viernes, 23 de noviembre de 2012

ELECTRONICA


CIRCUITOS ELECTRONICOS:



circuito eléctronico a una serie de elementos o componentes eléctricos o electrónicos, tales como resistencias, inductancias, condensadores, fuentes, y/o dispositivos electrónicos semiconductores, conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas o eléctricas.

partes del ciruito

Para analizar un circuito deben de conocerse los nombres de los elementos que lo forman. A continuación se indican los nombres más comunes, tomando como ejemplo el circuito mostrado en la figura 1.

Conector: hilo conductor de resistencia despreciable (idealmente cero) que une eléctricamente dos o más elementos. 
Generador o fuente: elemento que produce electricidad. En el circuito de la figura 1 hay tres fuentes, una de intensidad, I, y dos de tensión, E1 y E2. 
Nodo: punto de un circuito donde concurren varios conductores distintos. En la figura 1 se pueden ver cuatro nudos: A, B, D y E. Obsérvese que C no se ha tenido en cuenta ya que es el mismo nudo A al no existir entre ellos diferencia de potencial (VA - VC = 0). 
Rama: conjunto de todos los elementos de un circuito comprendidos entre dos nodos consecutivos. En la figura 1 se hallan siete ramales: AB por la fuente, AB por R1, AD, AE, BD, BE y DE. Obviamente, por un ramal sólo puede circular una corriente.


1. CIRCUITO ELÉCTRICO, trayecto o ruta de una corriente eléctrica. El término se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluye una fuente de fuerza electromotriz que transporta la corriente por el circuito. Un circuito de este tipo se denomina circuito cerrado, y aquéllos en los que el trayecto no es continuo se denominan abiertos. Un cortocircuito es un circuito en el que se efectúa una conexión directa, sin resistencia, inductancia ni capacitancia apreciables, entre los terminales de la fuente de fuerza electromotriz.


1.1. LEY DE OHM  
La corriente fluye por un circuito eléctrico siguiendo varias leyes definidas. La ley básica del flujo de la corriente es la ley de Ohm, así llamada en honor a su descubridor, el físico alemán Georg Ohm. Según la ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito. Esta ley suele expresarse mediante la fórmula I = V/R, siendo I la intensidad de corriente en amperios, V la fuerza electromotriz en voltios y R la resistencia en ohmios. La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente alterna (CA), aunque para el análisis de circuitos complejos y circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y capacitancias.


Un circuito en serie es aquél en que los dispositivos o elementos del circuito están dispuestos de tal manera que la totalidad de la corriente pasa a través de cada elemento sin división ni derivación en circuitos paralelos.

Circuitos eléctricos
La manera más simple de conectar componentes eléctricos es disponerlos de forma lineal, uno detrás del otro. Este tipo de circuito se denomina “circuito en serie”. Si una de las bombillas del circuito deja de funcionar, la otra también lo hará debido a que se interrumpe el paso de corriente por el circuito. Otra manera de conectarlo sería que cada bombilla tuviera su propio suministro eléctrico, de forma totalmente independiente, y así, si una de ellas se funde, la otra puede continuar funcionando. Este circuito se denomina “circuito en paralelo”.


Cuando en un circuito hay dos o más resistencias en serie, la resistencia total se calcula sumando los valores de dichas resistencias. Si las resistencias están en paralelo, el valor total de la resistencia del circuito se obtiene mediante la fórmula
Circuitos eléctricos


En un circuito en paralelo los dispositivos eléctricos, por ejemplo las lámparas incandescentes o las celdas de una batería, están dispuestos de manera que todos los polos, electrodos y terminales positivos (+) se unen en un único conductor, y todos los negativos (-) en otro, de forma que cada unidad se encuentra, en realidad, en una derivación paralela. El valor de dos resistencias iguales en paralelo es igual a la mitad del valor de las resistencias componentes y, en cada caso, el valor de las resistencias en paralelo es menor que el valor de la más pequeña de cada una de las resistencias implicadas. En los circuitos de CA, o circuitos de corrientes variables, deben considerarse otros componentes del circuito además de la resistencia.
1.2. LEYES DE KIRCHHOFF  


Si un circuito tiene un número de derivaciones interconectadas, es necesario aplicar otras dos leyes para obtener el flujo de corriente que recorre las distintas derivaciones. Estas leyes, descubiertas por el físico alemán Gustav Robert Kirchhoff, son conocidas como las leyes de Kirchhoff. La primera, la ley de los nudos, enuncia que en cualquier unión en un circuito a través del cual fluye una corriente constante, la suma de las intensidades que llegan a un nudo es igual a la suma de las intensidades que salen del mismo. La segunda ley, la ley de las mallas afirma que, comenzando por cualquier punto de una red y siguiendo cualquier trayecto cerrado de vuelta al punto inicial, la suma neta de las fuerzas electromotrices halladas será igual a la suma neta de los productos de las resistencias halladas y de las intensidades que fluyen a través de ellas. Esta segunda ley es sencillamente una ampliación de la ley de Ohm.
En este circuito eléctrico formado por dos generadores, de fuerzas electromotrices ð1 y ð2, y tres resistencias, R1, R2 yR3, se puede aplicar la ley de los nudos al nudo B y la ley de las mallas a las redes ABEF y BCDE.
1.3. IMPEDANCIA  


La aplicación de la ley de Ohm a los circuitos en los que existe una corriente alterna se complica por el hecho de que siempre estarán presentes la capacitancia y la inductancia. La inductancia hace que el valor máximo de una corriente alterna sea menor que el valor máximo de la tensión; la capacitancia hace que el valor máximo de la tensión sea menor que el valor máximo de la corriente. La capacitancia y la inductancia inhiben el flujo de corriente alterna y deben tomarse en cuenta al calcularlo. La intensidad de corriente en los circuitos de CA puede determinarse gráficamente mediante vectores o con la ecuación algebraica
Circuitos eléctricos
en la que L es la inductancia, C la capacitancia y f la frecuencia de la corriente. El valor obtenido en el denominador de la fracción se denomina impedancia del circuito y suele representarse por la letra Z. Por consiguiente, la ley de Ohm para los circuitos integrados suele expresarse por la ecuación sencilla I = ð / Z.
Símbolos de algunos elementos de un circuito eléctrico.
2. MEDIDORES ELECTRICOS, instrumentos que miden e indican magnitudes eléctricas, como corriente, carga, potencial y energía, o las características eléctricas de los circuitos, como la resistencia, la capacidad, la capacitancia y la inductancia. La información se da normalmente en una unidad eléctrica estándar: ohmios, voltios, amperios, culombios, henrios, faradios, vatios o julios. Dado que todas las formas de la materia presentan una o más características eléctricas es posible tomar mediciones eléctricas de un número ilimitado de fuentes.
2.1. MECANISMOS BÁSICOS DE LOS MEDIDORES  


Por su propia naturaleza, los valores eléctricos no pueden medirse por observación directa. Por ello se utiliza alguna propiedad de la electricidad para producir una fuerza física susceptible de ser detectada y medida. Por ejemplo, en el galvanómetro, el instrumento de medida inventado hace más tiempo, la fuerza que se produce entre un campo magnético y una bobina inclinada por la que pasa una corriente produce una desviación de la bobina. Dado que la desviación es proporcional a la intensidad de la corriente se utiliza una escala calibrada para medir la corriente eléctrica. La acción electromagnética entre corrientes, la fuerza entre cargas eléctricas y el calentamiento causado por una resistencia conductora son algunos de los métodos utilizados para obtener mediciones eléctricas analógicas.
2.2. CALIBRACIÓN DE LOS MEDIDORES  


Para garantizar la uniformidad y la precisión de las medidas los medidores eléctricos se calibran conforme a los patrones de medida aceptados para una determinada unidad eléctrica, como el ohmio, el amperio, el voltio o el vatio.
2.3. PATRONES PRINCIPALES Y MEDIDAS ABSOLUTAS  


