· El MOSFET de empobrecimiento MOSFET de enriquecimiento Protección de los FETs CAPITULO 8...

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MICROPROCESADORESMICROPROCESADORES

COMPUTADORASCOMPUTADORASEsta obra es parte del CD:

“Enciclopedia Visual de la Electrónica”

que se distribuye exclusivamenteen la República Argentina. Para laedición se extrajo información dela revista Electrónica y Servicio yse contó con la colaboración deCentro Japonés de InformaciónElectrónica.Prohibida su reproducción parcialo total por cualquier medio.

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El Mundo de la ElectrónicaAudio, TV, Video ComputadorasMicroprocesadores

CAPITULO 1PRINCIPIOS DE GENERACION DE LA ELECTRICIDADFormas de generar electricidadElectricidad por fricción o inducciónElectricidad por reacción químicaComponentes y aplicaciones de las pilas

Fabricación de una pila primariaElectricidad por presiónElectricidad por calorElectricidad por luzAplicaciones del efecto fotoeléctrico

Efecto fotoiónicoEfecto termoeléctricoEfecto fotovoltaico

Electricidad por magnetismoUN VISTAZO A LA ELECTRONICA DE HOYEl imperio de los bitsVentajas de la tecnología digitalComunicacionesAudio y videoEl DVDLa televisión de alta definiciónMétodos de grabación de audio digitalProceso digital de audioProcesamiento de datos

MicroprocesadoresCapacidad de almacenamiento de datos

Internet

CAPITULO 2¿QUE ES LA ELECTRICIDAD Y QUE LAELECTRONICA?

Estructura atómicaAtomos: protones, electrones y neutronesConstitución del átomo: protones, electro-

nes y neutronesIones positivos y negativosConductores, semiconductores y aislantesFlujo de electronesDiferencia de potencial, tensión, fuerza

electromotriz

Corriente eléctricaResistencia eléctrica ConductanciaClasificación de los resistoresCódigo de colores para resistoresPilas y bateríasCONDUCCION DE LA CORRIENTE ELECTRICALos conductores y los aislantesLa electricidad como fluidoTipos de conductoresCampo eléctrico y corriente eléctricaEl campo eléctricoCorriente electrónica y corriente convencionalVelocidad de la corrienteLA REVOLUCION DE LOS MEDIOS OPTICOSMedios de soporte de informaciónEl surgimiento de la tecnología ópticaLuz y protuberanciasTecnología digitalOtros sistemas ópticos

El disco láser de videoEl CD-ROM - El CD-IEl Photo-CDLos medios magneto-ópticosEl DVD

CAPITULO 3RESISTENCIA ELECTRICALa resistencia eléctricaUnidad de resistenciaLa ley de OhmResistividadCircuito eléctricoOtra vez la ley de OhmCálculo de la corrienteCálculo de la resistenciaCálculo de la tensiónLos resistores en la prácticaLa ley de JouleUnidades de potencia, energía y calorCalor específico de los materialesDIODOS SEMICONDUCTORESIntroducciónDiodos semiconductores, rectificadores, zéner,de corriente constante, de recuperación en es-calón, invertidos, túnel, varicap, varistores,emisores de luzOtros tipos de LED

CAPITULO 4ASOCIACION DE RESISTORES, ASOCIACION DEPILAS, POTENCIA ELECTRICAAsociación de resistoresAsociación de pilasPotencia eléctricaCálculo de potenciaAplicación de la ley de JoulePotencia y resistenciaCAPACITORESLa capacidadCapacitores planosLa energía almacenada en un capacitorLos capacitores en la prácticaAsociación de capacitoresCapacitores de papel y aceiteEl problema de la aislaciónCapacitores de poliéster y policarbonato, depoliestireno, cerámicos, electrolíticosCapacitores variables y ajustablesDónde usar los trimmersTensión de trabajoCapacitores variablesBanda de valoresPOR QUE APARECIERON LOS TRANSISTORESComienza la revolución digitalEn el principio fue la válvula de vacíoSurge el transistor¿Qué es en realidad un semiconductor?Principio de operación de un transistorTransistores contenidos en obleas de silicioSurgen los microprocesadoresFamilias MOS y MOSFETTransistores de altas potenciasFuturo del transistor

CAPITULO 5MAGNETISMO E INDUCTANCIA MAGNETICAEl efecto magnéticoCampo eléctrico y campo magnéticoPropiedades magnéticas de la materiaCálculos con fuerzas magnéticasDispositivos electromagnéticosElectroimanes y solenoidesRelés y Reed-relésLos galvanómetrosLos inductores

En ci cl o p e d i aEn ci cl o p e d i a

VV i sua li sua l

d e l ad e l a

El e ct r ó n i caEl e ct r ó n i ca

LOS COMPONENTES DE CORRIENTE ALTERNACorriente continua y corriente alternaRepresentación gráfica de la corriente alternaReactanciaReactancia capacitivaFase en el circuito capacitivoReactancia inductivaFase en el circuito inductivo¿Qué es una señal?TIRISTORES Y OTROS DISPOSITIVOS DE DISPAROLos tiristoresRectificador controlado de silicioInterruptor controlado de silicioFotoSCRDiodo de cuatro capasSUS, TRIAC, DIAC, SBS, SIDAC, UJT

CAPITULO 6LAS ONDAS ELECTROMAGNETICASLa naturaleza de las ondas electromagnéticas PolarizaciónFrecuencia y longitud de ondaEl espectro electromagnético y las ondas de ra-dioEspectro electromagnéticoEL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADORConfiguraciones circuitales básicasEl amplificador base comúnEl amplificador emisor comúnEl amplificador colector comúnResumen sobre polarizaciónRecta estática de cargaRecta dinámica de cargaCálculo de los capacitores de pasoAcoplamientos interetapas

a) Acoplamiento RCb) Acoplamiento a transformadorc) Acoplamiento directo

FUNDAMENTOS FISICOS DE LA REPRODUCCIONDEL SONIDOPropagación de las vibraciones u ondasLa onda de sonidoCaracterísticas físicas

Frecuencia o tonoAmplitudIntensidadTimbre

Velocidad del sonido Reproducción del sonidoTipos de reproductores acústicos (parlantes)

CAPITULO 7EL SURGIMIENTO DE LA RADIOLos experimentos de FaradayLos planteamientos de MaxwellLas ondas de radio y el espectro electromagné-ticoLa telegrafía sin hilosEstructura simplificada de una válvula diodoPrincipio básico de operación de un receptorde radio Las primeras transmisionesLa evolución de las comunicaciones por ondasradialesEl desarrollo de la radio comercial Modulación en FM y transmisión en estéreoTRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPOLos FETsEl JFETEfecto de campoEl MOSFET de empobrecimientoMOSFET de enriquecimientoProtección de los FETs

CAPITULO 8INSTRUMENTOS PARA CORRIENTE CONTINUA Instrumentos analógicosFuncionamiento de algunos instrumentos analó-gicosEmpleo como amperímetroEmpleo como voltímetroOhms por volt en los voltímetros de continuaCausas de errores en las medicionesLas puntas de pruebaPuntas pasivasPuntas activasMEDICIONES EN CIRCUITOS TRANSISTORIZADOSa) apertura de los circuitos de polarizaciónb) apertura de los elementos del transistorc) entrada en corto de los elementos del transis-tord) entrada en corto de elementos de acopla-

miento de la etapaEL SURGIMIENTO DE LA TVQué es la televisiónEl televisor despliega señales eléctricasOrígenes de la televisiónSe establecen los formatosCómo se convierte la imagen en señales eléctri-casLa señal de video compuesto

CAPITULO 9INSTRUMENTOS PARA EL TALLER Y MONTAJES DEEQUIPOSEl instrumental para reparacionesInstrumentos para el banco de trabajoConjunto de instrumentos básicosProbador de semiconductoresLista de materiales del conjunto de instrumentosbásicosLista de materiales del probador de semicon-ductoresGenerador de señales para calibración y prue-basLista de materiales del generador de señalesInstrumentos para equipos de audioLos galvanómetrosVúmetro para señales débilesVúmetro para señales fuertesIndicador de equilibrioModo de usoDIODO ZENERCaracterísticas de operaciónRuptura del zénerCurvas característicasResistencia del zénerEfectos de la temperaturaAplicaciones de los diodos zénerCaracterísticas de los diodos zéner comercialesComprobación de los diodos zénerLOS MICROFONOS¿Qué es un micrófono?Teléfonos y micrófonosEl transductor Tipos de micrófonosMicrófono de carbónMicrófono de capacitorMicrófono de bobina móvilMicrófono de cristalCaracterísticas de los micrófonosSensibilidadDireccionalidadImpedanciaInmunidad al ruido

CAPITULO 10PRIMERAS REPARACIONES EN EQUIPOS TRANSISTORIZADOSPrueba de transistores con el tésterAnálisis de montajes electrónicosLo que puede estar malDefectos y comprobacionesMediciones en pequeños amplificadoresSustitución del componenteEquivalenciasMEDICIONES QUE REQUIEREN PRECISIONMétodo de compensación de Dubois-ReymondMétodo de compensación de PoggendorfDISPOSITIVOS ELECTRONICOS DE MEMORIADispositivos de memoriaAplicaciones de los circuitos de memoriaTécnicas de fabricación de las memorias digita-lesCómo trabaja una memoria digitalMemorias de la familia ROM

Memorias ROMMemorias PROMMemorias EEPROMMemorias UV-EPROM

Memorias de la familia RAMMemorias SRAMMemorias DRAMMemorias VRAMMemorias NOVRAMMemorias en equipos de audio y videoMemorias en computadoras PCRAM, Caché, ROMMemoria FlashCMOS-RAMMemoria de video

CAPITULO 11IDENTIFICACION DE COMPONENTESCómo encarar la reparación de equipos elec-trónicos

Camino lógicoConocer la operación de un circuitoEL LASER Y LOS CONCEPTOS DE LA LUZLa luz en la época de las lucesLos planteamientos de HuygensLos planteamientos de NewtonEinstein y el efecto fotoeléctricoPartículas elementales de la materiaAbsorción y emisiónFuentes convencionales de luzEmisión inducida o estimuladaEstructura básica del láser

CAPITULO 12TV COLORCómo transmitir imágenesLa transmisión de TVLa antena de TVAntenas para varios canales

a) Antena Yagib) Antena cónicac) Antena logarítmica periódica

TV por satéliteEl cable de bajadaEl sintonizador de canalesLa etapa amplificadora de FI de videoNeutralización y ajustesEl control automático de ganancia (CAG)Los circuitos de sincronismoEl sincronismo verticalEl sincronismo horizontalLos circuitos de sincronismoEl oscilador verticalEl oscilador horizontalLa deflexión horizontalLa deflexión verticalAlgunos defectos usuales

CAPITULO 13REPARACIONES EN RECEPTORES DE RADIOPequeñas reparaciones

1. Problemas de alimentación 2. El defecto “motor de lancha”3. Fallas y ruidos en el control de volumen4. Interrupciones en las placas5. Cambios de componentes6. Problemas del parlante7. Problemas de ajuste8. Los componentes9. Análisis con el inyector de señales10. Conclusiones

REPARACION DE EQUIPOS CON CIRCUITOS INTEGRADOSCómo procederBúsqueda de fallasCómo usar el inyectorFIBRAS OPTICASGeneralidadesEnlace óptico con fibraVentajas de las fibras ópticasFísica de la luzConstrucción de las fibras ópticasTipos de fibrasAtenuación de la fibraComponentes activosDiodos emisores de luzDiodo de inyección láser

CAPITULO 14INSTRUMENTOS PARA EL SERVICEInyector de señalesFuente de alimentaciónGenerador de funcionesGenerador de barrasMedidor de inductanciaMedidor de capacidadesProbador de CIPunta de prueba digitalInstrumentos portátiles varios

CAPITULO 15REGULADORES INTEGRADOS DE LA SERIE 78XXRegulador de tensión patrónRegulador fijo con mayor tensión de salidaAumentando la tensión de salida con zénerTensión de salida ajustable con CI regulador fijoFuente de corriente fijaFuente de corriente ajustableCómo aumentar la corriente de salidaReguladores 78XX en paraleloRegulador de tensión fijo de 7ARegulador de 7A con protección contra cortosRegulador ajustable utilizando CI 7805 y 741Fuente de tensión simétrica utilizando CI 78XX

REPARACIONES EN ETAPAS DE SALIDA DE RECEPTORES DE RADIOPrimera configuraciónSegunda configuraciónTercera configuraciónReparación con multímetroCómo medir tensiones en una radioTEORIA DE FUNCIONAMIENTO DE LOS VIDEOGRA-BADORESQué es una videograbadoraNota históricaLa grabación magnéticaGrabación lineal contra grabación helicoidalEl formato VHSGrabación de audioGrabación azimuthalEl track de control y los servomecanismosEl sistema de controlAlgunas características de las videograbadorasmodernasManejo remotoGrabación no asistidaSistema de autodiagnósticoMúltiples velocidades de reproducción Efectos digitales

CAPITULO 16LOCALIZACION DE FALLAS EN ETAPAS CON MI-CROPROCESADORESBloques básicos de control para los MP (µP)Fuente de alimentaciónDiagnóstico de fallas en la fuenteEl resetDiagnóstico de fallas en el resetReloj del µP (MP)Diagnóstico de fallas en el relojLA TELEVISION DIGITAL (DTV)¿Qué es la televisión digital?Conversión analógico/digitalTeorema de muestreo de NyquistMuestreo, cuatización y resolución Codificación A/DRecomendaciones CCIR-601Compresión digitalReducción de datosTipos de compresiónTransformaciónTransformación de coseno discreta (DCT)Cuantización CodificaciónMétodo de codificación HuffmanCompresiones de audioNormas internacionales de televisión digital

JPEG - MPEG - Perfiles y nivelesMPEG-1 - MPEG-2

Transmisión de TV progresiva y entrelazadaFormatos múltiplesComentarios finalesUSOS DEL GENERADOR DE BARRAS DE TV COLORUsos en la salida de RFUsos en la salida de FIUsos en la salida de videoUsos en la salidas de sincronismoUsos en el barrido entrelazado y progresivoFunciones y prestaciones del generador

CAPITULO 17MANEJO Y OPERACION DEL FRECUENCIMETRO¿Qué es un frecuencímetro?Consejos para la elección de un frecuencímetroPrincipio de operación del frecuencímetroAplicaciones del contador de frecuenciaMediciones en audio y videoREPARACION DE EQUIPOS DE AUDIOMedición de tensión en circuitos transistorizados¿Qué efecto causa esa alteración en la calidaddel sonido?¿Qué ocurre si estos componentes presentanproblemas?Tensiones en salidas complementariasCircuitos integrados híbridosTEOREMAS DE RESOLUCION DE CIRCUITOS Principio de superposición1) Cálculo por leyes de Kirchhoff2) Cálculo por el método de superposiciónTeorema de TheveninTeorema de Norton

CAPITULO 18¿QUE ES UNA COMPUTADORA?Arquitectura de una PC

Definición de computadoraAntecedentes de las computadoras personales

Las computadoras personales en los ‘70El surgimiento de la IBM PCLa plataforma PCGeneraciones de computadoras PC

Elementos de la PCAutotest de funcionamientoEl primer autotestEl disco de inicializaciónEl proceso de la inicializaciónConexión de periféricosCómo funciona el plug and play

