores por ser su característica básica, mediante una tensión aplicada en uno de sus terminales.


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Están construidos con una zona semiconductora tipo P o N que une dos de sus tres terminales, denominados Fuente y Drenador. Sobre esta región llamada canal existe otra de signo opuesto, conectada al tercer terminal o Puerta, formándose entre ambas una unión P-N o N-P. Todo el conjunto anterior está realizado sobre un semiconductor del mismo signo que el de la Puerta, el cual formará otra unión con el canal y estará

conectado eléctricamente al terminal de Puerta. Algunas de las características propias de un transistor FET son:

o Se comporta como una resistencia variable controlada por tensión, para valores pequeños de tensión de drenador-fuente.

o Tiene una resistencia de entrada muy elevada, al igual que una pequeña capacidad también de entrada.

o Genera un nivel de ruido menor que un transistor bipolar. o Por lo contrario puede dañarse al ser manejado, como

consecuencia de la electricidad estática. o Tiene una respuesta en frecuencia pobre como consecuencia de su

alta capacidad de entrada. El comportamiento de los transistores de efecto de campo se caracteriza por sus curvas características en la que se representa la corriente que

entra o sale por el Drenador (Id) en función de la tensión aplicada entre éste y la Fuente (Vds).

Transistor de efecto de campo MOSFET Otro transistor de efecto de campo es el denominado MOS o MOSFET, nombres formados con las iniciales de los elementos que les componen y

que son: una región semiconductora (S), un aislante eléctrico realizado con óxido de silicio (O) y una fina película metálica (M). Estos transistores se diferencian fundamentalmente en que la puerta se encuentra aislada del canal mediante un dieléctrico tal como el dióxido de silicio. Esto hace que la corriente que circula por la puerta sea tan pequeña que prácticamente no se tenga en cuenta, debido a esto, la

resistencia que presenta es extremadamente elevada, aún más alta que la que pueda presentar un FET. Pueden ser empleados en los circuitos en una disposición similar a la de los bipolares, es decir, en Fuente común, Puerta común y Drenador común, aunque la primera y la última son las más utilizadas en la práctica.

En época reciente ha aparecido una nueva tecnología del tipo MOS que recibe el nombre de VMOS que se emplean en amplificadores de potencia, así como en conmutación, haciendo la función de interruptor, gracias a la baja resistencia interna que poseen.

3.3.5. CURVAS CARACTERÍSTICAS

Estos transistores se estudian y analizan empleando unas curvas trazadas sobre unos ejes de coordenadas que se denominan curvas características de un transistor. Esta es parte de la información facilitada por el fabricante en forma gráfica, donde, concretamente en este tipo de curvas se relacionan las magnitudes de tensión colector-emisor Vce, intensidad de colector Ic e intensidad de base Ib. Con ellas se pueden caracterizar completamente el comportamiento o funcionamiento eléctrico del elemento, en función de las tensiones exteriores aplicadas y para cualquiera de las configuraciones en


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que puede ser empleado el transistor: emisor común, base común y colector común.

En la figura se muestra las curvas características de entrada, para un transistor en emisor común. Sobre ellas se ha trazado el punto de funcionamiento, cuando se aplica una tensión base-emisor Vebf.

3.4. Tiristor El tiristor es un componente semiconductor, diseñado para realizar una función interruptora o una rectificación controlada. Su forma de trabajo es similar a la de un diodo ya que únicamente permite el paso de la corriente en un único sentido de circulación, sin embargo se diferencia de éste en que su conducción está regulada por la acción de uno de los electrodos que posee.

Simbología del tiristor

3.4.1. ESTRUCTURA Está formado por una estructura de cuatro regiones semiconductoras P-N-P-N, formando la primera de ellas el ánodo, la última el cátodo y la región en contacto con éste es la denominada puerta, cuya función es la de “disparo” o puesta en situación de conducción del componente.

Estructura de las cuatro regiones semiconductoras de un tiristor.


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De esta forma existirá un transistor P-N-P constituido por el ánodo y las dos regiones siguientes y otro transistor del tipo N-P-N que comprende el cátodo junto con las dos regiones siguientes. Estos dos transistores estarán unidos eléctricamente en las siguientes zonas:

La base de P-N-P con el colector N-P-N.

El colector del N-P-N con la base del N-P-N al electrodo denominado puerta.

Equivalencia entre tiristor y transistores Un tiristor no sólo puede rectificar una corriente alterna, sino que también puede controlar el paso de ésta a través de él. El funcionamiento de un tiristor es más fácilmente comprensible si se compara con la interconexión de los transistores bipolares indicados en la figura anterior.

3.4.2. DISPARO

De todo lo anterior se deduce que la entrada en conducción del tiristor depende de la señal que se aplicó en su puerta pero su permanencia en este estado ya no depende de ella porque es la propia realimentación interna del dispositivo la que le mantiene en conducción. Por lo tanto podrá suprimirse la señal de la puerta sin ejercer ninguna influencia sobre dicha conducción. El dispositivo ha quedado disparo. Las diferentes formas de disparo son las siguientes:

Tensión: Al aumentar la tensión colector-emisor de un transistor puede llegar a provocarse la ruptura por avalancha del mismo. En este momento se llega a una situación similar a la comentada por la realimentación interna, pasando el tiristor a conducción.

Variación rápida de la tensión: Si la tensión ánodo-cátodo varía bruscamente se produce una transmisión de dicha variación hacia el

interior del componente, debido a un efecto capacitivo, iniciándose a partir de ella el proceso regenerativo del disparo.

Temperatura: El efecto de la temperatura sobre un transistor es la de aumentar la corriente de deriva del colector. En el momento que se alcance la corriente suficiente para iniciar la regeneración, el tiristor pasará a conducción.

Disparo por señal de puerta: Esta es la forma más común de disparo y su mecanismo ya ha sido comentado.

Luz: En el caso de los fototiristores se producirá un disparo con la luz incidente.

3.4.3. EL TIRISTOR COMO REGULADOR Los tiristores pueden ser utilizados tanto en corriente continua como en corriente alterna, aunque el uso más difundido de dicho componente se

realiza en corriente alterna.


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3.4.4. CARACTERÍSTICAS DEL TIRISTOR Entre las características más relevantes del tiristor se pueden mencionar las siguientes:

Es un componente capaz de controlar grandes potencias. Soporta tensiones e intensidades elevadas.

Puede considerarse como un interruptor casi ideal (dentro de sus condiciones de funcionamiento).

El conjunto de sus características hacen que este componente sea particularmente apto para ser utilizados en equipos y dispositivos de gran potencia.

Tiristor de gran potencia

3.5. Triac Un triac es un componente derivado del tiristor cuya principal diferencia respecto a éste, es la de poder regular una onda completa de una tensión alterna, luego en definitiva, un triac puede considerarse como un tiristor bidireccional capaz de regular, no solo los semiciclos positivos, sino también los negativos. La palabra triac es una abreviatura de su nombre en ingles (Triode AC) o tríodo

de corriente alterna, al disponer de tres electrodos para su funcionamiento.

Símbolo del triac

3.5.1. ESTRUCTURA

Su estructura interna está compuesta por dos sistemas interruptores, uno PNPN y otro NPNP, unidos en paralelo, siendo cada uno de ellos similares a un tiristor. Por tanto, se asemeja en cierto modo a la disposición que se formaría conectando dos tiristores en antiparalelo.


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En la figura se puede observar los dos electrodos principales T1 y T2 que en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo al trabajar con la doble polaridad de la tensión alterna. Bajo el terminal T2 y conectado al mismo, se encuentran dos regiones una P y otra N y al descender hacia el terminal T1 aparece una región N, otra P y una N final unida eléctricamente a la última P mediante la conexión de T1. A la izquierda aparece otra región N para el contacto de la “puerta” de disparo del dispositivo. El terminal T1 es el que se

toma como referencia para la medida de las tensiones y corrientes de los terminales T2 y de “puerta”.

3.5.2. DISPARO El disparo del triac se realiza aplicando una corriente al electrodo denominado “puerta” existiendo una amplia gama de posibilidades para seleccionar la forma de disparo deseada. Pudiendo conseguirse mediante:

Aplicando una corriente continua. Una corriente pulsante procedente de un rectificador. Una corriente alterna directamente Un tren de impulsos generados por algún dispositivo de control.

Los diferentes métodos de disparo pueden resumirse en los siguientes, siempre tomando como referencia el terminal T1:

a) Terminal T2 positivo: Tensión de disparo de puerta positiva que provoca una corriente entrante por este terminal, cuyo sentido se va a considerar como positiva.

b) Terminal T2 positivo: Tensión de disparo de puerta negativa, corriente de puerta negativa.

c) Terminal T2 negativo: Tensión de disparo de puerta positiva, corriente de puerta positiva.

d) Terminal T2 negativo: Tensión de disparo de puerta negativa, corriente de puerta negativa.

La diferencia más importante que se encuentra entre el funcionamiento de un triac y el de dos tiristores es que en este último caso cada uno de los dispositivos conducirá durante medio ciclo si se le dispara adecuadamente , bloqueándose cuando la corriente cambia de polaridad, dando como resultado una conducción completa de la corriente alterna. El triac, sin

embargo, se bloquea durante el breve instante en que la corriente de carga pasa por el valor cero, hasta que se alcanza el valor mínimo de tensión entre T2 y T1, para volver de nuevo a conducir, suponiendo que la excitación de la puerta sea la adecuada.


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3.5.3. DISPARO POR CONTINUA Y ALTERNA Existen un gran número de posibilidades para realizar en la práctica el disparo de un triac, pudiéndose elegir aquella que resulte más adecuada para la aplicación concreta de que se trate. Se pueden resumir en dos variantes:

1. Disparo por corriente continua

2. Disparo por corriente alterna En el primer caso la tensión de disparo proviene de una fuente de tensión continua aplicada al triac a través de una resistencia limitadora de la corriente de puerta. Es necesario disponer de un elemento interruptor en serie, con la corriente de disparo encargado de la función de control, que puede ser un simple interruptor mecánico o un transistor trabajando en

conmutación. Este sistema de disparo es el normalmente empleado en los circuitos electrónicos alimentados por tensiones continuas cuya función sea la de control de una corriente a partir de una determinada señal de excitación, que generalmente se origina en un transductor de cualquier tipo. En el segundo caso, disparo por corriente alterna, se puede realizar mediante el empleo de un transformador que suministre la tensión de disparo, o bien directamente a partir de la propia tensión de la red con una resistencia

limitadora de la corriente de puerta adecuada y algún elemento interruptor que entregue la excitación a la puerta en el momento preciso.

3.5.4. EL DIAC Un componente muy utilizado para realizar el disparo de un triac es el denominado Diac (Diode AC).

Este dispositivo está formado por una estructura interna parecida a la del triac, pero sin electrodo de puerta con lo que el único mecanismo de entrada en conducción que puede aplicársele es la tensión entre sus dos terminales, la que una vez superado el punto de disparo o “cebado” cae a un valor bajo o de mantenimiento. Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la corriente del triac, de forma que sólo se aplica tensión a la carga durante una fracción del ciclo de la alterna.

Estos sistemas se utilizan para el control de iluminación con intensidad variable, calefacción eléctrica con regulación de temperatura y algunos controles de velocidad de motores.

3.6. Circuitos integrados

Su concepción se basa en sustituir todo un conjunto de componentes discretos que realizan una función determinada, por un componente único, preparado

internamente con todo lo necesario para reproducir exactamente la misma función anterior. Este contiene en su interior y en miniatura los mismos e incluso más componentes que el circuito descrito, sin embargo, la diferencia estriba, aparte del reducido tamaño, en que todos están encerrados en un encapsulado común y se encuentran montados o fabricados sobre un soporte también común, denominado sustrato.


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Los circuitos integrados están formados, por lo tanto, por un bloque monolítico de material semiconductor o sustrato sobre el que se construyen las diferentes partes, a base de técnicas de difusión de impurezas P o N con procedimientos muy parecidos a los empleados en los semiconductores discretos.

En la actualidad existen varias tecnologías diferentes para la fabricación de circuitos integrados, indicando, por su importancia:

Tecnología bipolar Tecnología MOS.

Clasificación

Dada la gran diversidad de aplicaciones prácticas que existen en la electrónica moderna para los circuitos integrados, se han desarrollado, en consecuencia, una gran cantidad de tipos y modelos con los que se puede resolver cualquier problema de diseño. Con objeto de poder estudiar y analizar los diferentes circuitos integrados que se encuentran en el mercado, pueden realizarse varias clasificaciones en función de las características y aplicaciones. Según esta clasificación vamos a dividir los circuitos integrados en dos grupos:

Circuitos integrados analógicos o lineales Circuito integrados digitales.

3.6.1. ANALÓGICOS Los circuitos analógicos o lineales son todos aquellos que trabajan en régimen lineal, es decir, que su funcionamiento está basado en amplificación o combinación de señales sin que se tengan en cuenta los estados de

bloqueo o saturación. Circuitos operacionales

Los amplificadores operacionales forman un grupo especial de amplificación cuyas características pueden resumirse en:

Alta impedancia de entrada Baja impedancia de salida

Elevada ganancia Respuesta en frecuencia uniforme.

Están construidos según la tecnología bipolar. Los modelos más comunes ofrecen impedancia de entrada del orden de 0,75 a 2 MΩ e impedancias de salida comprendidas entre 50 y 200 Ω.


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Un amplificador operacional, en la práctica, es un circuito integrado encapsulado en una caja metálica cilíndrica o plástica con doble fila paralela de patillas (dual-in-line), en la que asoman al exterior una serie de

terminales, para su conexión al resto del equipo, destinadas a entradas, una no inversora y otra inversora, entre las que se aplica la señal de entrada de forma que según sea la conexión, la de salida estará en fase o en oposición a la primera. Un terminal de salida de donde se toma la señal para las demás etapas. Reguladores de tensión

Los reguladores de tensión forman junto a los amplificadores operacionales el conjunto de circuitos integrados lineales más empleados en la práctica. Su función es la de estabilizadores serie de tensión, integrando, por lo tanto, el conjunto completo de componentes de que se compone cualquier regulador de tensión convencional.

Se pueden clasificar estos circuitos en dos grupos fundamentales:

Reguladores de tensión fija de salida. Reguladores de tensión de salida ajustable.

Los reguladores de tensión fija de salida proporcionan una tensión fija y estabilizada de salida a partir de una variable de entrada, sin necesidad de ningún componente externo. Se fabrican para diferentes tensiones de salida,

siendo los más comunes los de 5, 6, 8, 12, 15, 18 y 24 voltios. Debido a la forma de operación del circuito integrado, deberá estar preparado para disipar una cierta potencia, en forma de calor, al ambiente. Todos estos reguladores tienen en común que son fijos y que proporcionan adecuadamente refrigerados una corriente máxima, de 1A. Veremos un ejemplo en el esquema básico de una fuente de alimentación de 5 V y 500 mA.


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El encapsulado de estos circuitos es muy similar al de los transistores, ya que únicamente asoman tres patillas al exterior, dos para la entrada y salida y la tercera para realizar la conexión a masa. Las capsulas que normalmente se encuentran en el mercado son de dos tipos diferentes: plástica con el formato TO-220 o similar y con el formato TO-3 que admite mayores disipaciones de potencia.

Dentro del grupo de reguladores fijos de tensión existen a su vez dos diferentes posibilidades:

Reguladores de tensión positiva. Reguladores de tensión negativa.

Las características electrónicas de ambos son similares, diferenciándose únicamente en que en un caso la corriente es entrante hacia el dispositivo por el terminal de entrada y en el otro el sentido se invierte circulando la desde la salida hacia la entrada. Las series más populares de reguladores de

tensión se conocen con los numero 78XX para positivo y 79XX para negativos. Los fabricantes de los reguladores recomiendan que la tensión entregada por el secundario del transformador debe ser como mínimo 3V superior a la tensión nominal del regulador (para un 7812, la tensión del secundario mínima será de 15V o mayor), esto también tiene que ver con la intensidad

de consumo que se le exija a la salida de la fuente. Además de estos, en el mercado se pueden encontrar los reguladores ajustables de tres patillas o más, con diferentes encapsulados en TO-220AB, TO-3 y SIL, según la potencia y fabricante. Los más populares son los 78MG, LM200, LM317, LM337 y LM338, etc. Los reguladores de tensión de salida ajustable permiten variar la tensión de salida a un valor ajustado por el propio usuario. Como ejemplo, un circuito integrado de tres patas muy utilizados es el LM317. Cuya tensión de salida tiene un margen de ajuste de 1,5V a 35 V.

El circuito integrado LM317 es un regulador serie ajustable, capaz de trabajar con hasta 40 Volts de corriente continua de entrada y capaz de entregarnos a su salida una tensión ajustable de entre 2 y 37 Volts.


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3.6.2. DIGITALES Los circuitos integrados digitales son todos aquellos que trabajan sobre la base de dos estados o niveles “0” y “1” con la posibilidad de realizar con ellos cualquier clase de funciones del tipo digital o binario ya sea en forma de circuitos combinacionales o secuenciales.

Existen varias tecnologías de fabricación de este tipo de circuitos integrados de las que destacan por ser los más empleados la bipolar con sus series DTL, TTL y ECL y la MOS con sus series N-MOS, P-MOS y C-MOS. Clasificación por funciones

Por otra parte y atendiendo a la función concreta que desempeñan, se

encuentran una serie de tipos estandarizados para unas determinadas funciones, los cuales se fabrican en cualquiera de las tecnologías mencionadas anteriormente. Los más utilizados son los siguientes:

o Puertas lógicas e inversores. o Biestables T, R-S, J-K, D. o Monoestables. o Contadores. o Codificadores y decodificadores

o Registros de desplazamientos. o Multiplexores y Demultiplexores.

En el caso de elegir la tecnología TTL, se encontrarán la mayor parte de los modelos anteriores incluidos dentro de una familia o serie denominada serie 74XX, seguida por dos o más cifras que completan la identificación de cada tipo concreto.

Si se trata de tecnología CMOS, existen también una serie conocida como serie 4000 que contiene un gran número de elementos identificables por contener la cifra 4 en el primero o segundo lugar de su denominación.

4. TRANSDUCTORES

Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo de energía de entrada en otro de tipo diferente de energía de salida. Como podemos apreciar un dispositivo como este considera una entrada y una salida y una transformación de energía. Por ejemplo, un sensor es un dispositivo que pertenece al conjunto de los transductores pero con una característica particular, este tiene una energía de salida eléctrica. Esto significa que la energía de entrada puede ser de diferente

índole pero la salida siempre será una variable eléctrica. Como un ejemplo podemos citar al termopar que tiene su base en el efecto Seebeck, genera una f.e.m. (variable eléctrica) teniendo como entrada una energía calorífica. A menudo nosotros no consideramos algunos dispositivos que transforman un tipo de energía en otro como transductores tal sería el caso de un motor por ejemplo. El motor transforma una energía de entrada de tipo eléctrico en una energía de tipo mecánico en la salida, lo cual lo ubica como un transductor, sin embargo esta palabra se utiliza en el campo de la instrumentación como un sinónimo de sensor, o viceversa. Un ejemplo más, una batería, esta transforma una energía de tipo químico en una energía eléctrica de salida (el voltaje). Esta es un transductor pero también es un sensor en el sentido estricto de la palabra, siendo entonces los sensores un subconjunto del conjunto de los transductores.


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4.1. Piezoeléctricos

4.1.1. EL ALTAVOZ

Son elementos encargados de transformar las señales eléctricas que reciben en ondas sonoras audibles por el oído humano. Son, por lo tanto, unos transductores electroacústicas que realizan su función mediante el movimiento mecánico de una membrana actuada por un procedimiento electromagnético o electrostático. Los primitivos altavoces que se fabricaban antiguamente fueron los llamados dinámicos, que consta en su forma más simple de los siguientes elementos:

Bobina móvil Cono Imán Estructura de soporte.

La bobina móvil construida por varias espiras de hilo de cobre esmaltado ó de aluminio de pequeña sección se encuentra arrollada sobre un soporte de papel o cartón. Los extremos de la bobina se llevan al exterior con objeto de poder conectar a ellos la señal de excitación al cono que se une a través de dos hilos flexibles y resistentes. Esta bobina se suele calentar debido a la

potencia que entrega el amplificador al altavoz donde se transforma en dos componentes: potencia acústica radiada y la otra la potencia que se pierde en la resistencia propia del hilo y se disipa en forma de calor. El cono se encuentra unido a la bobina y constituido por un tipo de cartón fibroso, fino, de textura especial. Actualmente se emplean también el aluminio y los plásticos. En los tipos de dimensiones mayores se utilizan el cartón, el elemento que forma el cono, es en realidad un tronco de cono, de

ángulo bastante abierto, para facilitar la difusión de los sonidos.

El movimiento del cono del altavoz se produce gracias a la corriente de la bobina móvil, la cual contiene la señal de sonido y genera un campo magnético variable que produce unas ciertas atracciones y repulsiones con

respecto al campo del imán fijo.


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El imán se encuentra encerrado dentro de una estructura metálica para evitar la dispersión del flujo magnético y la bobina se encuentra suspendida en forma elástica y con movimiento en sentido axial. Para ello, el imán se encuentra dividido en dos partes: una pieza cilíndrica llamada pieza polar y una corona concéntrica con la anterior que la rodea exteriormente,

colocándose la bobina entre ambas.

La bobina móvil está inmersa en el campo magnético creado por un imán permanente, de forma que las líneas de campo del mismo son perpendiculares a las espiras de la bobina.

Los altavoces de mayores diámetros se emplean normalmente para reproducir las frecuencias más bajas y se les conoce con el nombre de woofer. De 7 pulgadas (18 cm de diámetro. De 10 pulgadas (25,4 cm de diámetro).

Altavoz woofer Altavoz tweeter

Los de menores tamaños se emplearán, por tanto, con las frecuencias más altas, llamándose tweeter. A partir de 2 pulgadas (5 cm de diámetro) La impedancia de un altavoz está determinada por la resistencia óhmica y por la reactancia inductiva de la bobina, cuyo valor, como ya es sabido, dependerá de la frecuencia. Los valores normalizados de impedancia son 2, 4, 8, 16, 25, 50, 100, 400 y 800 ohmios.

Otros modelos de altavoces diferentes a los dinámicos pueden citarse los electrostáticos y los piezoeléctricos. Los altavoces electrostáticos tienen una estructura similar a la de un condensador, pero con unas superficies muy grandes. Una de las armaduras se mantiene fija y la otra se encuentra libre, produciéndose una vibración en

la placa libre que se transmite en forma de sonido. Los altavoces piezoeléctricos suelen estar formados por una lámina de este material sobre el que se aplica una señal eléctrica, la cual está unida mecánicamente a través de unas varillas a un diafragma ó cono que produce las vibraciones del aire y da lugar a las ondas sonoras. Este modelo no proporciona una buena calidad y sólo se emplean en los casos en que la

fidelidad no es un factor importante.


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4.1.2. EL MICRÓFONO

El micrófono es un dispositivo transductor que realiza la conversión de ondas sonoras a otros de tipo eléctricas, para posteriormente utilizarse y procesarse en cualquier circuito electrónico. El micrófono se entiende más fácilmente como el dispositivo inverso al

altavoz. Su función primordial es convertir una presión sonora en una información eléctrica, manteniendo todos los detalles de la primera y dicha señal podría ser convertida de nuevo en sonido, a través del transductor inverso ó altavoz, escuchándose como de sonido original se tratara.

El micrófono recoge y convierte las ondas de presión sonora en señales eléctricas mediante una membrana muy delgada que vibra al recibir la excitación acústica y un dispositivo mecánico que transmite dichas vibraciones al elemento transductor. Los micrófonos, sea cual sea su tipo, vienen definidos por tres parámetros fundamentales:

Sensibilidad: Corresponde al nivel de señal que entrega el micrófono

hacia el circuito exterior. Fidelidad: Capacidad de reproducir con precisión todo el espectro o

gama de frecuencias acústicas que recibe. Directividad: Comportamiento del micrófono en relación con la

dirección en que le llegan las ondas sonoras. La sensibilidad se mide siempre para un valor de presión normalizado, con el fin de poder establecer comparaciones se determina midiendo el nivel de tensión de salida de la cápsula microfónica cuando la membrana actúa una presión de 1 microbar (1 dina/ cm²).