Los patrones principales del ohmio y el amperio de basan en definiciones de estas unidades aceptadas a nivel internacional y basadas en la masa, el tamaño del conductor y el tiempo. Las técnicas de medición que utilizan estas unidades básicas son precisas y reproducibles. Por ejemplo, las medidas absolutas de amperios implican la utilización de una especie de balanza que mide la fuerza que se produce entre un conjunto de bobinas fijas y una bobina móvil. Estas mediciones absolutas de intensidad de corriente y diferencia de potencial tienen su aplicación principal en el laboratorio, mientras que en la mayoría de los casos se utilizan medidas relativas. Todos los medidores que se describen en los párrafos siguientes permiten hacer lecturas relativas.
  • MEDIDORES DE CORRIENTE  
  • Galvanómetros  
    Los medidores eléctricos permiten determinar distintas magnitudes eléctricas. Dos de estos dispositivos son el amperímetro y el voltímetro, ambos variaciones del galvanómetro. En un galvanómetro, un imán crea un campo magnético que genera una fuerza medible cuando pasa corriente por una bobina cercana. El amperímetro desvía la corriente por una bobina a través de una derivación (ilustrada debajo del amperímetro) y mide la intensidad de la corriente que fluye por el circuito, al que se conecta en serie. El voltímetro, en cambio, se conecta en paralelo y permite medir diferencias de potencial. Para que la corriente que pase por él sea mínima, la resistencia del voltímetro (indicada por la línea quebrada situada debajo) tiene que ser muy alta, al contrario que en el amperímetro.
    Los galvanómetros son los instrumentos principales en la detección y medición de la corriente. Se basan en las interacciones entre una corriente eléctrica y un imán. El mecanismo del galvanómetro está diseñado de forma que un imán permanente o un electroimán produce un campo magnético, lo que genera una fuerza cuando hay un flujo de corriente en una bobina cercana al imán. El elemento móvil puede ser el imán o la bobina. La fuerza inclina el elemento móvil en un grado proporcional a la intensidad de la corriente. Este elemento móvil puede contar con un puntero o algún otro dispositivo que permita leer en un dial el grado de inclinación.
    El galvanómetro de inclinación de D'Arsonval utiliza un pequeño espejo unido a una bobina móvil y que refleja un haz de luz hacia un dial situado a una distancia aproximada de un metro. Este sistema tiene menos inercia y fricción que el puntero, lo que permite mayor precisión. Este instrumento debe su nombre al biólogo y físico francés Jacques D'Arsonval, que también hizo algunos experimentos con el equivalente mecánico del calor y con la corriente oscilante de alta frecuencia y alto amperaje (corriente D'Arsonval) utilizada en el tratamiento de algunas enfermedades, como la artritis. Este tratamiento, llamado diatermia, consiste en calentar una parte del cuerpo haciendo pasar una corriente de alta frecuencia entre dos electrodos colocados sobre la piel. Cuando se añade al galvanómetro una escala graduada y una calibración adecuada, se obtiene un amperímetro, instrumento que lee la corriente eléctrica en amperios. D'Arsonval es el responsable de la invención del amperímetro de corriente continua.
    Sólo puede pasar una cantidad pequeña de corriente por el fino hilo de la bobina de un galvanómetro. Si hay que medir corrientes mayores, se acopla una derivación de baja resistencia a los terminales del medidor. La mayoría de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, pero la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la corriente total. Al utilizar esta proporcionalidad el galvanómetro se emplea para medir corrientes de varios cientos de amperios.
    Los galvanómetros tienen denominaciones distintas según la magnitud de la corriente que pueden medir.
    Microamperímetros  Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.
    Los galvanómetros convencionales no pueden utilizarse para medir corrientes alternas, porque las oscilaciones de la corriente producirían una inclinación en las dos direcciones.
    Electrodinamómetros  Sin embargo, una variante del galvanómetro, llamado electrodinamómetro, puede utilizarse para medir corrientes alternas mediante una inclinación electromagnética. Este medidor contiene una bobina fija situada en serie con una bobina móvil, que se utiliza en lugar del imán permanente del galvanómetro. Dado que la corriente de la bobina fija y la móvil se invierte en el mismo momento, la inclinación de la bobina móvil tiene lugar siempre en el mismo sentido, produciéndose una medición constante de la corriente. Los medidores de este tipo sirven también para medir corrientes continuas.
    2.5. Medidores de aleta de hierro  Otro tipo de medidor electromagnético es el medidor de aleta de hierro o de hierro dulce. Este dispositivo utiliza dos aletas de hierro dulce, una fija y otra móvil, colocadas entre los polos de una bobina cilíndrica y larga por la que pasa la corriente que se quiere medir. La corriente induce una fuerza magnética en las dos aletas, provocando la misma inclinación, con independencia de la dirección de la corriente. La cantidad de corriente se determina midiendo el grado de inclinación de la aleta móvil.
    2.6. Medidores de termopar  Para medir corrientes alternas de alta frecuencia se utilizan medidores que dependen del efecto calorífico de la corriente. En los medidores de termopar se hace pasar la corriente por un hilo fino que calienta la unión de termopar. La electricidad generada por el termopar se mide con un galvanómetro convencional. En los medidores de hilo incandescente la corriente pasa por un hilo fino que se calienta y se estira. El hilo está unido mecánicamente a un puntero móvil que se desplaza por una escala calibrada con valores de corriente.
  • MEDICIÓN DEL VOLTAJE  
  • El osciloscopio se utiliza a menudo para tomar medidas en circuitos eléctricos. Es especialmente útil porque puede mostrar cómo varían dichas medidas a lo largo del tiempo, o cómo varían dos o más medidas una respecto de otra.
    El instrumento más utilizado para medir la diferencia de potencial (el voltaje) es un galvanómetro que cuenta con una gran resistencia unida a la bobina. Cuando se conecta un medidor de este tipo a una batería o a dos puntos de un circuito eléctrico con diferentes potenciales pasa una cantidad reducida de corriente (limitada por la resistencia en serie) a través del medidor. La corriente es proporcional al voltaje, que puede medirse si el galvanómetro se calibra para ello.
    Cuando se usa el tipo adecuado de resistencias en serie un galvanómetro sirve para medir niveles muy distintos de voltajes. El instrumento más preciso para medir el voltaje, la resistencia o la corriente continua es el potenciómetro, que indica una fuerza electromotriz no valorada al compararla con un valor conocido.


    Para medir voltajes de corriente alterna se utilizan medidores de alterna con alta resistencia interior, o medidores similares con una fuerte resistencia en serie.
    Los demás métodos de medición del voltaje utilizan tubos de vacío y circuitos electrónicos y resultan muy útiles para hacer mediciones a altas frecuencias. Un dispositivo de este tipo es el voltímetro de tubo de vacío. En la forma más simple de este tipo de voltímetro se rectifica una corriente alterna en un tubo de diodo y se mide la corriente rectificada con un galvanómetro convencional. Otros voltímetros de este tipo utilizan las características amplificadoras de los tubos de vacío para medir voltajes muy bajos. El osciloscopio de rayos catódicos se usa también para hacer mediciones de voltaje, ya que la inclinación del haz de electrones es proporcional al voltaje aplicado a las placas o electrodos del tubo.
    3. MOTORES Y GENERADORES ELÉCTRICOS , grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dinamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor.
    Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831.
    Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se establece o se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. El principio opuesto a éste fue observado en 1820 por el físico francés André Marie Ampère. Si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica sobre el conductor. Véase Magnetismo.
    La máquina dinamoeléctrica más sencilla es la dinamo de disco desarrollada por Faraday, que consiste en un disco de cobre que se monta de tal forma que la parte del disco que se encuentra entre el centro y el borde quede situada entre los polos de un imán de herradura. Cuando el disco gira, se induce una corriente entre el centro del disco y su borde debido a la acción del campo del imán. El disco puede fabricarse para funcionar como un motor mediante la aplicación de un voltaje entre el borde y el centro del disco, lo que hace que el disco gire gracias a la fuerza producida por el campo magnético.
    El campo magnético de un imán permanente sólo tiene fuerza suficiente como para hacer funcionar una dinamo pequeña o motor. Por ello, los electroimanes se emplean en máquinas grandes. Tanto los motores como los generadores tienen dos unidades básicas: el inductor, que crea el campo magnético y que suele ser un electroimán, y la armadura o inducido, que es la estructura que sostiene los conductores que cortan el campo magnético y transporta la corriente inducida en un generador, o la corriente de excitación en el caso del motor. La armadura es por lo general un núcleo de hierro dulce laminado, alrededor del cual se enrollan los cables conductores.
    3.1. GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA  