Instalación del sistema plug and playLos componentes electrónicos de la PC

Funcionamiento de un transistorCómo es el transistorFuncionamiento de una memoria RAMCómo se escriben los datos en una RAMCómo se leen los datos desde una RAMCómo funciona un microprocesadorEl microprocesadorLos procesadores RISC y CISCEl CISCComputación por conjunto reducido de ins-trucciones (RISC)

Cómo se comunican los periféricos con la PCLa barra de direcciones de la PCPlacas de expansión de 8 bitsPlaca de 16 bits o placa ISAPlaca MCA de 32 bitsPlaca EISA de 32 bitsPlaca de bus local VESA (VL-BUS) de 32 bitsPlaca de bus local PCIBus local VESABus local PCI

CAPITULO 19ENSAMBLADO DE COMPUTADORASArquitectura de una PCPeriféricos de entrada de datosDispositivos de proceso de informaciónDispositivos de almacenamiento de informaciónPeriféricos de salida de datosEquipo necesario para la reparación Factores a considerar en la elección de herra-mientas, componentes y programasReparación de máquinas muy básicas emplea-das en hogares o en empresas pequeñas

a) Herramientas y componentesb) Discos sistemac) Utilerías para el servicio

MANEJO DEL OSCILOSCOPIOQué es un osciloscopioPrincipio de funcionamiento del osciloscopioTipos y marcas de osciloscopiosControles típicos de un osciloscopioConexiones de señalMediciones de carácter generalMediciones en audio y videoLa función delayTEORIA DE CIRCUITOSPrincipio de sustituciónTeorema de MillmanTeorema de la máxima transferencia de energíaTeorema de la reciprocidadMétodos de resolución de circuitosPlanteo de las ecuacionesMétodo de mallasMétodo de los nodos

CAPITULO 20CIRCUITOS DE MONTAJE SUPERFICIALAntecedentes de los circuitos impresosEstructura de un circuito impresoTipos de circuito impresoTecnología de montaje superficialEncapsulados y matrículasEncapsulados para transistores múltiplesTransistores de propósito generalIntroducciónDiodos de sintoníaDiodos SchottkyDiodos de conmutaciónDiodos múltiples de conmutaciónDiodos zéner Herramientas para la soldaduraCómo soldar un componente SMDProcedimientoEL CONTROL REMOTOQué es un control remoto

El control remoto digitalPropiedades de las emisiones infrarrojasEstructura física de un control remotoOperación del circuito emisorEl circuito de control de la unidad remotaOperación del circuito receptorEl formato de la señal infrarrojaTRATAMIENTO DE LA INFORMACION EN UNACOMPUTADORACómo suma una computadora Cómo se almacena información en los discosAlmacenamiento de informaciónAlmacenamiento de información en discosFormateo de un discoLa disquetera unidad de disco flexibleFuncionamiento de las unidades de discoLa importancia del disco rígidoLa unidades magneto-ópticas y flópticasLas unidades de back-up QIC y DATUnidades de back-up QICUnidad de cinta de back-up DAT (cinta de au-dio digital)

CAPITULO 21CODIFICACION DE SEÑALES DE TVDiagrama en bloques del modulador de sonidoRecuperación del audio en el decodificadorCIRCUITO DE CONMUTACIONEl transistor unijuntura en la conmutaciónCircuitos de aplicaciónComportamiento de las cargas en un semicon-ductorDispositivos efectivos de disparoRectificador controlado de silicioTriac - DiacLA SUPERCONDUCTIVIDAD Y SUS APLICACIONESQué se entiende por superconductividad Características de los superconductoresAplicaciones de los superconductoresGeneración de energía eléctricaMejores dispositivos electrónicosTransportación terrestreAplicaciones

CAPITULO 22MANTENIMIENTO Y REPARACION DE COMPUTADORAS¿En qué consiste el servicio a una PC?MantenimientoReparaciónProtección de la informaciónActualizaciónHerramientas y componentesDiscos con sistemaUtilitarios para el servicio a PCUtilitarios de información del sistemaUtilitarios que se incluyen en Windows 95 y Win-dows 98Utilitarios de diagnóstico y ReparaciónProgramas integradosProgramas para mantenimiento y reparaciónReparaciones típicasMantenimiento correctivo y preventivoActualización

CAPITULO 23COMUNICACIONES VIA SATELITELos satélitesLa TV satelitalElementos necesarios para ver TV satelitalLas antenas parabólicasConstrucción de un sistema para ver TV satelital

CAPITULO 24TECNICAS DIGITALESLógica digital aplicadaPresentación de las principales compuertasLógica positiva y lógica negativaCompuertas lógicasRelaciones entre las compuertasLeyes de De MorganEjemplos con compuertasFunción lógica comparaciónCompuertas lógicas comerciales TTLCompuertas lógicas comerciales CMOSDiseño de circuitos digitalesExpresiones canónicasQué se puede hacer con las compuertasDiagrama de Veitch y de KarnaughDiseño de circuitos lógicosEjemplos de aplicación

El principio físico según el cualuna de las partículas atómicas,el electrón, presenta una car-

ga a la que por convención se leconsidera negativa, constituye elfundamento de una de las fuentesde energía más importantes de lavida moderna: la electricidad. Eneste capítulo, de nivel básico, seexplican las seis principales formasde generación de electricidad:por fricción o inducción, por reac-ción química, por presión, por ca-lor, por luz y por magnetismo. Ytambién se aprovechan las expli-caciones para sugerir algunos ex-perimentos.

Si bien la electricidad fue cono-cida por los antiguos griegos apro-ximadamente en el año 600 AC,cuando Tales de Mileto observóque el ámbar adquiere la propie-dad de atraer objetos ligeros al serfrotado, el primer estudio científicode los fenómenos “eléctricos” fuepublicado en 1600, por William Gil-bert, un médico británico que utili-zó el término eléctrico (del griegoelektron, que significa “ámbar”)para referirse a la fuerza que ejer-ce esa sustancia al ser frotada, yquien también estableció la dife-

rencia entre las acciones magnéti-ca y eléctrica.

En esa época, aún no estabantotalmente sentadas las bases dela revolución científica de la quesurgiría la física clásica, y que to-maría forma definitiva en el sigloXVIII, con Isaac Newton, quien es-tableció una serie de principiosque darían base al método cientí-fico. No obstante, a partir de en-tonces se produjeron avances im-portantes que culminarían en el si-glo XIX, cuando diversos investiga-dores desarrollan toda la base teó-rico-práctica para la generación,aprovechamiento y distribución dela electricidad, y que tendrían co-mo punto final el establecimientode las primeras redes de distribu-ción de fluido eléctrico hacia loshogares y la industria (figura 1).

FORMAS DE GENERAR

ELECTRICIDAD

Básicamente, existen seis formasdiferentes de generar electricidad,aunque sólo algunas pueden con-siderarse fuentes eficaces de ener-gía. Lo característico en todas es

que hay que liberar los electronesde valencia a partir de otra fuentede energía para producir el flujoeléctrico; sin embargo, no es nece-sario analizar esta fundamenta-ción para entender el tema cen-tral del presente capítulo.

Las formas en que la electricidadpuede ser generada son las si-guientes: por fricción o inducción,por reacción química, por presión,por calor, por luz y por magnetis-mo.

ELECTRICIDAD POR FRICCIÓN

O INDUCCIÓN

Ya mencionamos que la fricciónentre materiales como forma deproducir electricidad, fue descu-bierta desde la antigua Grecia. Pormera casualidad, Tales de Miletoobservó que al frotar en la piel delos animales una pieza de ámbar,ésta adquiría la propiedad deatraer pequeños trozos de virutasde madera.

Actualmente, sabemos quecuando dos cuerpos se frotan en-tre sí, uno de ellos “cede” electro-nes al otro. Es decir, mientras deuno de esos cuerpos se despren-den tales partículas subatómicas,el otro las recibe; como resultado,el primero queda con déficit deelectrones y el segundo con exce-so.

Cuando un átomo tiene déficitde electrones, la carga total delmaterial es positiva; cuando tieneexceso de electrones, el materialadquiere una carga total negativa(figura 2). Para comprobar este fe-nómeno, frote varias veces en sucabeza un globo inflado; notaráque éste puede atraer pequeñostrozos de papel o mantenerse ad-herido a la pared por tiempo inde-terminado (figura 3). Otro experi-

Capítulo 1

5

Capítulo 1

Principios de Generación de la Electricidad

Fig. 1

mento consiste en peinarse el ca-bello seco, estando frente a un es-pejo y dentro de un cuarto oscuro;luego de pasar varias veces el pei-ne, podremos observar que se pro-ducen chispas luminosas; esto sedebe al efecto de desplaza-mien-to de cargas.

Conforme a lo que acabamosde explicar, la electricidad se pro-duce por el paso de los electronesde un material a otro; es decir, porefecto de la fricción. Por lo tanto,

se le conoce como“electricidad estática”.

Uno de los mediosmás conocidos paragenerar grandes canti-dades de electricidadestática, es la Máquinade Wimshurst (figura 4).Este aparato consisteen dos discos plásticoscolocados frente a fren-te, que giran en senti-dos opuestos; sobre unode ellos se encuentranvarias laminillas con-ductoras.

La mutua influenciaejercida, origina un des-plazamiento de cargas.La carga eléctrica delos discos es recupera-da mediante un par deelectrodos, los cuales secolocan de modo queestén en contacto conla superficie del discoque tiene las laminillas;cuando la cantidad decarga acumulada en la

superficie de los discos es grande,se llegan a producir arcos eléctri-cos entre las terminales externasdel dispositivo.

ELECTRICIDAD POR

REACCIÓN QUÍMICA

Una de las formas más eficientesy ampliamente utilizadas para ge-nerar electricidad, es la de lasreacciones químicas. Como ejem-

plo, tenemos las pilas y baterías uti-lizadas en equipos portátiles, ra-dios, automóviles, etc.; se puededecir que una pila es un medioque transforma la energía químicaen eléctrica, ya que está formadapor un electrolito (que puede ser lí-quido, sólido o de pasta), un elec-trodo positivo y un electrodo nega-tivo.

El electrolito, una sustancia quí-mica, reacciona con los electro-dos, de tal forma que a uno deellos llegan los electrones liberadospor la reacción -haciéndose nega-tivo-, mientras que el otro, habién-dolos perdido, adquiere carga po-sitiva (figura 5). Esta diferencia decargas entre los dos electrodos seconoce como “diferencia de po-tencial”. Si se conecta un cableconductor externo que los comuni-que, la diferencia de potencial ori-gina un camino por el que los elec-trones del electrodo negativo pa-san al electrodo positivo. Precisa-mente, al desplazamiento de loselectrones a través de un conduc-tor se le conoce con el nombre de“corriente eléctrica” (figura 6). Bá-sicamente, podemos hablar dedos tipos de pilas: primarias y se-cundarias. En el caso de las prima-rias, la sustancia química utilizadase transforma lentamente en sus-tancias diferentes; y es que, a cau-sa de la reacción química que li-bera los electrones, el electrolitono puede transformarse en la sus-tancia original que era antes desuceder aquélla (es cuando se di-ce que “las pilas se han descarga-


6

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

do”). Las pilas de este tipo tam-bién reciben el nombre “voltai-cas”.

Por su parte, las pilas secunda-rias, baterías o acumuladores, tie-nen la característicade que en ellas el elec-trolito sí puede ser re-convertido después deutilizarse en las sustan-cias originales; para lo-grarlo, basta con pasara través de él una co-rriente eléctrica, peroen sentido contrario alde su operación nor-mal (esto es a lo que sellama “recarga de lapila”).

COMPONENTES Y

APLICACIONES DE

LAS PILAS

Una de las pilas pri-marias más comunes esla Leclanché o “pila se-ca”, inventada en losaños 60 por el químicofrancés Georges Le-clanché. El electrolitoconsiste en una pastade cloruro de amonio ycloruro de zinc. Una lá-mina que se empleacomo el electrodo ne-gativo, sirve tambiéncomo envase, y estáconstruida con base enzinc; el electrodo positi-vo es la combinaciónde una barra de carbo-no con dióxido de man-ganesio, y al momentode combinar los treselementos, se obtienenaproximadamente 1,5volts entre la terminalcentral y el envase (fi-gura 7).

Otro ejemplo de pilaprimaria, es aquella quese utiliza en equipos pe-queños (tales como losrelojes de pulso digita-les). En esta pila -conforma de disco cilíndri-co-, el electrolito es unasolución de hidróxidode potasio, el electrodo

positivo se hace con óxido de mer-curio y el electrodo negativo conzinc. La pila de este tipo, conocidacomo “batería de mercurio”, ge-

nera aproximadamente 1,34 volts(figura 8).

Por lo que se refiere a la pila se-cundaria o acumulador (que co-mo ya se dijo puede ser recargadaal invertir la reacción química), ca-be mencionar que fue inventadaen 1859 por el físico francés GastonPlanté. Está formada por un elec-trolito de ácido sulfúrico y agua,con electrodos de plomo y óxidode plomo; internamente, estáconstituida por un conjunto de pi-las individuales conectadas en se-rie (figura 9). Las pilas secundariaslas encontramos en automóviles,aviones y en sistemas de almace-namiento de energía eléctrica defuentes de energía alternativa;ejemplo de estas últimas, son lospaneles solares o los generadoresmovidos por viento.

FABRICACIÓN DE UNA

PILA PRIMARIA

Para fabricar una pila primaria,se requiere solamente de un limóngrande, una laminilla de cobre yuna zinc, ambas de 5 x 1 cm. Loúnico que hay que hacer es inser-tar las laminillas, una en cada caradel limón, procurando que entrenlo más profundamente posible pe-ro sin llegar a tocarse.

Con ayuda de un voltímetro, sepuede comprobar fácilmente ladiferencia de potencial que existeentre las laminillas. La terminal ne-gativa se forma en el electrodo dezinc, mientras que la terminal posi-tiva en el de cobre; el electrolitode nuestra pila es precisamente el

Capítulo 1

7

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

ácido cítrico que contiene el zumode limón. Vea la figura 10.

ELECTRICIDAD POR PRESIÓN

Los materiales piezoeléctricosson aquellos que liberan electro-nes cuando se les aplica una fuer-za. Su nombre se deriva del térmi-no griego Piezo, que significa “pre-sión”.

Cuando se aplica la fuerza sobreel material, los electrones son obli-gados a salir de sus órbitas y sedesplazan hacia el punto opuestoa aquel en que se está ejerciendola presión; cuando ésta cesa, loselectrones regresan a los átomos

de donde proceden.Sustancias como las sa-les de Rochelle y las ce-rámicas de titanato debario, son especialmen-te efectivas para gene-rar éste efecto.

El punto momentá-neamente abandona-do por los electrones acausa de la aplicaciónde la fuerza, se tornaentonces positivo; por

contra, el extremo más alejado deél se hace negativo: surge así entreambos una diferencia de carga (fi-gura 11).

Los materiales piezoeléctricos secortan en formas especiales, demodo que sea posible controlar lospuntos en donde existe la diferen-cia de potencial. Este efecto seaprovecha para generar señaleselectrónicas de audio en los micró-fonos “de cristal”, los cuales estánformados por un cristal piezoeléc-trico sobre el que se coloca unatapa que lo deforma conforme alas variaciones de los sonidos quelogran desplazarla. Años atrás, loscristales piezoeléctricos se utiliza-ban para recuperar la música gra-

bada en forma desurcos en los discosde acetato negro (fi-gura 12).