La fidelidad depende de la respuesta del micrófono ante señales sonoras de diferente frecuencia ya que en función de ésta se verán más o menos alteradas las componentes del sonido original, es decir, lo que se denomina timbre de dicho sonido.


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La directividad de un micrófono expresa la capacidad que tiene el micrófono para captar los sonidos que le llegan de distintas direcciones del espacio que le rodea. En la práctica se puede encontrar varios modelos de diferentes directividad, así se tiene, por una parte los micrófonos unidireccionales que captan sólo

los sonidos que les llegan a lo largo de una línea perpendicular a su zona frontal y en un reducido ángulo alrededor de la misma. Los micrófonos omnidireccionales son capaces de recoger cualquier sonido independientemente de su procedencia, y los de los tipos bidireccionales y cardiodes son un modelo intermedio entre los anteriores, ya que en un caso captan las ondas frontales además de una amplia región alrededor del eje, incluyendo en ella una parte de la zona posterior.

La cápsula microfónica es la célula básica de cualquier micrófono, cargada de la conversión propiamente dicha. Alrededor de ellas se encontrarán el resto de elementos que configuran el modelo de micrófono de que se trate.

4.1.3. EL CRISTAL DE CUARZO

Dada su importancia en un gran número de aplicaciones en las que se necesita disponer de una frecuencia fija y estable se recurren a los cristales de cuarzo. En el interior de estos dispositivos se encuentran una lámina de cuarzo en forma circular o rectangular, que presenta sobre sus dos superficies unos terminales de conexión mediante dos hilos conductores.

En la figura se muestra una lámina de cuarzo piezoeléctrico en forma cuadrada en la que se observa las metalizaciones de sus dos caras.

El cuarzo es un mineral formado por anhídrido de silicio. Su forma en cristal prismático hexagonal, acabado en pirámides por sus caras extremas.


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En la figura se muestra un cristal de cuarzo, con la forma en que se encuentra en la Naturaleza, sobre el que se han trazado los ejes de referencia. La lámina que debe forma el cristal oscilador se talla del cuerpo cristalino original en forma perpendicular a uno de los ejes eléctricos (x) o a uno de los mecánicos (y). Las láminas así obtenidas presenta un efecto piezoeléctrico de forma que, si se aplica una tensión eléctrica entre sus dos caras paralelas, se origina una deformación mecánica. La frecuencia natural de oscilación es aquella que produce el cristal al oscilar

mecánicamente cuando se le aplica una tensión eléctrica, está causada por su comportamiento piezoeléctrico. Las frecuencias resultantes de estas formas de trabajo son diferentes y en el momento del diseño del cristal se elige una de las dos, con objeto de favorecer el modo elegido frente al otro.

Mediante el esquema eléctrico equivalente de un cristal de cuarzo, formada por la rama de la resistencia, bobina y el condensador en conexión en serie representa el equivalente eléctrico del comportamiento mecánico del cristal, cuando está sometido a una determinada excitación.

El cristal puede trabajar según dos modos diferentes de operación: resonancia en serie y resonancia en paralelo. Cuando un cristal trabaja en resonancia serie su impedancia interna es muy baja, siendo apreciable en esas circunstancias su resistencia óhmica equivalente.


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En resonancia paralelo se hace muy elevada su impedancia interna, destacando entonces la capacidad formada por las dos caras metalizadas de la lámina, actuando ésta como dieléctrico.

4.2. Optoelectrónicos

Se incluyen dentro de la denominación de Componentes Optoelectrónicos todos aquellos elementos o dispositivos semiconductores capaces de producir una radiación luminosa comprendida dentro del espectro visible por los seres humanos o fuera del mismo (infrarrojos). También se incluyen los componentes sensibles a la luz y cuyo funcionamiento está gobernado por ella. Se van a considerar también otros dispositivos no semiconductores que

aunque no presentan unas propiedades optoelectrónicas como los anteriores, tienen unas aplicaciones similares.

4.2.1. FOTOSENSIBLES

El principio de funcionamiento de los componentes fotosensibles se basa en la recepción de la luz, teniendo:

o Fotodiodos

o Fototransistores o Optoacopladores

Fotodiodos

Los fotodiodos son unos dispositivos semiconductores construidos a base de una unión P-N, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Su funcionamiento esta basado en el fenómeno inverso de los LED, es decir, que en este caso se produce una separación de huecos y electrones, como consecuencia de la absorción de la energía de la luz incidente sobre la estructura del semiconductor. Una característica destacable en los fotodiodos es su capacidad de comportarse como célula fotovoltaicas, es decir, que en ausencia de una

tensión exterior, generan una débil potencial con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo.

Fototransistores Los fototransistores son unos dispositivos semiconductores construidos a base de una unión NPN o PNP, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja que incide en la base de estos.

Optoacopladores

Los optoacopladores son dispositivos semiconductores encapsulados en un circuito integrado de plástico, normalmente de 4 o 6 pines, que poseen, internamente, dos componentes aislados eléctricamente, por ejemplo, un diodo emisor de luz Led y el otro un fototransistor, el diodo LED incide sobre la base del fototransistor actuando éste ultimo sobre un circuito totalmente independiente al circuito que activa el diodo LED. Existen diferentes tipos de este componente. Normalmente, es el diodo LED que está incorporado en este componente, el otro elemento puede ser un fototriac, fototiristor, etc.


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4.2.2. ELECTROLUMINISCENTES El principio de funcionamiento de los componentes electroluminiscentes se basan en la emisión de luz, teniendo:

o Diodos luminiscentes o LED.

o Indicadores gráficos o displays por cristal líquido. o Optoacopladores. o Indicadores gráficos o displays fluorescentes.

Diodos luminiscentes o LED

El principio de funcionamiento de los diodos luminiscentes o LED, consiste

en la emisión de una radiación luminosa por un elemento en estado sólido cuando se le somete a una determinada polarización eléctrica, excluyendo los efectos comunes de emisión de luz como consecuencia de la aplicación de una temperatura elevada (filamentos de las bombillas de iluminación domésticas). Sin embargo, el efecto que se va a analizar es la electroluminiscencia de una unión P-N similar en la mayor parte de sus propiedades a la de un

diodo convencional. Estudios y experiencias realizadas con el material denominado Arseniuro de Galio (Ga As) demostraron que era posible obtener unos elevados niveles de emisión luminosa partiendo de uniones P-N. A partir de este momento, varias compañías dedicaron su esfuerzo a conseguir un proceso de fabricación que permitiera realizar una elevada producción

para expandir este producto. Una gran parte de las aplicaciones de los LED reside en la construcción de pequeñas lámparas, encapsuladas en un recinto de plástico con una superficie transparente, situada en la región inmediatamente superior a la unión P-N.

Estructura interna de una lámpara LED Los parámetros que caracterizan el funcionamiento de un LED y que

sirven de base para la elección del modelo más adecuado para la aplicación concreta a que se le va a destinar, son los siguientes:

Eficacia Color Directividad Tensión directa Corriente inversa Disipación de potencia


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Diferentes colores de LEDs. LED de Infrarrojo

Indicadores gráficos o displays por cristal líquido Los displays, término cuya traducción puede ser la de presentadores o indicadores gráficos, son unos componentes cuya función principal es la de ofrecer indicaciones de números, ilustraciones, imágenes o símbolos. Su aplicación principal es, entonces, la de facilitar las comunicaciones hombre-máquina. Existen varias tecnologías para la fabricación de displays, siendo la basada en los LED, una de las más utilizadas, aunque actualmente también se utilizan los dispositivos Fluorescentes y de Cristal Liquido (LCD). Las características que normalmente deben tenerse en cuenta en la elección de un tipo determinado de display son los siguientes:

Número de dígitos o caracteres Composición de los caracteres segmentos o puntos

Tamaño de los caracteres Colores de los segmentos o puntos de entre tres posibles: rojo,

verde y amarillo. Eficacia: Expresada en milicandelas (mcd) para una corriente

determinada de excitación, elegida de entre alta eficacia o normal.

Existen además de los displays que representan caracteres, otro sistema a base de LED en forma de una línea horizontal de una determinada “Bargraph” en la que puede controlarse el largo del trazo encendido a base de excitar un número mayor o menor de LED. Su construcción es similar a la de los displays de varios caracteres.


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5. CONCLUSIÓN Los componentes electrónicos han ido evolucionando a través del tiempo y han hecho que sean más pequeños y complejos los circuitos eléctricos. Esto se debe a que los componentes son elaborados con la finalidad de realizar diversas tareas dentro del circuito en el caso de los circuitos integrados su desarrollo ha revolucionado los campos de las comunicaciones, la gestión de la información y la informática. Los circuitos integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el consiguiente descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento de los sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen mayor velocidad y fiabilidad. Los relojes digitales, las computadoras portátiles y los juegos electrónicos son sistemas basados en microprocesadores. Otro avance importante es la digitalización de las señales de sonido, proceso en el cual la frecuencia y la amplitud

de una señal de sonido se codifica digitalmente mediante técnicas de muestreo adecuadas, es decir, técnicas para medir la amplitud de la señal a intervalos muy cortos. La música grabada de forma digital, como la de los discos compactos, se caracteriza por una fidelidad que no era posible alcanzar con los métodos de grabación directa. De igual manera pasa con los transistores, ha reemplazado casi completamente al tubo de vacío en la mayoría de sus aplicaciones. Al incorporar un conjunto de materiales semiconductores y contactos eléctricos, el transistor permite las mismas funciones que el tubo de vacío, pero con un coste, peso y potencia más

bajos, y una mayor fiabilidad.

6. ACTIVIDADES

1. Determinar el valor, según el código de colores, de varias resistencias. 2. Identificar la potencia de varias resistencias. 3. Determinar el valor capacitivo de varios condensadores del tipo cerámico,

poliester y electrolítico. 4. Determinar el valor en Henrios de varias bobinas. 5. Determinar las características de algunos diodos 6. Identificar el encapsulado de varios transistores. 7. Identificar y diferenciar entre varios transistores, triacs y tiristores.

8. Identificar la BASE-EMISOR-COLECTOR de varios transistores 9. Identificar la PUERTA-FUENTE-DRENADOR de un FET. 10. Identificar el tipo de circuito integrado ANALOGICO o DIGITAL. 11. Tomar nota de las características de varios altavoces. 12. Determinar el ánodo y cátodo de varios diodos LED. 13. Determinar la polarización y patillaje de un display de 7 segmentos.


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MÓDULO II. MONTAJE Y CONEXIÓN DE CIRCUITOS

ELECTRÓNICOS.


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MÓDULO II. MONTAJE Y CONEXIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS.

OBJETIVOS DEL MÓDULO

Aplicar los conocimientos técnicos apropiados para realizar el montaje de componentes y conexionados de cables en equipos electrónicos.

CONTENIDO FORMATIVO DEL MÓDULO

a) Prácticas:

Montar cables, componentes y accesorios de equipos electrónicos sencillos en las tarjetas o placas de circuito impreso construidas de antemano, realizando las operaciones siguientes:

- Identificación de componentes y accesorios. - Posicionar y fijar los componentes a soldar en la placa. - Soldar y desoldar los componentes. - Realizar el conexionado de cables, aplicando las técnicas adecuadas.

b) Contenidos teóricos:

Unidad 8. Tratamiento de los componentes. Unidad 9. Simbología y esquema eléctrico. Unidad 10. Medidas y aparatos de medición. Unidad 11. La soldadura. Técnicas y práctica.

Unidad 12. Métodos para desoldar. Unidad 13. Montaje de circuitos electrónicos.


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MODULO II. MONTAJE Y CONEXIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS.

Unidad 8.

Tratamiento de los componentes


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MODULO II: MONTAJE Y CONEXIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS.

Unidad 8. Tratamiento de los componentes.


1. INTRODUCCIÓN 2. COMPONENTES DE DOS TERMINALES

2.1. Componentes con terminales axiales 2.2. Componentes con terminales radiales

3. MANIPULACIÓN Y CONFORMADOR DE TERMINALES 4. ESTAÑADO PREVIO 5. COMPORTAMIENTO DE MAYOR POTENCIA

6. MONTAJE DE HILOS Y CABLES 7. TUBOS AISLANTES 8. MONTAJE DE DISIPADORES


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1. INTRODUCCIÓN

Antes de iniciar el montaje de cualquier circuito electrónico es preciso que los componentes que van a ser montados reciban una preparación previa que facilite al máximo su inserción en los taladros correspondientes, así como su posterior soldadura. Las operaciones necesarias podrán realizarse a todo el conjunto completo de componentes antes del montaje de cualquiera de ellos o durante el mismo, preparando cada uno individualmente y pasando, acto seguido, a su inserción en el circuito.

Esta preparación previa se realiza con objeto de adaptar, de la mejor manera posible, la forma y dimensiones de cada componente al espacio físico de que va a disponer sobre el circuito impreso, empleándose para todo ello la denominación de preformado. Aunque todas estas operaciones puedan parecer secundarias, dependiendo del punto de vista de cada persona, son muy recomendables si se desean evitar riesgos de roturas de terminales, cortocircuitos accidentales, daños por la temperatura que pueden alcanzar algunos elementos; obteniéndose un circuito terminado en el que no existirá ningún problema de identificación del valor de cada componente, con lo que se facilitan al máximo las posibles reparaciones posteriores. También se incluyen dentro del concepto de preformado el corte de los terminales si se opta por realizarse antes de la soldadura. Los hilos y cables deberán ser cortados a la medida necesaria y pelados en los extremos de conexión, operación también incluida en esta fase previa al montaje.

2. COMPONENTES DE DOS TERMINALES

Los componentes que únicamente disponen de dos terminales pueden ser clasificados en dos grupos, atendiendo a la forma empleada para la colocación de éstos sobre el cuerpo durante el proceso de fabricación, éstos son:

Componentes con terminales axiales

Componentes con terminales radiales.

2.1. Componentes con terminales axiales

Estos presentan los terminales de salida situados sobre los extremos del cuerpo y alineados con éste, formando una línea imaginaria que pasaría por

un centro geométrico. Requieren, por lo tanto, que se les realice un preformado para su montaje en circuito impreso.

El preformado se realiza con objeto de adaptar la forma de cada componente al espacio de montaje sobre el circuito.


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Los componentes con terminales axiales se montarán paralelos al circuito impreso y generalmente apoyados en él, en su preformado deberá procurarse que la referencia o valor que aparezca en el cuerpo del componente quede visible para facilitar una rápida identificación después de su inserción.

2.2. Componentes con terminales radiales

Estos presentan sus terminales en uno de los extremos del cuerpo de forma perpendicular a éste y paralelo entre sí. Se adaptarán, sin preformado, al montaje sobre el circuito impreso si la distancia entre los taladros en que deban ser insertados coincide con la separación entre los terminales. En caso contrario necesitarán un preformado para su adaptación al circuito al circuito.

Para realizar esta operación es necesario conocer previamente a qué

distancia deben de doblarse los terminales para su inserción en el circuito, ello requiere realizar la medida de la distancia entre los taladros de montaje mediante un calibre o con una regla graduada en milímetros, ya que no se requiere una precisión alta.

Cuando la separación de terminales en un componente con salidas radiales no coincide con la separación entre taladros es necesario realizar un doble preformado.


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3. MANIPULACIÓN Y CONFORMADO DE TERMINALES

El doblado a medida de los terminales puede ser realizado a mano o con algunas herramientas especiales para este trabajo. En el doblado a mano se tendrá presente un conjunto de precauciones que eliminarán el riesgo de rotura del terminar o del cuerpo del componente. A continuación se enumeran las principales:

El doblado se realizará con un alicate de puntas fina plana haciendo presión en el punto de doblado, lo que permite aislar del cuerpo del componente las presiones que se apliquen sobre el terminal.

No se ejercerá fuerza sobre la zona de unión del cuerpo con el terminal, ya

que podría desprenderse éste. No deben realizarse presiones sobre el cuerpo del componente, montado, ya

que puede llegar a romperse.

El doblado no debe de quedar con un exagerado ángulo recto, sino que se

procurará formar una pequeña curvatura para que el alambre de cobre del terminal no se quiebre en ese punto.

Se procurará realizar el preformado, dejando, como mínimo, una pequeña

porción de terminal entre el cuerpo y el punto de doblado, que evite la rotura

de la unión cuerpo-terminal. Se obtendrá una cierta estética de montaje si el preformado se realiza en

forma simétrica con respecto al cuerpo.


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Existe una herramienta especial para preformar, denominada conformador de componente, en la que una vez ajustada la distancia entre los dos puntos de doblado, realiza toda la operación con una única manipulación, de tal manera que por su forma que por su forma de trabajo, evita los riesgos mencionados anteriormente. Esta herramienta es muy útil sobre todo cuando existe un cierto número de componentes que deban ser preformados a la misma distancia,

ahorrando, de esta manera, una considerable cantidad de tiempo.

Herramienta empleada para preformar componentes axiales.

Los componentes con terminales de salida radiales se pueden montar directamente y presentan generalmente sus terminales ya cortados a la longitud adecuada, con lo que se evita la necesidad de realizar cortes posteriores a la soldadura; sin embargo, a veces es preciso realizar un conformado, cuando la distancia entre sus salidas no coincide con la separación entre taladros del circuito impreso; para ello y una vez conocida esta separación, se efectúa manualmente sobre cada terminal un primer doblado, con lo que ambos adoptarán una forma similar a los axiales. En este momento ya puede ser fijada la distancia necesaria, realizándose un segundo y definitivo doblado, con el que ya se obtiene la forma final que el circuito requiere. Deben ser tenidas en cuanta las recomendaciones mencionadas anteriormente para evitar daños en el componente.

4. ESTAÑADO PREVIO En recomendable siempre que se pueda y se tenga duda sobre la buena soldabilidad de los terminales por presentar éstos un aspecto sucio u oxidado, será necesario realizarles un estañado previo al montaje. Esto se podrá realizar estañando

directamente con la punta del soldador aportando una pequeña cantidad de estaño que deberá distribuirse uniformemente sobre el terminal, procurando evitar la aparición de zonas en que el depósito de estaño sea alto y presente un espesor tal que impidan la inserción en el circuito impreso.

Estañado previo de los terminales de un cable de señal apantallado

El terminal del componente se deberá sujetar durante toda la operación con un alicate situado entre la zona a estañar y el cuerpo del componente, con lo que se

evitará un sobrecalentamiento de éste al comportarse el alicate como radiador térmico.


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Si se aplica mucho calor durante la soldadura puede dañarse el componente. Para evitarlo se pueden emplear algunas herramientas como disipadores de este calor: alicates, pinzas, etc.

5. COMPONENTES DE MAYOR POTENCIA Antes del montaje se separan aquellos componentes que vayan a producir, durante el funcionamiento, una cierta radiación de calor por estar sometidos a unas condiciones de trabajo que les obligan a disipar una determinada potencia. El montaje de todos ellos se realizará al final, de forma que pueda tomarse un mínimo de precauciones para impedir que su temperatura pueda dañar a otros componentes cercanos.

El caso más común se tendrá con las resistencias de una potencia superior a 0,5 vatios y con algunos transistores de media y alta potencia. Para todos ellos se respetará una separación mínima del circuito impreso de 10 milímetros, ya que en caso contrario resultaría seriamente dañado éste. Respecto al resto de componentes se procurará fijar una separación mínima de 5 milímetros. En el caso de algunas resistencias de alta potencia con un cuerpo relativamente grande y que presentan sus dos salidas por el mismo extremo del cuerpo, se utilizarán unos soportes metálicos especiales que aseguren su fijación mecánica e impidan cualquier movimiento que pueda llegar a romper los terminales. Una vez efectuadas todas las operaciones descritas, se obtendrá un conjunto de componentes adaptados perfectamente al circuito impreso, pudiéndose realizar su inserción en éste sin ninguna dificultad. Con los hilos, se deberá, también, tener en cuenta una serie de precauciones para

su preparación e instalación en los circuitos y equipos.

6. MONTAJE DE HILOS Y CABLES

El hilo o alambre “desnudo” que se va a emplear para enlazar sobre el circuito impreso los puntos que lo requieran, se cortará con el alicate de corte, a la medida necesaria, efectuando un doblado en cada extremo de una manera análoga a la realizada con los terminales de componentes. Las porciones de alambre, así

obtenidas y denominadas “puentes” quedarán aptas para su montaje, pudiendo procederse a realizar éste sin mayor dificultad. Los cablecillos necesarios para la interconexión entre circuitos impresos o entre éstos con los componentes situados fuera de los mismos, deben ser cortados a la longitud precisa, eliminándose después un trozo de la cubierta aislante de los extremos, operación denominada “pelado”, en una longitud de 4 0 5 milímetros aproximadamente.


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Para ello se utilizará un alicate o pela hilo adecuado, teniendo en cuenta las siguientes recomendaciones: El alicate deberá estar perfectamente ajustado al diámetro del conductor para

que únicamente se corte la cubierta, evitando cortar éste de forma inadvertida.

No deberá quedar dañado el conductor en ningún punto, para evitar riesgos posteriores de roturas.

Se evitará dejar restos de la cubierta en la zona “pelada”, con objeto de no tener ningún problema en la posterior soldadura.

En los cables apantallados y coaxiales, una vez que se ha realizado el “pelado” de la cubierta externa, se separará la malla trenzada que forma el conductor exterior, o

“pantalla”, agrupando todos los hilos de ésta en un punto y quedando al descubierto el conductor interno, protegido con su correspondiente cubierta. Sobre éste se realizará un segundo “pelado”, procurando dejar una cierta longitud de cubierta que garantice el aislamiento del otro conductor. Si se trata de un cable paralelo de dos conductores, se separarán primero éstos a lo largo de la distancia más apropiada para la posterior conexión y después se realizará sobre cada uno de ellos las operaciones descritas.

7. TUBOS AISLANTES En muchas ocasiones se necesita añadir a los puntos de conexión de los cables y cablecillos una porción de tubo o cubierta con objeto de cubrir la zona soldada y aislarla eléctricamente de otros puntos próximos, evitando cualquier riesgo de cortocircuito. La porción de tubo necesaria, debe ser introducida en el cable previamente a la soldadura, desplazándose después hasta cubrir ésta, una vez que se haya enfriado por completo. Este tubo aislante, se conoce habitualmente con el nombre de macarrón y se adquiere en el comercio a la longitud que se desee.

Existe un tipo especial de tubo o macarrón denominado termorretráctil, que tiene la propiedad de contraer su diámetro al aplicarle calor. A pesar de su precio, que es superior al de los demás tipos, tiene la ventaja de que una vez que se ha situado

sobre la zona deseada se le puede calentar con el soldador u otro medio térmico (evitando el contacto directo) con lo que quedará completamente comprimido y adaptado a la forma del punto de soldadura, obteniéndose una total inmovilidad, imposible de conseguir con otros macarrones.

Termorretráctil protegiendo las conexiones de un LED y empalmes de cables.


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8. MONTAJE DE DISIPADORES

Existen algunos componentes y fundamentalmente semiconductores de potencia a los que es necesario incorporar un radiador o disipador de calor. Este radiador se situará sobre el componente, antes del montaje de éste sobre el circuito impreso, empleando para ello un tornillo de sujeción. En los casos en que sea posible, deberá procurarse que el conjunto componente-radiador quede sujeto mecánicamente al circuito a través del mismo tornillo, conformando los terminales de una forma adecuada y añadiendo un separador de la altura suficiente para conseguir un aislamiento de la placa, debiendo estar realizado, por lo tanto, en un material que no transmita el calor.

Conviene señalar, por último, unos determinados modelos de transistores y tiristores de potencia cuyo montaje se realiza directamente sobre un radiador lo suficientemente grande para que sea capaz de evacuar el calor producido.

Para su instalación, se emplea una lámina de mica que aísla el cuerpo del transistor del radiador y unas arandelas y tubos aislantes con lo que se consigue el mismo efecto, sobre los tornillos de fijación y los terminales de salida. Normalmente estos conjuntos formados por el radiador y el semiconductor requieren un montaje separado del circuito impreso y se sitúan en una zona del equipo que disponga dl máximo de ventilación para evacuar el calor generado.

La interconexión se realiza a través de un mazo de cablecillos empleados en la construcción, deben de estar perfectamente fijados a la caja del aparato, con objeto

de evitar cualquier riesgo de rotura o cortocircuito.