    Si una armadura gira entre dos polos magnéticos fijos, la corriente en la armadura circula en un sentido durante la mitad de cada revolución, y en el otro sentido durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en un sentido, o corriente continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolución. En las máquinas antiguas esta inversión se llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal partido montado sobre el eje de una armadura. Las dos mitades del anillo se aislaban entre sí y servían como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbón se mantenían en contacto con el conmutador, que al girar conectaba eléctricamente la bobina a los cables externos. Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador, cambiando la posición en el momento en el que la corriente invertía su sentido dentro de la bobina de la armadura. Así se producía un flujo de corriente de un sentido en el circuito exterior al que el generador estaba conectado. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial más alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 voltios. En algunas máquinas más modernas esta inversión se realiza usando aparatos de potencia electrónica, como por ejemplo rectificadores de diodo.
    Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que suelen estar formadas por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del núcleo de la armadura y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador múltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce aumentará y disminuirá dependiendo de la parte del campo magnético a través del cual se esté moviendo el circuito.
    Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a través de un área de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prácticamente constante. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o más polos electromagnéticos que aumentan el tamaño y la resistencia del campo magnético. En algunos casos, se añaden interpolos más pequeños para compensar las distorsiones que causa el efecto magnético de la armadura en el flujo eléctrico del campo.
    El campo inductor de un generador se puede obtener mediante un imán permanente (magneto) o por medio de un electroimán (dinamo). En este último caso, el electroimán se excita por una corriente independiente o por autoexcitación, es decir, la propia corriente producida en la dinamo sirve para crear el campo magnético en las bobinas del inductor. Existen tres tipos de dinamo según sea la forma en que estén acoplados el inductor y el inducido: en serie, en derivación y en combinación.
    3.2. MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA  

    En general, los motores de corriente continua son similares en su construcción a los generadores. De hecho podrían describirse como generadores que funcionan al revés.
    Cuando la corriente pasa a través de la armadura de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas debido a la acción del campo magnético, y la armadura gira. La función del conmutador y la de las conexiones de las bobinas del campo de los motores es exactamente la misma que en los generadores. La revolución de la armadura induce un voltaje en las bobinas de ésta. Este voltaje es opuesto al voltaje exterior que se aplica a la armadura, y de ahí que se conozca como voltaje inducido o fuerza contraelectromotriz. Cuando el motor gira más rápido, el voltaje inducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequeña, y la velocidad del motor permanecerá constante siempre que el motor no esté bajo carga y tenga que realizar otro trabajo mecánico que no sea el requerido para mover la armadura. Bajo carga, la armadura gira más lentamente, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que fluya una corriente mayor en la armadura.


    Debido a que la velocidad de rotación controla el flujo de la corriente en la armadura, deben usarse aparatos especiales para arrancar los motores de corriente continua. Cuando la armadura está parada, ésta no tiene realmente resistencia, y si se aplica el voltaje de funcionamiento normal, se producirá una gran corriente, que podría dañar el conmutador y las bobinas de la armadura. El medio normal de prevenir estos daños es el uso de una resistencia de encendido conectada en serie a la armadura, para disminuir la corriente antes de que el motor consiga desarrollar el voltaje inducido adecuado. Cuando el motor acelera, la resistencia se reduce gradualmente, tanto de forma manual como automática.
    La velocidad a la que funciona un motor depende de la intensidad del campo magnético que actúa sobre la armadura, así como de la corriente de ésta.
    Cuanto más fuerte es el campo, más bajo es el grado de rotación necesario para generar un voltaje inducido lo bastante grande como para contrarrestar el voltaje aplicado. Por esta razón, la velocidad de los motores de corriente continua puede controlarse mediante la variación de la corriente del campo.
    3.3. GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA (ALTERNADORES)  


    Como se decía antes, un generador simple sin conmutador producirá una corriente eléctrica que cambia de sentido a medida que gira la armadura. Este tipo de corriente alterna es ventajosa para la transmisión de potencia eléctrica, por lo que la mayoría de los generadores eléctricos son de este tipo. En su forma más simple, un generador de corriente alterna se diferencia de uno de corriente continua en sólo dos aspectos: los extremos de la bobina de su armadura están sacados a los anillos colectores sólidos sin segmentos del árbol del generador en lugar de los conmutadores, y las bobinas de campo se excitan mediante una fuente externa de corriente continua más que con el generador en sí. Los generadores de corriente alterna de baja velocidad se fabrican con hasta 100 polos, para mejorar su eficiencia y para lograr con más facilidad la frecuencia deseada. Los alternadores accionados por turbinas de alta velocidad, sin embargo, son a menudo máquinas de dos polos. La frecuencia de la corriente que suministra un generador de corriente alterna es igual a la mitad del producto del número de polos por el número de revoluciones por segundo de la armadura.


    A veces, es preferible generar un voltaje tan alto como sea posible. Las armaduras rotatorias no son prácticas en este tipo de aplicaciones, debido a que pueden producirse chispas entre las escobillas y los anillos colectores, y a que pueden producirse fallos mecánicos que podrían causar cortocircuitos.
    Por tanto, los alternadores se construyen con una armadura fija en la que gira un rotor compuesto de un número de imanes de campo. El principio de funcionamiento es el mismo que el del generador de corriente alterna descrito con anterioridad, excepto en que el campo magnético (en lugar de los conductores de la armadura) está en movimiento.
    La corriente que se genera mediante los alternadores descritos más arriba aumenta hasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube otra vez a cero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la que esté diseñada la máquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofásica. Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90º una de otra, y con conexiones externas separadas, se producirán dos ondas de corriente, una de las cuales estará en su máximo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna bifásica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ángulos de 120º, se producirá corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna trifásica. Se puede obtener un número mayor de fases incrementando el número de bobinas en la armadura, pero en la práctica de la ingeniería eléctrica moderna se usa sobre todo la corriente alterna trifásica, con el alternador trifásico, que es la máquina dinamoeléctrica que se emplea normalmente para generar potencia eléctrica.
    3.4. MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA  


    Se diseñan dos tipos básicos de motores para funcionar con corriente alterna polifásica: los motores síncronos y los motores de inducción. El motor síncrono es en esencia un alternador trifásico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura están divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifásica.
    La variación de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reacción magnética variable con los polos de los imanes del campo, y hace que el campo gire a una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente en la línea de potencia de corriente alterna.
    La velocidad constante de un motor síncrono es ventajosa en ciertos aparatos. Sin embargo, no puede utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga mecánica sobre el motor llega a ser muy grande, ya que si el motor reduce su velocidad cuando está bajo carga puede quedar fuera de fase con la frecuencia de la corriente y llegar a pararse. Los motores síncronos pueden funcionar con una fuente de potencia monofásica mediante la inclusión de los elementos de circuito adecuados para conseguir un campo magnético rotatorio.
    El más simple de todos los tipos de motores eléctricos es el motor de inducción de caja de ardilla que se usa con alimentación trifásica. La armadura de este tipo de motor consiste en tres bobinas fijas y es similar a la del motor síncrono. El elemento rotatorio consiste en un núcleo, en el que se incluye una serie de conductores de gran capacidad colocados en círculo alrededor del árbol y paralelos a él. Cuando no tienen núcleo, los conductores del rotor se parecen en su forma a las jaulas cilíndricas que se usaban para las ardillas. El flujo de la corriente trifásica dentro de las bobinas de la armadura fija genera un campo magnético rotatorio, y éste induce una corriente en los conductores de la jaula. La reacción magnética entre el campo rotatorio y los conductores del rotor que transportan la corriente hace que éste gire. Si el rotor da vueltas exactamente a la misma velocidad que el campo magnético, no habrá en él corrientes inducidas, y, por tanto, el rotor no debería girar a una velocidad síncrona. En funcionamiento, la velocidad de rotación del rotor y la del campo difieren entre sí de un 2 a un 5%. Esta diferencia de velocidad se conoce como caída.
    Los motores con rotores del tipo jaula de ardilla se pueden usar con corriente alterna monofásica utilizando varios dispositivos de inductancia y capacitancia, que alteren las características del voltaje monofásico y lo hagan parecido al bifásico. Estos motores se denominan motores multifásicos o motores de condensador (o de capacidad), según los dispositivos que usen. Los motores de jaula de ardilla monofásicos no tienen un par de arranque grande, y se utilizan motores de repulsión-inducción para las aplicaciones en las que se requiere el par. Este tipo de motores pueden ser multifásicos o de condensador, pero disponen de un interruptor manual o automático que permite que fluya la corriente entre las escobillas del conmutador cuando se arranca el motor, y los circuitos cortos de todos los segmentos del conmutador, después de que el motor alcance una velocidad crítica. Los motores de repulsión-inducción se denominan así debido a que su par de arranque depende de la repulsión entre el rotor y el estátor, y su par, mientras está en funcionamiento, depende de la inducción. Los motores de baterías en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente alterna, se denominan motores universales. Éstos se fabrican en tamaños pequeños y se utilizan en aparatos domésticos.
    3.5. OTROS TIPOS DE MÁQUINAS  