Además, los mate-riales piezoeléctricostienden a deformar-se cuando se lesaplica un voltaje. Es-te fenómeno es ex-plotado para gene-rar señales electróni-cas de una frecuen-

cia fija y altamente estable.

ELECTRICIDAD POR CALOR

Cuando se aplica energía calorí-fica a determinados metales, éstosaumentan el movimiento cinéticode sus átomos; así, se origina eldesprendimiento de los electronesde las órbitas de valencia. Otrosmetales, se comportan de manerainversa.

Supongamos que un metal delprimer tipo es unido superficial-mente a un metal de comporta-miento contrario, y que se les apli-ca calor. Mientras que uno serácada vez más positivo conformese vayan liberando sus electrones,el otro -que los absorbe- se harámuy negativo al almacenar car-gas negativas.

Tras retirar la fuente de calor, losmetales se irán enfriando y enton-ces los electrones “extras” que fue-ron de momento alojados por unode los metales, regresarán al de suprocedencia. Cuanto más calor seaplique a la unión de esos metales,mayor será la cantidad de cargaeléctrica que pueda producirse. A


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Fig. 10

Fig. 11

Fig. 12

éste fenómeno se le conoce como“termoelectricidad”.

A aquellos dispositivos formadospor la unión de dos metales y quepresentan el efecto de termoelec-tricidad, se les denomina “termo-par” (figura 13).

El fenómeno de la termoelectri-cidad puede ser fácilmente com-probado mediante un sencillo ex-perimento. Haciendo uso de unalambre de cobre y uno de zinc,hay que formar una trenza deaproximadamente 30 cm de largo;se deben dejar libres unos 5 cm decada alambre. Enseguida, conuna vela, se calienta el principiode la trenza; finalmente, con unvoltímetro se mide la diferencia depotencial en los extremos que sedejaron libres. En aplicaciones rea-les se unen varios dispositivos ter-mopar, en circuitos serie/paralelo,

para aumentar la canti-dad total de corriente yde voltaje. Este dispositi-vo, en su conjunto, esconocido como “ter-mopila”. En general, po-demos decir que las ter-mopilas transforman laenergía calorífica enenergía eléctrica.

ELECTRICIDAD POR LUZ

El “efecto fotoeléctri-co” consiste en la libe-

ración de electrones de un mate-rial, cuando la luz incide sobre és-te. El potasio, el sodio, el cesio, elselenio, el sulfuro de plomo, el ger-manio, el silicio y el cadmio, son al-gunos de los materiales que pre-sentan tal característica.

Aplicaciones del efecto fotoeléctrico

Al efecto fotoeléctrico se le pue-den dar tres distintas aplicacionesen electrónica:

a) Fotoionización. La luz aumen-ta la conducción que se realiza delcátodo a la placa de una válvulade gas (bulbo), debido a la ioniza-ción (liberación de los electronesde valencia del gas contenido).

b) Efecto fotovoltaico. Al produ-

cirse cargas en los extremos de losmateriales semiconductores, se ori-gina una diferencia de potencial(como en el caso de las pilas).

c) Efecto de fotoconducción.Puesto que son liberados los elec-trones de materiales cristalinos(que normalmente presentan altaresistencia eléctrica), aumenta suconductividad y disminuye su resis-tencia eléctrica al paso de la luz(figura 14).

Fue en 1905, cuando el físico ale-mán Albert Einstein propuso por pri-mera vez una teoría que explicabade manera satisfactoria el efectofotoeléctrico. Su teoría señala quela luz está formada por fotones (esdecir pequeños paquetes de ener-gía), los cuales chocan contra lasuperficie de las sustancias; si tie-nen suficiente energía, serán ca-paces de liberar a los electronesde valencia del material y, porconsecuencia, provocarán exce-sos y déficit de cargas.

El efecto fotovoltaico se explotapara generar electricidad, me-diante el uso de celdas solares fo-tovoltaicas. Para ello, se necesitamontar una gran cantidad de pa-neles solares, donde las celdas vie-nen de fábrica en grupos dispues-tos en serie/paralelo para generargrandes cantidades de voltaje ycorriente.

Actualmente ya existen subesta-ciones piloto, en las que se genera

Capítulo 1

9

Fig. 13

Fig. 14

electricidad a partir de la energíasolar que llega a la Tierra duranteel día. Para su consumo durante lanoche, parte de esta energía es al-macenada en acumuladores.

Si se toma en cuenta que es muyfácil conseguir celdas solares, nohabrá problema alguno para, conuna de al menos 10 x 10 cm, gene-rar potenciales de hasta 1,5 volts -verificables mediante voltímetro-que bien pueden alimentar a mo-tores pequeños.

ELECTRICIDAD POR

MAGNETISMO

¿Ha notado la capacidad quetienen algunas personas de orien-tarse aun en lugares donde no haypuntos de referencia claros? Estacapacidad algo que puede expli-carse: existe en la nariz un depósitode un compuesto basado en elhierro, el cual tiene la misma fun-ción de una brújula; dicho depósi-to tiene conexiones nerviosas alcerebro, de tal manera que la inte-racción de su campo con el cam-po magnético de la Tierra, produ-ce una cierta respuesta o estímuloque el cerebro procesa, permitien-do la orientación del individuo. Esacapacidad está casi perdida enlos humanos, pero no en otros or-ganismos como el atún, el delfín yotros más, que la utilizan como me-dio de orientación durante sus mi-graciones masivas.

El magnetismo es una forma deenergía capaz de atraer metales,gracias al campo de fuerza quegenera. A su vez, el campo mag-nético de un imán está formadopor fotones, pero de una frecuen-cia distinta a la de la luz. Cuandoun alambre conductor cruza per-pendicularmente las líneas de fuer-

za magnética de unimán, los fotones delcampo obligan a loselectrones de dichoconductor a desplazar-se; de esta forma, dadoque en uno de sus extre-mos se produce un acu-mulamiento de electro-nes y en el otro un défi-

cit, se obtiene un conductor conun extremo positivo y otro negati-vo. Esto es a lo que se llama “mag-netoelectricidad” (figura 15).

Con este principio, se construyengeneradores eléctricos con cien-tos de espiras de alambre que ro-dean un núcleo ferromagnético.Todo se monta sobre un eje girato-rio, dentro de un campo magnéti-co intenso. Al girar, las espiras dealambre cortan cientos de veceslas líneas de fuerza magnética;con esto se obliga a los electronesde cada una de las espiras a esta-blecer una acumulación de car-gas, la cual se globaliza para final-mente obtener magnitudes consi-derables de voltaje y de corrienteaprovechables.

Los generadores eléctricos losencontramos, por ejemplo, en lasbicicletas, con el nombre de “di-namos”. Cuando la rueda de la bi-cicleta gira, la dinamo también lohace y entonces genera suficienteelectricidad para alimentar a unapequeña lámpara. En los autos, elgenerador eléctrico se llama “al-ternador”, debido a que produceelectricidad alterna en vez de di-recta; su estructura es práctica-mente igual a la de cualquier ge-nerador convencional, ya que giragracias al impulso que le suministrael propio motor del auto. La ener-gía producida por el alternador se

utiliza para recargar al acumula-dor (pila secundaria) del propiovehículo.

Los generadores de este tipo sonampliamente utilizados en el cam-po de la electricidad comercial.Para ello se recurre a diferentesfuerzas que hacen girar a los gene-radores, entre las que se cuenta alvapor de agua, las presas, las cen-trales nucleoeléctricas, etc. Paracomprobar esta forma de generarelectricidad, habrá que conseguirun motor pequeño (como los utili-zados en los juguetes); una vez ob-tenido, se coloca en sus terminalesde alimentación un voltímetro enel rango más bajo; al hacer girarmanualmente el eje del motor, seobservará que el valor leído por elvoltímetro aumenta -lo cual indicala presencia de una diferencia depotencial- (figura 16).

CONCLUSIÓN

Queda claro, por las explicacio-nes anteriores, que la electricidades un fenómeno físico asociado acargas eléctricas estáticas o enmovimiento; por lo tanto, es unamanifestación de la estructura ató-mica de la materia.

El hombre conoció la electrici-dad por diversos acontecimientosnaturales como los rayos y las pro-piedades del ámbar, pero no fuesino hasta el siglo XIX -cuando yaestaban bien sentadas las basesde la física clásica- que surgió laciencia de la electricidad y delmagnetismo, que a la postre per-mitiría la generación, aprovecha-miento y distribución de esta fuen-te de energía para beneficio de lahumanidad.


10

Fig. 15

Fig. 17

Es muy probable que ésta sea laprimera vez que lee una publi-cación de electrónica, es por

ello que haremos un pequeño re-sumen de lo que está ocurriendoen la actualidad en materia de“electrónica”.

Ya sea que usted encienda el te-levisor, escuche un CD, hable porteléfono, utilice el cajero automáti-co, navegue por Internet o consul-te una base de datos computari-zada, lo más probable es que estéhaciendo uso de alguna tecnolo-gía digital. Es por ello que haremosun breve recuento del panoramatecnológico que se avizora en elpresente y en el que, de una u otraforma, intervienen sistemas y circui-tos digitales.

EL IMPERIO DE LOS BITS

La tecnología digital no sólo hapermitido la fabricación de nuevosaparatos de consumo que ofrecenprestaciones inéditas, tal es el casode los televisores con efectos digi-tales, los reproductores de CD, lasagendas y traductores de bolsillo eincluso las nuevas “mascotas vir-tuales”; también ha modificadonuestra percepción del mundo yde nosotros mismos por el surgi-miento de nuevos sistemas de co-municación, de los que la red Inter-net y la televisión por satélite sonalgunos ejemplos. E igualmente hapropiciado una revolución ennuestros sistemas de aprendizaje,laborales, fabriles, de diagnósticoclínico y en numerosos camposmás, gracias a los microprocesa-dores. En resumidas cuentas, la hu-manidad no es la misma ni piensaigual que hace una generación.

Las sociedades antiguas evolu-cionaban de manera muy lenta,en parte porque no había mediosde comunicación ágiles y, porconsecuencia, no había muchocontacto entre culturas distintas.No en vano la imaginación popu-

lar concibió tantos mitos y leyen-das, pues los pueblos sin comuni-caciones son campo fértil para lasuperstición.

No es el caso de este fin de siglo,que se caracteriza por su dimen-sión a escala del planeta y por suscambios tan profundos y tan rápi-dos. La tecnología, y especialmen-te la electrónica, es quizás la mues-tra más perceptible de ese mudarincesante que llega a producir vér-tigo y desconfianza.

¿Quién, siendo adulto, no hasentido alguna vez recelo por losnuevos sistemas de entretenimien-to como los videojuegos y el Tama-gotchi?

¿Quién no se ha impresionadopor la capacidad de procesa-miento de las computadoras?¿Quién, especialmente si su áreade trabajo es la electrónica, estácompletamente seguro que no ne-cesita adaptarse y asimilar nuevosconocimientos?

Algo es muy cierto de esta épo-ca: el mundo se nos mueve, y mu-cho. Ese es justamente uno de losrasgos de lo que algunos especia-listas llaman “era digital”.

VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA DIGITAL

Si bien la tecnología digital no hadesplazado a la tecnología analó-gica, y no sabemos si llegue a ha-cerlo, sí ha mostrado una mayoreficiencia en cuanto al tratamien-to de señales y el almacenamientoy procesamiento de información,lo que a su vez ha dado origen anuevos sistemas electrónicos ynuevas prestaciones de los equi-pos. Y es que un aparato que an-tes requería de una enorme ycompleja circuitería analógica pa-ra llevar a cabo cierto proceso,ahora, con los recursos digitales,no sólo puede incorporar novedo-sas funciones, sino también ser sim-plificado en su construcción. Ade-más, gracias a los circuitos de con-

versión analógico/digital y digi-tal/analógico, la electrónica de losbits ha invadido de forma exitosaáreas que se consideraban verda-deros bastiones de las señales aná-logas.

La tecnología digital puede expresar sonidos, imágenes ydatos con sólo dos estados lógicos: ausencia y presencia

de voltaje, o unos y ceros.

Esto permite manejar informa-ción con un gran margen de segu-ridad, pues un 1 y un 0 siempre se-rán 1 y 0, mientras que los nivelesde voltaje de una señal análogapueden sufrir degradaciones du-rante los procesos electrónicos, serinfluenciadas por ruidos externos,sufrir pequeños errores en el proce-so de almacenaje y/o recupera-ción, etc. Y aunque las señales di-gitales también son susceptibles delas mismas alteraciones, es posibleaplicar poderosos métodos de de-tección y corrección de erroresque garantizan la fiabilidad de lainformación grabada, transmitida,procesada o recuperada.

Otras ventajas de la tecnologíadigital sobre la analógica son las si-guientes: la posibilidad de compri-mir los datos de manera muy efi-ciente; la capacidad de mezclarmúltiples señales en un solo canalsin que se interfieran entre sí; el usode razones variables de datos; etc.

Por supuesto, al igual que todoslos avances que son profunda-mente innovadores, la tecnologíadigital es resultado de los desarro-llos en otros campos: la construc-ción de circuitos integrados de ba-jo costo y muy alta complejidad;las nuevas técnicas de manejo dedatos numéricos, que permitenoperaciones más eficientes y sim-plifican procesos muy complica-dos; la fabricación de poderososmicroprocesadores capaces deefectuar millones de operacionespor segundo; y, en general, de una

Capítulo 1

11

Un Vistazo a la Electrónica de Hoy

continua evolución en el manejode señales digitales.

COMUNICACIONES

Ya sabemos que las comunica-ciones electrónicas van muchomás allá de una simple conexióntelefónica. Revisemos algunos sis-temas que ya se están empleandoen nuestros días y que posiblemen-te se vuelvan elementos cotidianosen un futuro cercano.

VideoconferenciaNo obstante que ya tiene más

de 100 años de haber sido inventa-do, el teléfono ha mostrado pocoscambios significativos en sus princi-pios básicos de operación (de he-cho, es posible utilizar un aparatoantiguo en las modernas líneas di-gitales). Sin embargo, desde hacevarios años se ha trabajado en sis-temas que permiten además ob-servar en una pequeña pantalla alinterlocutor.

Se han hecho múltiples experi-mentos en esa dirección, aunqueun obstáculo muy importante es lainversión necesaria para sustituir lostradicionales cables de cobre dela red telefónica, por un tendidode fibra óptica que permite un an-cho de banda muy amplio. Cuan-do sólo se maneja una señal deaudio (y ni siquiera de muy alta ca-lidad), es suficiente el cableadotradicional, pero cuando se re-quiere enviar el enorme flujo dedatos que implica la transmisión deuna imagen en movimiento, la pér-dida de fidelidad en el trayecto estal que la comunicación se vuelveprácticamente imposible.