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Unidad 9.

Simbología y esquema eléctrico


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Unidad 9. Simbología y esquema eléctrico.


1. INTRODUCCIÓN

2. SIMBOLOGÍA DE LOS COMPONENTES 2.1. Símbolos de resistencias fijas y variables 2.2. Símbolos de condensadores fijos y variables 2.3. Símbolos de bobinas fijas y variables 2.4. Símbolos de transformadores 2.5. Símbolos de diodos 2.6. Símbolos de transistores 2.7. Símbolos de tiristor y triac 2.8. Símbolos de hilos y cables 2.9. Símbolos de resistencias dependientes 2.10. Grupo de símbolos de micrófono, auricular, pilas y baterías

2.11. Grupo de símbolos de interruptor, conmutador y relés 2.12. Símbolos de cristal de cuarzo 2.13. Símbolos de antenas 2.14. Símbolos terminal de masa o tierra 2.15. Grupo de símbolos de amplificador, TRC y motores

3. ESQUEMAS ELÉCTRICO

3.1. Representación mediante esquemas electrónicos 4.2. Representación de placas de C.I. 4.3. Representación de la disposición de componentes en placas de C.I. 4.4. Representación de planos de conexionado.

4. LECTURA E INTERPRETACIÓN DE PLANOS EN EQUIPOS ELECTRÓNICOS


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1. INTRODUCCIÓN

A lo largo de este documento se mencionan un gran número de componentes electrónicos que se emplean, de forma habitual, en circuitos y equipos electrónicos. De esta forma se podrá representar cualquier equipo electrónico, por muy complejo que sea, mediante un conjunto más o menos amplio de circuitos, formados a su vez por componentes, que están unidos por un cierto número de conexiones.

2. SIMBOLOGÍA DE LOS COMPONENTES

La simbología es la forma de representar gráficamente un elemento ó componente eléctrico y electrónico. Dado que la aplicación de estos materiales y componentes es universal, es necesario, a efectos de poder representar gráficamente cualquier diseño electrónico, de forma que sea comprensible por las personas que deben de trabajar con él, emplear un conjunto de símbolos normalizados que permitan dibujar todos y cada uno de los posibles componentes que se utilizan en los circuitos, así como las interconexiones realizadas entre ellos.

2.1. Símbolos de resistencias fijas y variables Como puede verse las resistencias tienen dos representaciones diferentes, pudiéndose elegir cualquiera de ellas, procurando mantener la misma hasta completar el dibujo del circuito. Junto al símbolo se debe indicar el valor

óhmico y la disipación de potencia. No se representa de forma especial los diferentes tipos de resistencias (bobinadas, piroliticas, películas metálicas, etc.), sino que se emplea el mismo símbolo para todas.

2.2. Símbolos de condensadores fijos y variables Los condensadores tienen dos representaciones diferentes, según se trate de tipos con polarización fija (electrolíticos) o sin ella (cerámicos, poliester, etc.). Para el primer caso se indicará la polaridad en el símbolo. Además se anotará, junto a éste, el valor de la capacidad, así como la tensión máxima de trabajo.


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2.3. Símbolos de bobinas fijas y variables Las bobinas tienen el mismo símbolo que los transformadores, pero con un único bobinado; junto a éste se indica el valor de su inductancia.

2.4. Símbolos de transformadores En los transformadores existen varias representaciones para el núcleo, según se trate de hierro, ferrita o aire. El primario se sitúa generalmente a la izquierda y los secundarios a la derecha.

2.5. Símbolos de diodos Los diodos parten de un símbolo básico y añadiendo un cierto complemento gráfico se consigue diferenciar los diferentes modelos que existen de este componente (zener, varicap, túnel, etc.). Al lado se puede escribir el tipo concreto de que se trata.


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2.6. Símbolos de transistores Para los transistores, como puede observarse, existen símbolos diferentes según las diferentes familias (bipolares, FET, MOSFET). En cualquier caso, la flecha que siempre existe en uno de sus tres terminales, indica el sentido de la corriente que pasa por él. De esta forma se identificarán los tipos NPN y PNP y FET o MOSFET de canal N o P. Al lado se indicará el tipo de transistor de que se trate.

2.7. Símbolos de tiristor y triac El tiristor se representa de una única forma, y está controlado con una puerta.

El triac tiene dos símbolos, uno representado sin puerta “DIAC” y otro con puerta “TRIAC”, al ser un elemento no polarizado, puede funcionar con corriente alterna.

2.8. Símbolos de hilos y cables Como puede observarse en las figuras, los hilos y cables se representan por líneas y cualquier clase de conexiones entre ellos o con terminales de componentes, se dibuja mediante un pequeño circulo negro situado en el cruce entre ellos.


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2.9. Símbolos de resistencia dependientes

Estos símbolos representan a los termistores, varistores y fotorresistencias. Son resistencias que varían su valor óhmico dependiendo de la temperatura, tensión y luz.

2.10. Grupo de símbolos de micrófono, auricular y baterías En este grupo se representa el micrófono, altavoz, pila y batería. El micrófono, auricular y altavoces son elementos del tipo transductor y se suelen colocar a la entrada y salida de circuitos amplificadores, al lado del símbolo se indica la impedancia y las pulgadas. Las pilas y baterías son generadores de tensión continua con polaridad, se indica al lado del símbolo la tensión y amperaje.

2.11. Grupo de símbolos de interruptor, conmutador y relés El grupo de interruptores y conmutadores presenta unos símbolos muy

similares, aunque se pueden diferenciar algunas peculiaridades (conmutadores deslizantes o rotativos). Los relés admiten varias representaciones, aunque lo más general es aquella en la que está dibujada la bobina de actuación enlazada mediante puntos con los contactos que controla, destacando en estos últimos la posición de reposo.


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2.12. Símbolos de cristal de cuarzo

Los cristales de cuarzo, de uso muy amplio en osciladores, se dibujan con dos símbolos diferentes, tal como puede observarse en la figura.

2.13. Símbolos de antenas La representación gráfica de las antenas, depende de si son simples o dipolos y en este último caso se diferencia si se trata de un dipolo cerrado (Yagi) o abierto.

2.14. Símbolos terminal de masa o tierra

Un símbolo muy utilizado en todos los esquemas es el de masa o tierra, ya que representa el punto común de menor potencial del circuito.

2.15. Grupo de símbolos de amplificador, TRC y motores.

Los amplificadores integrados en un circuito se representan mediante un triángulo, situando en el vértice del mismo la salida y en el lado opuesto las entradas. El T.R.C. (Tubo de Rayos Catódico) de TV presenta un símbolo en forma de tubo al vacio representando la pantalla del televisor. Los motores, responde generalmente a la representación que se observa en la figura. Indicándose al lado del símbolo la tensión de funcionamiento y el tipo de motor.


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3. ESQUEMA ELÉCTRICO

Un esquema eléctrico es la representación sobre papel, tanto de los componentes como de las interconexiones entre ello, símbolos y líneas, de modo que el conjunto completo forme un circuito o bloque de un aparato y realice, en consecuencia, una función determinada. Una vez dibujado el esquema eléctrico, será fácil reconocer cada componente por su símbolo, pero no será tan fácil determinar la forma de trabajo que tiene cada uno, así como la función del circuito representado, a no ser que se tenga una gran experiencia en la interpretación de los mismos. El conocimiento de estos símbolos resulta muy importante para cualquier persona que desee entrar por vez primera en el campo de la electrónica y poco a poco conseguirá una habilidad e interpretación de los mismos.

3.1. Representación mediante esquemas electrónicos Un esquema electrónico es una representación simbólica y gráfica, teniendo en cuenta los caracteres más significativos, para clarificar el plano.

Circuito generador de funciones

Tal como se muestra en el esquema eléctrico, se compone de componentes electrónicos representados por su propia simbología y se conecta entre si mediante líneas rectas y perpendiculares. Estas líneas rectas ó perpendiculares, identificativas de conductor eléctrico, son las que establecen la unión con los dispositivos y componentes eléctricos y electrónicos. La


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unión se realiza por medio de fichas o regletas de empalmes, soldadura de estaño, trenzados, etc. Podemos decir que un esquema electrónico es un plano electrónico simplificado o, dicho de otra manera, sería un plano donde la disposición espacial no se corresponde con la realidad, realizada mediante una serie de

normas que simplifiquen su compresión.

Los componentes de un esquema deben llevar impresa una referencia para su identificación: numeración de orden (R11) y su valor (33K), ya que cuando tenemos que sustituir un componente debemos tener presente su valor, su potencia de disipación, forma, máxima tensión soportada, etc.,

Los componentes suelen situarse en el plano de forma ordenada, siendo normal su situación ortogonal y procurando no dibujar elementos dispuestos de forma inclinada. Naturalmente hay excepciones, y un caso típico de esto son los puentes de diodos que suelen representarse de forma no ortogonal en equipos electrónicos.

Fuente de alimentación regulada y estabilizada.

Para interpretar un esquema electrónico, debemos conocer la simbología de los elementos que lo componen, simbología que puede variar según sea la procedencia del equipo. Así mismo, debemos conocer los distintos componentes que lo constituyen, como su marcado, para poder realizar el seguimiento de dicho esquema en el equipo.

3.2. Representación de placas de C.I.

Este tipo de planos indican las “pistas” (tracks o cables impresos) que posee un circuito para comunicar los componentes, es decir, las conexiones internas entre componentes.

Las placas de circuito impreso es el soporte de los componentes, y a su vez son también el soporte de las conexiones entre componentes, por si dicha placa tuviese algún defecto, debido a un golpe o una sobrecorriente, podrían dañarse dichas “pistas”, siendo útil disponer de un plano de ellas para reponer las “pistas” dañadas; esto normalmente se hace con hilos conductores. Los planos de placas de C.I. pueden ser muy variados, pues existen muchos tipos de placas: baquelita, fibra de vidrio, doble cara, caras múltiples, flexibles, etc., cada una con unas características diferentes.


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Los planos de circuito impreso de una cara son fácilmente representados:

Los planos de doble cara se pueden representar de dos maneras, bien mediante dos planos uno de cada cara o mediante un único plano utilizando dos colores uno para cada cara. El problema de este método surge cuando se fotocopian los planos, debido a que una copia en blanco y negro haría confusa la interpretación de las conexiones. El problema es aún mayor cuando se trata de placas múltiples de tres, cuatro o más caras, siendo en este caso más recomendable el uso de planos individualizados. Las placas multicapa suelen tener una destinada a llevar la alimentación a distintas zonas del equipo, otra a llevar las masas y las restantes suelen tener orientaciones ortogonales entre ellas, pero cada una en un solo sentido.

3.3. Representación de la disposición de componentes en placas de C.I. En la disposición de los componentes en la placa de circuito impreso se puede observar la situación espacial del componente en la placa, este tipo de plano representa la distribución de los mismos en la placa de C.I. siendo la base para serigrafiar dichas placas, donde se marcarán en ellas las referencias de los

componentes. Existen planos de disposición de componentes que los representan en su situación espacial y también las uniones de “pistas” o “tracks” que tienen por su parte inferior, como si la placa de circuito impreso fuese transparente, todo ello visto desde el lado de los componentes (cara de componentes).

En la figura podemos observar que al efectuar el diseño de la placa los componentes están colocados de forma ortogonal, los tracks también, aunque para que no aparezcan ángulos de 90º, se usan pistas recortado a 45º.


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3.4. Representación de planos de conexionado

Existen planos que representan mediante bloques, y posteriormente estos bloques deben interconexionarse, mediante conectores y cables para formar un conjunto; así pues, los planos que indican cómo deben interconexionarse las placas, o bien conectar elementos externos a dichas placas (interruptores, altavoces, enchufes, visualizadores, etc.) son los planos de conexionado.

También podemos encontrar los denominados planos mixtos, donde se observan tanto la disposición de componentes como el conexionado. Este tipo puede verse normalmente en circuitos de pequeñas dimensiones.


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4. LECTURA E INTERPRETACIÓN DE PLANOS EN EQUIPOS ELECTRÓNICOS El proceso de lectura e interpretación de planos puede ser muy diverso, dependiendo del plano a interpretar. El proceso de lectura de un esquema electrónico se realiza, en términos generales, de la misma manera que el proceso de lectura de un texto. Cuando leemos un texto debemos conocer los signos con los que trabajamos, signos que son las letras y que van unidas a otras para formar palabras que tienen un significado propio. De la misma manera, en un plano electrónico tenemos símbolos que son los elementos básicos del plano, y dichos símbolos se unen a otros para formar circuitos básicos, circuitos que tienen una función concreta. Con las palabras formamos frases y con los circuitos básicos formamos circuitos electrónicos complejos. Así pues, para realizar una lectura de un plano, debemos conocer la simbología y los métodos de representación bajo los cuales se ha realizado dicho plano. Cuando leemos un texto, lo hacemos de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, aunque en otras culturas no sea así; pues bien, cuando leemos un esquema

electrónico, existe un porcentaje muy elevado de que se lea de esa misma manera. Naturalmente existen excepciones, y muchas, generalmente en esquemas pequeños, si bien los grandes generalmente se leen de izquierda a derecha y de arriba abajo. Para hacer fácilmente la lectura en la búsqueda de referencias, algunos esquemas, en su parte inferior o superior, llevan unas tablas de referencias de componentes para su fácil localización; así pues, si buscamos una referencia, la localizaría en dicha tabla y trazando una línea imaginaria perpendicular a dicha referencia que cruzarse el esquema, el componente se encontrará sobre esa línea. Como punto de partida para la lectura de un esquema, tanto si el sistema es mecánico o electrónico, debemos partir de la fuente que suministra energía a dicho sistema; así pues, si es mecánico dispondrá de un motor y una o varias cadenas cinemáticas para transmitir dicho movimiento, hasta llegar a un elemento final; si

fuese electrónico, tendrá una fuente de alimentación que suministrará energía a todas las etapas del sistema. En ocasiones esta fuente de energía es sustituida por pilas o baterías, o llegar al extremo de carecer de ella aparentemente, pues la energía para su funcionamiento puede obtenerla de las señales que están procesando (rectificadores, radio galena, etc.). Una vez analizado el circuito de forma estática, se puede analizar el circuito de

forma dinámica, realizando un estudio de las señales que circulan por él.


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Unidad 10.

Medidas y aparatos de medición


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Unidad 10. Medidas y aparatos de medición.


1. INTRODUCCIÓN 2. LAS MEDIDAS 3. TOLERANCIAS 4. EL AJUSTE

5. EL GALVANÓMETRO 6. EL AMPERÍMETRO

6.1. Esquema eléctrico de un voltioamperimetro 6.2. Aplicaciones

7. EL VOLTÍMETRO 7.1. Esquema eléctrico de un voltioamperimetro 7.2. Aplicaciones

8. EL POLÍMETRO 8.1. Polímetro analógico 8.2. Polímetro digital

8.2.1. MEDIDAS DE TENSIÓN 8.2.2. MEDIDAS DE INTENSIDAD 8.2.3. MODELOS MÁS ADECUADO 8.2.4. SELECCIÓN AUTOMÁTICA

8.3. Sistemas básicos de medida

8.3.1. MEDIDAS DE RESISTENCIA 8.3.2. PRUEBA DE DIODOS Y TRANSISTORES 8.3.3. MEDIDAS DE TENSIONES 8.3.4. MEDIDAS DE INTENSIDAD 8.3.5. CONSEJOS PARA LA MEDIDA

9. EL OSCILOSCOPIO 9.1. Características principales

9.2. Controles del osciloscopio 10. EL GENERADOR DE FUNCIONES

10.1. Controles del generador de funciones 10.2. ¿Qué utilidad tienen? 10.3. Formas de onda

11. LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN 11.1. Funciones necesarias 11.2. Rizado 11.3. Regulación 11.4. Limitaciones prácticas 11.5. Mejoras en el filtro 11.6. Estabilización de tensión

11.6.1. ESTABILIZACIÓN EN PARALELO 11.6.2. ESTABILIZACIÓN EN SERIE

11.7. Las fuentes de alimentación de laboratorio

12. ACTIVIDADES


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1. INTRODUCCIÓN

En electrónica se manejan constantemente los conceptos de señales, de frecuencias, de ruidos, de decibelios, de impedancia, de milivoltios, de valores de pico. Todo tiene su definición teórica, que siempre se ha tratado de dar de la forma más sencilla posible. Pero todos estos conceptos, unidades y parámetros son los que se suelen manejar en electrónica y se pueden medir con una serie de instrumentos especialmente fabricados para tal cometido.

2. LAS MEDIDAS Un paso fundamental para el correcto funcionamiento de todo equipo electrónico, es su puesta a punto. Tal operación consiste en ajustar aquellos elementos o etapas del mismo que hagan funcionar a los distintos componentes, en el punto que se calculó a la hora del diseño de los mismos. En muchas ocasiones, el punto de funcionamiento no es crítico, en cuyo caso suele venir fijado por los valores de los propios componentes que forman el circuito. El

diseñador se encarga de elegir tales valores, de manera que el conjunto funcione satisfactoriamente, dentro de los márgenes de tolerancia que se permiten en cada caso concreto. Otras veces, ciertas etapas de un circuito necesitan ser llevadas a un punto de funcionamiento determinado por múltiples razones, tales como disipación mínima, evitar distorsiones, rendimiento máximo, etc. Tal punto no puede ser siempre factible de conseguir sin ajuste, debido a la tolerancia en los valores de los distintos

componentes.

3. TOLERANCIAS La tolerancia es el margen entre un valor máximo y mínimo que puede tener un componente electrónico. Así, por ejemplo, las resistencias que pueden encontrarse en el mercado presenta tolerancias de +- 5% o de +-10%, esto significa que cuando compramos una resistencia de 10KΩ con tolerancia de +-5%, su valor real

sabemos está comprendido entre 10KΩ + 5% = 10,5 KΩ y 10KΩ - 5% = 9,5 kΩ, no pudiéndose asegurar el fabricante que una cualquiera de ellas, cogida al azar, vaya a tener un valor de 9.871 Ω, que es el que necesitamos para una aplicación determinada. Mayores márgenes de tolerancia presentan aún los semiconductores. Así por ejemplo, un transistor moderno de baja frecuencia puede tener una ganancia de corriente comprendida entre 100 y 500, margen amplísimo que no permite poder hacer un diseño exacto con uno cualquiera cogido al alzar.


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Por lo general, el diseño de circuitos se hace pensando en estos márgenes de tolerancia, empleando técnicas tales como la de la realimentación negativa, que hace que tenga poca influencia en el comportamiento del conjunto las características individuales de cada componente. No siempre ocurre así, y determinados circuitos deben permitir ser ajustados individualmente para que su funcionamiento se corresponda con el calculado. Este

es el caso, por citar algunos ejemplos, de los receptores de radio y televisión, los generadores de señales o las etapas de salida de los amplificadores de audio. Todo aquel equipo que requiera ajuste, normalmente se le dota de algún elemento variable (como resistencia o condensadores ajustables), para que el punto de trabajo pueda ser acercado lo más posible al óptimo.

4. EL AJUSTE ¿Cómo saber cuál es el punto óptimo de funcionamiento? y ¿Como saber llegar a él?. La primera pregunta debe responderla el diseñador del circuito, dando cuantos

datos sean precisos para el encuentro de tal punto. Así, debe dar la tensión, corriente, frecuencias, ancho de banda o el parámetro preciso al que debe ajustarse el circuito. Este es un aspecto que todo aquel que vaya a montar un equipo debe exigir, y en las instrucciones de montaje han de venir incluidas siempre las de ajuste. La segunda pregunta sólo puede contestarse con una respuesta: con un instrumento de medida. En la práctica cabe la discusión de cuál o cuales son los instrumentos

adecuados para tal ajuste. Es evidente que cuanto más completo sea el instrumental, más perfecto podrá conseguirse el ajuste. Sin embargo, no siempre es necesario montar un complejo laboratorio de medición para conseguir un ajuste bueno. Puede asegurarse que en el 90% de los casos tal ajuste puede conseguirse con un simple polímetro (instrumento capaz de medir como mínimo, tensiones, corrientes y resistencias), para el 10% restante, que requieran ajuste y para lo que no es apto el polímetro, pueden ser necesarios algunos otros instrumentos como un osciloscopio, generadores de señales, etc., cuyo fundamento, utilización y aplicaciones se irán dando posteriormente.


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Que duda cabe que, cuanto más completo sea el instrumental, más complejos equipos y más perfecto ajustes podrá realizar, aplicando, claro está, los métodos adecuados para su cometido.

5. EL GALVANOMETRO El instrumento de medida más sencillo y el primero de los utilizados históricamente es el llamado galvanómetro, que significa medidor (metro) de fenómenos galvánicos (galvano), esto es, de corriente eléctrica. Su principio de funcionamiento se basa en la interacción producida entre una corriente eléctrica y un campo magnético.

Es un instrumento de medida constituido por una bobina o hierro móvil que trabaja bajo un campo magnético. Según su constitución esta diseñado sobre un fondo de escala graduada, para medir corrientes eléctricas.

Un determinado instrumento, tiene su escala con dos extremos. El que corresponde al reposo será siempre el cero de dicha escala (en él se encuentra la aguja cuando no circula corriente), mientras que en el extremo opuesto medirá una corriente que se conoce con el nombre de valor de fondo de escala. Este valor es el máximo que el instrumento puede medir, y suele venir fijado bien porque se alcanza la perpendicularidad cuadro-campo magnético, o bien porque más allá de ese punto la relación entre el ángulo recorrido por la aguja y la intensidad de corriente que circula por la bobina no son proporcionales, debido generalmente a limitaciones

impuestas por el muelle que hace retornar la aguja al cero de la escala. El valor de fondo de escala suele conocerse también como la sensibilidad del instrumento, siendo un aparato tanto más sensible cuanto menor sea la corriente que hace desviar la aguja al fondo de escala. La sensibilidad de un galvanómetro se mide en unidades de intensidad, encontrándose valores muy dispares, del orden de nanoamperios (milmillonésima de amperio) para equipos de laboratorio, hasta decenas de miliamperios en los menos sensibles. Valores corrientes encontrados en el mercado caen en el margen de 0,1 a 1mA.


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6. EL AMPERIMETRO

El amperímetro es un aparato o instrumento que permite medir la intensidad de la corriente eléctrica, presentando directamente sobre su escala calibrada en las unidades empleadas, para ello, denominadas amperios o bien fracciones de amperio, la medida deseada.

Existen dos tipos diferentes, caracterizados por las piezas en movimiento durante su funcionamiento, denominado amperímetro de cuadro o bobina móvil y amperímetro de hierro móvil. El amperímetro de bobina móvil, esta formado como su nombre indica por una bobina circular de hilo de conductor colocada sobre un pivote situado en el centro de la misma. Todo el conjunto esta situado dentro del campo magnético de un imán fijo. La aguja se detiene al equilibrarse las fuerzas de resorte y bobina.

El amperímetro de hierro móvil esta formado por una bobina por la que circula la corriente que produce el campo magnético, pero en este caso la bobina es fija y no hay imán fijo que cause su giro. En su lugar se fija un trozo de hierro a la bobina y otro unido a una aguja móvil sobre un pivote.

La función que realiza la resistencia shunt en un amperímetro es desviar parte de la corriente que se desea medir, ya que si circula la totalidad por el amperímetro lo dañaría irreparablemente. Para medir corriente, el amperímetro se coloca en serie con la carga, pasando la corriente internamente a través de una resistencia en paralelo, shunt, sobre la que circula dicha corriente. El empleo de varios shunt permite disponer de varias escalas

de medida.


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Efecto del shunt sobre la corriente que circula por el amperímetro para su medida.

En época reciente se han construido amperímetros totalmente electrónicos, que presenta la medida en forma de lectura numérica directa, sobre un conjunto de indicadores luminosos o display. Normalmente este modelo suele encontrarse acoplado a un instrumento más complejo que permite además realizar otro tipo de medidas, denominado polímetro, que será descrito más adelante.

6.1. Esquema eléctrico de un voltiamperimetro

Internamente el circuito eléctrico del amperímetro consta de un conjunto de resistencias colocadas en paralelo con el instrumento, denominadas shunt, de diferentes valores de alta precisión y muy estables, que se conectan a través de un conmutador que selecciona la escala más adecuada para su medida

(ver la figura).