    En aplicaciones especiales se emplean algunos tipos de máquinas dinamoeléctricas combinadas. Por lo general, es deseable cambiar de corriente continua a alterna o a la inversa, o cambiar de voltaje de alimentación de corriente continua, o la frecuencia o fase con alimentación de corriente alterna. Una forma de realizar dichos cambios, es usar un motor que funcione con el tipo disponible de alimentación eléctrica para que haga funcionar un generador que proporcione a su vez la corriente y el voltaje deseados. Los generadores de motor, que están compuestos de un motor que se acopla mecánicamente a un generador adecuado, pueden realizar la mayoría de las conversiones antes indicadas.
    Un transformador rotatorio es una máquina que sirve para convertir corriente alterna en continua, usando bobinas separadas en una armadura rotatoria común. El voltaje de alimentación de corriente alterna se aplica a la armadura a través de los anillos colectores, y el voltaje de la corriente continua se extrae de la máquina con un conmutador independiente. Un dinamotor, que se usa por lo general para convertir corriente continua de bajo voltaje en corriente de alto voltaje, es una máquina parecida que tiene bobinas de armadura independientes.
    Las máquinas de corriente continua conocidas como amplidinas o rototroles, que tienen varias bobinas de campo, se usan como amplificadores de potencia. Un pequeño cambio en la potencia suministrada a una bobina de campo produce un gran cambio en la potencia de salida de la máquina. Estos amplificadores electrodinámicos se utilizan a menudo en servomecanismos y otros sistemas de control.
    4. PILA ELÉCTRICA
    Desarrollada en 1850, la pila de dicromato consistía en electrodos de cinc y carbono situados en un frasco de cristal lleno de ácido crómico. El diseño de esta batería fue considerado mucho más seguro que el de sus predecesoras, pues no utiliza ácido nítrico concentrado que desprende humos venenosos.
     Pila eléctrica, dispositivo que convierte la energía química en eléctrica. Todas las pilas consisten en un electrólito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. El electrólito 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.


    Las pilas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez que la energía química se ha transformado en energía eléctrica (es decir, cuando las pilas se han descargado), se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas secundarias o acumuladores son aquellas pilas reversibles en las que el producto químico que al reaccionar en los electrodos produce energía eléctrica, puede ser reconstituido pasando una corriente eléctrica a través de él en sentido opuesto a la operación normal de la pila.
    4.1. PILAS PRIMARIAS  


    La pila primaria más común es la pila Leclanché o pila seca, inventada por el químico francés Georges Leclanché en la década de 1860. La pila seca que se utiliza hoy es muy similar al invento original. El electrólito es una pasta consistente en una mezcla de cloruro de amonio y cloruro de cinc. El electrodo negativo es de cinc, igual que el recipiente de la pila, y el electrodo positivo es una varilla de carbono rodeada por una mezcla de carbono y dióxido de manganeso. Esta pila produce una fuerza electromotriz de unos 1,5 voltios.
    Otra pila primaria muy utilizada es la pila de cinc-óxido de mercurio, conocida normalmente como batería de mercurio. Puede tener forma de disco pequeño y se utiliza en audífonos, células fotoeléctricas y relojes de pulsera eléctricos.
    El electrodo negativo es de cinc, el electrodo positivo de óxido de mercurio y el electrólito es una disolución de hidróxido de potasio. La batería de mercurio produce 1,34 V, aproximadamente.


    La pila de combustible es otro tipo de pila primaria. Se diferencia de las demás en que los productos químicos no están dentro de la pila, sino que se suministran desde fuera.
    4.2. El acumulador o pila secundaria, que puede recargarse invirtiendo la reacción química, fue inventado en 1859 por el físico francés Gaston Planté. La pila de Planté era una batería de plomo y ácido, y es la que más se utiliza en la actualidad. Esta batería, que contiene de tres a seis pilas conectadas en serie, se usa en automóviles, camiones, aviones y otros vehículos. Su ventaja principal es que puede producir una corriente eléctrica suficiente para arrancar un motor; sin embargo, se agota rápidamente. El electrólito es una disolución diluida de ácido sulfúrico, el electrodo negativo es de plomo y el electrodo positivo de dióxido de plomo. En funcionamiento, el electrodo negativo de plomo se disocia en electrones libres e iones positivos de plomo. Los electrones se mueven por el circuito eléctrico externo y los iones positivos de plomo reaccionan con los iones sulfato del electrólito para formar sulfato de plomo. Cuando los electrones vuelven a entrar en la pila por el electrodo positivo de dióxido de plomo, se produce otra reacción química. El dióxido de plomo reacciona con los iones hidrógeno del electrólito y con los electrones formando agua e iones plomo; estos últimos se liberarán en el electrólito produciendo nuevamente sulfato de plomo.


    Un acumulador de plomo y ácido se agota porque el ácido sulfúrico se transforma gradualmente en agua y en sulfato de plomo.
    Al recargar la pila, las reacciones químicas descritas anteriormente se invierten hasta que los productos químicos vuelven a su condición original. Una batería de plomo y ácido tiene una vida útil de unos cuatro años. Produce unos 2 V por pila. Recientemente, se han desarrollado baterías de plomo para aplicaciones especiales con una vida útil de 50 a 70 años.
    Otra pila secundaria muy utilizada es la pila alcalina o batería de níquel y hierro, ideada por el inventor estadounidense Thomas Edison en torno a 1900. El principio de funcionamiento es el mismo que en la pila de ácido y plomo, pero aquí el electrodo negativo es de hierro, el electrodo positivo es de óxido de níquel y el electrólito es una disolución de hidróxido de potasio. La pila de níquel y hierro tiene la desventaja de desprender gas hidrógeno durante la carga. Esta batería se usa principalmente en la industria pesada. La batería de Edison tiene una vida útil de unos diez años y produce 1,15 V, aproximadamente.


    Otra pila alcalina similar a la batería de Edison es la pila de níquel y cadmio o batería de cadmio, en la que el electrodo de hierro se sustituye por uno de cadmio. Produce también 1,15 V y su vida útil es de unos 25 años.
    4.3. PILAS SOLARES  Las pilas solares producen electricidad por un proceso de conversión fotoeléctrica. La fuente de electricidad es una sustancia semiconductora fotosensible, como un cristal de silicio al que se le han añadido impurezas. Cuando la luz incide contra el cristal, los electrones se liberan de la superficie de éste y se dirigen a la superficie opuesta. Allí se recogen como corriente eléctrica. Las pilas solares tienen una vida muy larga y se utilizan sobre todo en los aviones, como fuente de electricidad para el equipo de a bordo.
    5. BATERÍA, aparato que transforma la energía química en eléctrica, y consiste en dos o más pilas eléctricas conectadas en serie o en paralelo en mixto. Se han desarrollado diversos tipos de nuevas baterías para vehículos eléctricos. Se trata de versiones mejoradas de las baterías convencionales, pero aún tienen numerosos inconvenientes como su corta duración, alto costo, gran volumen o problemas medioambientales. Las baterías destinadas a vehículos eléctricos incorporan sulfuro de litio-hierro, cinc-cloro, hidruro de níquel y sulfuro de sodio. Las compañías suministradoras de electricidad están desarrollando este tipo de baterías para utilizarlas como “niveladores de carga”, a fin de compensar las fluctuaciones esporádicas del sistema. Estas baterías ocupan poco espacio y apenas tienen efectos dañinos para el medioambiente.
    6. TIPOS DE CONEXIONES
    6.1. CONEXIÓN EN SERIE, Los elementos de un circuito eléctrico están conectados en serie cuando van colocados uno a continuación del otro a lo largo de un solo conductor, de manera que un electrodo que circula por el circuito habrá de pasar por todos ellos, uno detrás de otro. Si se diera el caso de que cualquiera de estos se desconectara, o se averiara, el paso de la corriente quedaría cortado.
    6.2. CONEXIÓN EN PARALELO, Cuando los elementos de un circuito están conectados en diferentes cables que forman ramificaciones dentro de el circuito. Si se da el caso de que un electrodo pasa a través de uno de estos elementos, no podrá pasar por ninguno de los otros elementos que estén conectados en el circuito. Si se desconecta o se estropea uno, la resta continuará funcionando.
    6.3. CONEXIÓN MIXTA, Cuando en el mismo circuito eléctrico encontramos elementos montados en serie i elementos montados en paralelo. Si desconectamos uno de los elementos continuará funcionando. En cambio, si desconectamos un elemento del circuito dejarán de funcionar porque no recibirán corriente eléctrica.