A pesar de esta limitante, a la fe-cha se han realizado algunos ex-perimentos que permiten la trans-misión de imágenes de baja reso-lución, utilizando las mismas líneastelefónicas y el mismo estándar decomunicaciones que emplean mi-llones de teléfonos alrededor delmundo. Compañías tan importan-tes como Casio, AT&T, LaboratoriosBell, Matsushita y otras más, hanpresentado prototipos funcionalesde sistemas que son capaces de

transmitir igualmente voz e ima-gen. Por supuesto, la imagen trans-mitida es de muy baja resolución ycon una frecuencia de refresco deapenas unos cuantos cuadros porsegundo, pero se espera que, con-forme se desarrollen las tecnolo-gías de codificación y de compre-sión de datos, su calidad mejore.

Hasta el momento ningún siste-ma ha sido aceptado por las gran-des compañías telefónicas comoun estándar, aunque ya está enuso una alternativa muy promete-dora: por medio de la red Internetes posible enlazar dos o más com-putadoras utilizando las líneas tele-fónicas tradicionales, y entre susmensajes intercambiados se pue-de hacer una combinación de au-dio y video comprimido, en pe-queños “paquetes” que se deco-difican en el sistema receptor y sepresentan al usuario como voz pro-veniente de la tarjeta de sonido eimagen expedida en el monitor. Laventaja de esta innovación, es quelas computadoras pueden estarubicadas en puntos muy distantesdel planeta, pero el costo de la lla-mada no es de larga distancia, si-no local, de la misma manera quelos demás servicios de Internet.

No está de más recordar otroservicio moderno que constituyeuna alternativa de comunicaciónbarata, eficiente e instantánea: elcorreo electrónico. Si usted está

conectado a Internet sabe a quénos referimos.

Televisión vía satéliteSeguramente usted ha sido testi-

go de la propagación de antenasparabólicas que reciben directa-mente la señal de un satélite.

En los años 60’s, en plena carreraentre norteamericanos y soviéticospor la conquista del espacio, co-menzaron las primeras transmisio-nes de televisión por satélite. Alprincipio, con el lanzamiento delEarly Bird apenas se consiguió unflujo de 240 llamadas telefónicas si-multáneas entre Europa y EstadosUnidos; sin embargo, de entoncesa la fecha los circuitos de manejo

de señal incluidos en los satélites,han avanzado a tal grado que unsatélite moderno puede manejarcientos de canales de TV y audio ala vez, al tiempo que transfiereenormes cantidades de datos de-rivados de los flujos de llamadas te-lefónicas.

Conforme se desarrolló todo unsistema de satélites comerciales,las grandes compañías televisoraspudieron vender directamente susseñales a los usuarios. Fue enton-ces cuando se comenzó a instalaren muchos hogares del mundo lastradicionales antenas parabólicasque toman la señal que “baja” delsatélite y la entregan a un receptorespecial que finalmente recuperalas emisiones televisivas. La desven-taja de dicho sistema, es que se re-quiere una antena de grandes di-mensiones y un enorme mecanis-mo que permita cambiar su orien-tación hacia tal o cual satélite.

Ese sistema de recepción de TVvía satélite ha quedado obsoletogracias a las técnicas digitales,que mediante una poderosa com-presión de datos hacen posible latransmisión y codificación de va-rios canales en el mismo ancho debanda dedicado normalmente aun solo canal. De esta manera, esposible utilizar una pequeña ante-na orientada de manera perma-nente hacia una misma dirección,desde donde transmite su señaluno o más satélites geoestaciona-rios. A este nuevo sistema se le co-noce como DTH-TV (siglas de Di-rect-to-Home TV o televisión direc-ta al hogar).

Internet también ha sido plan-teado como un recurso para latransmisión de programas televisi-vos, aunque igualmente se ha to-pado con la barrera del ajustadoancho de banda de las líneas tele-fónicas tradicionales; sin embar-go, es posible que con la apariciónde los llamados Cable Modems(dispositivos que utilizan las líneasde TV por cable para establecerenlaces vía Internet) y el consi-guiente aumento en la velocidadde transferencia de datos, la TVpor esta red se convierta en algocotidiano.


12

Comunicación y localización personalLa telefonía celular es un medio

de comunicación que aparecióhace pocos años y que ha tenidobuena aceptación, y si bien lasemisiones son analógicas, su tec-nología depende en los centros decontrol de sistemas digitales muycomplejos. Además, se le han in-corporado recursos digitales deencriptación de conversacionespara evitar que personas ajenaspuedan interceptar llamadas, asícomo “llaves de seguridad” quepermiten precisar si una llamadaefectivamente proviene de uncierto teléfono o si algún “pirata”está tratando de utilizar la línea sinderecho. Una adición más, es elcálculo automático de factura-ción, por medio del cual el usuariopuede ir controlando sus consu-mos telefónicos.

También han surgido sistemasmasivos de radiolocalización, losllamados beeper, los cuales pue-den transmitir mensajes sin importarel punto de la ciudad donde seencuentre el usuario. Para ello, lascompañías proveedoras del servi-cio poseen estaciones radiales,que emiten en todas direcciones elmensaje, pero con una clave digi-tal única para que sólo pueda serdecodificada por el receptor desti-natario. Incluso, el mismo mensaje

se envía en formato digital yse despliega en una pantallade cristal líquido mediantecaracteres alfanuméricos.

Pero hay todavía un sistemade localización personal nomuy conocido.

¿Ha observado en algunoscamiones repartidores la le-yenda “Protegido con sistemade localización vía satélite”?

Esta forma de ubicación sebasa en un pequeño aparatodenominado GPS (Global Po-sitioning System o Sistema dePosición Global), el cual reci-be las señales enviadas portres o más satélites colocadosen órbita estacionaria; mi-diendo de forma muy precisael tiempo que tarda cada se-ñal en llegar, es posible deter-

minar la ubicación del camión (locual se logra con un margen deerror de pocos metros); para llevara cabo este cálculo, los GPS nece-sitan forzosamente de una compu-tadora que mide los retardos delas señales de los satélites, realiza latriangulación de señales y localizacon exactitud el punto del globoterrestre en que se encuentra.

Este método también ha revolu-cionado los sistemas de orienta-ción en la navegación marítima yaérea, pues permiten a los capita-nes de barco y a los pilotos consul-tar en tiempo real la posición delbarco o la nave a través de unacomputadora a bordo que recibelas señales del GPS.

AUDIO Y VIDEO

Esta es una áreadonde los cambios sonpercibidos muy rápi-damente por el públi-co consumidor y por elespecialista electróni-co, y probablementees la que más influyeen nuestros hábitos deentretenimiento. Ense-guida haremos refe-rencia a algunos desus principales avan-ces.

El DVDRecientemente entró al merca-

do de consumo y de computaciónun nuevo sistema de almacena-miento de información que segu-ramente va a reemplazar a las cin-tas de video y al CD convencional:nos referimos al formato de audio yvideo digital conocido como DVDo disco versátil digital.

Estos discos tienen un aspectomuy similar al de un CD común; dehecho, su tecnología de fabrica-ción es similar, con la salvedad deque pueden almacenar una canti-dad de datos seis veces mayor a lade un disco de audio digital debi-do a que es menor el tamaño delos pits de información (figura 1); yaun esa capacidad podría llegar aser hasta más de 20 veces superiora la que alcanza un CD, gracias aun sistema de grabación por ca-pas (figura 2).

Esto hace que el DVD se convier-ta en un medio de almacenamien-to ideal para video digitalizado,con la ventaja de que proporcio-na mejor calidad de imagen quelas tradicionales cintas magnéti-cas, y que además ofrece las ven-tajas del medio óptico: su nulo des-gaste y la posibilidad de añadirdatos de control y de detección ycorrección de errores en la lectura.

La televisión de alta definiciónAunque ya tiene más de 50

años, el formato de televisión NTSCsigue rigiendo la transmisión y re-cepción de señales televisivas en

Capítulo 1

13

Fig. 1

Fig. 2

la mayor parte del mundo.Este formato fue diseñado a fina-

les de los años 40´s, y aunque gra-dualmente se le han añadido cier-tas innovaciones (como la inclu-sión del color o del audio en esté-reo), en un aspecto tan importantecomo la resolución de imagen noha habido mejoras. Dicho formatopuede manejar un máximo de al-rededor de 350 líneas horizontales,lo cual queda muy por debajo delmanejo de video en computado-ras personales, donde las imáge-nes son de 600, 700 o más de 1000líneas de resolución horizontal.

Ya hace más de diez años queen Europa, Japón y Estados Unidosse han planteado nuevos formatosde televisión de alta definición in-cluso, en Argentina, hace unosmeses hemos asistido a la primeratrasmisión en HDTV realizada por elcanal 13 de Bs. As. Sin embargo, elproblema de su estandarización esque requieren un tipo de televisorespecial para dichos formatos, ylos millones de aparatos que yaexisten son incompatibles con losnuevos sistemas. No obstante, des-pués de años de investigación ydiscusiones, finalmente en 1997 seaprobó en Estados Unidos un nue-vo estándar que ofrece una resolu-ción horizontal superior a las mil lí-neas, lo cual permite el desplieguede imágenes con calidad equiva-lente a la de una película de 35mm.

Para conseguir este impresionan-te incremento en la resolución sinque se dispare el ancho de bandarequerido, se necesita forzosamen-te del proceso digital de imáge-nes, las cuales, una vez converti-das en 1’s y 0’s, pasan por comple-jos métodos decompresión dedatos que per-miten reducir elancho de ban-da de la señal aa p r o x i m a d a -mente una sex-ta parte de sutamaño origi-nal.

Esta señal re-ducida puede

transmitirse utilizando el mismo an-cho de banda que necesita un ca-nal de TV común, lo cual es muyconveniente porque amplía la fle-xibilidad en el manejo del espectroelectromagnético (de por sí yacercano al punto de saturación).

Una desventaja de dicho siste-ma de televisión, es que es incom-patible con los actuales recepto-res PAL o NTSC; es decir, los televi-sores actuales no podrán captar lanueva señal, como sí ocurrió con elsurgimiento de la TV color, y los re-ceptores en blanco y negro pudie-ron seguir funcionando normal-mente.

Métodos de grabación de audio digitalA pesar de que el manejo digital

del audio no es novedoso (se po-pularizó en 1981, con el surgimien-to del disco compacto), hasta ha-ce algunos años no existía un me-dio que fuera no solamente de lec-tura, sino también de escritura. Enla actualidad existen varias opcio-nes a nivel de consumidor para lagrabación de audio digital: el DAT,el DCC y el Mini-Disc. Cada uno deestos sistemas funciona con princi-pios particulares y son incompati-bles entre sí.

El DAT o cinta de audio digital, esun sistema patentado por Sonyque trabaja con base en un tam-bor giratorio similar al de una vi-deograbadora; puede almacenaruna señal estereofónica de audiomuestreada con una precisión de16 bits y una frecuencia de 48kHz,garantizando una buena capturade toda la gama dinámica audi-ble por el ser humano. Este sistema

fue el primero que ofreció al públi-co consumidor la posibilidad degrabar audio en formato digital;no obstante sus ventajas, no tuvomucha aceptación, excepto enlos estudios de grabación y en lasradiotransmisoras.

El DCC es también un sistema decinta, aunque trabaja con base encabezas múltiples que graban lostracks de manera paralela (figura3). Este sistema es una patente dePhilips y tiene la ventaja de que elaparato, a pesar de grabar y re-producir cintas en formato digital,es compatible con los cassettes deaudio analógicos, que también esuna patente de Philips de 1963.Con esto se buscó que los consu-midores tuvieran un incentivo adi-cional para adquirir este nuevo for-mato, aunque hasta la fecha susresultados no son muy exitosos (suprincipal punto de venta es Euro-pa).

Finalmente, el Mini-Disc, otra pa-tente de Sony, trabaja por mediosmagnetoópticos, lo que le permitecombinar las ventajas del discocompacto y la flexibilidad de lascintas en cuanto a su capacidadde grabación (figura 4). Este desa-rrollo parece ser el más promete-dor de los tres métodos de graba-ción de audio digital a nivel consu-midor, aunque con la próxima ge-neración de DVD’s grabables, esposible que no alcance su consoli-dación.

Proceso digital de audioLos fabricantes equipos de au-

dio, están incluyendo en sus dise-ños sistemas que ofrecen novedo-sas experiencias auditivas, talescomo la emulación del sonido en-


14

Fig. 3

volvente de una sala de concier-tos, de un espacio abierto, de unconcierto al aire libre, etc.

Esta reproducción de ambientessonoros es posible gracias al pro-ceso digital de señales, que identi-fican las características fundamen-tales de las distintas locaciones co-munes y, por métodos lógicos, losemulan para dar al espectador laimpresión de estar en un recintocompletamente distinto a la salade su casa.

Estos aparatos incluyen comple-jos procesadores que, a partir deuna señal original, pueden recrearlos ecos y rebotes de sonido queprodu-cen ciertas salas o sitios es-pecíficos, “rodeando” al auditoriocon sonidos que le dan la sensa-ción de encontrase en dicha loca-lidad.

PROCESAMIENTO DE DATOS

No hay rama de la tecnologíaque avance a un ritmo tan acele-rado como la informática, tantoen sus aspectos de hardware co-mo de software. A tal grado hanevolucionado las computadorasen los últimos años, que se estimaque la potencia de cálculo con-junta de todos los ordenadoresque controlaron la misión Apolo 11que llevó por primera vez al hom-bre a la Luna en 1969, es menospoderosa y versátil que una com-putadora moderna. Analicemosalgunos puntos relevantes de estatecnología.

MicroprocesadoresDesde que se desarrollaron los pri-

meros circuitos integrados en la dé-cada de los 60´s, se vislumbró la po-sibilidad de condensar en una solapastilla de silicio todos los elemen-tos necesarios para efectuar loscomplejos cálculos que se llevan acabo en una computadora; sin em-bargo, es posible que los investiga-dores no imaginaran que se po-drían incorporar cientos de miles eincluso millones de elementos semi-conductores en un chip de apenasalgunos milímetros cuadrados.

Los modernos microprocesado-

res de quintay sexta gene-ración de laplatafor maPC, estánconstituidospor más decinco millo-nes de tran-sistores quetrabajan aaltísimas ve-locidades, al-c a n z a n d o900MHz def recuenc iade reloj. Tan sólo el Pentium III deIntel incluye unos 10 millones detransistores y trabaja con velocida-des que van de 300 a 800MHz, y yase anunciaron frecuencias todavíamayores.

Otros desarrollos en el campo delos microprocesadores, es la incor-poración de grandes magnitudesde memoria caché de rápido ac-ceso para la ejecución predictivade operaciones, la inclusión demúltiples líneas de ejecución quepermiten realizar más de una ope-ración por ciclo de reloj, la amplia-ción de los buses de comunica-ción que permite la adquisición oexpedición de varios bytes a la vez,la inclusión de las unidades de pun-to flotante en la misma estructuradel chip, etc. De hecho, aproxima-damente cada seis meses los fabri-cantes de microprocesadores pre-sentan alguna innovación que ha-ce a sus dispositivos más poderososy flexibles.

Esto ha puesto al alcance decualquier usuario promedio decomputadoras, una capacidad deprocesamiento de datos que hastahace pocos años estaba destina-da a grandes empresas o universi-dades. Como un dato interesante,le diremos que TRON, una películade Disney filmada en la segundamitad de los 70´s, fue una de las pri-meras cintas que incorporó anima-ciones en computadora con gráfi-cos renderizados en tres dimensio-nes. Pues bien, en aquella épocase requirió toda la potencia de unacomputadora Cray de 64 bits pararealizarlas; en la actualidad, los vi-

deojuegos de la consola Nintendo64 incluyen un microprocesador de64 bits de Silicon Gra-phics y pue-den generar animaciones de mejorcalidad que las de obtenidas enTRON y ni que hablar de las moder-nas máquinas de 128 bits.