6.2. Aplicaciones En el mercado pueden encontrarse amperímetros en una gran variedad de formas y dimensiones, en amplia gama de sensibilidad abundando mucho más el tipo de bobina móvil por su mayor precisión. Normalmente, la limitación que presenta el amperímetro de bobina móvil de funcionar únicamente con corriente continua, es solucionado utilizando un elemento conversor de corriente alterna en continua o rectificador, montado

en puente y situando el amperímetro en la rama central del puente de forma que no se perturbe excesivamente el paso de la corriente y consiguiendo que a la salida del mismo la corriente continúe siendo alterna tal como entró. Su aplicación más común es la de su utilización como instrumento de medida, en equipos de alimentación, tales como: fuentes de alimentación de laboratorio, convertidores de corriente continua en alterna o rectificadores y en general en todos aquellos casos en que se precisa una indicación constante y segura de la corriente que circula por un sistema eléctrico.


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7. EL VOLTIMETRO

El voltímetro es un instrumento de gran utilización, ya que con él se puede realizar todo tipo de medidas de voltaje o tensión eléctrica entre dos puntos de un circuito. El resultado de esta medida se presenta directamente sobre una escala calibrada. La forma de funcionamiento de un voltímetro está fundada en el instrumento básico que es el galvanómetro, ya que es necesario que durante el proceso de medida de la tensión, circule una débil corriente por el aparato, capaz de mover la aguja sobre la escala.

La constitución del voltímetro es similar al amperímetro de bobina ó hierro móvil. Existen voltímetros para corriente continua y corriente alterna.

7.1. Esquema eléctrico de un voltiamperimetro Internamente el circuito eléctrico del voltímetro consta de varias resistencias

de diferentes valores que se encuentran en serie con el instrumento y a través de un conmutador, que selecciona la escala más adecuada para su medida (ver figura).

Este instrumento está construido, por lo tanto, utilizando el sistema electromecánico del amperímetro, que comprende todo el conjunto de imanes, bobinas y agujas, denominado cuadro, sobre el que se añade un conjunto de resistencia en serie de diferentes valores que serán las encargadas de proporcionar la débil corriente necesaria. Estas resistencias deberán ser de precisión y alta estabilidad, pues su función primordial es la de convertir una tensión entre dos puntos en una tensión proporcional a ella, haciendo que la corriente máxima tolerable por el amperímetro coincida con la tensión máxima que es capaz de medir el voltímetro, cuando la aguja alcanza el final de la escala. La escala de lectura situada sobre el cuadro de medida está calibrada en voltios y sobre ella se efectúa directamente la medida.


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7.2. Aplicaciones En el empleo de un voltímetro existen dos formas básicas:

Integrado en un equipo, con una conexión permanente a los puntos que se desea medir.

Utilización en forma volante, de manera que se emplee para hacer medidas en un gran número de puntos diferentes.

El primer modo de empleo es típico en algunos equipos que precisan mostrar, durante su funcionamiento, la tensión que existe en algunos de sus puntos de manera permanente, para así poder controlar el funcionamiento de los mismos. Como ejemplo se puede citar una fuente de alimentación, que es un

equipo que tiene como objeto proporcionar la corriente necesaria para el funcionamiento de otro equipo, a una tensión determinada y normalmente regulada. Lógicamente debe ser posible controlar la tensión que la fuente esté entregando en su salida y, para ello, dicha fuente llevará dispuesto un voltímetro en su panel frontal.

El segundo modo de utilización es el habitual cuando se utiliza el voltímetro para realizar medidas en montajes electrónicos o en hacer reparaciones. Este voltímetro deberá disponer de un par de cables o “latiguillos” unidos a sus entradas y terminados en puntas o pinzas para medir. Sin embargo, para esta forma de empleo se utiliza otro instrumento que posee al voltímetro incorporado, junto con otras funciones; este aparato es el polímetro.

8. EL POLÍMETRO El polímetro es el aparato más comúnmente utilizado para realizar todo el conjunto de medidas de comprobación y ajuste, necesarios para garantizar una correcta puesta en marcha de los equipos, así como para ayudar a la detección de cualquier tipo de anomalías durante la reparación de aparatos averiados.

Es recomendable, por lo tanto, que el polímetro no falte nunca dentro del conjunto de equipos y herramientas. El polímetro es un instrumento multifunción, ya que con él se pueden realizar un gran número de medidas diferentes, por ello también se le conoce con el nombre de multimetro. Normalmente es capaz de realizar tres tipos básicos de medidas:

Tensión en corriente continua y alterna. Intensidad en corriente continua y alterna. Resistencia. A este conjunto de medidas, se le suele incorporar en algunos modelos, otras complementarias tales como medida de condensadores, niveles de salida en decibelios, conductividades o conductancias, etc.


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Para presentar el resultado de la medida, existen dos variantes que configuran los dos modelos básicos de polímetros que se encuentra en el mercado, éstos son: El analógico o mediante con aguja que se desplaza sobre una escala calibradas y el digital que ofrece directamente el resultado en forma numérica sobre una

pantalla o display.

Polímetro digital y analógico.

Tanto el polímetro analógico como el digital incorporan en su interior las pilas o baterías necesarias para su funcionamiento. Algunos tipos de polímetros digitales se abastecen directamente de la tensión de red eléctrica para cargar sus baterías internas. No existe un criterio totalmente objetivo que pueda decidir cuál de los dos grupos es mejor. Cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes. Cada día aparecen más

perfeccionados y sofisticados los polímetros digitales, que indudablemente ofrecen características y aspectos muy interesantes, tales como la indicación de signos automática, la elección por el propio instrumento de la escala de medidas, medidas de capacidad, de frecuencia y otras.

8.1. Polímetro analógico

El modelo analógico se compone de las siguientes partes: Cuadro con escalas Selector de funciones. Conjunto de componentes necesarios para el funcionamiento. Pilas o baterías. Caja externa con los puntos necesarios de conexión. Cables o “latiguillos” con las correspondientes puntas de contacto y las

clavijas para su conexión a la caja.

Polímetro analógico.


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El cuadro está normalmente construido por el sistema de bobina móvil y su funcionamiento es similar al de amperímetro, es decir, que cualquier medida requiere que se produzca siempre una corriente, capaz de excitar la aguja. El selector de funciones está construido mediante un conmutador giratorio que permite fijar las condiciones de medida más apropiadas al estado

eléctrico del punto que se va a medir.

Para poder realizar las medidas en las diferentes escalas, el instrumento precisa de un conjunto de resistencias y shunts que proporcionen las condiciones necesarias para cada tipo de medida; suelen estar montados sobre el propio conmutador o sobre un circuito impreso asociado al mismo. Todas las medidas de resistencia, requieren que sobre el componente o

circuito a comprobar se haga circular una cierta corriente, que será la encargada de mover la aguja del cuadro. Esta ha de ser suministrada desde el propio polímetro por medio de unas pilas o baterías dispuestas en su interior, que será necesario sustituir o recargar al cabo de cierto tiempo de utilización (ver la figura).

Esquema eléctrico interno de un polímetro analógico.

8.2. Polímetro digital

Los polímetros digitales son la innovación tecnológica en instrumentación de medidas actual que operan de una forma distinta a los analógicos y desde el punto de vista de su utilización ofrecen mejores características, y que actualmente esta desbancando a los analógicos.


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Sus principales diferencias externas consisten en que el resultado de la medida se presenta sobre una pantalla o “display” en forma numérica, el selector de funciones es un conmutador rotativo con las magnitudes a medir. Existen con autorango, que permite selecciona la medida (voltaje, resistencia, intensidad, etc.) y automáticamente el propio polímetro muestra por pantalla la medida más exacta posible.

Necesita un par de puntas de pruebas y una batería, normalmente del tipo 6F22 de 9 V, con una autonomía similar a la del analógico.

Polímetros digitales con selector manual y automático.

Estos polímetros realizan sus funciones por medio de unos amplificadores internos y unos circuitos adicionales que realizan una conversión de los valores obtenidos a una forma digital que a su vez se transforma en

numérica para excitar el display. Por lo tanto no requieren, salvo cuando trabajan como amperímetros, que circule corriente del circuito objeto de la medida, al no tener que excitar ningún cuadro con aguja. Debido a esto, ofrecen unas resistencias internas mucho más elevadas, al trabajar como voltímetros.

8.2.1. MEDIDAS DE TENSIÓN

Cuando se realizan medidas de tensión, es necesario también diferenciar si se trata de continua o alterna. En el primer caso, no suele ser necesario, en la mayoría de los modelos, tener en cuenta la polaridad de la medida ya que esta será indicada por el propio “display” mediante el encendido de un signo (+) o (-) con lo que se señalará si las puntas de medida se encuentran situadas en puntos con la misma polaridad o contraria, respectivamente a la de la entrada del polímetro. La posición del selector o escala elegida para la medida debe de ser la más apropiada para el valor que se espera medir; si el resultado obtenido sobrepasa el valor máximo de dicha escala, no existirá riesgo de avería, señalizándose este hecho de la misma forma que la descrita para la medida de resistencia. La máxima precisión se obtendrá con la escala en la que se obtenga el encendido digital más significativo.

8.2.2. MEDIDAS DE INTENSIDAD La medida de intensidades de corriente se realiza de forma totalmente similar a la descrita para los polímetros analógicos, aunque en este caso, no sea imprescindible situar las puntas para que la corriente entre el aparato por el positivo ya que, al igual que para las medidas de tensión, será el display el que indique esta circunstancia encendiendo los signos (+) 0 (-).


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Estos polímetros no están condicionados durante su funcionamiento por ninguna posición determinada, pudiendo adoptar la situación más apropiada a las condiciones de trabajo de cada momento.

8.2.3. MODELOS MÁS ADECUADO

Uno de los factores primordiales a la hora de elegir un polímetro digital es, sin duda alguna, el número de dígitos o cifras en que va a expresarse la medida realizada. Además, es uno de los parámetros que más condicionan el precio del mismo a igualdad del resto de las características. Qué duda cabe que cuantas más cifras presente la lectura mejor y más precisa será la medida. Sin embargo, debe mirarse siempre el aspecto

práctico de las cosas, que normalmente redundará en un beneficio económico. Pensemos en una medida cualquiera, por ejemplo, la tensión alterna de una red de distribución de energía. En un momento determinado, en una red de 220V con un polímetro de cinco dígitos la lectura podría ser de 218,96V. Con otro polímetro de tan solo tres dígitos la misma lectura daría 219 V.

8.2.4. SELECCIÓN AUTOMÁTICA Una de las precauciones primarias que debe observarse con un polímetro normal (analógico o digital) es, precisamente, la de elegir una escala de medida cuyo valor de fondo no puede ser excedido por la magnitud real del parámetro bajo medida. Cada vez mayor número de polímetros digitales modernos incluyen entre

sus características más sobresalientes la de la elección automática por el mismo aparato del valor de fondo de escala de medida, de modo que sólo hay que indicarle qué queremos medir (voltios, amperios, ohmios, etc.)

8.3. Sistemas básicos de medida El polímetro dispone de varios orificios de conexión para efectuar la medida

de resistencia, intensidad y voltaje. La selección se realiza por medio de un conmutador rotativo donde aparece el correspondiendo rango de la medida.

El selector de funciones permite conmutar las distintas medidas eléctricas más apropiadas.

OHMS (Rx1 / Rx100 / Rx1K / Rx10 K) DCV( 0,6 / 6 / 30 / 120 / 600) ACV(6 / 20 / 120 / 600 /1200) DCmA (0,06 / 6 / 600)

Es imprescindible poder distinguir claramente la polaridad, cuando se realizan medidas de corriente y tensión, por ello, los cables y puntas de medida

deben ser de diferentes colores.


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8.3.1. MEDIDAS DE RESISTENCIAS

Medir una resistencia que se encuentra montada sobre un circuito, hay que tomar la precaución de desconectar primeramente cualquier alimentación que exista en éste, ya que provocaría una corriente adicional a la propia del polímetro y falsearía la medida, llegando incluso a averiar el instrumento. Además, se debe tener en cuenta que cualquier otro componente o conjunto de ellos que esté unido eléctricamente al que se quiera comprobar, también alterará la medida, ya que una parte de la corriente empleada por el instrumento , circulará inevitablemente por éstos,

obteniéndose un resultado con un valor normalmente inferior al real.

Medida falseada estando el componente conectado Medida verdadera del componente.

Para medir el valor de una resistencia, que no se encuentra conectada, se pone cada una de las puntas del polímetro en los terminales de la resistencia, sin tocarla con nuestras manos, pues la resistencia de nuestro cuerpo haría falsear la medida.

Medida correcta Medida incorrecta

Medidas de continuidad

Otra importante aplicación del polímetro, en la forma de trabajo de óhmetro es la comprobación de la continuidad eléctrica en un equipo, procedimiento de gran utilidad sobre todo durante la reparación de averías. Un equipo eléctrico y cualquiera de sus circuitos tienen un conjunto de elementos de interconexión, formados por hilos, cablecillos y las pistas de los circuitos impresos. Todos ellos realizan la unión eléctrica entre los puntos que lo requieren. Por lo tanto debe de existir entre ellos una continuidad eléctrica, lo que significa que deberá poder circular una

corriente, encontrando a su paso una resistencia muy baja o cero.

Por lo tanto y para mayor seguridad es recomendable desmontar el componente y comprobarlo de forma aislada.


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Para medir la continuidad de las pistas sobre un circuito se utiliza el polímetro en la magnitud de resistencia (Ω) y en la escala más baja. La aguja del polímetro señala el cero al estar los dos puntos de medida unidos eléctricamente, es decir, existe continuidad, de lo contrario nos daría un resultado infinito o circuito abierto. En los polímetros digitales hay una posición dedicada exclusivamente a la continuidad con aviso de un pequeño zumbido cuando las dos puntas de pruebas están unidas o en cortocircuito, mostrándose por el display un valor muy bajo de resistencia.

a) Medida de resistencia 0Ω (cerrado) b) Medida de resistencia infinito (abierto)

a) La forma de conseguir detectar continuidad entre pistas es colocando

las puntas de pruebas del polímetro en posiciones que realmente sepamos que debe haber continuidad de lo contrario detectaríamos un fallo de circuito abierto.

b) Este es un caso de detección de una avería en un circuito impreso

(rotura de pista). El polímetro indicará resistencia infinita (circuito abierto).

c) En otros casos se pueden detectar averías causadas por cortocircuito

entre dos pistas, que no debería de haber y que se detecta mediante el polímetro en la escala de ohmios.

c) Medida de resistencia en cortocircuito

Entonces si se sitúan las puntas de medida del polímetro, con el selector en la posición de Rx1, sobre dos puntos entre los que exista continuidad, se obtendrá una lectura sobre el cuadro, de cero ohmios o muy próximo a este valor, debido a este caso a la mínima resistencia que puedan

ofrecer los conductores. Cualquier interrupción en dicha continuidad será detectada rápidamente, ya que la aguja no se moverá, pudiendo ser la causa de una avería.


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8.3.2. PRUEBA DE DIODOS Y TRANSISTORES

En un diodo, debe existir una resistencia mínima entre sus terminales, cuando la corriente le atraviesa en el sentido de ánodo a cátodo y otra muy alta cuando lo hace en sentido inverso. En el caso de no ser así, el diodo estará defectuoso. El mismo procedimiento puede ser aplicado a un transistor cuando se aplica la corriente entre las uniones de base con emisor y de base con colector, teniendo en cuenta en este caso, si el transistor es NPN o PNP. Para realizar ambas comprobaciones, de diodos y transistores, conviene señalar que la tensión de la pila interna del polímetro tiene su polaridad orientada de forma que el polo positivo se aplica a través de la borna de contacto señalada con el signo (-) y el polo negativo por el señalado con más (+), por lo tanto, la corriente circulará

en el sentido siguiente: borna (-), latiguillo negro de medida, componente a comprobar, latiguillo rojo y borna (+).

8.3.3. MEDIDAS DE TENSIONES

Para la medida de tensiones, el instrumento de medida (voltímetro o polímetro) debe colocarse entre los puntos en que se desea hacer la medición, o bien, en paralelo con el componente en el que se va a efectuarse tal medición. Si el polímetro no tiene selección automática de polaridad y/o de fondo de escala, debe hacerse un tanteo previo.

Medida de tensión en los terminales de componentes El polímetro cuando trabaja como voltímetro, dispone de un selector, de varias posiciones que permiten efectuar medidas de voltaje entre dos puntos, de las que algunas corresponden a tensión continua y otras a alterna. En el cuadro existen varias escalas asociadas a cada una de las posiciones de medida, de forma que el valor indicado en estas últimas es

el máximo admisible. Entre ellas se debe elegir la más adecuada, teniendo en cuenta la magnitud de la tensión que se vaya a comprobar, siendo conveniente el familiarizarse previamente, con objeto de tener el mínimo de dudas en el momento de la medida.


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Medidas de tensiones continuas y alternas

La forma de operación normalmente empleada consiste en determinar previamente si la tensión que se desea medir es continua o alterna, llevando el selector a la zona que corresponda y a continuación situarle

en una posición que contenga, dentro de su correspondiente escala, el valor que esperamos obtener de la medida. Con estas operaciones realizadas, se presiona ligeramente con las puntas de medida sobre los dos puntos a comprobar y se lee sobre la escala el valor que señale la aguja, teniendo la precaución, cuando se realizan medidas de tensión continua, de situar las puntas de forma que la polaridad de las entradas del polímetro se correspondan con la tensión medida. Por lo tanto el

latiguillo rojo conectado a la entrada (+) debe ser aplicado al punto más positivo y el negro que debe estar conectado a la entrada (-) se aplicará el más negativo.

En el caso de que no se conozca previamente, ni siquiera con una cierta

aproximación, el valor de la tensión a medir, o bien no se sepa la polaridad, si se trata de una tensión continua, debe de comenzarse a medir en la posición del selector correspondiente al valor más alto. Si la aguja se desplaza ligeramente hacia la izquierda será debido a que la polaridad es incorrecta, debiéndose cambiar entre sí las puntas de medida. A continuación se debe buscar la escala más apropiada girando el selector hasta la posición que permita el máximo desplazamiento de la aguja en el cuadro, sin que se alcance el fondo el fondo de escala.

Medida de tensión continua de una pila Es muy importante tener en cuenta las precauciones anteriores ya que de no hacerlo así, se pueden causar daños irreparables al polímetro.

Para medidas en alterna no es necesario tener en cuenta, obviamente, ninguna polaridad.


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Una vez establecida la polaridad, se hará una prueba del orden de magnitud de la tensión, conectando la escala del polímetro que sea conveniente, y pensando siempre que la mayor precisión suele obtenerse en el tercio central de la escala.

Cuando vayan a hacerse varias medidas consecutivas, lo más práctico es conectar una de las puntas de prueba a masa (por ejemplo, con una pinza cocodrilo) y realizar las medidas con la otra punta. Hay que prestar mucha atención a los cambios de medición de una a otra por si nos pasamos en los valores de fondo de escala y/o las polaridades. La pinza cocodrilo son unos útiles para adaptarlos por presión a las

puntas de medida, en forma de pinza dentada, que permiten fijar de forma permanente las puntas a la zona que se desee medir, sin necesidad de emplear las manos, quedando éstas libres para realizar todas las operaciones que se necesite, durante la medida.

Pinzas del tipo cocodrilo.

8.3.4. MEDIDAS DE INTENSIDAD

Así como las tensiones pueden medirse conectando las puntas de prueba del instrumento de medida entre los puntos que se deseen, para medir la corriente que circula por un hilo conductor o un componente es necesario cortar el circuito para conectar el medidor en serie con la corriente a medir. Esto suele ocasionar ciertos inconvenientes de tipo práctico, pues tal maniobra implica tener que desoldar uno de los terminales del componente bajo prueba. Si el cableado del equipo es del tipo convencional, esto no suele acarrear muchas complicaciones. Si embargo, en los equipos electrónicos modernos, montados casi siempre sobre un circuito impreso, los inconvenientes son mayores. Por lo tanto, para medir corriente en un circuito, será necesario desconectar algún componente dentro de la placa de circuito impreso, la medida de corriente se realiza en serie con el circuito. Aquí cabe hacer una distinción, según que la corriente bajo medida sea alterna o continua. En el primer caso, no debemos preocuparnos del sentido de la

conexión de las puntas de prueba, dado que la medida no va a tener polaridad. Si la corriente a medir es continua, las puntas de prueba deben conectarse de forma que la positiva (roja) haga contacto con el terminal que más próximo esté a la línea de alimentación positiva o a los potenciales más alto.


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En la figura se muestra que se levanta una pata de un diodo rectificador, para medir la corriente, colocando la punta positiva del polímetro a la salida del diodo y la negativa en la placa del circuito impreso. Con ello se consigue medir la corriente que pasa por el circuito en continua.

8.3.5. CONSEJOS PARA LA MEDIDA

Hay que prestar mucha atención antes de realizar cualquier medida con un polímetro de asegurarnos que nos encontramos en la magnitud y escala adecuada a la medida que vamos a proceder. Hay que empezar

por la escala más alta e ir bajando paulatinamente de escala hasta conseguir visualizar con mayor detalle el valor de la medida.

Las sobreintensidades y sobretensiones pueden dañar de una forma irremediable el polímetro cuando no se ha escogido la escala adecuada.

Recuerda Ante la duda, si no se conoce ninguno de los dos aspectos citados (magnitud y polaridad), debe ponerse el polímetro en la escala más alta (mayor valor de fondo de escala), y observar, en el momento de conectar las puntas de prueba, si la aguja se desvía hacia el centro de la escala (polaridad correcta) o de lo contrario tiende a desviarse por debajo del cero de las misma; en este caso, deben invertirse las puntas de prueba.


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9. EL OSCILOSCOPIO

El osciloscopio es un instrumento de medida de los llamados universales, ya que su campo de aplicación es amplísimo, pasando de ser un aparato casi exclusivo de laboratorios de investigación y desarrollo a construir un valioso auxiliar en otros trabajos de tipo eléctrico o electrónico e incluso en otros sectores ajenos a estas áreas tecnológicas. La principal ventaja del osciloscopio respecto a otros aparatos de medida es que permite “visualizar” las formas de variación con el tiempo de las señales que se apliquen a sus entradas, además de sus niveles de tensión o de corriente en cualquiera de los puntos de su recorrido.

Hoy en día, los osciloscopio han evolucionado mucho tanto es que se aplica tecnología digital para aumentar la eficacia y prestaciones de los mismos, mejorar el procedimiento de medida e, incluso, con capacidades añadidas impensables hace algunos años. Describir las capacidades y características de los osciloscopio existentes en el mercado, teniendo en cuenta la amplia variedad de modelos sería demasiado largo, en realidad, lo que se pretende, es conocer la funcionalidad de forma que se pueda tener conocimiento de como manipularlo en sus aspectos más básicos. No hay que pensar que por la funcionalidad del osciloscopio se pueda invalidar por completo al polímetro, ni mucho menos, ya que en la práctica ambos instrumentos se complementan, destinándose este ultimo a realizar medidas de tensiones y corrientes continuas y alternas cuya forma de variación en el tiempo sea conocida y a determinar valores de resistencia, debido a que en estos campos aventaja al osciloscopio por su menor tamaño y facilidad de utilización.

9.1. Características principales Un osciloscopio presenta las siguientes características:

Número de entradas: o Uno o dos canales de entrada de la señal a representar. o Una entrada para disparo a partir de una señal exterior. o En algunos modelos se dispone de una entrada adicional para

ser utilizada en lugar de la Base de tiempos. Impedancia de entrada: Del orden de 1 MΩ, aunque puede elevarse

empleando sondas especiales. Respuesta en frecuencia: Variada según los modelos, desde 500 KHz

hasta 100 MHz. Sensibilidad: Se pueden representar señales con niveles

comprendidos entre pocos milivoltios y decenas o centenas de voltios,


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aumentándose las posibilidades con el empleo de sondas atenuadoras.

Base de tiempos: Permite representar señales o porciones de señal con tiempos seleccionables entre fracciones de microsegundo y varios segundos.

Sincronización: Interna o externa seleccionable por conmutador.

Memoria: Algunos modelos de osciloscopio ofrecen la posibilidad de imagen con persistencia.