    COMPONENTES ELECTRONICOS: 

    En esta sección veremos los componentes menos apreciados de la electrónica, pero sin ellos ningún artefacto podría funcionar. Me refiero a las resistencias, condensadores e inductancias. Todos ellos tienen una utilidad fundamental en todo circuito de cualquier época. ¡Y aun son muy utilizados!
    Debo aclarar que este autor no pretende dar una clase magistral, sino una pequeña introducción a los elementos electrónicos pasivos que sea entendible por cualquier lector. Para descripciones más completas y de nivel técnico superior recomiendo wikipedia.
    a
    RESISTENCIAS
    La resistencia es un componente, que en su formato más común tiene forma de bastón alargado, y es uno de los más utilizados en electrónica. Su función principal es resistirse al paso de voltaje a través de su cuerpo, también una determinada cantidad de corriente fluirá a través de ella; esta corriente depende del voltaje, del tamaño del material y de la conductividad propia de el. Por lo tanto, podemos decir que las resistencias se emplean para controlar voltaje y corriente en los circuitos electrónicos. Las más comunes se elaboran depositando un película de carbón en forma de espiral sobre un cilindro de cerámica aislante, quedando algo similar a los bastones de dulce navideños. También hay otros tipos en los que se utilizan láminas metálicas o hilo metálico, obviamente con cierto grado de resistencia. En todos los casos siempre se dispone de dos terminales de conexión para soldarlas, inclusive las de montaje superficial.
    Las resistencias variables, mejor conocidas como potenciometros, constan de un contacto deslizante o rotatorio que topa una superficie aislante en la que se ha depositado una fina capa o película de carbón, siendo esto lo que causa la variación del valor de la resistencia. Se suelen utilizar para controlar el volumen de aparatos de radio y televisión.
    La unidad en que se mide la resistencia es el Ohm u Ohmio en honor a George Ohm  y su simbolo es la letra griega Omega (Ω); comúnmente se abrevia simplemente como 'R'. A simple vista, las resistencias tienen impresas unas bandas de colores, las cuales indican su valor, otras tienen el valor impreso directamente. Para saber el valor, en el caso de las que tienen bandas de colores, existe el "código de colores RETMA", el cual nos permite saber su valor:
    La primera banda indica el primer valor.
    La segunda banda indica el segundo valor.
    La tercera banda indica el factor multiplicador x (cantidad de ceros)
    La cuarta banda (mas separada que las otras 3) indica la tolerancia del componente (+/- %) Dorado 5% (buena calidad) o plateado 10% de tolerancia (calidad más baja).
    Negro
    0
    Verde
    5
    Café
    1
    Azul
    6
    Rojo
    2
    Violeta
    7
    Naranja
    3
    Gris
    8
    Amarillo
    4
    Blanco
    9
    Codigo de colores RETMA
    Banda 1
    Banda 2
    Banda 3
    Banda 4
    Cafe
    Verde
    Rojo
    Dorado
    1
    5
    00
    5%
    valor final 1500 ó 1.5K ohm +/- 5%
    Ejemplo de una resistencia
    Equivalencias
    1 Ohm= 1 Ohm
    1 Kilo Ohm= 1000 Ohms
    1 Mega Ohm = 1.000.000


     Potenciometro rotatorio:
    Como se ve en la imagen, un potenciometro puede girar su contacto central (2) hacia la derecha o izquierda. Además vemos una película de carbón con forma de herradura, en la cual el punto central puede hacer contacto en cualquier lugar de su superficie, produciendose así la variación de su valor.
    Pj: Si éste fuese un potenciometro de 50K, si lo giramos hacia la izquierda el valor entre el punto 2 y 1 será prácticamente cero, en cambio entre el punto 2 y 3 será 50K y viceversa, si lo giramos hacia la derecha el valor entre el punto 2 y 3 será cero y entre 2 y 1 será 50K.
    Obviamente valores intermedios de 0 a 50K a medida que rotamos el pote.
    ===============o===============

    Resistencia

    En el mercado se encuentra gran variedad de tipos: fijas y variables. Según su constitución pueden ser de carbón, de hilo bobinado, de depósito superficial, etc.
    Las hay especiales: variables con la tensión (VDR), variables con la luz (fotorresistores), resistencias que disminuyen con la temperatura (NTC o termistores), que aumentan con la temperatura (PTC), etc.
    A la hora de especificar una resistencia no es suficiente indicar su valor óhmico, sino que es necesario detallar la máxima potencia que es capaz de transformar en calor por efecto Joule sin deteriorarse y, además, la tolerancia dentro de la cual garantiza el fabricante que se va a encontrar el valor óhmico pedido. Es lógico que el precio del elemento aumente con la exigencia de tolerancias menores.
    En el caso de resistencias especiales habrá que estudiar con más detenimiento la característica deseada y elegir según los catálogos de los fabricantes. El orden de magnitud de los valores límites existentes en el mercado varía según la siguiente tabla:

    Tipo Variación
    Carbón 0,1 Ω -- 100 MΩ
    Depósito superficial 0,1 Ω -- 10 MΩ
    Hilo bobinado 0,5 Ω -- 10 MΩ


    Para indicar las características esenciales se sigue uno de los caminos siguientes:
    a) Escribirlos en la superficie de la resistencia.
    b) Utilizar unas franjas coloreadas de acuerdo con la Fig. 3.

     

     Figura 3 (Click para ampliar)


    Por ejemplo, si los colores de las bandas (siempre se considerará como primera banda la más próxima a cualquiera de los extremos) son:
    Amarillo (4) Violeta (7) Rojo (2) Oro (5%)
    el valor de la resistencia será de 4700 ohmios.

    En los valores muy bajos puede tener gran influencia la resistencia que presentan las conexiones al circuito.
    La resistencia de un conductor viene dada por:


     Ecuacion 3


    donde:
    ρ resistividad (cte. que depende del material que forma el conductor).
    l longitud.
    s sección.

    Para que R venga dado en ohmios es necesario que se den correctamente los valores de esos parámetros. Normalmente, la longitud se mide en metros y la sección en mm2, por lo que ρ deberá venir dado en Ω.mm2/m (por ejemplo, el cobre tiene una resistividad -a 20ºC- de 0.017 y el aluminio comercial de 0.026) Al valor inverso de ρ se le llama conductividad, y se suele expresar con la letra c, con lo que:


     Ecuacion 4


    También hay que tener en cuenta los calentamientos que se producen por efecto Joule y según sea la temperatura ambiente, así será la de la propia resistencia, variando con ella el valor de la resistividad. La expresión (5) indica como obtener el valor de la resistividad (ρ’) a una temperatura θ’, conocida la ρ a la temperatura θ.



     Ecuacion 5



    αθ es el coeficiente de temperatura y viene dado por


     Ecuacion 6


    siendo θc la llamada temperatura crítica, que es aquella para la cual ρ se hace cero (por ejemplo, para el cobre es de -235º).
    Otro punto a tener en cuenta, sobre todo si se manejan grandes frecuencias es el efecto pelicular o skin, por el cual la sección efectiva disminuye (la resistencia aumenta) cuando la frecuencia aumenta. La aparición de un campo magnético asociado a la intensidad que circula por ella provoca que, en definitiva, aparezca una tendencia a circular la corriente eléctrica por las capas más externas del conductor, con lo que la sección de éste aprovechada es menor que la real.
    También hay que considerar que si la resistencia es de hilo bobinado aparecerá un efecto de inducción que será tanto más importante cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente. En este caso, el circuito equivalente de una resistencia real será de una resistencia en serie con una inducción.
    Para las resistencias utilizadas en los circuitos, lo más normal es considerarlas como ideales, o si se tiene en cuenta alguno de los efectos anteriormente indicados, efectuar las correcciones oportunas.


    CONDENSADORES
    Otro componente muy importante en electrónica es el condensador, siendo los más comunes los llamados electrolíticos. Están formados por dos láminas de aluminio, recubiertas por una capa de óxido de aluminio, el que actúa como aislante (dielectrico) y entre estas va una lámina de papel impregnado en un líquido conductor llamado electrolito, de ahí su nombre. Estas 3 láminas o tiras (muy finas por lo demás) se enrrollan e introducen en un cilindro que se cierra hermeticamente. Coloquialemente en la jerga electrónica se le llama "tarro".
    Una caracteristica del condensador electrolitico es que al conectarle un voltaje en sus placas, durante un breve tiempo, fluirá una corriente eléctrica que se acumulará en cada una de ellas. Si se desconecta el voltaje el condensador este conserva la carga y la tensión asociada por un lapso de tiempo, siempre ligado a su valor. Debe destacarse que este tipo de condensador tiene polaridad y no debe conectarse al revés ya que tienden a explotar violentamente, hechando gran cantidad de humo, blanco por lo general, y derramando el electrolito en el circuito.
    Otro tipo de condensadores muy utilizados son los tipo "lenteja", ampliamente usados en placas madre de computadores y otros dispositivos electrónicos. Se colocan a razón de uno por cada chip para evitar que se generen corrientes supérfluas (siseo o interferencia) o efecto Ripple .
    Las tensiones alternas, como las provocadas por una señal de sonido o de radio, generan mayores flujos de corriente hacia y desde las placas, es por eso que el condensador actúa como conductor de la corriente alterna. Este efecto se puede utilizar, por ejemplo, para separar una señal de sonido o de radio de una corriente continua, a fin de conectar la salida de una fase de amplificación a la entrada de la siguiente.
    El valor de los condensadores se lee en unidades de Faradios en honor al físico Michael Faraday : Se mide en uF(micro Faradios), pF(pico Faradios), nF(nano Faradios)
    condesador electrolítico
    condensadores ceramicos
    condensadores de poliester
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    Condensador

    La cantidad de tipos de condensadores existentes en el mercado es grande, así como sus aplicaciones.
    Las especificaciones necesarias para el pedido de un condensador son:
    -Capacidad.
    -Tensión máxima que es capaz de soportar entre sus terminales sin que se perfore el dieléctrico.
    -Tolerancia garantizada por el fabricante para el valor de la capacidad indicada.