Capacidad de almacenamiento de datosActualmente, una computadora

con microprocesador Pentium,equipo multimedia, disco duro demás de un gigabyte, tarjeta defax-módem, etc. llega a costarmenos de mil dólares. En cambio,hace unos quince años tan sólo undisco duro de 10 ó 20 megabytes(el 1% de la capacidad típica ac-tual), podía costar unos $1.500.

Al igual que la mayoría de com-ponentes de una computadora,los discos duros han experimenta-do una caída sensible en sus pre-cios asociada a crecientes mejo-ras tecnológicas; en este caso, ha-blamos de un extraordinario incre-mento en la capacidad de alma-cenamiento, disminución de lostiempos de acceso a los datos yfiabilidad de la información. Ello seha conseguido gracias a avancesen la tecnologías de fabricaciónde los platos magnéticos, de lascabezas de lectura/escritura y delos circuitos que codifican y mane-jan la información.

Incluso, desde hace algunosaños se viene utilizando la tecnolo-gía magnetoóptica como alterna-tiva para el almacenamiento dedatos (figura 5). Y no hay que olvi-dar que el CD-ROM (la misma tec-

Capítulo 1

15

Fig. 4

nología del disco compacto deaudio digital, pero aplicada a siste-mas de cómputo) por muchosaños se mantuvo como el mediopor excelencia para la venta deprogramas multimedia, debido asu alta capacidad de almacena-miento (hasta 640 MB de informa-ción) y muy bajo costo.

Es más, pruebas de laboratorioen las que también se combinanlas tecnologías óptica y magnéti-ca, prometen multiplicar por unfactor de 10 la capacidad de al-macenamiento, utilizando básica-mente los mismos discos magnéti-cos; al mismo tiempo, se están ex-perimentando métodos para gra-bar información en cristales foto-sensibles e incluso para utilizar me-morias tipo RAM como principalmedio de almacenamiento de da-tos, con el consiguiente aumentode la velocidad de acceso.

Gracias a estos avances, se cal-cula que hacia principios del próxi-mo siglo una computadora están-dar podría contener decenas ocientos de gigabytes de informa-ción en dispositivos de tamañomuy reducido.

InternetPocos temas han generado tanta

expectativa como Internet, aun en-tre el público que raramente traba-ja con una computadora; y es quela red mundial de computadoras

ofrece una serie de servicios quedefinitivamente han modificado elconcepto de la comunicación. In-ternet es una red mundial de com-putadoras conectadas entre sí pormedio de líneas de rápido acceso,a través de comunicaciones vía sa-télite o por simples líneas telefóni-cas. Estos son los servicios de Inter-net más utilizados, y todos al costode una llamada telefónica local:

1) Correo electrónico. Permite elintercambio de información escrita(pueden enviarse también imáge-nes, gráficos o cualquier otro tipode archivo computacional) de for-ma prácticamente instantánea y acualquier parte del mundo.

2) IRC. Permite entrar a gruposvirtuales de conversación escrita,en los que navegadores de distin-tas partes del planeta “se reúnen”para intercambiar experiencias so-bre un tema específico; lo que unusuario escribe en su computado-ra los otros lo reciben. A estos servi-cios también se les conoce comochats. El concepto también haevolucionado hacia la conversa-ción directa como si fuera una lla-mada telefónica (los llamados In-ternet-phone) e incluso hacia latransmisión de la imagen de los in-terlocutores.

3) La World Wide Web (telarañamundial). Es un sistema basado en“páginas “, que no son otra cosa

que interfaces similares a las quese utilizan en los programas multi-media, es decir, pantallas con tex-to, gráficos, sonidos, animación yotros elementos de control que seutilizan en los programas con inter-face gráfica. Y al igual que en unprogra-ma multimedia, la pantallatiene textos e imágenes sensiblesque, al colocar el puntero del ra-tón y hacer clic, permiten “saltar”de un punto a otro de la mismapágina o hacia otra página.

La Web es la parte más exitosade Internet y la que de hecho hapopularizado a esta red mundialde computadoras, debido a sumanejo extraordinariamente senci-llo. Cualquier persona, aunque notenga conocimientos de compu-tación, puede “navegar” en laWeb. Además, otra de sus ventajases que hay millones de páginas entodo el mundo, puestas por las em-presas, por las universidades y porparticulares, que brindan accesogratuito a todo tipo de informa-ción. De hecho, es muy importanteque usted, ya sea estudiante,hobista, técnico en electrónica oprofesional, vaya pensando en ad-quirir una computadora (si no latiene) y conectarse a Internet, si esque aún no lo ha hecho. A travéssus páginas en la Web, los fabri-cantes de equipos electrónicosbrindan mucha información gratui-ta y sumamente valiosa; además,se pueden intercambiar experien-cias con otros usuarios de diferen-tes partes del mundo, etc.

Existen otros servicios disponiblesen Internet, como grupos de discu-sión, listas de correo, transferenciade archivos de un servidor haciacualquier computadora que lo so-licite (FTP), etc., pero sin duda estosson los más empleados por el usua-rio típico. ****************


Fig. 5

TVAUDIOVIDEO

TVAUDIOVIDEO

COMPUTADORAS - MICROPROCESADORESCOMPUTADORAS - MICROPROCESADORES


VV i sua li sua l

d e l ad e l a


INDICE DEL

CAPITULO 2

¿QUE ES LA ELECTRICIDAD Y QUE LAELECTRONICA?

Estructura atómica ........................................19Atomos: protones, electrones y

neutrones ....................................................19Constitución del átomo: protones,

electrones y neutrones..............................19Iones positivos y negativos ...........................19Conductores, semiconductores

y aislantes....................................................19Flujo de electrones ........................................19Diferencia de potencial, tensión,

fuerza electromotriz ...................................20Corriente eléctrica ........................................20Resistencia eléctrica ....................................20Conductancia ...............................................21Clasificación de los resistores.......................21Código de colores para resistores ..............22Pilas y baterías................................................23

CONDUCCION DE LA CORRIENTE ELECTRICALos conductores y los aislantes....................24La electricidad como fluido.........................24Tipos de conductores ...................................25Campo eléctrico y corriente eléctrica.......27El campo eléctrico........................................27Corriente electrónica y corriente convencional .................................................28Velocidad de la corriente ............................29

LA REVOLUCION DE LOS MEDIOS OPTICOSMedios de soporte de información ............29El surgimiento de la tecnología óptica ......30Luz y protuberancias .....................................30Tecnología digital ..........................................31Otros sistemas ópticos...................................31

El disco láser de video...............................31El CD-ROM - El CD-I....................................32El Photo-CD.................................................32Los medios magneto-ópticos ...................32El DVD ..........................................................32

ESTRUCTURA ATOMICA

Atomos: protones,

electrones y neutrones

La corriente eléctrica es el pasode electrones por un conductor.Dichos electrones están en todaslas cosas pero arraigados a la es-tructura de un átomo constituyen-te de un elemento químico.

Para aclarar el tema, digamosque todos los cuerpos están forma-dos por elementos químicos (elagua, por ejemplo, está formadapor los elementos químicos hidró-geno y oxígeno), y que un átomoes la parte más pequeña a la quepuede ser reducido un elementoquímico.

Constituci n del tomo:

protones, electrones y

neutrones

Si se pudiera dividir el átomo deun elemento, tendríamos pequeñí-simas partículas que son las quedan a los átomos sus particularescaracterísticas. Debemos saberque un átomo de un elemento sediferencia de un átomo de otroelemento en el número de ciertaspartículas subatómicas que tienecada uno de ellos, y éstos son loselectrones.

En el centro del átomo está elnúcleo, que tiene dos clases departículas: los protones y los neutro-nes; alrededor del núcleo giran loselectrones en órbitas electrónicas,así como ocurre con los planetasque giran en torno al sol.

Una característica importantísi-ma de los protones y neutrones esque tienen carga eléctrica, valedecir: tienen una energía intrínse-ca y natural, puesta de manifiestopor las fuerzas que pueden ejercersobre otras partículas del mismo ti-po y que originan fenómenos deatracción y repulsión entre partícu-las cargadas eléctricamente. Seha constatado que dos electroneso dos protones se repelen entre sí;es indudable que las dos partículastienen cargas eléctricas de distintosigno: se las denominó carga eléc-trica positiva (+) al protón y, alelectrón, carga eléctrica negativa(-). Sin embargo, los neutrones delnúcleo son partículas que tienenigual cantidad de carga positivaque de negativa; por lo tanto, tie-ne un efecto neutro por la anula-ción mutua entre los dos, el neu-trón no ejerce fuerza eléctrica so-bre un electrón o protón y tiene lafunción de separar los protonesque están en el núcleo. Un átomo

es eléctricamente neutroy eso quiere decir que lacantidad de electroneses igual al número deprotones; ese número deelectrones se denomina"NUMERO ATOMICO". Losneutrones tienen inter-vención en la masa ató-mica, que está práctica-mente en el núcleo; elresto es espacio vacíodonde los electrones gi-ran a grandes velocida-des (figura 1).

Iones positivos y negativos

Cuando por cualquier circuns-tancia un átomo gana o pierdeelectrones, se dice que dicho áto-mo se ha ionizado.

Se denomina ION POSITIVO

cuando el átomo tiene más proto-nes que electrones e ION NEGATI-VO cuando tiene más electronesque protones. Como cargas dedistinto signo se atraen, cuando es-tán cerca iones negativos y positi-vos, éstos se unen, pero tambiénpuede ocurrir que solamente sedesprendan los electrones que tie-ne de más el ión negativo y se diri-jan hacia el ión positivo para neu-tralizar su carga.

Cuando esto ocurre, se dice queel paso de los electrones "neutrali-zadores de carga" constituyen unaCORRIENTE ELECTRICA.

Conductores,

semiconductores y aislantes

Existen materiales que permitenel paso de los electrones con ma-yor facilidad que otros. Se denomi-na conductor de la corriente eléc-trica a todo aquel material queofrece muy poca resistencia al pa-so de los electrones (cobre, plata,oro, platino, etc.) Un aislante de lacorriente eléctrica es todo aquelmaterial que ofrece una elevadaresistencia al paso de los electro-nes. Existen otros materiales que,según como se los trate, se com-portan como conductores o comoaislantes. Dicho de otra manera,son materiales sobre los cuales sepuede "regular" el paso de la co-rriente eléctrica; a dichos materia-les se los denomina SEMICONDUC-TORES.

Flujo de electrones

Se denomina corriente eléctricaal paso de los electrones por un

Capítulo 2

19

Capítulo 2

¿Qué es la Electricidad y qué es la Electrónica?

Fig. 1

conductor de la corriente eléctrica(o semiconductor). Su unidad es elampere (A) y "mide" la cantidadde electrones que atraviesan a unelemento en una unidad de tiem-po.

Para que pueda establecerseuna corriente eléctrica tiene queexistir algo que impulse a los elec-trones a circular de un lado a otro.

Diferencia de potencial,

tensi n, fuerza electromotriz

Como hemos dicho, para que seestablezca una corriente eléctricadebe existir algo que impulse a loselectrones para que se muevan.Por ejemplo, colocando iones ne-gativos de un lado de un conduc-tor e iones negativos del otro, seestablecerá una corriente eléctri-ca que será más grande cuantomayor sea la "diferencia de cargasentre los iones".

Se dice que para que exista unflujo de electrones debemos apli-car "energ a al conductor". Cuandola energía proviene de una fuerzadel tipo eléctrico, se la denomina"fuerza electromotriz" porque per-mite el desplazamiento de electro-nes al desprenderse de los átomos.

Esa fuerza electromotriz puedeoriginarla una batería. Ejemplo: elacumulador de un auto, una pila oun generador para alimentar unaciudad, como los que usan lascompañías de electricidad. Estasfuentes de energía tienen 2 termi-nales, o polos negativo y positivo,y se dice que existe una tensióneléctrica o diferencia de poten-cial, que produce la fuerza eléctri-ca ya mencionada.

Consideremos a una tensión o di-ferencia de potencial como un"desnivel" que debe existir entre 2puntos de un conductor para que

se produzca un movimiento deelectrones y, entonces, una co-rriente eléctrica (figura 2).

Algo parecido es lo que sucedeen un río, para que ocurra un des-plazamiento de agua: el terrenotiene que estar en desnivel; de unamisma forma, si hay una diferenciade potencial en electricidad, éstaes comparable a una diferenciade presión entre 2 extremos de unacañería que lleva agua o cual-quier fluido, y es producida poruna bomba. En la atmósfera, elviento es similar a una corrienteeléctrica, que se produce por unadiferencia de presión que existeentre una zona ciclónica y otra an-ticiclónica. La unidad denomina-da VOLT, se utiliza para medir latensión eléctrica; se abrevia "V".Una pila de carbón genera entrebornes una tensión de 1,5V, unacumulador de auto genera unatensión de 12V y la que genera lacompañía de electricidad es de220V, en Argentina. Muchas veces,en electrónica usaremos tensionesmás pequeñas que el VOLT, peroen electricidad industrial es comúnhablar de KILOVOLT (kV), que equi-vale a 1.000V.

1 volt = 1.000 milivolt1V = 1.000mV

1 volt = 1.000.000 microvolt1V =1.000.000µV

1 volt = 0,001 kilovolt1V = 0,001kV

CORRIENTE ELECTRICA

Un flujo de electrones en movi-miento —como causa de la apli-cación de una fuerza electromotrizo fuente de tensión a un conduc-tor eléctrico— es lo que llamamoscorriente eléctrica. El flujo está for-mado por electrones libres que,antes de aplicarles la tensión, eranelectrones que estaban sujetos porla atracción de los núcleos de losátomos que constituyen el con-ductor.

En sus trayectos, los electrones li-bres chocan contra los iones positi-

vos del material y retroceden yvuelven a ser acelerados por lafuerza electromotriz. Los choquesson el motivo por el cual el con-ductor se calienta cuando llevacorriente eléctrica, ya que cual-quier choque entre 2 cuerpos oca-siona un desprendimiento de ener-gía en forma de calor.

La corriente eléctrica por unconductor se define como:

"el n mero de electrones libres

que pasa una secci n cualquiera

del conductor en un momento es-

pec fico".

Los electrones llevan una cargaeléctrica medida en COULOMB ypodemos decir que la corrienteeléctrica es la carga eléctricatransportada por esos electronesdurante el intervalo de tiempoconsiderado. Si la carga eléctricaes de 1Cb y el tiempo es de 1s, seobtendrá una corriente eléctricade 1A (inicial de AMPERE, por el fí-sico francés AMPERE), siendo launidad de corriente eléctrica. Enelectrónica, esta unidad de medi-ción resulta grande, por tal motivose utilizan los submúltiplos del am-pere.

1mA = 0,001A1A = 1.000mA (miliampere)1µA = 0,000001A1A = 1.000.000µA (microampere)1µA = 0,001mA1mA = 1.000µA

RESISTENCIA ELECTRICA

Definamos la resistencia eléctri-ca de un conductor como unapropiedad del material que repre-senta la oposición del mismo frenteal paso de la corriente eléctrica.La oposición se origina como con-secuencia de los choques entre loselectrones libres de la corriente ylos iones positivos del metal. Lacausa de estos choques es el ca-lentamiento del conductor, el que,a su vez, lo transmite al medio am-biente.