9.2. Controles del osciloscopio Posee una pantalla T.R.C. que permite visualizar las formas de variación con

el tiempo de las señales que se aplican a sus entradas.

Posee dos canales de entrada verticales A y B, pudiendo visualizar el canal A o el B, o ambos A+B. Con la selección de tensión continua o alterna y control de la señal de disparo.

Se puede representar simultáneamente dos señales a través de dos canales de entrada independiente A y B. Su medida se realiza por división de cuadros, presentes en la pantalla del osciloscopio. La pantalla se encuentra dividida en cuadrículas, facilitando la medida del

periodo o amplitud de la señal introducida en el osciloscopio. La indicación numérica de los diferentes mandos, junto con las medidas de las cuadrículas de la pantalla, posibilitarán la realización de las diferentes medidas que se puede realizar con un osciloscopio.


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El control de la amplitud vertical se realiza mediante el conmutador rotativo VOLTS/DIV que corresponde a los voltios de la señal visualizada.

Control de la amplitud de la señal Uno de los circuitos fundamentales en un osciloscopio es el circuito de bases de tiempo TIME/DIV que corresponde al control horizontal. Mediante el correspondiente selector de la base de tiempos es posible hacer que en la pantalla del osciloscopio aparezca la onda de la señal eléctrica de forma adecuada, dependiendo de la frecuencia de la propia señal y de la selección del conmutador de la base de tiempos.

Control de la base de tiempos

10. EL GENERADOR DE FUNCIONES

Un generador de funciones es un instrumento electrónico capaz de generar ondas o señales de diferentes formas, amplitudes y frecuencias, habitualmente usadas para calibración, prueba y localización de averías entre

otras utilidades. Básicamente, los generadores de funciones llevan internamente un circuito oscilador que es capaz de producir unas determinadas formas de ondas cuya frecuencia puede controlarse por medio de un mando exterior. Este mando actúa a modo de dial, marcando en una escala aneja la frecuencia de la señal producida.

Al igual que los osciloscopios, los generadores de funciones, también han evolucionado mucho, de modo que, describir las capacidades y características de los instrumentos de este tipo existente en el mercado, teniendo en cuenta la gran variedad de marcas y modelos sería demasiado tedioso.


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10.1. Controles del generador de funciones

Para la descripción de los controles más habituales que suelen incluirse en un generador de funciones, tenemos:

1) Selector de rango (Rango en Hz). La selección de cualquiera de estos botones determinará el rango de frecuencia que podrá ser obtenida en la salida.

2) Selector de forma de onda. Con estos botones se podrá seleccionar qué tipo de función u onda será posible obtener en la salida. Como se puede apreciar en este ejemplo concreto, el selector de funciones o selector de forma de onda, podrá seleccionar entre una onda cuadrada, una senoidal o una onda triangular.

3) Control de frecuencia. Con este tipo de control se podrá seleccionar la frecuencia deseada, pero siempre dentro del rango elegido mediante el selector de rango. Dicho control se encuentra graduado, en forma

del dial, para poder elegir el valor de frecuencia deseada.

4) Control de amplitud. Con este control se puede aumentar o disminuir

el voltaje o amplitud de la señal proporcionada a la salida. 5) Conector de salida TTL. A través de este conector se obtiene una

salida de tipo TTL. El conector utilizado para esta salida es de tipo BNC.

6) Conector de salida principal. A través de este conector se obtiene la señal seleccionada con los diferentes mandos anteriormente descritos del generador de señales. Análogamente al caso anterior, el conector utilizado para esta salida es de tipo BNC. Esta salida, al igual que la salida TTL, son conexiones por la que se obtiene una determinada señal, introducir algún tipo de señal a través de ellas puede provocar daños en el equipo, por lo que se deberá prestar especial atención para que esta circunstancia no se produzca.


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7) Interruptor de encendido (Power). Interruptor de encendido con su correspondiente indicador. Mediante este interruptor se podrá conectar o desconectar el instrumento.

10.2. ¿Qué utilidad tiene? Los polímetros son capaces de medir distintos parámetros de una forma de onda cualquiera, y los osciloscopio son incluso capaces de mostrarnos cómo es la onda en sí. Pero, ¿de dónde sale esa señal, esa forma de onda que

pretendemos medir? Durante el funcionamiento normal de los equipos de audio, por ejemplo, las señales procedentes de las fuentes (cápsula, magnetófonos, radio, etc.), pasan por los circuitos del amplificador y llegan a los altavoces o cajas que la transforman en sonidos. Salvo raras excepciones, este tipo de señales no son las más adecuadas para efectuar mediciones. Podríamos citar multitud de razones: la amplitud y frecuencia de las señales no son constante, existen gran cantidad de

armónicos, la forma de las señales no es, en general, predecible, etc. En estas condiciones es muy difícil medir amplitudes, distorsiones y respuestas en frecuencia. Es necesario, por lo tanto, disponer de una nueva fuente de señal que pueda simular cualquier forma de señal que vaya a poder presentarse en la práctica, y que al mismo tiempo sea fácil de manejar y adaptar a cada

necesidad concreta. Estas funciones la realiza el generador de funciones.

En la figura se muestra la disposición de la señal de salida de un generador de funciones inyectada a la entrada de un amplificador y, la señal de salida de éste, se conecta a una resistencia de carga para ser analizada y visualizada a través del osciloscopio.


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10.3. Formas de onda

La forma de onda que más amplias aplicaciones encuentra es, sin duda, la senoidal, que como ya sabemos es la que presentan los llamados “tonos puros” generados, por ejemplo, por un instrumento musical (de tipo convencional o electrónico). Cualquier otra forma de onda, por compleja que sea, puede matemáticamente descomponerse siempre como una suma de tonos puros de la amplitud adecuada. Por lo tanto, el generador de señal y sobre todo el que a emplearse en audio, es muy conveniente que sea capaz de producir esta forma de onda. Existen otras dos formas de onda muy fácil de generar y con amplias posibilidades de uso, que son la triangular y la cuadrada.

Señales senoidal y cuadrada Señal triangular

11. LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN

La fuente de alimentación es un instrumento imprescindible en cualquier equipo electrónico. Su misión es la de proporcionar adecuadamente las corrientes y tensiones de alimentación, generalmente en continua, al resto del equipo para su correcto funcionamiento.

11.1. Funciones necesarias Cualquier fuente de alimentación, incorpora siempre un conjunto de funciones consideradas como imprescindibles, pudiéndose añadir a éstas, según los casos, otras que mejoran y complementan el circuito básico. Las operaciones que se deberán realizar siempre, son las siguientes:

Protección de sobretensiones o cortocircuitos.

Transformación de la tensión de entrada, obtenida de la red, a los niveles necesarios.

Rectificación de las tensiones alternas. Filtrado de la corriente continua obtenida.

A éstas se pueden añadir tres funciones más con las que puede llegar a obtenerse una tensión y corriente continua tan perfecta como se desee:

Filtrado adicional. Estabilizador de tensión. Autoprotección contra sobrecargas.

El esquema eléctrico de una fuente de alimentación clásica está representado en la siguiente figura:


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En primer lugar se puede observar el fusible F de protección contra cortocircuitos y sobretensiones, incluido en la conexión a la red del primario

del transformador T. Este entrega en su secundario una baja tensión alterna, con un nivel en voltios adecuado para obtener en la salida la tensión continua necesaria. Los cuatro diodos señalados con D1, D2, D3 y D4 están dispuestos en el montaje denominado puente y produce una rectificación de onda completa. En la siguiente figura puede observarse la comparación entre la tensión alterna del secundario y la continua en la salida del puente.

La corriente así obtenida, es ya continua al tener un sentido único de circulación estando el polo positivo en el punto C y el negativo en el punto D, con la variación en el tiempo.

No obstante, esta tensión continua necesita una corrección adicional que elimine las ondulaciones que presenta y permita obtener un valor uniforme y constante en el tiempo, cuya representación gráfica correspondería a una línea horizontal, tal como se muestra en la siguiente figura.


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Para ello, se emplea el filtro formado por un condensador C1, el cual tiende a cargarse a la tensión máxima que presentan las ondulaciones, descargándose durante el tiempo que transcurre hasta llegar al siguiente máximo, y así sucesivamente; con ello se logra que la corriente producida por la descarga de C1 sea la que entrega la fuente en su salida durante los intervalos de tiempos mencionados. En la siguiente figura se muestra la tensión obtenida a

la salida de C1.

11.2. Rizado

En ella se observa que aún permanece una pequeña ondulación cuyos límites están indicados por V1 y V2. Esta ondulación o rizado residual será tanto menor cuanto mayor sea el valor de la capacidad del condensador C1. Dado que el rizado no eliminado puede producir en los circuitos alimentados por la fuente algunos defectos de funcionamiento, es conveniente manejar un valor denominado factor de rizado con el que pueda limitarse el máximo valor de éste que no suponga ningún problema al resto del equipo. El factor de rizado se obtiene mediante la siguiente fórmula:

Tensión eficaz de rizado r = ____________________ Tensión continua

11.3. Regulación Otro factor importante y que debe ser tenido en cuenta es lo que se denomina regulación. Este factor indica la mejor o peor capacidad de la fuente de alimentación para poder mantener su tensión continua de salida de la forma más independiente posible de la corriente que entrega. La regulación se obtiene de la siguiente formula: Tensión en vacio – tensión a máxima corriente Regulación = __________________________________________ Tensión a máxima corriente Normalmente se expresa como porcentaje, para lo cual hay que multiplicar por 100 el resultado de la formula anterior. En una fuente ideal, la tensión en vacio y con corriente máxima será igual, por lo que la regulación será igual a cero, valor que representa el óptimo.

11.4. Limitaciones prácticas

La fuente de alimentación que se ha descrito, a pesar de ser muy útil por su simplicidad, presenta algunas limitaciones que hacen que no se pueda emplear en un determinado número de aplicaciones.


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Estas limitaciones son las siguientes: Insuficiente filtrado de las ondulaciones residuales. Variación excesiva de la tensión de salida al producirse cambios en la

corriente de carga. Riesgo de que se produzcan daños internos por sobrecorrientes en el

caso de cortocircuito de sobrecargas accidentales.

El primero de los inconvenientes se traduce en un efecto indeseado sobre el aparato en el que está instalada la fuente de alimentación. En un amplificador se producirá un desagradable zumbido que se escuchará a través de los altavoces. En un televisor, además del zumbido en el sonido, podrán observarse algunas ondulaciones que se desplazan en sentido vertical sobre la pantalla.

En teoría se podrá solucionar este problema aumentando la capacidad del condensador de filtro hasta el valor necesario para que el factor de rizado se reduzca hasta niveles despreciables. Sin embargo, el tamaño del condensador aumentará considerablemente e incluso se podría llegar a valores de capacidad que no existen en el mercado, teniendo que colocar varios condensadores en conexión paralelo para poder obtener la capacidad, lo que agravaría más el problema del tamaño.

Es necesario, entonces, acudir a otros sistemas de filtro que produzcan un efecto acumulativo al anterior, obteniendo así del conjunto el resultado que se precisa.

11.5. Mejoras en el filtro

Un modelo de filtro muy empleado consiste en añadir al condensador anterior, una bobina serie y un segundo condensador paralelo, formando una estructura o célula denominada filtro en “ ” (pi), según se observa en la siguiente figura.

En este tipo se combina los efectos electrostáticos de acumulación de carga eléctrica propios de los condensadores, con los de acumulación de energía electromagnética propios de la bobina. El resultado que se obtiene de los condensadores es el ya conocido de proporcionar la corriente de carga en los momentos que el puente rectificador no puede suministrarla. La bobina producirá un efecto similar al “descargarse” su energía almacenada, en forma de una corriente dirigida también hacia la carga. De esta forma ambos fenómenos se superponen consiguiendo así el resultado esperado.


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11.6. Estabilización de tensión

Otro de los fenómenos, ya descritos, íntimamente relacionado con la segunda de las limitaciones, es la regulación que da una idea de las variaciones de la tensión de salida con la corriente de carga. Este efecto puede tener consecuencias importantes en los circuitos que se alimenta de la potencia de sonido que entrega un amplificador. También se deben de considerar las posibles variaciones que se producen en la tensión de la red eléctrica, que se transmiten a través del transformador de una forma proporcional, según la relación de transformación y llegan a alcanzar la carga.

Estos problemas se solucionan empleando los circuitos estabilizadores de tensión que aseguran un suministro de tensión constante y prácticamente independiente de la corriente de carga. El estabilizador se sitúa siempre entre el filtro y el circuito a alimentar. Es necesario, además, construir la fuente de manera que, a máxima corriente, entregue al estabilizador una tensión algo mayor que la necesaria. Este se encargará de dar en su salida una tensión del valor necesario, cumpliendo

todos los requisitos exigidos. Existen dos sistemas estabilizadores de tensión cuya denominación depende de la posición que ocupe el circuito regulador, encargado de producir las fluctuaciones que, ejerciendo un efecto contrario a las indeseadas, producen el resultado necesario. Estas posiciones son dos: regulador en paralelo y regulador en serie, obteniéndose con ellos los denominados estabilizadores paralelo y estabilizadores serie, respectivamente.

11.6.1. ESTABILIZACIÓN PARALELO Como su nombre indica está colocado en paralelo con la carga y su

forma de trabajo consiste en absorber una gran cantidad de corriente en los momentos en que ésta disminuye sobre la carga, no conduciendo o haciéndolo en una pequeña cantidad cuando la corriente de la carga alcanza el limite máximo. De esta forma se consigue que la corriente que entrega el filtro sea prácticamente constante y por consiguiente lo mismo sucede con su tensión de salida.

El componente que se utiliza como regulador paralelo es el diodo zener, el cual es capaz de mantener una tensión constante entre sus


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terminales de una forma casi independiente de la corriente que lo atraviesa.

11.6.2. ESTABILIZACIÓN SERIE

Los estabilizadores serie se emplean con más frecuencia que los anteriores y su modo de operación está basado en actuar directamente sobre las variaciones de tensión, absorbiendo todas las fluctuaciones para que a su salida se consiga una tensión totalmente estabilizada.

El circuito más común es el representado en la siguiente figura. Como puede observarse, consta de dos partes: a) Una primera estabilización paralelo con el diodo zener que conduce

una pequeña corriente. b) Un transistor controlado por el zener situado en su base, que le

obliga a entregar una tensión constante en la salida hacia la carga.

El rendimiento es superior al modelo paralelo y ello hace que se emplee casi exclusivamente en la práctica. En la actualidad, se han desarrollado unos circuitos integrados, que realiza la función de reguladores serie sin necesidad de componentes adicionales y están diseñados para diferentes tipos de tensiones fijas de salida (ver la unidad 7 apartado 3.6.1. Reguladores fijos de tensión).


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11.7. Las fuentes de alimentación de laboratorio

Los equipos de fuentes de alimentación, existentes en el mercado, se conocen como fuentes de laboratorio y tienen la función de ofrecer a su salidas tensiones fijas de +5V, +12V/0V/-12 y variable de 0 a 48 V con corrientes de 0,1 hasta 5 amperios, según el modelo. Con los controles variables de tensión e intensidad, que incorporan estos equipos, permiten obtener la tensión e intensidad necesaria para cualquier tipo de circuito electrónico, pudiendo analizar adecuadamente el circuito en todas sus funcionalidades.

Las fuentes de laboratorio suelen utilizarse en tareas de investigación, experimentación, reparación, mantenimiento, ajustes, y todo aquello que necesite de una fuente de alimentación en corriente continua con un valor en tensión y corriente establecidas y ajustado por el propio usuario. Entre sus ventajas más eficientes se encuentra la protección contra cortocircuito a la salida o la desconexión por sobrecorriente, que se haya ajustado previamente.

En su estructura interna la fuente de alimentación de laboratorio se compone de: Transformador Modulo de rectificación y filtrado, regulación y estabilización ajustables. Etapa de salida en serie con transistores de potencia Control visual de la tensión y corriente mediante un voltímetro y

amperímetro digital o analógico. Control ajustable de la tensión e intensidad de salida mediante

potenciómetros. Bornas de salida.


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12. ACTIVIDADES

1. Medidas de Resistencias y continuidad con un óhmetro. 2. Comprobación de la conductividad de las conexiones en un circuito

impreso. 3. Medidas de intensidad con un amperímetro. 4. Medida de tensión con un voltímetro. 5. Medidas de señales con generador de funciones y osciloscopio. 6. Aplicación de una fuente de alimentación con varias tensiones de salidas.


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Unidad 11.

La Soldadura. Técnica y práctica


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Unidad 11. La Soldadura. Técnica y práctica.


1. INTRODUCCIÓN 2. LA SOLDADURA 3. PRECAUCIONES 4. ALEACCIÓN METÁLICA 5. EL SOLDADOR

5.1. Tipos de soldadores 5.2. Elección del modelo adecuado

5.3. Puntas de soldadores 5.4. Complementos 5.5. Control de la soldadura 5.6. Mantenimiento

6. METODOS EN EL CORTE DE TERMINALES 7. HILOS Y CABLES 8. PROCEDIMIENTO (PROCESO PARA SOLDAR) 9. CIRCUITO IMPRESO 10. CALIDAD DE LA SOLDADURA 11. DAÑOS POR TEMPERATURA 12. SUPERFICIE GRANDE 13. ACTIVIDADES


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1. INTRODUCCIÓN

No puede pensarse en ningún montaje o equipo electrónico que no incluya la fase de soldadura en algún momento del proceso de fabricación del mismo. A veces surge la pregunta: ¿es estrictamente necesario soldar los terminales de los componentes para que el conjunto funcione? Pues bien, está claro que la función primordial de la soldadura se apoya en la necesidad de conexión entre terminales, pero ¿Qué otro método puede utilizarse? Desde el retorcer entre si los cabos a conectar, hasta sofisticados sistemas de interconexión a presión.

Distintos métodos de conexión Dada la tendencia a la miniaturización en todos los aspectos de la electrónica, es impensable que pudiera utilizarse el primer método mencionado. Cualquier otro sistema mecánico eléctrico a utilizar (presión, resortes, tornillos, etc.) ocupa un espacio considerable, habitualmente mayor que el del propio componente en sí. Sin embargo, la soldadura tiene la innegable ventaja de que apenas ocupa espacio físico, pudiéndose utilizar con técnicas especiales incluso en el interior de circuitos

integrados. Aun suponiendo que pueda utilizarse alguno de los métodos mencionados, ¿por qué es conveniente la soldadura?. Pues está claro. La soldadura presenta dos ventajas claras frente a los demás métodos: una gran resistencia mecánica y una muy baja resistencia eléctrica de la unión formada. Ambos aspectos se consiguen gracias a la naturaleza del proceso.

2. LA SOLDADURA

La soldadura con estaño es la base de todas las aplicaciones electrónicas porque permite la realización de conexiones entre conductores y entre éstos y los diversos componentes, obteniendo rápidamente la máxima seguridad de contacto. Consiste en unir las partes a soldar de manera que se toquen y cubrirlas con una gota de estaño fundido que, una vez enfriada, constituirá una verdadera unión, sobre todo desde el punto de vista electrónico. Ésta es una tarea manual delicada que sólo se consigue dominar con la práctica. El proceso de soldar consiste, por lo tanto, en unir dos conductores del tipo y forma que sean, terminales de componentes entre sí o a un circuito impreso, hilos y cables, chasis metálicos, etc., de forma que mediante la adición de un tercer material conductor, estaño, en estado líquido, por fusión a una temperatura determinada, se forme un compuesto intermetálico entre los tres conductores tal

que al enfriarse y alcanzar la temperatura ambiente, se obtenga una unión rígida permanente.


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3. PRECAUCIONES

La realización de una soldadura requiere unas condiciones iniciales en las superficies de los conductores que se van a unir, así como en los útiles para soldar, que hay que considerar, siempre que se desee obtener un resultado final satisfactorio y de buena calidad.

Se debe tener en cuenta y vigilar constantemente el estado de limpieza de los conductores, terminales y nodos de circuito impreso que se pretende soldar, ya que la presencia de óxidos, grasas y cualquier otro tipo de suciedad, impide que la soldadura realizada sea de la calidad necesaria, de forma que pueda mantenerse sin ninguna degradación en el tiempo. Esto se debe a que, a pesar de haber aplicado la temperatura necesaria, las

superficies de los metales que deben ser unidos no la han alcanzado debido al efecto de aislamiento térmico de los óxidos o de la suciedad que los recubren y por lo tanto no se ha formado, o lo ha hecho de forma parcial, un compuesto intermetálico adecuado.

4. ALEACCIÓN METÁLICA (EL ESTAÑO)

En realidad, el término "estaño" se emplea de forma impropia porque no se trata de estaño sólo, sino de una aleación de este metal con plomo, generalmente con una proporción respectiva del 60% y del 40%, que resulta ser la más indicada para las soldaduras en Electrónica. Para realizar una buena soldadura, además del soldador y de la aleación descrita, se necesita una sustancia adicional, llamada pasta de soldar, cuya misión es la de facilitar la distribución uniforme del estaño sobre las superficies a unir y evitando, al mismo tiempo, la oxidación producida por la temperatura demasiado elevada del soldador. La composición de esta pasta es a base de colofonia (normalmente

Recuerda que tu habilidad para soldar con efectividad determinará

directamente el buen funcionamiento del montaje a lo largo del tiempo. Una soldadura mal hecha puede causar que el producto falle en algún momento. Esto es como aprender a andar en bicicleta, una vez que se domina ya núnca se olvida.


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llamada "resina") y que en el caso del estaño que utilizaremos, está contenida dentro de las cavidades del hilo, en una proporción del 2~2.5%. La aleación metálica empleada en el proceso es, lógicamente, un elemento de gran importancia. Se encuentra en el mercado en forma de hilo con un diámetro variables según tipos y marcas, arrollado sobre un carrete, de tamaño dependiente de la

longitud total del hilo que contenga. Existen carretes de estaño con diámetro de 1mm, cuya composición es del 63% de estaño y 37% de plomo, y su contenido varía en función de su peso: carretes de 100 gramos, 250 gramos y 500 gramos.

Carrete de hilo de soldar. Composición 60/40 y diámetro del 1mm. La aleación funde a una temperatura aproximada de 190ºC, aunque después será utilizada a una temperatura superior. El hilo de soldar debe contener, además, en su interior una resina que facilita mucho la operación de soldar ya que su misión es la de efectuar una última limpieza de las

superficies en el mismo momento de la soldadura y protegerlas del aire, ya que si no la alta temperatura puesta en juego aceleraría la oxidación de las zonas a unir y se llegaría a impedir la soldadura.

En la imagen se muestra el extremo del hilo de soldar que forma el “alma” de resina del estaño. La resina resulta de una gran ayuda durante la soldadura. Existe en el mercado una pasta de resina especial para aplicar y facilitar el proceso de la soldadura y desoldadura.

Pasta de desoldar y soldar.


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Otro de los útiles empleados para la protección de circuitos impresos por la cara de las pistas de cobre es la utilización de un flux protector para C.I. Consiste en una laca transparente que aísla, protege y sella. Forma una película transparente y flexible sobre las mayorías de las superficies. Aísla los circuitos impresos. Previene los corto-circuitos, los efectos coronas y las fugas de corriente. Hermetiza contra la humedad, el oxido, el polvo y otros contaminantes.

Flux Protector para C.I.

5. EL SOLDADOR En Electrónica se suelen utilizar soldadores de potencia reducida, ya que generalmente se trata de trabajos delicados. Estos tipos de soldadores tienen un enorme campo de aplicación, ya sea para realizar nuevos montajes o para realizar reparaciones. El soldador debe permitir las operaciones de soldadura con estaño correspondientes a la unión de dos o más conductores, o conductores con elementos del equipo. Debido a su frecuente empleo, el soldador deberá presentar, entre otras características, una gran seguridad de funcionamiento y durabilidad. En general, se compone de una punta de cobre que se calienta indirectamente por una resistencia eléctrica conectada a una toma de energía eléctrica, normalmente de 220 voltios en corriente alterna, aunque también los hay que trabajan a 12 V en

corriente continua. Los soldadores que se suelen utilizar más frecuentemente en el mercado son del tipo “lápiz". La herramienta que proporciona el calor para alcanzar la temperatura necesaria, es su resistencia eléctrica, la cual pueden ser de diferentes potencia, según la potencia requerida para conseguir una calidad adecuada y poder garantizar soldaduras fiables.