    A veces, como ocurre en algunos tipos de resistencias, se indican estos valores mediante bandas coloreadas en la superficie del condensador. En otros casos se imprimen sus valores numéricos.
    Igual que sucede en la resistencia, el condensador real se separa algo del ideal.


     


    La resistencia R1 quiere indicar un camino de la corriente de fugas, que siempre existe a través del dieléctrico colocado entre las armaduras del condensador.
    R2 representa la resistencia de los electrodos, tapas, conexiones y terminales.
    L es la inductancia interelectródica y representa la acción del flujo concatenado por dos conductores en paralelo (los terminales del condensador).
    Ya se ve que R2 y L serán tenidos en cuenta sólo en casos muy excepcionales.
    De mayor importancia es la resistencia R1, causante de la autodescarga del condensador desconectado del circuito. En un condensador ideal, la tensión se mantendría constante a lo largo del tiempo; sin embargo, en uno real se observa que la tensión disminuye según una exponencial de tanto mayor pendiente cuanto menor sea R1. Veremos algo más de detalle a este respecto cuando estudiemos los circuitos de primer orden.
    Como normalmente los fenómenos eléctricos varían en períodos de tiempo muy cortos frente al tiempo de descarga, no se suele tener en cuenta R2 y se considera al condensador como ideal.
    Para terminar, solamente añadir que para los condensadores utilizados en la corrección del factor de potencia (en general, para los circuitos usados en electricidad, no en electrónica) en lugar de dar el valor de la capacidad C se da el de su potencia reactiva (Var) y la tensión de conexión a la red.


    Bobina de Inducción

    Es el elemento que menos se aproxima a las condiciones ideales, ya que al estar formado por un conductor devanado en forma helicoidal, siempre existirá la resistencia del propio conductor que da origen a la bobina.
    Como por definición


     


    se podría aumentar L aumentando N o θ. En el primer caso, el valor de la resistencia del conductor sería grande, a no ser que aumentásemos la sección encareciendo con ello la bobina. El aumento de θ podría lograrse utilizando un núcleo de material ferromagnético; por ejemplo hierro.
    Esto da lugar a la aparición de pérdidas por histéresis y por corrientes de Foucault, que son proporcionales al cuadrado de la tensión aplicada a la bobina. Por ello se asimilan a las que se producirían en una resistencia Rp tal que al estar sometida a la tensión de la bobina (conectada, por tanto, en paralelo con ella) se cumpla:



    También se podría tener en cuenta en un estudio muy riguroso la capacidad que aparece entre las espiras que forman el devanado (conductores separados por un dieléctrico y sometidos a una tensión).
    Con todo lo dicho, el circuito equivalente pasaría a ser el de la Fig. 5a o el más simple de la Fig. 5b.



    Este último es el que normalmente se utiliza, aunque cuando se trabaja a frecuencias elevadas, la influencia de C y de Rp no puede despreciarse.

    INDUCTANCIAS

    Por lo general se parecen mucho a las resistencias, pero es inevitable al mirarlas que se nota un alambre enrrollado en su interior en forma de bobina (carrete de hilo). Al pasar una corriente a través de la bobina, alrededor de la misma se crea un campo magnético que tiende a oponerse a los cambios bruscos de la intensidad de la corriente. Al igual que un condensador, un inductor se puede usar para diferenciar entre señales alternas. Al utilizar un inductor conjuntamente con un condensador, la tensión del inductor alcanza un valor máximo a una frecuencia específica que depende de la capacitancia y de la inductancia. Este principio se emplea en los receptores de radio al seleccionar una frecuencia específica mediante un condensador variable. Tambien se aprovecha para evitar transcientes (variaciones) de voltaje en circuitos electrónicos. La unidad en que se mide es el Henry en honor a Joseph Henry . Por norma traen el valor impreso en el cuerpo.

    Bobinas en Acoplamiento Magnético

    La bobina en acoplamiento real se reduce a representar cada una de las inducciones como una bobina real; lo único nuevo es la aparición de una capacidad de acoplamiento entre los dos devanados C3.



    Transformador Real

    El circuito equivalente de un transformador real es ligeramente más complicado que el de dos bobinas acopladas.


     


    En la Fig. 7, S1 y S2 son las inductancias de dispersión y LM1 es la inductancia magnetizante. Es necesario introducir este último elemento en la representación, para saber la divergencia existente entre el transformador real y el ideal, lo que es debido al hecho de que la inductancia de las bobinas no es infinita.




    ¨Un diodo es un dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección. De forma simplificada, la curva característica de un diodo consta de dos regiones, por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con muy pequeña resistencia eléctrica.
    ¨Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de convertir una corriente alterna en corriente continua. 
    resistencia 
    La resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de corriente. Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual a lafricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmnímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.
    La resistencia de cualquier objeto depende únicamente de su geometría y de su resistividad, por geometría se entiende a la longitud y el área del objeto mientras que la resistividad es un parámetro que depende del material del objeto y de la temperatura a la cual se encuentra sometido. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor que se mantendrá constante. Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón entre la caída de tensión y la corriente en dicha resistencia, así:1
    donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios.

    Resistencias en serie
    Dos o más resistencias en serie (que les atraviesa la misma intensidad) es equivalente a una única resistencia cuyo valor es igual a la suma de las resistencias.
    Resistencias en paralelo
    Cuando tenemos dos o más resistencias en paralelo (que soportan la misma tensión), pueden ser sustituidas por una resistencia equivalente.

    Aparatos de medición.
    voltimetro
    Aparato que mide tensiones eficaces tanto en continua como en alterna, y su colocación es de forma obligatoria en "paralelo" al componente sobre el cual se quiere medir su tensión.
    voltimetro continuo
     voltimetro de altrna
    amperimetro


    Un  amperímetro, es un instrumento destinado  a medir la intensidad de la 
    corriente eléctrica que recorre una rama dada de un circuito. Los amperímetros 
    usuales requieren para ello interrumpir la rama en un punto e intercalar el aparato, 
    de modo que la corriente a medir circule por el interior del mismo (figura 1): los 
    amperímetros se conectan en serie. Los amperímetros analógicos se suelen construir 
    utilizando un microamperímetro como aparato base al que se conecta una resistencia 
    en paralelo. Esta resistencia, junto a las  características del aparato base, define el 
    margen de medida del amperímetro. 
     Los amperímetros usuales disponen de varias escalas, que el fabricante define 
    montando en el interior del aparato las resistencias adecuadas para cada una de 
    ellas. Desde el punto de vista de la red eléctrica en la que se utiliza el aparato, el 
    circuito equivalente de un amperímetro es su resistencia interna. 
     Un  amperímetro ideal no modificaría las corrientes y potenciales de un 
    circuito al instalarlo en el mismo. De  tal forma que la corriente medida sería 
    efectivamente la existente antes de conectar el aparato. El amperímetro ideal 
    presentaría una resistencia  interna nula. Sin embargo, los amperímetros reales 

    ohmetro


     Un óhmetro, Ohmnímetro, u Ohmniómetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica.
     El diseño de un óhmnimetro se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego, mediante un galvanómetro, medir la corriente que circula a través de la resistencia.
     La escala del galvanómetro está calibrada directamente en ohmios, ya que en aplicación de la ley de Ohm, al ser el voltaje de la batería fijo, la intensidad circulante a través del galvanómetro sólo va a depender del valor de la resistencia bajo medida, esto es, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa.
     Existen también otros tipos de óhmetros más exactos y sofisticados, en los que la batería ha sido sustituida por un circuito que genera una corriente de intensidad constante I, la cual se hace circular a través de la resistencia R bajo prueba. Luego, mediante otro circuito se mide el voltaje V en los extremos de la resistencia. De acuerdo con la ley de Ohm el valor de R vendrá dado por:

     Para medidas de alta precisión la disposición indicada anteriormente no es apropiada, por cuanto que la lectura del medidor es la suma de la resistencia de los cables de medida y la de la resistencia bajo prueba.
     Para evitar este inconveniente, un óhmetro de precisión tiene cuatro terminales, denominados contactos Kelvín. Dos terminales llevan la corriente constante desde el medidor a la resistencia, mientras que los otros dos permiten la medida del voltaje directamente entre terminales de la misma, con lo que la caída de tensión en los conductores que aplican dicha corriente constante a la resistencia bajo prueba no afecta a la exactitud de la medida.
    fuentes de corriente
    En el caso anterior de la fuente de tensión había una resistencia interna muy pequeña, pero una fuente de corriente es diferente, tiene una resistencia interna muy grande, así una fuente de corriente produce una corriente de salida que no depende del valor de la resistencia de carga
    Fuente de corriente ideal
    No existe, es ideal como en el anterior caso de la fuente de tensión ideal..