La resistencia se mide en OHM,llamado así por el físico alemán


20

Fig. 2

que lo descubrió. La resistenciaeléctrica del material dependeráde tres factores: la longitud, la sec-ción transversal y la resistividad delmaterial. Veamos cómo es la fór-mula matemática:

ρ x lR = ______ (ver fig. 3)

S

La resistividad del material (ρ) esun número y su valor nos muestra sies bueno, o no, pequeño o gran-de; o sea, cómo es el material co-mo conductor de electricidad, y semide en Ω x m (fig. 4). Cabe acla-rar que, normalmente, la resistivi-dad de un metal aumenta con latemperatura.CONDUCTANCIA: se denomina

así a la inversa de la resistencia, se

simboliza con la letra G y se mideen mho (al revés de ohm) o en SIE-MENS.

1G= ______ =R

La unidad es:mho = SIEMENS

CLASIFICACION

DE LOS RESISTORES:

Veamos una definición de los re-sistores. Son componentes electró-nicos fabricados especialmentepara que tengan ciertos valores deresistencia. En varios casos, los va-lores en ohm de los resistores sonmuy altos, utilizando múltiplos delohm, como, por ej., el kilo-ohm,igual a 1.000 ohm, que tiene unaabreviatura k, y el mega-ohm,igual a 1.000.000 ohm, que tieneuna abreviatura M. Entonces:

1kΩ = 1000Ω

1MΩ = 1000000Ω

= 1000kΩ

Podemos agru-par a los resistores(figura 5) en:

1) Resistores de

composici n de car-

b n

2) Resistores de pe-

l cula met lica

3) Resistores de alambre

1) Resistores de composici n

de carb n

Estos se fabrican mezclando pol-vo de carbón y un aglomerantehasta darle forma de barrita, parafijar los terminales. El conjunto se en-capsula con una resina fenólica obaquelita para protegerlo de la hu-medad y la temperatura, tiene unrango de valores de resistencia en-tre 1 y 22MΩ. En electrónica son losresistores más usados por su bajocosto (figura 6).

2) Resistores de pel cula met lica

Estos se fabrican depositandouna película metálica, que está aalta temperatura, sobre un tubitode vidrio, al que se fijan los termina-les y se los encapsula como dijimosanteriormente.

Tienen un alto costo y se usan so-lamente cuando se necesita unagran exactitud en el valor de resis-tencia; ejemplo: instrumentos elec-trónicos (figura 7).

3) Resistores de alambre

Se fabrican arrollando un alam-bre hecho de aleaciones de cro-mo, níquel, etc., sobre un cilindrode cerámica. El conjunto se recu-brirá de barniz, así se protege elalambre de la influencia de la hu-medad y temperatura. Estos son

Capítulo 2

21

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 7

Fig. 6

grandes y se utilizan para la con-ducción de altas corrientes. El ran-go de valores de resistencia estáentre 1 y 100kΩ (figura 8).

CODIGO DE COLORES

PARA RESISTORES

Por el código de colores se lee elvalor de resistencia, que está im-preso sobre el cuerpo del resistor.Cada color representa un dígitodecimal: las 2 primeras bandas decolores, que están ubicadas máscercanas de un extremo, represen-tan el valor en Ω; la 3ª banda re-presenta el número por el que hayque multiplicar el valor anterior pa-ra obtener el valor final de resisten-cia; la 4ª banda representa la tole-rancia, cuyo valor se explicará másadelante (figura 9).

La correspondencia entre un co-lor y su valor se muestra en la tabla1.

La tolerancia de un resistor es unnúmero expresado en porcentaje,que representa el margen superioro inferior que puede tomar un va-lor nominal (por el código de colo-res) del resistor. Ejemplificando, di-remos que para resistores de car-bón se tienen tolerancias del ±5%,±10% y ± 20%. Si el valor nominal esde 100 y la tolerancia de ±10%, elvalor real estará comprendido en-tre 100 y 90; finalmente, para unatolerancia de ± 20%, el valor realserá entre 120 y 80.

La tolerancia nos indica hasta

cu nto puede

estar el valor

por encima o

por debajo

del compo-

nente.

Es un méto-do prácticodel fabrican-te para ase-gurar al usua-rio los límitesmáximos ymínimos delvalor de unresistor. Comoel proceso defabr icaciónno permiteestablecer valores precisos conanterioridad, en los resistores decomposición de carbón la con-vención es ésta:

COLOR DE LA TOLERANCIA4ª BANDA

DORADO ±5 %PLATEADO ±10 %SIN COLOR ± 20 %

La potencia de un resistor no vie-ne impresa en el resistor, pero se re-conoce por su tamaño. Esa poten-cia tiene un significado de la máxi-ma cantidad de calor que puededar el resistor por el paso de co-rriente y, si ésta excede, se quema-rá por la alta temperatura obteni-da. Se mide en watt (W). Los resis-tores de carbón se fabrican de1/8W; 1/4W; 1/2W; 1W y 2W, y el ta-maño aumenta gradualmente

con la potencia. Para mayores po-tencias se utilizan resistores dealambre; los de película metálicapueden disipar hasta 1W. Los resis-tores de composición de carbónse fabrican con valores nominalesde resistencia ya normalizados y elnúmero dependerá del valor de latolerancia. Para una tolerancia del20%, las cifras significativas de losvalores nominales son: 10, 15, 22,33, 47, 68.

Las cifras significativas para unatolerancia del 10% son: 10, 12, 15,18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82. Pa-ra una tolerancia del 5% las cifrassignificativas de los valores nomi-nales son: 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18,20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47,51, 56, 62, 68, 75, 82, 91. En la figura10 se dan ejemplos de valores deresistores de composición de car-bón mediante el código de colores.Vea ejemplos de valores de resisto-


22

Fig. 8

Fig. 9

Tabla 1

COLOR DIGITO MULTIPLICADOR

NEGRO 0 1MARRON 1 10ROJO 2 100NARANJA 3 1000AMARILLOAMARILLO 4 10000VERDE 5 100000AZUL 6 1000000VIOLETA 7 10000000GRISGRIS 8BLANCOBLANCO 9DORADODORADO 0,1PLAPLATEADOTEADO 0,01

Fig. 10

res en la figura10.

D i g a m o sque a los resis-tores se lospuede clasifi-car tambiénen variables;éstos están re-presentadospor los poten-ciómetros ylos presets opreajustes (fi-gura 11).

La constitución de los potenció-metros se debe a una pista circularde carbón desplazándose por uncontacto móvil (cursor) solidario aun eje vertical.

Los extremos de la pista de car-bón y el cursor tienen una conexióna terminales, es decir, que la resis-tencia entre uno de los terminales yel cursor depende de la posición deéste (figura 12).

En el primer caso, los potenció-metros pueden ser lineales o logarít-micos; la variación de resistencia esproporcional al ángulo girado porel cursor, y en el 2º caso la variaciónes logarítmica, esto hace que, alcomienzo, la resistencia varíe conrapidez con el ángulo de giro; des-pués la variación será más lenta ytendrá un uso común en el controlde volumen de radios y TV. Llama-mos presets a los resistores variablesque se ajustan una sola vez, hastalograr una perfecta posición, y queno tienen posibilidad de ser varia-dos por los usuarios.

El tamaño es reducido y tiene unajuste con un pequeño destornilla-dor, que es aplicado a una ranuraque tiene el contacto móvil.

PILAS Y BATERIAS

Los componentesbásicos capaces de suministrar unatensión continua estable a un cir-cuito electrónico son las pilas, conla capacidad de generar una ten-sión eléctrica por medios químicos.

La más común está formada porun electrolito (sal, ácido o base di-suelto en agua) y 2 electrodos. Vea-mos cómo se comporta un electro-lito cualquiera, diluido en agua; ej.el cloruro de sodio (fig. 13).

La sal es eléctricamente neutra,pero cuando se disuelve en el aguase disocia en los iones que la com-ponen, es decir, en iones positivosde sodio y en iones negativos decloro.

Si sumergimos 2 electrodos consis-tentes en 2 metales diferentes A y B,una determinada cantidad de io-nes negativos será atraída por elelectrodo A y otra porción de ionespositivos será atraída por el electro-do B; entonces, A se carga negati-vamente y B, positivamente (figura14).

A la diferencia de carga eléctricaque existe entre A y B, se la denomi-na diferencia de potencial o ten-sión de la pila. La tensión V depen-

derá de los materiales de los elec-trodos y del electrolito.

Por ejemplo, una pila de cinc-car-bón tiene una tensión: V = 1,5V.

Si conectamos una lamparita en-tre los electrodos, ésta iluminará yaque se producirá el pasaje de loselectrones desde A hasta B a travésde ella, y se cerrará el circuito pormedio de la solución electrolítica.Mientras este fenómeno sucede,uno de los electrodos (B) se va con-sumiendo, mientras que el otro seva engrosando por la deposiciónde material sobre su superficie. Lareacción química continuará hastaque B se consuma en su totalidad;en ese momento, la lamparita seapagará porque la corriente se de-tuvo (figura 15).

En una pila seca, el electrolito esuna pasta húmeda (pilas comunes)mientras que se denominan húme-das cuando el electrolito es un líqui-do (acumulador de plomo utilizadoen los autos).

La pila seca más común es la decinc-carbón y la desarrolló Le Clan-ché (1869), tiene un bajo costo y esde uso general.

Capítulo 2

23

Fig. 11

Fig. 13

Fig. 12

Fig. 14

Fig. 15

CONDUCTORES Y AISLANTES

El hecho de que algunos cuerpospueden retener la electricidad yque otros permiten que se escape,nos revela que en la naturalezaexisten dos comportamientos de es-te "fluido" representado por las car-gas. De hecho, los dos grupos decuerpos serán estudiados en estalección. Veremos que en un caso setrata de los denominados aislantesy, en el otro, de los conductores. Losdos tipos de material tienen igualimportancia en la electricidadelectrónica modernas y son utiliza-dos en una infinidad de aplicacio-nes. Conocer las propiedades deestos materiales es muy importanteen el estudio de la electrónica.

La electricidad como fluido

Vimos que podemos sacar concierta facilidad electrones de uncuerpo (de sus átomos) y llevarlos aotro que quedará con exceso deestas partículas.

El pasaje de electrones de uncuerpo a otro, cuando puede serestablecido, tiene mucha impor-tancia en nuestro estudio, pues eslo que puede llevar energía de unpunto a otro, así permiten la aplica-ción práctica de la electricidad.

Lo importante para nosotros essaber que las cargas eléctricas,constiutidas por los electrones, pue-den no sólo saltar de un cuerpo aotro en forma de chispas, como vi-mos en el caso del rayo, sino tam-bién moverse a través de ciertosmateriales, como en el caso del ca-ble utilizado en el pararrayos o de lacadena fijada al camión de com-bustibles (figura 1).

Mientras tanto, existen tambiéncuerpos en que la electricidad que-da "atrapada", como en el caso delpeine frotado, en que los electro-nes ganados se mantienen en laposición en que son colocados, o lafalta de electrones permanece enel lugar de donde fueron retirados(figura 2). El movimiento de electro-

nes en un cuerpo esposible si tienen unacierta libertad en elinterior del materialque lo constituye.Luego veremos dequé modo ocurreésto.

Para nosotros, en-tonces, es importan-te saber que existentipos de materiales,en los que las cargasno se puede mover,que son denomina-dos aislantes, y ma-teriales en los quelas cargas se mue-ven con facilidad,que son denomina-dos conductores.

Sabemos que exis-ten materiales quepueden ser electri-zados de diferentesformas (serie triboe-léctrica), lo que re-vela que existen áto-mos que tienen másdificultades en per-der sus electronesque otros.

Así, para los mate-riales en que los elementos están fir-memente unidos a los átomos, exis-te mucha dificultad para que ocu-rra un movimento de cargas.

Si sacamos un electrón de un lu-

gar, este lugar quedará libre, puesaunque el cuerpo posee otros elec-trones disponibles, ésos no puedenocupar el lugar vacío. Del mismomodo, si agregamos un electrón al


24

Conducción de la Corriente Eléctrica

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

material, se quedará en ese lugar,pues no tiene facilidad para mover-se (figura 3).

Por otro dado, existen materialesen los que los electrones son libres ypueden moverse con mucha facili-dad en su interior. Esto ocurre, porejemplo, en los metales. Si carga-mos un cuerpo metálico con unacierta cantidad de cargas, agre-gando electrones libres, por ejem-plo, estos electrones se pueden mo-ver "saltando” de átomo en átomohasta distribuirse de manera más omenos uniforme (figura 4). Si porotro lado, sacamos una cierta can-tidad de electrones apenas de unpunto de este cuerpo, los electro-nes de las cercanías "corren" a lle-nar el vacío formado y forman"nuevos vacíos" en otros puntos conuna distribución también uniformede las cargas positivas (vacíos). Fi-gura 5.

En este punto el lector debe pres-tar atención a este hecho. Cuandohablamos de un cuerpo cargadonegativamente, las cargas que semueven o que participan del pro-ceso, los que se pueden mover, son

electrones. Pero,cuando hablamos deun cuerpo cargadopositivamente, o sea,en que existe una faltade electrones, en ver-dad ¡nada existe quese pueda mover! Po-demos, sin embargo,para ayudarnos ennuestro razonamiento,hablar de "falta deelectrones" o lagunas(vacantes o vacíos)que se mueven.

Así, mientras en uncuerpo cargado ne-gativamente los elec-

trones se distribuyen en su superfi-cie, en un cuerpo cargado positiva-mente son las lagunas las que sedistribuyen en su superficie (figura6).

Volviendo al problema de los ma-teriales conductores, vemos que lafacilidad de movimiento, tanto delos electrones como de las lagunas,es total.

Los electrones pueden saltar deátomo en átomo, mientras que laslagunas son llenadas por átomosadyacentes que saltan librementey provocan su desplazamiento (fi-gura 7). Entre los materiales consi-derados aislantes, en que los elec-trones tienen grandes dificultadespara moverse, tenemos: el vidrio, elpapel seco, el plástico, la mica, laporcelana, la cerámica, etc.

Entre los materiales consideradosconductores tenemos: los metales,el grafito, etc.

TIPOS DE CONDUCTORES

Podemos clasificar los materialesconductores en tres grupos:

a) S lidos

Los materiales sólidos que condu-cen la electricidad, o sea, en losque las cargas se pueden mover,son los metales (que son los mejoresconductores) y el grafito.

b) L quidos

Determinados líquidos tambiénpermiten que las cargas eléctricasse muevan. Estas cargas, en ver-dad, se mueven junto al propio áto-mo que puede "nadar", por así de-cirlo, y desplazarse en el medio lí-quido. Estos átomos, que puedentener falta o exceso de electrones yque se desplazan en un medio líqui-do, son denominados "iones" (ex-presión griega que traducida es"caminante"). Los iones positivos sellaman "cationes" y los negativos"aniones" (figura 8).