Antes de realizar la soldadura o soldaduras es necesario preparar adecuadamente los componentes, hilos y otros elementos que vayan a ser soldados, debiendo colocarse en las posiciones que ocupen en el montaje, realizando una sujeción mecánica adecuada o mediante la simple inserción en el circuito impreso, siempre teniendo en cuenta que la soldadura es una conexión eléctrica que no garantiza una resistencia mecánica alta entre los puntos o superficies que se unen. La limpieza del soldador es muy importante, necesaria para efectuar una buena soldadura de calidad. Para ello existen útiles como es el cepillo metálico y la esponja

Distintos modelos de

soldadores con diferentes potencias:

a) De 30 W – 220V b) De 15 W – 220V

a)

b)


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comprimida que limpia las puntas y el estañador de puntas que estaña rápidamente puntas aunque estén muy oxidadas.

Cepillo metálico Esponja. Estañador de puntas.

5.1. Tipos de soldadores Existen en el mercado una gran variedad de modelos de soldadores que pueden ser clasificados en cinco tipos:

1) Tipo recto normal o lápiz. Presenta una forma alargada, dependiendo su tamaño de la potencia que puede transmitir en forma de calor. Su

temperatura normal de funcionamiento es del orden de 400 grados.

Éste es el clásico soldador de tipo lápiz, de 30w. Su calentamiento es permanente y posee una alta inercia térmica. Tanto en el momento de

la soldadura como en las pausas de esta labor, el soldador permanece conectado a la corriente eléctrica. Resulta adecuado para trabajos repetitivos y numerosos.

2) Tipo recto. Similar al anterior, con regulación de temperatura, el cual dispone de un contacto térmico interno que desconecta la alimentación cuando la temperatura alcanza un valor determinado,

durante el tiempo necesario para que el soldador se enfríe hasta alcanzar otra temperatura en la que el mencionado contacto se cierra de nuevo y permite el paso a la corriente de calentamiento. Este sistema consigue que el soldador trabaje en un margen de temperaturas comprendido entre 240 y 270 grados aproximadamente, evitando que temperaturas más altas, propias de otros modelos, puedan dañar a componentes delicados.

3) Tipo recto de baja tensión. Caracterizado por recibir la alimentación a través de un transformador que va incorporado en una caja cerrada, suministrada con el soldador. Este transformador una vez conectado,

mediante el correspondiente enchufe, a la red eléctrica, entrega al soldador una tensión más baja que la de la red, normalmente del


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orden de 24 voltios. Este modelo posee la ventaja sobre los anteriores de que proporciona aislamiento eléctrico de la red y que debido a la tensión tan baja a la que trabaja, evita cualquier tipo de accidentes producidos a causa de un mal aislamiento de la punta de soldar con la resistencia de calentamiento o de sus hilos de conexión.

4) Tipo pistola o de calentamiento rápido. Este modelo recibe la

alimentación necesaria para su calentamiento sólo en el momento de realizar la soldadura, aunque permanezca enchufado a la red de forma permanente. Esta función se obtiene mediante un contacto eléctrico que actúa al pulsar su correspondiente botón con el dedo, situado en la zona que normalmente ocupa el gatillo en una pistola real. La punta de estos soldadores forma parte del circuito secundario de un transformador incorporado en el cuerpo del soldador. Debido a la gran corriente que circula por él, en el momento de pulsar el botón de encendido, se produce un calentamiento muy rápido en la punta, en un tiempo muy corto.

Este tipo de soldador se emplea en potencias medias y altas, ya que presenta la desventaja de ser bastante voluminoso, aunque resulta muy útil cuando se precisa calentar grandes masas metálicas para realizar soldaduras en ellas. Un ejemplo habitual es la soldadura de chasis metálicos. Con un soldador de menor potencia no podrían realizarse y si se emplea otro de la misma potencia, de cualquiera de los tipos anteriores, sería necesario esperar un cierto tiempo hasta que alcanzase la temperatura adecuada. Resulta útil para trabajos esporádicos ya que se calienta instantáneamente. No se usa mucho en electrónica porque la punta no suele resultar lo bastante fina y precisa

5) Tipo recto a gas. Este tipo de soldador se utiliza frecuentemente en el servicio técnico de mantenimiento y reparación y no hace falta red eléctrica ni cable de conexión, pues es totalmente autónomo y se

abastece de gas.


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5.2. Elección del modelo adecuado

El factor más importante a la hora de elegir un soldador es, por lo tanto, la potencia que se va a necesitar para realizar la mayoría de los trabajos en los que se le vaya a emplear, según se explica a continuación. Un soldador, enchufado a la red, y una vez pasado un tiempo de calentamiento inicial, alcanza en su punta una temperatura de alrededor de 400 grados, que como se ha comentado anteriormente, es más que suficiente para fundir el hilo de soldar. En el momento en que la punta se pone en contacto con una superficie metálica para calentarla y poder realizar la soldadura, el soldador debe de ceder parte de su potencia calorífica a dicha superficie, con lo que la temperatura de éste bajará mientras la zona a soldar se calienta y se alcanza una temperatura de equilibrio en la unión

punta-superficie que será más baja que la inicial del soldador. Este debe de ser capaz, por lo tanto, de conseguir que la temperatura de la unión sea la suficiente para fundir el hilo de estaño, a base de entregar la potencia calorífica necesaria. Si la superficie de la zona a calentar es muy grande, la disipación térmica al ambiente de la misma será alta y necesitará una mayor potencia. Si las superficies son pequeñas, se conseguirá rápidamente su calentamiento con un mínimo de potencia.

En base a esto, se pueden clasificar los soldadores en tres gamas de potencias:

Baja potencia: Inferiores a 30 vatios. Media potencia: De 30 a 60 vatios. De 60 vatios en adelante.

Los soldadores de potencias bajas y medias son los empleados normalmente en electrónica para realizar cualquier tipo de soldaduras en terminales de componentes, circuitos impresos, etc., reservando el último tipo para los casos en que se requiere soldar en cajas o chasis metálicos de equipos, no debiendo emplearse en las aplicaciones anteriores, debido a que a causa del calentamiento alto y rápido que producen y originan daños, como pueden ser:

Levantamiento de las pista de cobre de un circuito impreso.

Rotura interna de semiconductores por sobrepasar su temperatura máxima admisible.

Daños en los dieléctricos de plástico de algunos tipos de condensadores.

5.3. Puntas de soldadores La punta del soldador es otro elemento importante en el momento de la soldadura, ya que es la encargada de comunicar al hilo de estaño y a las superficies metálicas, la temperatura necesaria. Las puntas se construyen de cobre al que se le aplica un tratamiento sobre su superficie exterior, con objeto de conseguir una larga duración y evitar al máximo la oxidación. Una punta de cobre oxidada sería incapaz de calentar suficientemente la zona a soldar, aunque se encuentre internamente a la temperatura de soldadura, debido a que la capa de óxido superficial que actúa como aislante térmico, no permite transmitir todo el calor necesario. Además hay que tener en cuenta que los procesos de oxidación se aceleran con altas temperaturas. Por lo tanto, sería necesario realizar una constante limpieza para eliminar las sucesivas capas de óxido que se vayan acumulando, con lo que se provocaría un desgaste muy rápido y habría que sustituirla con una frecuencia muy alta, haciendo, al mismo tiempo, que el proceso de soldadura fuera largo y

laborioso.


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Para evitar estos problemas, se emplean las puntas de soldar tratadas superficialmente, con las que se debe tener la precaución de no emplear para su limpieza ninguna herramienta de tipo abrasivo que puede levantar o eliminar dicho tratamiento, tal como limas, lijas, o similares. Estas puntas también sufren un desgaste, después de un tiempo bastante largo, que se aprecia cuando la aleación fundida obtenida del hilo de estaño,

no se adhiere fácilmente a la superficie de la misma, lo que hace necesaria una limpieza muy frecuente motivada por la pérdida del tratamiento superficial. En este momento, debe procederse a su sustitución por otra nueva, ya que éste es un repuesto habitual en cualquiera de las marcas de soldadores conocidas.

Pueden encontrarse, también en el mercado, diferentes formas de puntas, aplicables al mismo cuerpo de soldador, que permiten adaptarse a las diferentes formas de trabajo de éste con el mínimo esfuerzo. Normalmente se emplearán puntas finas para la soldadura de pequeños componentes a un circuito impreso y en aquellas ocasiones en que el acceso a la zona de soldadura sea dificultoso. Las puntas de mayor tamaño se utilizan cuando se

requiera soldar componentes con terminales más grandes a circuitos impresos o a las zonas necesarias, ya que con ellas se entregará más potencia calorífica en el mismo tiempo que con las finas por ser mayor la superficie de contacto, obteniéndose la soldadura en un tiempo más corto. No es aconsejable el empleo de estas últimas en zonas de difícil acceso, ya que pueden ocasionar daños en componentes o piezas próximas.

5.4. Complementos

Un complemento indispensable para el soldador es el soporte o base para el mismo. Este accesorio permite tener el soldador a su temperatura de funcionamiento, durante todo el tiempo que se necesite, de una forma cómoda y fácilmente accesible, sin el riesgo de producir quemaduras a los elementos que se encuentren en su proximidad. Este soporte debe de contener una esponja, situada en su correspondiente alojamiento, que ha de mantenerse húmeda durante todo el tiempo en que se emplee el soldador. Con ella deberá limpiarse periódicamente la punta de éste, para eliminar todos los restos de resinas, grasas y suciedad que se van acumulando progresivamente en la misma.


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Ya que el soldador mantiene la punta caliente (a unos 250~300ºC), se hace necesario el uso de un soporte donde dejarlo durante el tiempo que no se usa, para evitar quemar la mesa de trabajo Con el soldador, también se pueden realizar otras funciones relacionadas con el proceso de soldadura que ayudan a complementar a éste. Para ello, será necesario sustituir la punta habitual de soldar por un útil o herramienta apropiada de las que cada fabricante ofrece en su correspondiente catálogo. Los útiles más habituales son los siguientes:

Bomba de goma o de material flexible, con su correspondiente

boquilla para desoldar y absorber el estaño. Puntas especiales para soldadura o desoldadura de circuitos

integrados de dos filas de patillas (dual-in-line). Cepillo metálico para limpieza de las puntas. Soporte de soldador. Esponja.

5.5. Control de la soldadura También existen otros accesorios relacionados con el control de la soldadura que operan sobre la base de regular la corriente de alimentación de la resistencia de calentamiento del soldador. Los accesorios que pueden adquirirse para estos fines son: Regulador de potencia que como su nombre indica, permite seleccionar la

potencia que consume el soldador mediante la acción de un mando externo. Con este aparato puede ser empleado un soldador de media o alta potencia en aquellas aplicaciones reservadas a los de baja potencia, ya que ésta estará limitada al valor máximo que se desee.

Control de temperatura, que permite tener fijada la temperatura del soldador entre los límites que se desee, a través de un control ajustable desde el exterior.

En la figura se muestra el conjunto completo de soldador con control de temperatura. Esta puede ser ajustada mediante el botón selector. También


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dispone de alimentación de la red, con toma de tierra mediante la borna situada en la parte posterior de la caja de control.

5.6. Mantenimiento El soldador es una herramienta, que por su simplicidad, no suele ocasionar problemas de mantenimiento, ya que la única avería que puede presentar, estará producida normalmente, por la rotura de sus resistencia interna de calentamiento. Esta, está fabricada con un hilo resistivo arrollado, introducido en un tubo metálico cerrado por el extremo destinado al montaje de la punta de soldador, teniendo en el otro extremo los puntos de conexión. Al cabo de un

número elevado de horas de funcionamiento, el hilo llega a romperse por algún punto, quedando abierto al circuito de calentamiento; por lo tanto la avería sería fácilmente detectable ya que el soldador permanecería frío. La reparación de esta avería es sencilla, debido a que existen repuestos de resistencia, de las diferentes marcas de soldadores que hay en el mercado. La resistencia averiada se desmonta, quitando la punta de soldar, separando el mango y soltando los dos puntos de conexión del cable de enchufar a la

red. En su lugar se instala la nueva, teniendo en cuenta que será necesaria la ayuda de otro soldador para poder soldar los nuevos puntos de conexión con el cable de red. Una vez instalado el mango y la punta, el soldador quedará listo para volver a funcionar.

6. METODOS EN EL CORTE DE TERMINALES Existen dos métodos para realizar la soldadura de los terminales de los componentes, definidos en función del momento en que realiza el corte del extremo sobrante para la correspondiente conexión, éstos son: antes de la soldadura y después de la misma. El primero, tiene la ventaja de que la aleación fundida cubrirá todo el extremo del

terminal mejorando la calidad de la soldadura, con lo que se evita, además, cualquier manipulación posterior destinada a cortar el hilo sobrante, en la que se puede ejercer alguna fuerza de tracción, accidentalmente, y dañar la soldadura. Sin embargo, tiene los inconvenientes de que es necesario precisar muy bien el punto de corte del terminal para que no quede ni excesivamente corto ni largo y que además y sobre todo en el caso de un circuito impreso, los componentes se caen con facilidad siempre que no se disponga de una base de apoyo de los cuerpos durante el montaje.

El segundo método permite una sujeción más cómoda de los componentes ya insertados en sus respectivas posiciones, pero requiere una herramienta para el corte, de mayor calidad, con objeto de evitar cualquier tipo de tracción sobre la soldadura ya realizada.


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En cualquiera de los dos métodos, la altura de los extremos de los terminales de los componentes sobre la cara de soldadura del circuito impreso se debe de fijar entre 1 o 2 milímetros aproximadamente.

7. HILOS Y CABLES Para la soldadura de hilos o cables aislados, es necesario eliminar previamente la zona de cubierta aislante que rodea el extremo que se va a soldar. Para ello, se pelará el extremo en una longitud aproximada de 4 o 5 milímetros, procurando no dañar al conductor, siendo recomendable realizar un estañado, previo a la soldadura, de la zona pelada aplicando la punta del soldador y el hilo de soldar, durante el tiempo imprescindible para no dañar el extremo de la cubierta del cable.

Es conveniente dejar una zona sin estañar con una longitud aproximada de 2 milímetros desde el extremo de la cubierta.

Estañado de las puntas del cable

8. PROCEDIMIENTO (PROCESO PARA SOLDAR) Antes de iniciar una soldadura hay que asegurase de que:

1. La punta del soldador debe de estar limpia. Para ello se puede usar un cepillo de alambres suaves (que suele estar incluido en el soporte) o mejor una

esponja humedecida (que también suelen traer los soportes). Se frotará la punta suavemente con el cepillo o contra la esponja. En ningún caso se raspará la punta con una lima, tijeras o similar, ya que puede dañarse el recubrimiento de cromo que tiene la punta del soldador (el recubrimiento proporciona una mayor vida a la punta).

2. Las piezas a soldar estén totalmente limpias y a ser posible preestañadas. Para ello se utilizará un limpiametales, lija muy fina, una lima pequeña o las

tijeras, dependiendo del tipo y tamaño del material que se vaya a soldar. 3. Utilizar un soldador de la potencia adecuada. En Electrónica, lo mejor es usar

soldadores de 15~30w., nunca superiores, pues los componentes del circuito se pueden dañar si se les aplica un calor excesivo.

Vamos a ver a continuación paso a paso el procedimiento de una soldadura, con lo que ocurre por parte del operador y lo que sucede en las partes a soldar. Nos guiaremos de la siguiente figura y nos ayudará a conocer y entender los diferentes

pasos de una soldadura, que luego, con la experiencia, se harán automáticamente, sin pensar.


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Los pasos son:

1. Asegurarse de que las zonas a soldar están bien limpias, sin grasa ni suciedad. Para las placas de circuito impreso se puede utilizar una goma de borrar bolígrafo. Si se trata de hilos de cobre, se pueden

raspar con unas tijeras o una cuchilla para limpiar el hilo. Limpiar la punta del soldador de vez en cuando. Para ello frotaremos suavemente la punta en una esponja húmeda. Alternativamente podemos raspar la punta con un cepillo de alambres suave, como los que suelen venir incluidos en el soporte.

2. Acercar los elementos a unir hasta que se toquen. Si es necesario, utilizar unos alicates para sujetar bien las partes. Aplicar el soldador a las partes a soldar, de forma que se calienten ambas partes. Tener en cuenta que los alicates o pinzas absorben parte del calor del soldador. Las piezas empiezan a calentarse hasta que alcanzan la temperatura del soldador. Si la punta está limpia, esto suele tardar menos de 3 segundos. Este tiempo dependerá de si se usan alicates y de la masa de las piezas a calentar.

3. Sin quitar el soldador, aplicar el estaño (unos pocos milímetros) a la zona de la soldadura, evitando tocar directamente la punta. Cuando la zona a soldar es grande, se puede mover el punto de aplicación del estaño por la zona para ayudar a distribuirlo.

4. La resina del estaño, al tocar las superficies calientes, alcanza el estado semilíquido y sale de las cavidades, distribuyéndose por la superficie de la soldadura. Esto facilita que el estaño fundido cubra las zonas a soldar.

5. Retirar el hilo de estaño y el soldador, tratando de no mover las

partes de la soldadura. Dejar que la soldadura se enfríe naturalmente. Esto lleva un par de segundos.

6. El metal fundido se solidifica, quedando la soldadura finalizada, con aspecto brillante y con buena resistencia mecánica. Cortar el terminal sobrante con unos alicates de corte.


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9. CIRCUITO IMPRESO Cuando se suelda sobre circuito impreso, la operación resulta más delicada por la mayor fragilidad del material cuando se le somete a la temperatura de soldadura. Una mala ejecución puede producir defectos irreparables en la adherencia del cobre de las pistas del circuito sobre el material base y, como consecuencia, en el comportamiento del circuito ya montado. Por otra parte, si las pistas del circuito no son excesivamente finas, se comportan como disipadores del calor que reciben, lo cual alivia en parte el problema mencionado.

El soldador debe utilizarse durante el tiempo imprescindible, preferiblemente sobre el terminal a soldar y que sea éste el que por conducción caliente el “nodo” o punto de soldadura en el circuito impreso; después se aplica el hilo de soldar dejando que fluya la cantidad suficiente de estaño para recubrir el terminal y el “nodo”, pero dejando entrever la forma de éstos. Si el taladro del circuito impreso en que se suelda está metalizado, el estaño debe de fluir por el tubo que rodea el terminal y asomar ligeramente por la cara de componentes. En el caso de que se esté soldando el extremo de un cablecillo, previamente estañado, se debe procurar dejar una zona descubierta de conductor sin estañar entre la soldadura y la cubierta del cable, con objeto de evitar la consiguiente pérdida de flexibilidad que supondría, lo que produciría una zona muy propicia a la rotura ante cualquier manipulación o movimiento posterior de dicho cablecillo.

10. CALIDAD DE LA SOLDADURA La soldadura obtenida debe de tener un aspecto limpio y brillante, procurando evitar la presencia de poros o grietas que pueden traer como consecuencia su rápida degradación posterior. Si se observa algún tipo de cristalización o granulado, es como consecuencia de no haber aplicado el soldador durante el tiempo suficiente, o bien, por haber movido la zona soldada antes de que se enfriara suficientemente el estaño, a este defecto, se le conoce con el nombre de soldadura fría. Por el contrario, si se obtiene un color gris mate, es normalmente consecuencia de un sobrecalentamiento de la unión, lo que tampoco es recomendable. En cualquiera de los casos anteriores es necesario, si se desea obtener un resultado satisfactorio, efectuar un repaso de estas soldaduras con la punta

del soldador, añadiendo en ocasiones una pequeña cantidad de estaño para que la resina contenida en el mismo contribuya a la fluidez de la soldadura. Con ello se obtiene la seguridad de no haber dejado posibles puntos débiles que puedan ocasionar averías en el funcionamiento posterior del equipo. Si se emplean circuitos impresos del tipo de doble cara con taladro metalizado, se debe tener una precaución especial de que el estaño fluya por el tubo que forma el taladro hasta que alcance la otra cara del circuito, tal como se menciona anteriormente; si esto no sucede, puede ser como

consecuencia de una insuficiente aportación de estaño o, lo que es más


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grave, de una rotura interna del metalizado, lo que obligaría a repasar con el soldador el “nodo”, añadiendo una cierta cantidad de aleación por la cara de componente.

En la figura se muestra un ejemplo comparativo de soldaduras correctas y defectuosas. En ésta última presenta que el estaño tiene irregularidades y no cubre completamente el nodo.

Cualquier tipo de duda acerca de la existencia o no de conducción eléctrica entre las pistas a través de los taladros, debe de resolverse utilizando un polímetro en la fase inmediatamente posterior a la soldadura y no dejar para otros momentos posteriores del montaje las posibles reparaciones que sea posible realizar. En el caso de que en el circuito se precise montar terminales del tipo espadín o torreta que luego requieren una soldadura posterior de algún de algún cablecillo u otro componente, es recomendable efectuar alguna forma de fijación mecánica, antes de su soldadura al circuito, tal como un doblado del extremo o un ligero remachado sobre el nodo de la cara de soldadura, con objeto de que no se muevan al aplicarles de nuevo el soldador para realizar la segunda soldadura, ya que por conducción térmica, pueden llegar a calentarse lo suficiente las soldaduras iniciales como para fundirse,

desprendiéndose el terminal, o bien produciéndose un defecto de soldadura fría.

11. DAÑOS POR TEMPERATURA Cuando se sueldan componentes que puedan dañarse con la alta temperatura puesta en juego por la soldadura, la cual reciben a través de la conducción térmica de sus terminales, tales como: transistores, circuitos

integrados, diodos y algunos tipos de condensadores, es recomendable utilizar un alicate de puntas finas o unas pinzas metálicas, de forma que sujeten el terminal que se está soldando en la zona comprendida entre el circuito impreso u otro punto de soldadura y el cuerpo del componente, proporcionando así un excelente disipador al ambiente del calor de la soldadura antes de que éste alcance las zonas más próximas a los puntos sensibles, además de conseguir la necesaria inmovilización del terminal.


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12. SUPERFICIE GRANDE La soldadura sobre superficies grandes exige una preparación y una atención mucho más cuidadosas, si cabe, que para las de tipo “puntual”. El primer punto a tener en cuenta es la composición de la capa superficial, ya que ésta debe de formar una aleación con el estaño plomo que se aporta en el proceso, con objeto de conseguir el compuesto intermetálico necesario para una unión eléctrica permanente. Habitualmente, se utiliza la chapa de hierro para la construcción de caja y chasis metálicos, sometida después a un tratamiento de su superficie,

químico o electrolítico, en el que se deposita una capa de un cierto espesor de un compuesto que la protege de la oxidación, permitiendo además, la obtención de buenas soldaduras si se efectúa una limpieza previa de grasas y otras materias orgánicas. La limpieza previa de la superficie es una condición indispensable para conseguir el objetivo deseado, pudiéndose emplear para ello un buen disolvente, tal como alcohol.

En la figura se muestra dos comparativas: la de la derecha presenta unos defectos ocasionados por falta de limpieza de la zona y la de la izquierda la soldadura se presenta correcta y limpia. En superficies grandes, si la chapa se encuentra pintada, será necesario raspar la capa de pintura hasta que el punto donde se va a soldar esté limpio y brillante. En cualquiera de los casos, se obtendrá una soldadura más fiable si se consigue una cierta rugosidad de la zona, ya que así la resistencia mecánica a la tracción será mayor que si está muy pulida.

El proceso se realizará aplicando la punta de un soldador de alta potencia sobre la zona a soldar, ya que la fuerte disipación térmica al ambiente de toda la superficie hace muy difícil que se alcance la temperatura de soldadura si se emplean potencias más bajas. Al cabo de unos instantes, se aplica el hilo de soldar que debe de fundirse, fluir y quedar depositado en el punto de soldadura y el terminal hilo o cablecillo, previamente estañado, que se desea unir, mientras se mantiene caliente la zona con el soldador. Una vez que se

observa a simple vista que el estaño ha “mojado” perfectamente a ambas partes, se separa el soldador, dejando enfriar la soldadura y evitando


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cualquier movimiento de la misma que la pueda deteriorar durante el tiempo de enfriamiento, que suele ser bastante más largo que el de una soldadura “puntual”.