    Fuente de corriente real
    Son las fuentes que existen en la realidad.

    Veamos que ocurre con los diferentes valores de RL.

    Con esto vemos que una fuente de corriente funciona mejor cuando su resistencia interna es muy alta, mientras que una fuente de tensión funciona mejor cuando su resistencia interna es muy baja. La intensidad de carga tiene esta forma:

    Fuente de corriente (aproximadamente) constante
    Solo se pierde el 1 % en el peor caso. Con esto nos aproximamos a la fuente de corriente ideal. Veamos 2 valores diferentes de RL.

    Resumen
    Si tenemos que comparar 2 fuentes de corriente, la mejor será la que tenga una Rint más grande (o sea la más parecida a la ideal, que tiene una Rint = 8).
    A 0 ºK (-273 ºC) un metal no conduce.
    A Temperatura ambiente 300 ºK ya hay electrones libres debidos a la energía térmica. Enlace covalente roto: Es cuando tenemos un hueco, esto es una generación de pares electrón libre-hueco.
    Los electrones libres (electrones) se mueven hacia la izquierda ocupando el lugar del hueco.
     Carga del electrón libre = -1.6x10-19 Culombios.Los electrones ligados (huecos) se mueven hacia la derecha.
     Carga de electrón ligado = +1.6x10-19 Culombios.

    Por la energía térmica se están creando electrones libres y huecos.
    Se recombinan otros electrones libres y huecos.
    Quedan algunos electrones libres y huecos en un estado intermedio, en el que han sido creados y todavía no se han recombinado.
    0.3 V para diodos de Ge.
    0.7 V para diodos de Si.
    SEMICONDUCTORES:
     Antes de ver el funcionamiento de Diodos, Transistores y circuitos integrados, estudiaremos los materiales Semiconductores. Estos, que no son ni conductores ni aislantes, tienen electrones libres, pero lo que les caracteriza especialmente son los huecos.
     En este tema, veremos los conceptos y propiedades más importantes de los Semiconductores.
     Los objetivos de este tema son:
    Conocer las características de los semiconductores y conductores a nivel atómico.
    Ser capaz de describir la estructura de un cristal de Silicio.
    Saber cuales son y como se comportan los dos tipos de portadores y sus impurezas.
    Ser capaz de explicar las condiciones que se dan en la unión pn sin polarizar, polarizada en directa y polarizada en inversa.Conocer los dos tipos de corrientes de ruptura provocados por la aplicación sobre un diodo de gran voltaje en inversa.
    CONDUCTORES:
     Un conductor es un material que, en mayor o menor medida, conduce el calor y la electricidad. Son buenos conductores los metales y malos, el vidrio, la madera, la lana y el aire.

     Resistencias de hilo bobinado
    Fueron de los primeros tipos en fabricarse, y aún se utilizan cuando se requieren potencias algo elevadas de disipación. Están constituidas por un hilo conductor bobinado en forma de hélice o espiral (a modo de rosca de tornillo) sobre un sustrato cerámico.
    Las patas de conexión se implementaban con hilo enrollado en los extremos del tubo de grafito, y posteriormente se mejoró el sistema mediante un tubo hueco cerámico (figura inferior) en el que se prensaba el grafito en el interior y finalmente se disponían unas bornas a presión con patillas de conexión.
    Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen unas tolerancias de fabricación muy elevadas, en el mejor de los casos se consigue un 10% de tolerancia, incluso su valor óhmico puede variar por el mero hecho de la soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas al componente. Además tienen ruido térmico también elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido es un factor crítico, tales como amplificadores de micrófono, fono o donde exista mucha ganancia. Estas resistencias son también muy sensibles al paso del tiempo, y variarán ostensiblemente su valor con el transcurso del mismo.
    Resistencias de carbón prensado
    Estas fueron también de las primeras en fabricarse. Están constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual se prensa hasta formar un tubo como el del dibujo.
    Las patas de conexión son de con hilo enrollado en los extremos del tubo de grafito.
    Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen unas tolerancias de fabricación muy elevadas, en el mejor de los casos se consigue un 10% de tolerancia, incluso su valor óhmico puede variar por el mero hecho de la soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas al componente. Además tienen ruido térmico también elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido es un factor crítico, tales como amplificadores de micrófono, fono o donde exista mucha ganancia. Estas resistencias son también muy sensibles al paso del tiempo, y variarán ostensiblemente su valor con el transcurso del mismo.
    Resistencias de película de carbón
    Este tipo es muy habitual hoy día, y es utilizado para valores de hasta 2 watios. Se utiliza un tubo cerámico como sustrato sobre el que se deposita una película de carbón tal como se aprecia en la figura.
    Para obtener una resistencia más elevada se practica una hendidura hasta el sustrato en forma de espiral, tal como muestra (b) con lo que se logra aumentar la longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la longitud del elemento resistivo.
    Las conexiones externas se hacen mediante crimpado de cazoletas metálicas a las que se unen hilos de cobre bañados en estaño para facilitar la soldadura. Al conjunto completo se le baña de laca ignífuga y aislante o incluso vitrificada para mejorar el aislamiento eléctrico. Se consiguen así resistencias con una tolerancia del 5% o mejores, además tienen un ruido térmico inferior a las de carbón prensado, ofreciendo también mayor estabilidad térmica y temporal que éstas.
    Resistencias de película de óxido metálico
    Son muy similares a las de película de carbón en cuanto a su modo de fabricación, pero son más parecidas, eléctricamente hablando a las de película metálica. Se hacen igual que las de película de carbón, pero sustituyendo el carbón por una fina capa de óxido metálico (estaño o latón). Estas resistencias son más caras que las de película metálica, y no son muy habituales. Se utilizan en aplicaciones militares (muy exigentes) o donde se requiera gran fiabilidad, porque la capa de óxido es muy resistente a daños mecánicos y a la corrosión en ambientes húmedos.
    Resistencias de película metálica
    Son muy similares a las de película de carbón. Este tipo de resistencia es el que mayoritariamente se fabrica hoy día, con unas características de ruido y estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores. Tienen un coeficiente de temperatura muy pequeño, del orden de 50 ppm/ºC (partes por millón y grado Centígrado). También soportan mejor el paso del tiempo, permaneciendo su valor en ohmios durante un mayor período de tiempo. Se fabrican este tipo de resistencias de hasta 2 watios de potencia, y con tolerancias del 1% como tipo estándar.
    Resistencias de metal vidriado
    Son similares a las de película metálica, pero sustituyendo la película metálica por otra compuesta por vidrio con polvo metálico. Como principal característica cabe destacar su mejor comportamiento ante sobrecargas de corriente, que puede soportar mejor por su inercia térmica que le confiere el vidrio que contiene su composición. Como contrapartida, tiene un coeficiente térmico peor, del orden de 150 a 250 ppm/ºC. Se dispone de potencias de hasta 3 watios.
    Resistencias dependientes de la temperatura
    Aunque todas las resistencias, en mayor o menor grado, dependen de la temperatura, existen unos dispositivos específicos que se fabrican expresamente para ello, de modo que su valor en ohmios dependa "fuertemente" de la temperatura. Se les denomina termistores y como cabía esperar, poseen unos coeficientes de temperatura muy elevados, ya sean positivos o negativos. Coeficientes negativos implican que la resistencia del elemento disminuye según sube la temperatura, y coeficientes positivos al contrario, aumentan su resistencia con el aumento de la temperatura. El silicio, un material semiconductor, posee un coeficiente de temperatura negativo. A mayor temperatura, menor resistencia. Esto ocasiona problemas, como el conocido efecto de "avalancha térmica" que sufren algunos dispositivos semiconductores cuando se eleva su temperatura lo suficiente, y que puede destruir el componente al aumentar su corriente hasta sobrepasar la corriente máxima que puede soportar.
    A los dispositivos con coeficiente de temperatura negativo se les denomina NTC (negative temperature coefficient).
    A los dispositivos con coeficiente de temperatura positivo se les denomina PTC (positive temperature coefficient).
    Una aplicación típica de un NTC es la protección de los filamentos de válvula, que son muy sensibles al "golpe" de encendido o turn-on. Conectando un NTC en serie protege del golpe de encendido, puesto que cuando el NTC está a temperatura ambiente (frío, mayor resistencia) limita la corriente máxima y va aumentando la misma según aumenta la temperatura del NTC, que a su vez disminuye su resistencia hasta la resistencia de régimen a la que haya sido diseñado. Hay que elegir correctamente la corriente del dispositivo y la resistencia de régimen, así como la tensión que caerá en sus bornas para que el diseño funcione correctamente.
    Resistencias variables
    Estas resistencias pueden variar su valor dentro de unos límites. Para ello se les ha añadido un tercer terminal unido a un contacto móvil que puede desplazarse sobre el elemento resistivo proporcionando variaciones en el valor de la resistencia. Este tercer terminal puede tener un desplazamiento angular (giratorio) o longitudinal (deslizante).
    Según su función en el circuito estas resistencias se denominan:
    Potenciómetros:
    Se aplican en circuitos donde la variación de resistencia la efectúa el usuario desde el exterior (controles de audio, video, etc.).
    Trimmers, o resistencias ajustables:
    Se diferencian de las anteriores en que su ajuste es definitivo en el circuito donde van aplicadas. Su acceso está limitado al personal técnico (controles de ganancia, polarización, etc.).
    Reostatos:
    Son resistencias variables en las que uno de sus terminales extremos está eléctricamente anulado. Tanto en un potenciómetro como un trimmer, al dejar unos de sus terminales extremos al aire, su comportamiento será el de un reostato, aunque estos están diseñados para soportar grandes corrientes.