Las cargas eléctricas no se mue-ven a través del agua, por ser ais-lante. Sin embargo, si disolvemos enesta agua una sustancia como lasal de cocina, que está forma dapor átomos de cloro y sodio (NaCI),las partículas de sodio y cloro se di-socian en aniones de cloro(CI-) ycationes de sodio (Na+), figura 9.

Con esto, los aniones y cationesexistentes en solución pueden servirde "medio de transporte" para lascargas eléctricas y el agua en estascondiciones se vuelve conductora.

Muchas sustancias del tipo sal(cloruro de sodio, bicarbonato de

Capítulo 2

25

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

sodio, sulfato de cobre), del tipoácido (ácido sulfúrico, ácido clorhí-drico, etc.) o bien de tipo base (hi-dróxido de sodio, o sea soda cáus-tica) cuando se disuelven en aguatambién se disocian y forman asíuna solución conductora.

Vea que, en el total, cuando di-solvemos sal en agua, separamospartículas positivas y negativas, pe-ro en cantidades iguales, lo quequiere decir que el agua que tene-mos mantiene su neutralidad.

c) Gaseosos

Los gases, en condiciones norma-les, o sea neutros, son excelentesaislantes y no permiten que las car-gas eléctricas se muevan con facili-dad. Pero, si por medio de una bue-na cantidad de energía consegui-mos arrancar electrones de los ga-ses, de modo que pasen a quedaren un estado de electrizamientodenominado "ionización", entoncesse convierten en excelentes con-ductores.

En los gases ionizados ocurren fe-nómenos interesantes, como porejemplo, la emisión de luz, lo que esaprovechado para la fabricaciónde las lámparas fluorescentes (figu-ra 10). El aire, que es aislante encondiciones normales, se vuelveconductor por acción de una des-carga fuerte como la producidapor el rayo, que entonces puedeatravesarlo con facilidad.

Un poco de cálculosHasta ahora dimos interesantes

explicaciones sobre cómo funcio-nan las cosas en loque se refiere a cargaseléctricas y su movili-dad. El único valor nu-mérico que vimos fuela llamada carga ele-mental, que era:

e = 1,60 x 10-19 C

A partir de este valor y de otrosque daremos a continuación, va-mos a "jugar" un poco con los cál-culos para aprender cosas intere-santes sobre la electricidad.

Como vimos, cada tipo de sus-tancia simple (elemento) posee unátomo con cantidades diferentesde partículas internas (protones yneutrones). Así, en función de estacantidad podemos saber exacta-mente cuántos átomos de una cier-ta sustancia existen en una canti-dad cualquiera que tomamos deella.

Verificamos entonces que, si divi-dimos esta cantidad de una sustan-cia por el "peso" relativo de las par-tículas que forman el átomo, obte-nemos un número constante.

De este modo 1 gramo de hidró-geno tiene la misma cantidad deátomos que 16 gramos de oxígeno,que a su vez, tiene la misma canti-dad de átomos que 108 gramos deplata y 197 gramos de oro (figura11).

El número de partículas (átomos)es enorme:

n = 6,02 x 1023

¡Esto significa 6 seguido de 23 ce-ros! ¡Todos esos átomos en apenasalgunos gramos de material!

Suponiendo que en un metal, co-mo el oro, cada átomo pueda con-tribuir con un electrón libre, en untrocito de, digamos, 1 gramo, ten-dremos nada más y nada menosque 1022 electrones disponibles (10seguido de 22 ceros, para los queno están familiarizados con la ano-

tación exponencial). Estos electro-nes forman, en el interior del metal,una especie de "nube" que se está"agitando" constantemente. Verifi-camos que los electrones puedenincluso ver aumentada su cantidadcon la elevación de la temperatu-ra, fenómeno de gran importanciaen electrónica.

¿Qué ocurre si multiplicamos lacantidad de electrones libres quetenemos en un trocito de metal porla carga de cada electrón?

Evidentemente, obtenemos lacarga total, en Coulombs, del pe-dacito de metal en cuestión.

Suponiendo que nuestro trocitode metal tenga 10 electrones y quela carga de cada uno sea de = 1,60x 10-19 C, tenemos:

Q = 1022 x 1,6 x 10-19

Q = 1,60 x 103CQ = 1.600 Coulomb

¿Será mucho o poco, esto?, sepreguntará el estudiante.

A título de curiosidad, si la lámpa-ra de su cuarto está encendida eneste momento consume energía arazón de apenas una carga de1/Coulomb por segundo.

Una carga de 1.600 Coulomb,ciertamente, quemaría esta lámpa-ra y si los electrones no estuvieran"equilibrados" en el interior del me-tal y pudieran revelar toda su "fuer-za", bastaría que usted tocara untrocido de oro ¡para morir instantá-neamente fulminado!

En verdad, en la práctica, no po-demos manejar sino una parte muy


26

Fig. 9 Fig. 10

Fig. 11

pequña de los electrones que estánlibres en el metal, para agregar oquitar algunos. De ningún modo po-demos contar con todos en los pro-cesos eléctricos.

CAMPO ELECTRICO Y

CORRIENTE ELECTRICA

¿Qué hace que las cargas eléctri-cas se muevan en un cuerpo?¿Qué estado especial existe en tor-no de un cuerpo cargado, paraque su influencia se haga sentir adistancia? ¿Qué ocurre cuandouna gran cantidad de cargas eléc-tricas se mueve en un material con-ductor?

Todo esto será el tema de estalección.

Veremos de qué modo la "influen-cia" de las cargas en un cuerpo se"propaga" por el espacio y provocael movimiento de cargas incluso ala distancia y de qué modo un flujode cargas forma una corriente, unmovimiento muy especial para lasaplicaciones prácticas.

El campo el ctrico

Un cuerpo cargado de electrici-dad, ya sea positiva o negativa, se

comporta de manera muyespecial. Otros cuerpos tam-bién poseedores de cargaseléctricas, colocados en lasproximidades de aquéllos,quedarán sujetos a la acciónde fuerzas.

Si las cargas de los cuerpospróximos fueran de signosopuestos, la fuerza será deatracción, mientras que si lascargas fueran del mismo sig-no, la fuerza será de repul-sión, como ilustra la figura 12.Podemos decir que el espa-cio en torno de un cuerpocargado queda lleno de al-go invisible, algo que corres-ponde a la acción de natura-leza eléctrica sobre los cuer-pos que también están car-gados.

El espacio en torno de uncuerpo cargado goza depropiedades especiales quepueden explicarse por la pre-

sencia de una entidad llamada"campo eléctrico", normalmente re-presentada por la letra E.

El campo eléctrico no es algo físi-co, en el sentido que podamos ver-lo, pero sí una entidad física quedescribe un estado alrededor de uncuerpo cargado.

Para representar este estado usa-mos entonces líneas imaginarias,denominadas líneas de campo. Elconjunto de estas líneas imaginariasalrededor de un cuerpo cargadorepresentan su campo eléctrico.

Por una convención, las líneas seorientan saliendo de los cuerpos car-gados positivamente y entrando enlos cuerpos cargados negativamen-te, como muestra la figura 13. En elprimer caso, tenemos la representa-ción del campo de una carga posi-tiva (a); en el segundo, el campo deuna carga negativa (b) y, en el ter-cero, el campo provocado por doscargas de signos opuestos próximos,lo que se llama "dipolo".

Vea que las líneas se diluyencuando están más lejos de las car-gas, lo que indica el debilitamientodel campo.

Una carga eléctrica (un electrón,por ejemplo) colocado en el cam-po eléctrico de una carga cual-

quiera, queda sujeta a una fuerzaque está siempre orientada en elsentido de coincidir o ser tangente(tocar la línea de fuerza del campoen el lugar considerado), figura 14.Las propiedades principales queposeen las líneas de fuerza son:

* Siempre salen de los cuerpos po-

sitivos y llegan a los negativos.

* Nunca se cruzan.

* Est n m s concentradas donde

el campo es m s fuerte.

La intensidad del campo eléctri-co en un determinado punto delespacio, a una cierta distancia dela carga que lo produce, puede sercalculada.

Este cálculo tiene gran importan-cia en los estudios de electroestáti-ca y en consecuencia para la elec-trónica.

Teniendo como base la ilustraciónde la figura 15, la fórmula que nospermite calcular la intensidad delcampo eléctrico en el punto P delespacio es:

1 QE = _____ . ___

4πε0 d2

Donde: E es la intensidad delcampo medida en N/C (Newtonspor Coulomb)

1/4πε0 es la constante que vale 9

x 109 N. m2/C2

Q es la carga que provoca elcampo en Coulomb

d es la distancia de la carga alpunto P.

Como vimos, una carga eléctricacolocada en un punto del espacio,sujeta a la acción de un campo, esforzada a moverse.

La fuerza que aparece en el caso

Capítulo 2

27

Fig. 12

Fig. 14

Fig. 13

puede ser calculada por la expre-sión:

F = Q x E

donde: F es la fuerza en Newtons,Q es el valor de la carga que es

colocada en el punto P en Cou-lombs y

d es la distancia en metros hasta lacarga que produce el campo.

LA CORRIENTE ELECTRICA

Si tuviéramos dos cuerpos carga-dos con cargas de signos opuestos,el campo eléctrico que existe en tor-no de ellos es tal que procurará mo-ver las cargas de uno hacia el otroen el sentido de establecer su neu-tralidad.

Los electrones tenderán a salir delcuerpo cargado negativamente y

dirigirse al cuerpo cargado positiva-mente (figura 16).

Si hubiera un medio conductor en-tre los dos cuerpos que permita elmovimiento de estas cargas, loselectrones podrán desplazarse concierto orden, pasando de un cuerpohacia el otro. Los electrones saltaránde átomo en átomo, así formaránun flujo de cargas.

Decimos que el movimiento orde-nado de cargas eléctricas que ocu-rre en este caso se denomina "co-rriente el ctrica" (figura 17).

En el caso específico que toma-mos de ejemplo, en que el conduc-tor es el metal, el movimiento real esde cargas negativas (electrones),pero puede ser de otro tipo de partí-culas, como por ejemplo, los iones,en los casos de los gases y solucio-nes.

Está claro que sólo los protones nopueden moverse en realida, por es-tar presos en los núcleos de los áto-mos.

Por otro lado, los electrones que semueven de un cuerpo hacia otro,no lo hacen todos instantánemente.

Existe un límite para la cantidad yla velocidad con que ocurre el pa-saje. La cantidad y la velocidad sonestablecidas por la intensidad delcampo y, naturalmente, por la ca-pacidad que el conductor tenga depermitir que las cargas se muevan. Siconsideramos un intervalo de tiem-po en que no hay alteración per-ceptible en la carga total de las es-feras, vemos que el flujo de cargasen el conductor se mantiene cons-tante.

Podemos entonces hablar de unaintensidad para este flujo, que va acorresponder a la intensidad de lacorriente eléctrica (figura 18).

La intensidad de una corriente co-rresponde entonces a la cantidadtotal de carga que pasa en cadasegundo por un conductor.

Corriente electr nica

y corriente convencional

Observe un hecho interesante: co-mo las únicas cargas que se puedenmover, en realidad, son los electro-nes, las corrientes eléctricas fluyendesde los cuerpos negativos hacialos cuerpos positivos (figura 20). Estacorriente se denomina corrienteelectrónica, pero no siempre es con-siderada en el estudio de la electrici-dad. De hecho, sabemos que los nú-meros negativos son menores quelos positivos, lo que vuelve muy ex-traño decir que el agua fluye de unlugar de menos presión (negativo)hacia uno de mayor presión (positi-vo), cuando en realidad ocurre todolo contrario. Si las cargas que semueven fueran las positivas, las co-sas podrían ser explicadas del mismomodo y no tendríamos este proble-ma.

Pero, si no podemos ver los elec-trones o cargas de ninguna especie,¿qué nos impide "imaginar" el fenó-meno como si ocurriera en sentido"contrario"?

De hecho, cuando una carga ne-gativa sale de un cuerpo (electrón)y va a neutralizar otra positiva en uncuerpo cargado de este modo, elefecto final es cero, lo mismo que siconsideráramos una carga positivaque sale del que está cargado deeste modo y va hacia el otro (figura21).

En verdad, el efecto de considerarque los electrones saltan hacia la es-fera de la derecha, como muestra lafigura 22, corresponde exactamente


28

Fig. 18

Fig. 15

Fig. 16

Fig. 17

Fig. 19

Fig. 20

Fig. 21

a la formación de "vacíos" o "aguje-ros" que se desplazan hacia la iz-quierda, que a su vez correspondenjustamente al movimiento "contrario"de cargas positivas. Todo esto signi-fica que podemos perfectamenterepresentar corrientes eléctricas quesalen de cuerpos positivos (polos po-sitivos) y van hacia cuerpos negati-vos, sin que esto esté equivocado.En verdad, es común hacer este tipode represenación. En este caso, de-cimos que estamos representandola corriente convencional y no la co-rriente real o electrónica.

Velocidad de la corriente

Usted acciona el interruptor de laluz y ¡zas!, la luz se enciende instan-táneamente. Por más largo que seael cable, no conseguirá notar retrasoalguno entre los dos momentos: elaccionamiento del interruptor y elencendido de la lámpara son simul-táneos.

En verdad, lo que ocurre es que elfenómeno de la acción de la electri-

cidad es instantáneo, mientras quela velocidad de las cargas en sí no loes.

Analicemos el fenómeno: Cuandousted acciona el interruptor el esta-blecimiento del campo eléctrico(acción) en el conductor se propa-ga con una velocidad muy grande,del orden de los 300.000 km por se-gundo... `o sea la velocidad de la luz!Esta acción hace que prácticamen-te todos los electrones que tienenmovilidad pasen a saltar de átomoen átomo en la dirección que co-

rresponde a la circulación de la co-rriente (figura 23). Pero la velocidadmedia de los electrones en este mo-vimiento es muy pequeña compara-da con la velocidad con que seestablece la corriente.

Capítulo 2

29

Fig. 22

Fig. 23

La Revolución de los Medios Opticos

El surgimiento del disco compactode audio digital, desencadenóuna revolución en los medios de

almacenamiento de información,considerada ésta en sentido amplio(datos, texto, audio, imágenes, vi-deo), pues permitió grabar enormescantidades de datos en un disco deapenas doce centímetros de diáme-tro. El CD musical y todos los formatosque se derivaron de dicha tecnolo-gía, tienen una base física común: elregistro y lectura de información pormedios ópticos. En este artículo, revi-saremos los principios en que se apo-ya esa tecnología y haremos un re-cuento de los principales formatosque se han derivado del CD musical.

MEDIOS DE SOPORTE DE INFORMACION

Los medios de registro de informa-ción, constituyeron una base funda-mental en el desarrollo de las civili-zaciones, pues permitieron aumen-tar la memoria colectiva, remontar

las barreras del tiempo y, por conse-cuencia, incrementar el bagaje in-telectual de los pueblos. La primeraforma material que se supone seempleó en la antigüe-dad, fue latableta de arcilla, en la cual segrababan incisiones que represen-taban letras o números (la escrituracuneiforme de los antiguos babilo-nios); luego vino el rollo o tira conti-nua de papiro (el antecesor del pa-pel) usado por los antiguos egipcios;más tarde el códice o cuaderno depergamino, que con los siglos evolu-cionó hasta el concepto de hojasde papel agrupadas para formarun volumen (libro); y, finalmente, ennuestro siglo, el disco de acetato, lacinta magnética, el disco magnéti-co y los discos ópticos.