A la soldadura ya fría, se la debe de ejercer una pequeña tracción con objeto de comprobar si existe la adherencia suficiente, dando el proceso por finalizado si el resultado es positivo.

13. ACTIVIDADES

1. Realizar el montaje, distribución y soldadura de un circuito electrónico

simple, formado de cuatro resistencias de ½ vatio en montaje serie-paralelo, habiendo calculado anteriormente todos los valores correspondientes de resistencia, tensión, corriente y potencia, aplicando una tensión de 12Vcc. de la fuente de laboratorio.

2. Realizar el montaje, distribución y soldadura de una fuente de alimentación serie y paralelo con salida de 12 Vcc y aplicarla posteriormente al circuito anterior.


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Unidad 12.

Métodos para desoldar


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Unidad 12. Métodos para desoldar.


1. INTRODUCCIÓN 2. DESOLDADORES

2.1. Desoldador de pera 2.1.1. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE ESTE SISTEMA

2.2. Desoldador de bomba 2.2.1. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE ESTE SISTEMA

2.3. Cintas desoldadoras 2.3.1. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE ESTE SISTEMA

3. ACCESORIOS 4. PROCEDIMIENTO (PROCESO PARA DESOLDAR)

4.1. Con desoldador de pera. 4.2. Con desoldador de bomba.

5. PRECAUCIONES EN CIRCUITOS IMPRESOS 6. ACTIVIDADES


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1. INTRODUCCIÓN En muchas ocasiones es necesario separar algunas uniones eléctricas realizadas mediante soldadura de estaño, en un equipo o circuito. Esta circunstancia suele darse con cierta frecuencia al efectuar una reparación o para realizar cualquier tipo de medida eléctrica que lo requiera. Es por lo tanto, muy conveniente, saber practicar con soltura esta operación con objeto de no producir ningún daño sobre el circuito en el que se está actuando, o en los componentes periféricos. La operación de desoldar consiste en separar unas superficies unidas previamente con aleación de estaño-plomo mediante la fusión, eliminando posteriormente los

residuos, de forma que éstas queden con un aspecto lo más parecido posible al que tenían en su estado original. El método más simple para realizar esta operación, consiste en aplicar calor con la punta del soldador al mismo tiempo que se ejerce una fuerza de tracción sobre una de las superficies, normalmente sobre el terminal de algún componente, de forma que al fundirse el estaño se producirá la separación de dicho componente.

Este procedimiento presenta los siguientes inconvenientes: No se elimina el estaño, con lo que es necesario repasar posteriormente las

superficies que estaban unidas, quedando siempre restos imposibles de eliminar, lo que impide su montaje posterior si se trata de terminales de componentes, al presentar algunos puntos con adherencias que hacen imposible de nuevo la penetración a través de los taladros u orificios de conexión, además, los restos que permanecen en estos últimos también impedirán el montaje, al cubrirlos parcial o totalmente.

Al ejercer la fuerza de tracción, pueden dañarse tanto los componentes como el nodo y/o la pista de cobre, si se trata de un circuito impreso, llegando a desprenderse del material base, con lo que el circuito resulta seriamente dañado, precisando una reparación muy difícil o casi imposible de realizar.

Si se pretende introducir en el orificio de conexión cubierto con estaño el terminal de un nuevo componente, es necesaria una aportación de calor proporcionada por el soldador, en el mismo momento de la inserción, lo que implica una manipulación bastante dificultosa, sobre todo si el componente tiene más de dos terminales, además un exceso de calor podría dañar al mismo. La soldadura obtenida debe ser repasada a continuación añadiendo una cierta cantidad de estaño del hilo de soldar para conseguir una unión fiable, gracias a la resina que éste contiene.

Debido a los inconvenientes anteriores, las ventajas aparentes que tiene el procedimiento tales como la rapidez y la necesidad de no disponer de una herramienta específica, desaparecen. Por lo tanto, es muy recomendable emplear para desoldar, algún elemento adicional, cuya función sea la de absorber y eliminar el estaño de la soldadura primitiva.


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2. DESOLDADORES Existen el mercado diversos tipos de herramientas o útiles diseñados para este propósito y que se describen a continuación.

2.1. Desoldador de pera

En primer lugar podemos citar el desoldador con bomba de absorción en forma de ”pera” de goma o material similar. Este tipo está construido sobre la base de un cuerpo de soldador normal, sin la punta.

En su lugar presenta un dispositivo adaptado al extremo del cilindro metálico que contiene la resistencia de calentamiento, que dispone de una boquilla metálica con un orificio en una posición casi perpendicular al soldador, la cual se prolonga hacia atrás mediante un tubo metálico que acaba en una bomba

de goma, situada en una posición muy próxima a la del mango del desoldador. El material de la boquilla es similar al que se utiliza en las puntas de soldar, empleándose el mismo tratamiento para evitar el desgaste.

2.1.1. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE ESTE SISTEMA

Las ventajas que presenta este modelo son las siguientes: - Es de un sencillo manejo, ya que toda la operación puede

realizarse con una sola mano. - Puede emplearse el mismo cuerpo de soldador de que se dispone,

sustituyendo la punta del soldar por el cuerpo desoldador o viceversa.

Tiene así mismo algunos inconvenientes:

- La boquilla se atranca o tapona con facilidad, con el estaño que absorbe, sobre todo al solidificarse, teniéndose que realizar periódicamente una limpieza de la misma con un hilo rígido que le permite penetrar en el orificio cuando se encuentra a la temperatura de funcionamiento. Esta operación puede realizarse fácilmente al poder separarse todo el conjunto de tubo y bomba, de la propia boquilla, por ir montados roscados uno sobre otra.

- Si se realizan varios accionamientos muy seguidos de la bomba, puede enfriarse el conjunto por debajo de la temperatura de fusión a causa del aire que penetra y sale rápidamente por la boquilla.


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Normalmente, si se realizan muchas operaciones de soldadura y desoldadura, habituales en toda reparación, resulta recomendable el disponer de los dos elementos, soldador y desoldador, de forma independiente para evitar los tiempos muertos en esperar que se produzca un enfriamiento suficiente para realizar el cambio de punta por boquilla o viceversa y se obtenga un nuevo calentamiento posterior.

Este modelo de desoldador presenta, con el uso, un desgaste en la boquilla similar al que se produce en la punta de un soldador. Cuando se observe este hecho, se deberá sustituir únicamente la boquilla que como ya se ha comentado, se encuentra roscada sobre la pieza soporte, pudiéndose adquirir, en el comercio, como elemento de repuesto. Si no se realiza a tiempo esta sustitución, se llegará a perder las propiedades de

calentamiento, por la capa de oxido, aislante de calor, que se formará impidiendo la desoldadura.

2.2. Desoldador de bomba

Otro sistema desoldador, también muy empleado, se obtiene utilizando una bomba de émbolo separada del soldador y trabajando éste con su punta habitual. Estas bombas, de las que se encuentran en el mercado de diferentes calidades, presenta una forma cilíndrica con una boquilla en un extremo por la que penetra el estaño, incorporando en el otro, el accionamiento del émbolo con un sistema interno que permite el

enclavamiento de éste y su posterior liberación.

Este modelo, siempre que sea de la suficiente calidad para garantizar una fuerte absorción, suele producir una mejor extracción del estaño que el modelo anterior, pero requiere más tiempo para obtener una cierta práctica en su empleo por la dificultad que entraña la utilización de ambas manos en

la operación.


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2.2.1. VENTAJAS E INCOVENIENTES DE ESTE SISTEMA Las ventajas que presenta este modelo son las siguientes:

- No necesita calentamiento, ya que es el soldador el que produce el calor.

- La boquilla no se obstruye, ya que al estar fabricada en plástico de

alta temperatura de fusión (teflón), evita que se produzcan adherencias de estaño.

- La depresión ejercida por la absorción es muy fuerte, con lo que el estaño entra con mayor rapidez y facilidad.

Tienen también sus inconvenientes: - Es necesario manipular con las dos manos, una sujetando el

soldador y la otra la bomba, para que la operación se realice en el menor tiempo posible.

- La actuación con la bomba sobre la zona fundida tiene que ser muy rápida para evitar que se solidifique la aleación en aquellas ocasiones en que no es posible realizar el calentamiento y la absorción simultáneamente. Se hará entonces mediante dos acciones consecutivas.

2.3. Cintas desoldadoras

Un tercer método para desoldar, bastante usado también para desoldar, consiste en el empleo de una cinta trenzada de cobre como medio de eliminación del estaño.

Estas cintas denominadas cintas desoldadoras están construidas con hilos muy finos de cobre que se trenzan entre sí, obteniéndose una cinta plana de

poco espesor. Se presentan enrolladas sobre un carrete, estando todo el conjunto contenido en un recipiente de plástico, con un orificio en el que se encuentra el extremo de la cinta y que permite la salida de la misma, ejerciendo una ligera tracción. Para desoldar debe ponerse en contacto una pequeña porción de la cinta sobre la zona, aplicando la punta del soldador sobre aquélla, la cual conducirá el calor hasta el estaño y se producirá la fusión de éste; en este momento la cinta, por un fenómeno de capilaridad, producido por los diminutos huecos que existen entre los hilos que la forman, absorbe el estaño, quedando esta porción de cinta inutilizada.

Cinta desoldadora absorbiendo el estaño.


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Si la cantidad absorbida de estaño es insuficiente, deberá repetirse el procedimiento descrito tantas veces como sea necesario. Las porciones de cinta empleada e inutilizada serán cortadas para facilitar las operaciones posteriores.

2.3.1. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE ESTE SISTEMA

Este sistema presenta las siguientes ventajas: - La absorción de estaño está siempre garantizada mediante el

empleo de la cantidad de cinta necesaria, no dependiendo de la actuación de ningún aparato neumático.

- Al aplicarse el calor en el momento de la absorción del estaño,

esta no queda perjudicada por ningún enfriamiento que produzca la solidificación del mismo.

- La superficie de la cinta se adapta con gran facilidad a un circuito impreso.

Como inconvenientes se pueden citar los siguientes: - Suele ser un procedimiento lento, ya que normalmente para un

desoldador se realizan dos o tres actuaciones.

- Requiere, lógicamente, un cierto consumo de cinta que no se puede recuperar, por lo que habrá que adquirir periódicamente nuevos rollos, por lo que este procedimiento es caro.

- En puntos no situados en un circuito impreso, resulta difícil conseguir una perfecta adaptación, no siendo recomendable emplear cinta en estas ocasiones.

3. ACCESORIOS

La existencia en el mercado de algunos elementos que también pueden ser empleados para desoldar componentes de gran número de patillas o terminales, como son los circuitos integrados. Estos elementos o útiles son: la punta de soldador adaptable a la totalidad de los terminales de los circuitos integrados del tipo de doble fila recta de patillas (Dual-in-line) y la pinza extractora. Con ellos,

puede emplearse el método más simple que se describió en primer lugar, ya que la punta de soldador citada permite la aplicación simultánea de calor a todos los puntos de soldadura, al mismo tiempo que se ejerce la tracción necesaria sobre el cuerpo del circuito integrado con la pinza extractora, con lo cual se consigue separar el componente.

Será necesario después, extraer el estaño de los nodos de las patillas del circuito impreso por algunos de los métodos ya comentados. También es de gran utilidad la pinza, para emplearla en la extracción de circuitos integrados montados en zócalo, con lo que se evita que se doblen o tuerzan las patillas o terminales de los mismos y queden inutilizados.


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4. PROCEDIMIENTO (PROCESO PARA DESOLDAR)

4.1. Con desoldador de pera

Este desoldador trabaja mediante la aplicación de la temperatura necesaria para la fusión, por medio de la boquilla, al mismo tiempo que se mantiene apretada con la mano la bomba; al llegar el estaño al estado líquido, se suelta ésta y se produce una absorción que hace que el estaño fundido se separe de la unión y llegue hasta el interior de aquella, quedando allí depositado, siendo preciso realizar una limpieza periódica del mismo.

El modo de proceder es el siguiente: 1. Presionar la pera con el dedo. 2. Acercar la punta hasta la zona de donde se quiera quitar el estaño. 3. Si la punta está limpia, el estaño de la zona se derretirá en unos

pocos segundos. En ese momento, soltar la pera para que el vacío

producido absorba el estaño hacia el depósito. 4. Presionar la pera un par de veces apuntando hacia un papel o el

soporte para vaciar el depósito. Tener precaución, ya que el estaño sale a 300ºC.

Estos cuatro pasos se pueden repetir si fuera necesario.

4.2. Con desoldador de bomba

El procedimiento de desoldar, requiere aplicar calor a la unión con la punta del soldador hasta conseguir la fusión del estaño, momento en el que se cubre la zona fundida con la boquilla de la bomba, con el émbolo accionado. A continuación se oprime un botón que suelta a éste de su enclavamiento, produciéndose su rápido retroceso al liberarse un muelle.

Desoldador de bomba. Primero calentamos y después extraemos el estaño.


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Esta acción produce una absorción del estaño fundido que entra en el interior de la bomba y queda allí depositada en estado sólido, que de vez en cuando habrá que limpiar. El modo de proceder paso a paso es el siguiente:

1. Cargar el desoldador. Para ello presionaremos el pulsador de carga, venciendo la fuerza del muelle.

2. Aplicar la punta del soldador a la zona de donde se quiera quitar el estaño. Si la punta del soldador está limpia, el estaño se derretirá en unos pocos segundos. Asegurarse de que el desoldador está listo.

3. En ese momento, sin retirar el soldador, acercar la punta de chupón a la zona y pulsar el botón de accionamiento. Se disparará el émbolo

interno produciendo un gran vacío en la punta y absorbiendo el estaño hacia el depósito.

4. Retirar el soldador y el chupón.

Este dispositivo tiene un depósito suficientemente grande como para no necesitar vaciarlo cada vez que se usa, como ocurre con el desoldador de pera. Para limpiarlo, generalmente hay que desmontarlo desenroscando sus partes.

5. PRECAUCIONES EN CIRCUITOS IMPRESOS

Conviene destacar especialmente las precauciones a adoptar cuando se desean desoldar y separar componentes de un circuito impreso, si éstos se encuentran montados y soldados con sus terminales doblados sobre el nodo del circuito o con alguna forma de sujeción, ya que con ellas se obtiene una mayor garantía de fijación mecánica del componente sobre la placa impresa ante posibles fuerzas de tracción del exterior, como pueden ser las vibraciones ocasionadas durante el transporte del equipo. Si se trata de un circuito impreso monocara, bastará con limpiar cuidadosamente todos los restos de estaño del extremo del terminal, enderezando éste de forma que se elimine por completo cualquier punto o zona de estaño que le una al circuito

impreso, con lo que podrá extraerse.

En ocasiones, no es posible realizar esta operación con facilidad y se recurre a cortar el extremo del terminal al ras de la superficie del circuito, consiguiéndose así su extracción, con el inconveniente de que el componente en el caso de que no presente ningún defecto eléctrico quedará inservible para un posterior montaje. En circuitos impresos de doble cara, se debe ser mucho más cuidadoso durante la extracción del terminal, ya que cualquier adherencia en el mismo puede dañar el tubo metalizado interno del circuito, por lo que es todavía más recomendable


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efectuar el corte del terminal, en la misma forma que para los monocara, ante la posibilidad de dañar el circuito impreso con la consiguiente pérdida de fiabilidad en el funcionamiento posterior del mismo. Este procedimiento, deja inservible el componente, lo que exige acentuar las comprobaciones eléctricas previas, con objeto de inutilizar el mínimo posible. En caso contrario se ocasionaría un coste mayor en la reparación, sobre todo en los casos de componentes de precio elevado.

Este último conjunto de recomendaciones es aplicable, sobre todo, al realizar reparaciones de equipos no construidos por uno mismo, ya que en este último caso, deberán realizarse los montajes sin efectuar ninguna forma de doblado en los terminales de los componentes, debido a que generalmente no sufrirán a lo largo de su vida útil ningún tipo de esfuerzo mecánico.

6. ACTIVIDADES 1. Realizar el desmontaje de los componentes de una placa de 4 resistencias

desoldando una a una y limpiando toda la placa de estaño, quedando nuevamente disponible para otro montaje.

2. Desoldar una placa de circuito impreso con componentes semiconductores.


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Unidad 13.

Montaje de circuitos electrónicos


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Unidad 13. Montaje de circuitos electrónicos.


1. INTRODUCCIÓN 2. MONTAJE EN KIT

2.1. Lista de materiales 2.2. Herramientas necesarias 2.3. Procedimientos de montaje

2.3.1. FASE 1 2.3.2. FASE 2

2.3.3. FASE 3 2.3.4. FASE 4 2.3.5. FASE 5 2.3.6. FASE 6 2.3.7. FASE 7 2.3.8. FASE 8 2.3.9. FASE 9

3. MONTAJE EN PLACA UNIVERSAL 3.1. Lista de materiales 3.2. Herramientas necesarias 3.3. Procedimiento de montaje 3.4. Precauciones 3.5. Alimentación 3.6. Acabado final

4. MONTAJE EXPERIMENTAL 4.1. Placa de montaje 4.2. Modelos comerciales

5. ACTIVIDADES


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1. INTRODUCCIÓN Cuando se va a realizar la construcción y montaje de un determinado equipo electrónico, habrá que partir de la información, documentación técnica y esquema eléctrico, que disponemos para su realización, y posteriormente realizar su montaje que más nos convenga. Podemos destacar tres tipos diferentes de montajes:

1. Montaje en Kit 2. Montaje en placa universal 3. Montaje experimental.

El montaje en kit es mucho más rápido y cómodo. Contiene todos los materiales necesarios para su montaje y ensamblado (esquemas eléctricos, manual de instrucciones, cajas mecanizadas, cables, conectores, PCI, interruptores, componentes electrónicos, etc.) y nos olvidamos de la búsqueda de materiales, de los componentes de difícil localización e incluso de la mecanización de la caja, etc. Pero si resulta imposible conseguir un kit que se ajuste a las condiciones de

funcionamiento que necesitamos tendremos que recurrir al estudio y montaje de los circuitos en placa universal, en este caso, tendremos que conocer una serie de reglas que indiquen cómo proceder para llegar a obtener los materiales necesarios y el método a seguir para realizar su montaje con objeto de conseguir el equipo deseado, en unas condiciones similares a las que ofrecería el kit, sin perder por otra parte ninguna de las funciones previstas. Y por último, si el montaje es provisional, ya que el diseño del circuito aún no está totalmente definido o deseamos estudiar sus funcionalidades por primera vez, se recurre al montaje experimental. Este tipo de montaje se comporta como circuitos experimentales puesto que ofrece algunas dudas acerca de su funcionamiento. En cualquier caso se debe emplear el montaje que más nos convenga, por su rapidez y funcionamiento, economía y seguridad.

2. MONTAJE EN KIT

Se conoce como KIT electrónico al conjunto completo de materiales y documentación que vienen incluidos en una caja para su posterior montaje y ensamblado siguiendo unas series de instrucciones y procedimientos para su montaje y puesta en funcionamiento. Una vez llegado a la decisión de saber cual es el equipo que necesitamos para nuestro cometido, el siguiente paso es buscarlo en las tiendas especializadas de electrónica, buscando un Kit que se asemeje a nuestras necesidades: funcionalidad, características técnicas, alimentación, precio, dimensiones, compatibilidad de señales y conexiones de entrada y salida, etc. El montaje en Kit es quizás más rápido y con garantía de funcionamiento, pues los componentes electrónicos que traen son específicos de ese Kit, así como también la caja, los mandos, los cables, etc. En este apartado se darán los pasos a seguir para el montaje de un Kit “Interruptor accionado por sonido” hasta llegar al final del montaje y puesta en funcionamiento.


225

2.1. Lista de materiales Lo primero que debemos hacer es comprobar, uno a uno, todo el material que viene dentro de la caja del Kit. Existe, para ello, una lista de materiales, con la referencia y el valor del componente que tendremos que ir apuntando y comprobando que coincide con la lista de materiales.

En el Kit vienen todos los materiales necesarios para su montaje y ensamblado: Caja mecanizada, placas de circuitos impresos, cables, fusibles, tornillos, separadores, botones de mando, interruptor, conectores, resistencias, condensadores, diodos, transistores, relé, potenciómetros, etc. Una vez comprobado todo el material y que no falte ninguno, en cuyo caso habría que devolverlo a su distribuidor o tienda de electrónica, se procede seguidamente a su montaje.

2.2. Herramientas necesarias

Antes de proceder al montaje del Kit es recomendable tener a mano las herramientas necesarias para tal cometido:

- Soldador de punta fina 15/30W- 220V - Desoldador de perilla - Carrete de estaño de 60/40. - Alicates de punta plana - Pinzas metálicas - Cúter - Alicates de corte - Atornillador de estrella y plano

2.3. Procedimientos de montaje Es conveniente realizar una lectura exhaustiva de las instrucciones que vienen en el Kit. Este Kit se compone de dos placas de circuito impreso PCI, una correspondiente al módulo de alimentación y otra al módulo de control. A continuación se establecen el procedimiento en diversas fases de montaje de este equipo, paso a paso.

2.3.1. FASE 1 En este primera fase, nos dedicaremos al montaje del módulo de control, para ello, observaremos visualmente que la PCI de control esté en buen estado y seguidamente procederemos a insertar primeramente en sus

correspondientes orificios las resistencias de menor potencia, hay que


226

fijarse, sobre la placa de circuito impreso y por el lado de los componentes que viene serigrafiado con la referencia del componente, por ejemplo, R3, iremos a la lista de componentes y comprobaremos el valor de R3 = 1K ½ W. 5%. Antes de insertar la resistencia tendremos que conformarla para que pueda ser fácilmente insertada en su correspondiente lugar, para ello,

utilizamos un alicate de punta plana y doblamos los terminales con un radio de curvatura menor de 90º, ajustada a los orificios y la separación entre patas deben ser iguales.

En este paso montaremos todas las resistencias fijas y variables,

respectando su lugar correspondiente, tal como se muestra en la siguiente figura.

Hay que establecer una separación, entre la resistencia y la PCI, para disipar el calor que produce ésta y garantizar su correcto funcionamiento. En el caso de que no sea necesario dicha separación, debido a que la resistencia no ejerza apenas caída de tensión, se puede obviar esta separación. El sobrecalentamiento de una resistencia transmite calor y puede provocar mal funcionamiento a los demás componentes, con la consecuencia de averías en la PCI.

La soldadura debe ser realizada con la mayor calidad y en el menor tiempo posible, debe aparecer limpia y brillante. Una vez soldado el componente, el terminal sobrante se corta con un alicate de corte.

La soldadura debe ser uniforme y brillante.


227

2.3.2. FASE 2

En esta segunda fase, se montará los condensadores, comenzando por los cerámicos, poliéster, y finalmente los electrolíticos.

Hay que establecer el conformado de los terminales de los condensadores electrolíticos, tanto radial como axial, para su correcta inserción en la PCI tomando la medida adecuada.

Los condensadores electrolíticos poseen polaridad, por ello, hay que observar la posición que se indica en la placa de circuito impreso.

2.3.3. FASE 3

En esta fase, montaremos los componentes semiconductores: diodos y transistores.

Hay que respectar la posición de los diodos y transistores, puesto que tienen polaridad, en la placa se indica la posición a insertar.

En este proceso habrá que tener mucho cuidado en el momento de realizar la soldadura, pues hay que aplicar el calor suficiente y en el menor tiempo posible para no dañar estos componentes.

2.3.4. FASE 4 La fase 4, esta dedicado al montaje del módulo de alimentación, que posee los siguientes componentes: 1.- PCI

1.- Resistencia 2.- Condensadores electrolíticos de gran capacidad 1. Condensador poliester de filtro, y

4.- Diodos rectificadores


228

Comenzar primeramente insertando la resistencia, condensadores de filtros y finalmente los diodos rectificadores y los terminales “espadín” para su interconexión con los demás elementos.

Es importante tener en cuenta que tanto los diodos semiconductores como los condensadores electrolíticos de gran capacidad poseen polaridad.

2.3.5. FASE 5 En esta fase, montamos en la base de la caja los módulos de control y alimentación y dispositivos auxiliares: Relé y Transformador. Se colocarán sobre la base de la caja el transformador y el relé, sujetándose a ella mediante tornillos y tuercas. Después se situarán los dos módulos montados, debiendo instalarle previamente unos separadores, los cuales permitirán su fijación correcta a la caja.