    CONDENSADORES
    Un condensador consiste básicamente en dos placas metálicas conductoras llamadas armaduras separadas entre si por un material aislante, denominado dieléctrico. EN la siguiente tabla se muestran las constantes dieléctricas de algunos materiales con respecto de la del vació.
    material
     relativo (0 =1)
    aire
    1.0006
    teflón
    2.0
    polipropileno (MKP)
    2.1
    poliestireno
    2.5
    policarbonato (MKC)
    2.9
    poliéster / mylar (MKT)
    3.2
    vidrio
    4.0 - 8.5
    mica
    6.5 - 8.7
    cerámica
    6.0 - 50,000
    óxido de aluminio
    7.0
    óxido de tántalo
    11.0
    Condensador electrolítico
    Se hacen formando un arrollamiento de película de aluminio, e inicialmente separadas por una capa de un material absorbente como tela o papel impregnado con una solución o gel, aunque modernamente se emplea óxido de aluminio o tántalo. El conjunto se introduce en un contenedor de aluminio, dando un aspecto de "bote".
    Según la disposición de las patillas, existe la configuración axial y la radial.  Los condensadores electrolíticos modernos se fabrican utilizando un electrolito dentro del propio condensador, y la acción de una tensión en bornas del condensador refuerza la capa dieléctrica de óxido, de modo que es imprescindible la correcta polarización del condensador. Si aplicamos una polarización errónea, el dieléctrico se destruye y las placas entran en contacto. Además, generalmente la polarización inversa origina generación de gases por electrolisis y pueden provocar una explosión. La ventaja de este tipo de condensadores es su tamaño reducido, por lo que se consiguen capacidades muy grandes. Esto es debido a la finísima capa dieléctrica.
    Al principio, se fabricaban estos condensadores sumergidos en un electrolito formado por agua y glicol, y quizás ácido bórico para incrementar la viscosidad y mejorar el auto sellado del dieléctrico. Sin embargo, la corrosión era un problema, y modernamente se emplean electrolitos de tipo orgánico, tales como dimetil acetamida o metil-formamida.
    Recientemente se han desarrollado condensadores electrolíticos de "aluminio sólido" basados en electrolito de dióxido de manganeso. Son muy similares a los de tántalo, aunque mucho más baratos.
    Un gran inconveniente de los condensadores electrolíticos es su relativamente corta duración. Normalmente tienen un período de vida medio de 1000 - 5000 horas, y también se estropean aunque no se utilicen, aunque se alargue su período de vida. Es cuando decimos que un condensador está "seco" y hay que sustituirlo.
    Otro inconveniente es su gran margen de tolerancia; son normales tolerancias del 20% en este tipo de condensadores.
    Habitualmente se denomina a este tipo de condensadores "polarizados", pero es un término impreciso. Existen condensadores electrolíticos no polarizados, empleados profusamente en crossovers de baja calidad, y cuyo aspecto es exactamente igual al de los polarizados, o sea, parecen un "bote", pero podemos conectarlos sin atender a ninguna polarización. Muchos autores tachan a este tipo de condensadores, incluso a los electrolíticos normales como no aconsejables para su utilización en circuitos de audio de calidad, por su distorsión y sus pérdidas, pero este es un tema que abordaremos en otro apartado.

    Condensadores de película
    Todos los condensadores de película son no polarizados, es decir, no requieren marcar una patilla como positiva o negativa, siendo indiferente su conexión en el circuito. Son los preferidos en los circuitos de audio de calidad, siempre que el tamaño lo permita, por sus pocas pérdidas y distorsión reducida. Se pueden construir enrollando el conjunto placas-dieléctrico, similar a un electrolítico, o bien apilando en capas sucesivas como un libro. Se emplean mayoritariamente como dieléctricos diferentes plásticos, como polipropileno (MKP), poliéster/mylar (MKT), poliestireno, policarbonato (MKC) o teflón. Pala las placas se utiliza mayoritariamente aluminio con un alto grado de pureza. Según el tipo de dieléctrico utilizado, para una misma capacidad y tensión de trabajo, se obtienen condensadores de distinto tamaño.La alta rigidez dieléctrica del poliéster, permite hacer condensadores de poco tamaño y a costes relativamente bajos, de uso rutinario allí donde no se necesiten calidades especiales. Se disponen de capacidades de entre 1000 pF y 4.7 uF, a tensiones de trabajo de hasta 1000V. El factor de pérdidas por dieléctrico es relativamente alto en el poliéster. Para audio, el polipropileno o poliestireno permiten unas pérdidas mucho menores en el dieléctrico, pero son mucho mayores en tamaño, además de mucho más caros. Los de poliestireno son utilizados en filtros. Un inconveniente de los condensadores de poliestireno es el bajo punto de fusión del dieléctrico. Por ello suelen diferenciarse estos condensadores, ya que se protege el dieléctrico separando los pines de soldadura del cuerpo del condensador, tal como muestra la foto.
     Condensadores de mica
    Es un dieléctrico de unas características intermedias entre los condensadores electrolíticos y los de película, teniendo una rigidez dieléctrica alta y otras características excelentes, como muy bajas pérdidas, pero su capacidad se limita hasta los 4700 pF aproximadamente.Por el contrario, es muy caro, y al ser un material rígido, sólo se pueden construir condensadores en forma de láminas apiladas (stacked-film). Se utiliza en aplicaciones industriales de alta tensión, amplificadores de válvulas cuando se requiera poca capacidad y aplicaciones de precisión.
    Condensadores cerámicos
    Son los que tienen un mayor rango de valores de su constante dieléctrica, pudiendo llegar a un valor de 50000 veces superior a la del vacío. Se basan en varias mezclas de óxido de titanio y zirconio, o bien en titanatos o zirconatos de calcio, bario, estroncio o magnesio, y atendiendo a esta variedad de compuestos, dan un rango amplísimo de constantes dieléctricas.Los materiales de alta constante dieléctrica, pueden ofrecer componentes pequeños para un valor relativamente elevado de capacidad. El inconveniente de estos dieléctricos de alta cte. dieléctrica es que el valor de la misma depende mucho de la temperatura, así como las pérdidas en el dieléctrico. Sin embargo, donde el valor de la capacidad es relativamente menos importante, como por ejemplo en filtros pasa RF, estos componentes son ampliamente utilizados.
    BOBINAS 
    Las bobinas son un tipo de elementos pasivos capaces de generar un campo magnético cuando son atravesados por una corriente eléctrica.
    Para construirlas se utilizan núcleos de materiales ferromagnéticos como el hierro dulce, chapa magnética, ferrita... Estos materiales conducen muy fácilmente el flujo magnético, aunque a veces en algunas aplicaciones el núcleo utilizado es el aire.