Es importante hacer un pequeño croquis con las conexiones de los terminales de los dispositivos y módulos que se están montando, para saber en cualquier momento sus puntos de referencias y donde están situados, pues una vez que se realice el ensamblado, interconexiones de cables a todos los circuitos, éstos pueden complicar la visibilidad de estas conexiones.

2.3.6. FASE 6

En esta otra fase se efectuará el ensamblado de los distintos dispositivos y módulos con los cablecillos dispuestos para ello. Es aconsejable, antes de hacer las conexiones, trenzar y estañar las puntas de los cablecillos para que las conexiones sean más efectivas.


229

2.3.7. FASE 7 En esta fase 7, pasaremos a instalar todos los componentes de la tapa de la caja mecanizada:

- Interruptor - Señalizador óptico de neón - Potenciómetro de sensibilidad - Conector DIN hembra de 5 pines - Conector de carga - Portafusible y fusible - Conmutador de voltaje - Pasacable de goma.

La tapa de la caja viene mecanizada con los taladros y orificios disponibles para insertar todos estos elementos en ella. Se colocará el

conector DIN hembra que constituye la entrada del equipo. A continuación se procede a realizar la interconexión de los diferentes elementos.

2.3.8. FASO 8 En esta fase del proceso de interconexión se ensamblará la parte de la

base de la caja con la tapa de la caja, mediante cablecillos de colores y dejando una longitud adecuada para poder acceder cómodamente a su interior con la tapa y la base abiertas. En el momento de elegir los colores de los cables, conviene tener presente la idea de utilizar el mismo color para las conexiones de elementos situados en el mismo circuito (por ejemplo, conexiones de entrada de red).


230

Se comenzará conectando las protecciones y conmutación de la red eléctrica al primario del transformador y del secundario de éste a la entrada del módulo de alimentación. El tipo de cablecillos utilizados es de 1mm aislados. Se debe estañar las puntas antes de su conexión en el terminal correspondiente y, cortar el

terminal sobrante para evitar cortocircuitos. Para estas conexiones se recomienda echar una gota de silicona fundida para proteger las conexiones.

Después se realizarán todas las conexiones de la base con la tapa, procurando identificar las diferentes conexiones mediante cables de diferente color. Para realizar el cableado del potenciómetro, con el cable apantallado, se soldarán las dos mallas, previamente estañadas, a un espadín y a un punto extremo del potenciómetro, el central se deberá enlazar con el espadín del centro e igualmente se hará con el terminal del otro extremo.

2.3.9. FASE 9 En esta última fase consistirá en el ajuste y puesta en funcionamiento del equipo. Para ello, realizaremos un repaso detenidamente de todo lo

realizado, prestando el máximo interés en la comprobación de los cables apantallados ya que pueden estar cambiados entre si la malla y el conductor aislado o produciendo un cortocircuito. Como se ha comentado anteriormente un equipo en Kit trae la documentación necesaria para sus instrucciones de montajes, esquemas eléctricos, ajustes y puesta en funcionamiento.

Para la puesta en funcionamiento, se conectará un micrófono en la entrada que dispone de un conector DIN y una bombilla como elemento de salida (carga). El potenciómetro de sensibilidad se situará en una posición media de su recorrido. AL pulsar el interruptor de encendido y nos pongamos delante del micrófono y hablemos, se podrá escuchar la actuación de los contactos del relé y la bombilla encendiéndose. Al dejar de hablar, el relé volverá al cabo de un cierto tiempo a la posición de reposo y la bombilla se apagará. El tiempo que permanece la bombilla encendida después de cesar la voz, se puede ajustar con la resistencia ajustable R7, quedando al criterio del usuario el punto de ajuste deseado. Una vez realizadas todas las operaciones de puesta en marcha, puede ser conectado en la entrada cualquier fuente de señal sonora, tanto de un micrófono como de cualquier otro dispositivo. El elemento de carga que se conecte en la base de salida también quedará determinado por la

aplicación a que se destine el equipo.


231

3. MONTAJE EN PLACA UNIVERSAL

A veces resulta difícil encontrar un determinado equipo electrónico en Kit de los existentes en el mercado, ya sea, por motivos de sus características técnicas, dimensionado, funcionalidad, precio, etc. El montaje de circuitos en placa universal es otra alternativa al montaje y construcción de equipos electrónicos, pero en contra tenemos que es más laborioso y requiere mucho más conocimientos en electrónica en la parte de diseño y componentes electrónicos. Resulta necesario en estos casos conocer una serie de reglas que indiquen cómo

proceder para llegar a obtener los materiales necesarios y el método a seguir para realizar el montaje con objeto de conseguir el equipo deseado, sin perder por otra parte ninguna de las funciones previstas. Para realizar un montaje de este tipo se puede recurrir a una placa impresa universal que contiene un gran número de taladros separados a la distancia normalizada de 2,54 milímetros o 5,08 milímetros sobre la que se insertarán y soldarán todos los componentes, efectuando las uniones entre ellos con porciones

de hilos desnudos o restos de terminales de componentes, pero a pesar de su aparente simplicidad, este procedimiento tiene el inconveniente de que resulta dificultosa la sustitución de aquellas partes que se necesite, requiriendo el empleo de un tiempo excesivamente largo en cada cambio.

Por otra parte, si durante el cambio de un componente no se toman las debidas precauciones en lo que se refiere al tratamiento del mismo, pueden producirse daños, tales como rotura de terminales, deterioros de semiconductores por sobrecalentamiento con el soldador, levantamiento de los nodos de la placa impresa, etc. Todo esto hace que este sistema de montaje sólo sea realmente práctico cuando ya se tiene un nivel de confianza bastante elevado acerca del resultado final, pero no para las primeras pruebas del circuito.

3.1. Lista de materiales

Una vez decidido el equipo que se desea construir, es necesario realizar una lista de materiales completa, incluyendo todos los componentes y piezas que van a formar parte del equipo, procurando no olvidar ningún detalle por pequeño que sea. Dado que la gran mayoría de los componentes necesarios están estandarizados, no presentará ningún problema su adquisición posterior. Sin embargo, en el caso del circuito impreso se va a encontrar una gran dificultad, ya que este elemento está siempre realizado “a la medida” del equipo elegido y lo normal será que no se encuentre en el comercio nada equivalente.


232

Para obviar este problema, puede emplearse un cierto modelo de circuito impreso preparado para realizar sobre él cualquier montaje, ya que dispone sobre su superficie de un gran número de taladros que posibilitan el montaje de los componentes en la posición que se desee. En la cara de soldadura pueden tener un nodo o anillo de cobre en cada taladro, o bien unas zonas conductoras que los enlazan de dos en dos, aunque también los hay con

otras disposiciones. Al haberlos de diferentes tamaños, será conveniente tener una idea orientativa de la superficie que se va a necesitar para adquirir el más adecuado a cada necesidad.

Placa universal multitaladros con disposición del cobre en nodos independientes.

Otra posible complicación puede surgir si se desea utilizar una caja como soporte del equipo, ya que no existirá ningún modelo concreto que se adapte a la perfección, pero teniendo en cuenta los diversos componentes y circuitos que van a ser fijados en la misma, así como la superficie y el volumen que ocupan, siempre podrá encontrarse algún tipo adecuado que después de mecanizado sea capaz de contener el equipo, proporcionando la protección de los circuitos y además la estética necesaria.

Una vez adquiridos todos los materiales incluyendo la placa universal de circuito impreso y la caja, se ordenarán por familias de componentes.

3.2. Herramientas necesarias

Antes de proceder al montaje del circuito en la placa universal es importante tener controlado las siguientes herramientas necesarias para tal fin:

- Soldador de punta fina 15/30W- 220V - Desoldador de perilla - Carrete de estaño de 60/40. - Alicates de punta plana - Pinzas metálicas - Cúter - Alicates de corte

- Atornillador de estrella y plano


233

3.3. Procedimiento de montaje en placa universal

En primer lugar será necesario cortar la placa a las dimensiones necesarias que pueda ocupar todo el circuito. Se realizará sobre la placa universal la disposición de unas líneas de alimentación, uniendo con hilo desnudo o con restos de terminales de componentes, un cierto número de nodos; se formarán dos líneas, una para el polo positivo de la fuente de alimentación y la otra para el negativo. Después, tomando el esquema eléctrico como referencia, y el tamaño de la placa universal estudiaremos la forma más idónea de distribuir los componentes sobre dicha placa.

Se comenzará a insertar los componentes en los taladros, empezando por la zona izquierda del esquema y de la placa y procurando, aunque no es imprescindible, que los componentes queden orientados con una forma geométrica similar a la dibujada en el esquema, ya que así se facilita mucho su seguimiento, para cualquier operación de ajuste o reparación posterior.

Lo normal sería, insertar primeramente las resistencias, condensadores, bobinas, para dejar al final la inserción de los componentes semiconductores: transistores, diodos o circuitos integrados, por motivos del sobrecalentamiento.

Conforme se inserta el componente se soldará sus terminales a los nodos correspondientes, cortando el terminal sobrante con un alicate de corte. Por el lado de los componentes se unirá, mediante hilo conductor aislado de 0,4 mm, desde un nodo hacia otro nodo, para prolongar la línea de conexión cercana al siguiente componente, siguiendo el trazado de conexiones que indica el esquema eléctrico.

Es muy importante colocar las regletas de conexiones o “espadines” en los extremos de la placa universal, para facilitar la conexiones de señales de entrada y salidas, alimentación, etc.


234

3.4. Precauciones

Durante el montaje deben tomarse algunas precauciones:

Si se precisa montar algún circuito integrado es casi imprescindible utilizar un zócalo, de forma que el circuito en sí, sólo se coloque en el último momento, protegiéndole así de cualquier daño accidental que pueda producirse. Si en el zócalo no existe ninguna indicación, deberá señalarse la patilla que ocupará la primera posición.

Puede ocurrir que el zócalo no pueda ser insertado debido a que la distancia entre taladros no sea la adecuada. En este caso pueden hacerse unos orificios adicionales con un minitaladro, empleando una broca del 1,25 milímetros.

Si se utiliza hilo desnudo, no es conveniente cruzarlo con otro, ya que se

corre el riesgo de producir un cortocircuito. Para hacer cruces se empleará hilo conductor aislado de 0,4 mm por la cara de montaje de componentes.

Cualquier elemento voluminoso o de cierto peso debe de sujetarse a la placa con tornillos, realizando sobre ella los agujeros necesarios, normalmente de un diámetro de 3,5 mm. Recuérdese que la soldadura no ofrece garantías suficientes de resistencia mecánica.

Si se precisa emplear disipadores se deberá prever la superficie que van a

ocupar sobre la placa y se tendrán en cuenta durante el montaje de los transistores sobre los mismos, las condiciones de aislamiento ya conocidas, mediante los accesorios necesarios (separadores de mica, arandelas, etc.), que se adquieran junto con los transistores.

3.5. Alimentación

Es necesario tener en cuenta, que en la mayoría de los casos se necesitará un circuito de alimentación que proporcione la corriente continua que el equipo requiera para su normal funcionamiento. Puede suceder que este circuito ya esté incorporado en el esquema y entonces podrá darse por concluido el montaje. Si no es así, será necesario montar aparte, o sobre la misma placa un circuito rectificador a diodos, seguido de un filtro por condensador y un sistema estabilizador, sólo en el caso de que sea realmente necesario.


235

Este circuito de alimentación, se conectará al transformador que habrá sido elegido con una entrada a 220Vca y una salida en el secundario apropiada para el nivel de tensión continua que precise el equipo.

3.6. Acabado final El acabado final se realizará mecanizando la caja para adaptarla a todos los circuitos que contienen el equipo, al que se habrán colocado previamente los

separadores encargados de su fijación, así como el resto de elementos, efectuando después su montaje e interconexión de una forma análoga a la que se describe para cualquiera de los Kits, con los que una vez realizado el ajuste y sus posterior cierre, se habrá obtenido el equipo deseado.

En la figura se muestra el equipo montado y finalizado, obsérvese la interconexión de las placas de circuito impreso con los demás elementos del equipo con cablecillos de diferentes colores para determinar más fácilmente su procedencia. Se utilizan cables de color azul (neutro) y negro (fase) de red 220Vca con una sección de 1,5mm. Para la distribución de la alimentación corriente continua se utiliza cable de 1mm de color negro (negativo) y rojo (positivo). Para las señales de control y de entradas y salidas se utilizan cablecillos de 0,25mm de diferentes colores.


236

4. MONTAJE EXPERIMENTAL

Podemos considerar como circuitos experimentales a todos aquellos que se construyen por vez primera a raíz de un diseño previo, en el que se han calculado los valores de los componentes, o bien partiendo de un esquema eléctrico ya conocido pero que ofrece algunas dudas acerca de su funcionalidad. En cualquier caso conviene efectuar un montaje empleando todos los componentes que se hayan obtenido del diseño o que estén representados en el esquema, con objeto de comprobar la forma de trabajo del circuito, observando el comportamiento de todas y cada una de las partes a detectar; si se producen sobrecargas que ocasionen calentamiento indebidos, actuación de los componentes activos (transistores, circuitos integrados, etc.) y cualquier otro dato que permita repetir todas aquellas zonas del diseño original que no sean del todo satisfactorios o bien probar experimentalmente otros valores o tipos de

componentes buscando de forma constante una aproximación al objetivo perseguido. Para realizar un montaje experimental se puede acudir a un modulo de inserción de componentes sin necesidad de soldar, solamente insertándolo el componente en alguno de los muchos orificios previstos para ello.

Placa experimental modelo Proto-board.10

4.1. Placa de montaje

Un método bastante interesante que se puede emplear en estas ocasiones es el de realizar el montaje de los componentes sobre un sistema de interconexión especialmente preparado para esta finalidad, consistente en una base de plástico que contiene un gran número de orificios de inserción sobre los que se encuentran por la cara inferior unos puntos de contacto metálicos que trabajan por el sistema de presión sobre el terminal que se aplique en ellos.

Los orificios de esta placa de montaje se encuentran separados a la distancia

normalizada de 2,54 milímetros y están unidos eléctricamente entre sí por unas barras horizontales o verticales, dependiendo de la zona de la placa que


237

se considere, así dispuestas para facilitar la interconexión de los componentes y evitar una elevada cantidad de puentes exteriores. Con este sistema, el montaje del circuito experimental, será muy rápido, ya que bastará con insertar los componentes sobre los orificios con una ligera presión y la unión con un hilo conductor de sección de 0,4 mm², se

garantizará una segura sustitución de los mismos durante la prueba, alcanzando así mucho más rápidamente el resultado final.

Otra posible aplicación, también interesante de este sistema, es la de servir de base para todas aquellas personas que deseen realizar por vez primera un montaje electrónico, ya que se evitará el engorro de la soldadura térmica, proceso que puede aprenderse con posterioridad, obteniéndose así unos

primeros resultados que suelen ser muy satisfactorios.

4.2. Modelos comerciales En el mercado comercial existen diferentes modelos y marcas de este tipo de placa experimental: Proto-board-10, Pantec, K&H, etc. En algunos modelos pueden diferir en el color de la base, que pueden ser de color amarillo, pero realmente se mantiene el estándar normalizado en la disposición de sus nodos de inserción y estructura de conexionado. En la siguiente figura se muestra un montaje realizado en la placa experimental Proto-board.10. Sus dimensiones son de 160x55x10mm. Consta de cuatro líneas horizontales, dos para el grupo A y dos para el grupo B, cada línea se divide en dos grupos de 5 zonas unidas y cada zona posee 5 orificios de inserción, principalmente utilizados para la alimentación. La parte

central se divide en dos grupos independientes A y B y cada uno posee 64 zonas verticales de 5 orificios de inserción unidos en posición vertical. Posee tres bornas de conexión para la alimentación u otras señales.

Estas placas pueden encontrarse en el comercio especializado como elementos individuales o agrupados de dos en dos sobre una base común que incluye unas patas de apoyo y unas bornas de conexión de cables. El tamaño de la placa depende del número de orificios que posea.


238

5. ACTIVIDADES

1. Montaje y comprobación de un circuito estabilizador serie en módulo protoboard.10.

2. Montaje, ajuste y comprobación de un circuito estabilizador serie con tensión variable a la salida en módulo protoboard.10.

3. Montaje, ajuste y comprobación de un circuito regulador de tensión fija de +5V en módulo protoboard.10.

4. Montaje, ajuste y comprobación en placa PCI de un circuito sensor de temperatura.

5. Montaje, ajuste y comprobación de un circuito interruptor crepuscular con LDR. 6. Montaje, ajuste y comprobación de un interruptor temporizado a la desconexión

con el NE555 en placa PCI.

AUTOEVALUACIÓN.

239

1 El átomo está compuesto por:

a. Una parte central llamada corteza y otra

exterior denominada núcleo. b. Una parte central denominada núcleo y otra

exterior denominada corteza. c. Electrones que están en el núcleo.

2 La resistencia es:

a. Un cuerpo que no deja pasar la corriente

eléctrica. b. El grado de oposición que un cuerpo muestra

al paso de corriente eléctrica, expresado con un número.

c. Ninguna respuesta es la correcta.

3 Cual de los siguientes materiales es mejor

conductor:

a. Aluminio b. Cobre c. Estaño

4 La Fuerza electromotriz se mide en:

a. Vatios b. Culombios c. Voltios

5 En un montaje de resistencias en serie se cumple,

para todas las resistencias:

a. La intensidad es la misma en todo el circuito eléctrico pero la tensión se reparte entre todas las resistencias.

b. La tensión es la misma en todos las resistencias del circuito pero la intensidad se reparte entre todas ellas.

c. Ninguna de la respuesta es correcta.

6 En un montaje de resistencias en paralelo, la

resistencia equivalente a todas ellas siempre será:

a. Mayor que todas ellas. b. No se puede calcular una única resistencia

equivalente, ya que su valor dependen de la tensión y de la corriente que atraviesa el circuito.

c. Más pequeña que la menor de las resistencias individuales.

7 Señala la frase incorrecta:

a. Los materiales con mucha resistencia son

adecuados para realizar conductores eléctricos. b. Los materiales con mucha resistencia son

adecuados para realizar aislantes eléctricos. c. Los materiales con poca resistencia son

adecuados para realizar conductores eléctricos.

8 ¿Cual sería el valor de la resistencia del conductor

de cobre (ρ = 0,017Ω.mm²/m) si posee una longitud de 2 kilómetros y una sección de 4 mm²?

a. 0,85 Ω b. 8,5 Ω c. 85 Ω

9 Señala la frase correcta:

a. Un fusible se comporta como un conductor hasta

que se funde, momento en que pasa a comportarse como un aislante.

b. La unidad de resistencia es el ohmio y se representa mediante el símbolo ω.

c. Al aumentar la resistencia de un conductor, también aumenta la intensidad del mismo.

10 La potencia se mide en:

a. Amperios b. Voltios c. Vatios

11 La frecuencia de una corriente alterna se define

como:

a. La parte de la onda que se repite indefinidamente.

b. El tiempo que dura un ciclo. c. El número de ciclos que hay en un segundo.

12 La corriente alterna es aquella que:

a. Es variable periódicamente y cambia una vez

el sentido de la circulación de las cargas cada cierto tiempo.

b. Permanece constante e invariable y con el mismo valor a lo largo del tiempo.

c. Ninguna respuesta es la correcta.

AUTOEVALUACIÓN.

240

13 A la cantidad de calor que se produce en un

conductor durante un tiempo determinado se conoce como:

a. Efecto Culombio b. Efecto Joule c. Efecto Calorífico

14 La Fuerza electromotriz se mide en:

a. Vatios b. Culombios c. Voltios

15 Para la carga de un condensador, primeramente

es necesario:

a. Someterlo a una caída de tensión entre sus dos terminales

b. Que el dieléctrico esté descargado completamente

c. Que las armaduras estén totalmente unidas para que exista circulación de electrones.

16 El periodo de una corriente alterna es la inversa

de:

a. La tensión. b. La frecuencia. c. La potencia.

17 Las partes principales de que consta un

transformador son:

a. Núcleo magnético, rotor y estator b. Núcleo magnético, devanado primario y

devanado secundario. c. Excitatriz, núcleo magnético y bobina.

18 Los pasos que hay que dar para convertir la

corriente alterna en corriente continua son:

a. Transformación, filtrado y estabilización b. Transformación, estabilización y filtrado c. Transformación, rectificación y filtrado

19 Como se denomina el componente que es

semiconductor y tiene la cualidad de dejar pasar solamente un semiciclo positivo o negativo:

a. El transformador b. El condensador c. El diodo

20 Los transformadores se pueden clasificar en:

a. Devanados, bobinados y de inducción b. Inductivos, capacitivos y resistivos. c. Reductores, elevadores y de aislamiento.

21 Calcula la frecuencia de una tensión alterna,

sabiendo que su periodo T = 20 ms

22 Un transformador tiene en el primario 330

espiras y está conectado a una tensión de 220 V y se desea elevar la tensión a 380 V. ¿Cuántas espiras será necesario que tenga su bobinado secundario?

23 Dibuja el esquema de un rectificador de

Media onda y su condensador de filtro sin transformador.

AUTOEVALUACIÓN.

241

24 ¿Cual sería la capacidad total de dos

condensadores en paralelo de 220 µF y 100µF.?

a. 68,75 µF b. 100 µF

c. 320 µF

25 Dibuja un rectificador en puente de Graetz

con su condensador de filtro y la resistencia de carga a la salida, sin transformador y escribir que tipo de rectificador corresponde:

26 Que potencia tendremos a la salida de un

circuito en paralelo con dos resistencias de 15 y 30 ohmios y una tensión en la pila de 20 Vcc. a. 0,4 vatios b. 40 milivatios c. 40 vatios

27 Representa la forma de onda de la señal de

salida de un rectificador de onda completa sin tener el filtro a condensador:

28 Representa un circuito estabilizador

paralelo con un diodo Zener, su resistencia limitadora y de carga. Calcula el valor de la resistencia limitadora si Ven= 18V. Vzener = 12 V, Rc= 1K. Izener=0,02A

29 Calcular la capacidad total de dos

condensadores colocados en serie con un valor de 15µF y 30 µF de 35 Voltios:

30 Dibujar un divisor de tensión con su pila de

12 Vcc y sus correspondiente salida.. Dibujar como se colocaría un voltímetro para medir el valor de la tensión en cada salida y un amperímetro para medir la corriente total que circula por el divisor.

VP

t

AUTOEVALUACIÓN.

242

+

+tº

Resistencia 500 Ω

Resistencia 1500 Ω

31. Indica el significado de cada símbolo:

32. Indica el tipo de asociación del circuito resistivo que es:

33. Indicar por cuál de las dos resistencias del circuito la corriente eléctrica será mayor.

Razona tu respuesta.

AUTOEVALUACIÓN.

243

24Vcc

R1

R2

34. Hallar el valor resistivo (ohmios) en la posición de la resistencia ajustable Ra1 para

una corriente de 20 mA.

35. Dibujar un circuito eléctrico que contenga: un generador de corriente alterna de 2,3

Amperios, un fusible, un interruptor y dos resistencias en paralelo de 300Ω y 150 Ω. Calcular la tensión que se le aplica al circuito.

36. En un circuito divisor de tensión, calcular la tensiones parciales en extremos de dos

resistencias R1=100 Ω y R2= 220 Ω.

A V?

R1 Ra1

220Ω

9Vcc 20 mA

Vcc1 =

Vcc2 =

AUTOEVALUACIÓN.

244

R2 = 47 Ω R3 = 26 Ω R4 = 47 Ω

12 Vcc

37. Calcular la corriente total, la potencia total, tensiones parciales y corrientes parciales

de cada resistencia del siguiente circuito.

38. Calcular el coste de la energía consumida durante dos meses de una lavadora de 900W

que trabaja 6 horas a la semana (1 mes = 30 días = 4 semanas) siendo el coste de 0,1177 €/kWh.

39. Calcular la energía consumida por una plancha si está sometida a una tensión de 230

Vca y circula una corriente de 3 Amperios durante un tiempo de 3 horas y media.

R1 = 120Ω

auxiliar de montajes electronicos

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