Esta amplia variedad de mediosde almacenamiento, ha implicadouna diversidad de recursos y disposi-tivos para conservar la información:incisiones (bajorrelieve) en las tabli-llas babilónicas; tintas y plumas deave para la escritura sobre papiros y

pergaminos; la imprenta para el es-tampado en papel; los camposmagnéticos para la grabación encinta y discos; surcos grabados enla superficie de discos de acetato yprotuberancias microscópicas so-bre la superficie de un disco de po-licarbonato, para ser leídos median-te un rayo láser.

El surgimiento de los medios ópti-cos, constituyó una transformaciónrotunda de los métodos de almace-namiento de información, puespermitió grabar enormes cantida-des de datos en un disco de ape-nas doce centímetros de diámetro.El primer dispositivo óptico fue el vi-deodisco láser, aunque el medioque desencadenó la revolución delos sistemas ópticos fue el discocompacto de audio digital, capazde almacenar hasta 74 minutos deaudio; de ahí se derivaron múlti-plesformatos y variantes, siendo el másimportante el disco compacto paracomputadora o CD-ROM (Com-pact Disc-Read Only Memory), el

cual permitió almacenar hasta 640megabytes de información.

La ventaja principal del CD-ROM,fue que permitió a las compañías fa-bricantes de software, desarrollarprogramas de computadora de unaclase llamada “multimedia interacti-va”, en la cual se combinan texto,imágenes, sonido, animacio-nes y vi-deo, brindando además al usuario laposibilidad de interactuar de formadinámica con esa información hete-rogénea. Y es que el CD-ROM ofre-ció por primera vez un soporte ligeroy barato para la grabación digitalde enormes cantidades de datos,justamente como las que requiere lamultimedia interactiva.

Todos los formatos ópticos que sederivaron del CD musical, así comolos desarrollos conceptuales y tec-nológicos que propició el CD-ROM,mantienen una base física común: elalmacenamiento y lectura de infor-mación por medios ópticos.

En este artículo, revisaremos losprincipios de grabación y lectura dedatos por procedimientos ópticos yharemos un recuento de los princi-pales formatos que se han derivadodel CD musical.

El surgimiento de la

tecnolog a ptica

A finales de la década de los 70, lacompañía Philips había desarrolladoun método para grabar informaciónen surcos microscópicos y recu-perarla mediante un rayo láser. Laaplicación que los ingenieros de es-ta compañía le dieron a tan nove-doso sistema fue en el “disco láserde video”, cuyo lanzamiento al mer-cado se dio en 1980, con la inten-ción de ofrecer una alternativa via-ble a los formatos de videocinta Be-ta y VHS, que por entonces inaugu-raban una era en el terreno del vi-deo doméstico.

Sin embargo, tal vez por tratarseen ese tiempo de una tecnologíamuy avanzada para las condicionesde la industria en el mundo, o por re-sultar muy costosa con relación a lasvideocintas, Philips no obtuvo el éxi-to esperado con el videodisco enesos años.

Mas este gran avance sentó lasbases del disco compacto digital. Alrespecto, conviene precisar que enel videodisco láser la información nose graba digitalmente, sino de ma-nera analógica.

Por otra parte, hacia fines de los70, las técnicas digitales habían al-canzado un grado de maduraciónque los hacía susceptibles de apli-carse en electrónica de consumo,en buena medida estimuladas porlos avances en la producción de cir-cuitos de gran escala de integra-ción.

Este panorama, aunado a las ven-tajas de las técnicas digitales sobrelas analógicas, llevó a Philips a con-siderar el desarrollo de un disco láserpara grabación de audio basadoen procedimientos numéricos.

El inconveniente fundamental queenfrentaba Philips para desarrollarun medio de almacenamiento conestas características, era el procesode conversión de la señal analógicaen un formato digital y su posteriorreconversión a la expre-sión análo-ga. Por entonces ya existían desa-rrollos comerciales de circuitos con-vertidores de análogo a digital (A/D)y de digital a análogo (D/A), perocomo Philips había dedicado mu-cho tiempo a la investigación y de-sarrollo de la tecnología para el al-macenamiento y recuperación dedatos en formato óptico, no dispo-nía de un desarrollo propio para laconversión A/D/A de señales de au-dio.

Conscientes de que desarrollar unmétodo propio para resolver estácuestión técnica podría tomarles va-rios años, los directivos de Philips de-cidieron establecer alianzas estraté-gicas con otras compañías que yadisponían de esa tecnología. Con-cretamente, llegaron a un acuerdocon la firma japonesa Sony, para ellanzamiento común del nuevo discocompacto de audio digital.

Los ingenieros de Sony habían de-sarrollado a fines de los 70 un proce-dimiento muy efectivo para la gra-bación de audio análogo en formadigital a través de una codificaciónPCM (Pulse Code Modulation). Inclu-sive, algunos de sus mo-delos de vi-deograbadoras Beta, llegaron a in-cluir circuitos que permitían la adi-ción de un módulo especial para elmanejo del audio estéreo Hi-Fi digi-tal. Finalmente, de la unión de tec-nologías de estas dos grandes em-presas mundiales, surgió en 1982 eldisco compacto de audio digital.Rápidamente, este novedoso siste-ma atrajo la atención de otros fabri-cantes de equipos, pues el CD ofre-ció indudables ventajas sobre los tra-dicionales medios de almacena-miento de audio: el disco negro deacetato y la cinta en casete.

Luz y protuberancias

En un disco de acetato la informa-ción se graba mediante pequeñossurcos en forma de espiral; es en lasparedes de dicho surco donde segraba el audio analógico que pos-teriormente es recuperado por unaaguja de zafiro o de diamante (figu-ra 1). La aguja, al recorrer el surco,vibra según las ondulaciones graba-das en las paredes del mismo ytransmite la información de audioanalógico hacia una pastilla mag-nética, donde se obtiene la señaleléctrica respectiva, misma que esfiltrada y amplificada para su poste-rior salida por los altavoces.

¿Cuál es el principio de almace-namiento y lectura de informaciónen los sistemas ópticos? En este ca-so, no existe aguja ni contacto físicoentre el medio recuperador y el me-dio de almacenamiento, como tam-poco existe un surco con pare-desgrabadas.

En los discos ópticos, para alma-cenar los datos, se utiliza un track opista de información constituida porminúsculas elevaciones de longitudvariable, a las cuales se les llama pits(en inglés pit significa hueco, pero seemplea este término porque en eldisco matriz, que es como el negati-vo del CD, la información va codifi-cada en microscópicos huecos o


30

Fig. 1

depresiones). El pit es la célula ounidad básica de información enlos discos ópticos digitales. Las di-mensiones de estos pits son sorpren-den-tes: tienen un ancho de sólo0,5 micras (una micra = una milési-ma de milímetro); su altura es detan sólo 0,11 micras, y su longitudpuede variar desde 0,83 hasta 3,5micras (figura 2). A su vez, la sepa-ración entre tracks adyacentes esde tan sólo 1,6 micras.

Estas dimensiones probablemen-te no tengan para usted un signifi-cado en primera instancia; sin em-bargo, para brindarle una pers-pectiva más apropiada, en la figu-ra 3 se muestra una comparaciónde los tracks de un CD musical conun surco de un disco de acetato ycon el grueso de un cabello huma-no.

Tecnolog a digital

La tecnología digital tiene nota-bles ventajas en comparación conlos medios de almacenamiento deaudio y video analógicos, como eldisco de acetato y la cinta de videomagnética.

Con las técnicas analógicas, cual-quier imperfección durante las eta-pas de registro, almacenamiento oreproducción de la grabación afec-ta la calidad de la señal de audioy/o video.

Por ejemplo, un disco sucio provo-ca ruido.

Estas imperfecciones no ocurrenen el almacenamiento digital, don-de gracias a la naturaleza binaria delos datos almacenados, cualquierfuente de ruido externo se eliminarápida y eficientemente, permitien-do la recuperación de una señalque es virtualmente idéntica a la ori-ginal.

De anal gico a digital

En la tecnología deldisco óptico, excep-tuando la informaciónde video de los discosláser, las señales analógi-cas son convertidas enseñales digitales. Duran-te este proceso, la señalanalógica de audio y/ovideo es dividida en va-rias partes y convertida

en una serie de valores llamadamuestreo . En cada muestreo se ex-

plora una forma de onda que repre-senta una señal de audio o de video,y esta exploración se lleva a cabo enintervalos iguales. La fuerza y la pola-ridad de la señal analógica originalen estos intervalos, pueden expresar-se con números decimales (1, 2, 3,etc.); así, tanto la magnitud como lapolaridad de dicha señal ( + ó - )quedan indicadas de punto a punto.Vea la figura 4.

La frecuencia y el número de bitscon que se mide la magnitud de laseñal en una forma de onda, deter-minan la exactitud del registro de laforma de onda original; por consi-guiente, el número de bits debe sertal que estos pasos deben ser muypequeños; y por lo que se refiere a lafrecuencia, ésta debe ser lo suficien-temente elevada para garantizar lacorrecta captura de todo el anchode banda de la señal original. Unconversor A/D transforma los valoresdecimales en una notación binaria:bits. Los bits sólo consisten en 1(unos) y 0 (ceros), y mediante lacombinación de éstos se puedenexpresar los números de-cimales en forma de no-tación binaria.

Estos son ejemplos de no-tación binaria en tres bits:

Decimal Binaria1 0012 010

La señal analógica seconvierte entonces enuna señal digital queahora consiste en unaserie de pulsos: pulsospara los 1 (unos) y au-sencia de pulsos para los

0 (ceros). Estos pulsos en serie se gra-ban en la superficie del disco maes-tro en forma de pits de tamaño mi-croscópico; y esto se hace con unrayo láser muy fino.

En la mayoría de las grabaciones,cada valor analógico muestreado(44,100 por segundo) es convertidoen una línea de 16 bits en vez de lostres que se acaban de ejemplificar;de esta manera, se obtiene un totalde más de 1 millón de bits por segun-do. Un número de 16 bits de 1 (unos)y 0 (ceros) puede expresar un máxi-mo de 65.536 diferentes valores; osea, que dos posibles valores paracada bit = 216 = 65.536 posibilidades.

OTROS SISTEMAS OPTICOS

Como ya mencionamos principio,esta tecnología tan poderosa no só-lo se aprovecha en los discos digita-les de audio, sino que también seaplica en otros formatos. A conti-nuación se describen algunos de losformatos derivados del disco com-pacto de audio digital.

El disco l ser de video

Si bien el disco láser de video esanterior al disco compacto de au-dio, ya que fue presentado por Phi-lips en 1980, dos años antes que elprimer CD de audio llegara al mer-cado, como tuvo una acogida muypobre por parte de la industria,prácticamente fue archivado entrelos múltiples formatos que compitie-ron por la supremacía en el mundodel video casero.

Capítulo 2

31

Fig. 2

Fig. 3

El CD-ROM

Ya mencionamos que los CD-ROMson físicamente idénticos y de la mis-ma tecnología que un disco com-pacto de audio digital. Justamentepor esas propiedades, es un medioque puede almacenar hasta 640megabytes de información, unacantidad extraordinaria en un redu-cido espacio, comparada con undisco duro promedio.

Precisamente por esa capacidadde almacenamiento, los CD-ROM’sse utilizan sobre todo en aplicacio-nes de multimedia interactiva, don-de los gráficos y el audio consumengrandes cantidades de espacio;aunque cada vez se les emplea conmayor frecuencia en la distribuciónde programas diversos, librerías deprogramas, etc.

El CD-I

El Disco Compacto Interactivo(CD-I) fue un desarrollo de Philipsque trató de competir con el CD-ROM, ya que su utilidad era prácti-camente la misma; esto es, en unCD-I también podían grabarse tex-tos, imágenes, animaciones, soni-dos, etc. Su ventaja inicial era quepara aprovechar un CD-ROM se ne-cesitaba una computadora perso-nal poderosa, mientras que para uti-lizar los CD-I tan sólo se requería unaparato lector que se conectaba altelevisor.

Disco compacto para fotograf a

(Photo-CD)

Este es un desarrollo que hizo Ko-dak a finales de los 80, como unaopción para almacenar un gran nú-mero de fotografías en un CD idénti-co al de audio en dimensiones y tec-nología, pero cuyo formato internoestaba especialmente dedicado almanejo de imágenes.

Durante algún tiempo se vendie-ron lectores especiales de Photo-CD

para conectarlos al televi-sor, utilizando el disco co-mo lbum de fotos ; sinembargo, en la actualidadprácticamente toda estatecnología se ha desplaza-do al mundo de las com-putadoras personales.

Los medios magneto- pticos

Una situación especial la tenemosen un desarrollo relativamente re-ciente, el cual permite la utilizaciónde tecnología óptica combinadacon fenómenos magnéticos: los me-dios de almacenamiento magneto-ópticos para grabar y leer informa-ción digital.

Empleando un rayo láser que ca-lienta la superficie de un materialmetálico al tiempo que se le aplicaun campo magnético, se puede al-macenar información digital, con laventaja de que la densidad de al-macenaje es extraordinariamenteelevada; por ejemplo, en un discode 3,5 pulgadas, se pueden grabardesde 100 hasta varios cientos demegabytes.

Muchas compañías están compi-tiendo para conseguir que su forma-to de discos magneto-ópticos sea elreemplazo de los tradicionales dis-quetes de 1,44MB; el más usual, aun-que ya en vías de la obsolescenciatécnica. Ejemplos de discos magne-to-ópticos son el MiniDisc de Sony,las unidades IOmega, etc.

El DVD

El próximo paso en la evolución delos medios de almacenamiento ópti-cos es, sin duda alguna, el DVD, si-glas de Disco Versátil Digital. Este dis-co se fabrica con la misma tecnolo-gía de un CD de audio normal, perollevado un paso adelante: gracias ala utilización de nuevas tecnologíasde fabricación de diodos láser y alempleo de frecuencias de opera-

ción más elevadas, es posible redu-cir aun más el tamaño de los pits ydel espacio entre pistas de informa-ción; esto permite una mayor densi-dad de información y, por lo tanto,un incremento significativo en lacantidad de datos que se puedengrabar en un solo disco de 12 cm, dehecho, las dimensiones físicas exter-nas de ambos formatos son las mis-mas.

Un DVD puede contener hasta 4,7gigabytes, y gracias al desarrollo denovedosos métodos de escritura porcapas, esta capacidad puede au-mentar hasta casi 18 gigabytes deinformación en un solo disco de 12cm.

Esa enorme capacidad de alma-cenamiento podría parecer exage-rada para el usuario de computado-ras; sin embargo, resulta ideal parala distribución de películas digitaliza-das, por lo que se calcula que enpocos años el DVD se convertirá enel medio de venta de películas máspopular, por encima de las cintasVHS, ofreciendo además la ventajade una calidad de imagen y sonidosuperiores a las de las cintas analógi-cas.

Sin duda, los medios ópticosconstituyen una alternativa impor-tante en el futuro inmediato, parael registro de cantidades extraordi-narias de información. No obstan-te, los medios magnéticos tambiénse encuentran en gran efervescen-cia; incluso, la vertiente donde secombinan las tecnologías óptica ymagnética resulta cada vez másatractiva para los usuarios de com-putadoras. *****************


Fig. 4

TVAUDIOVIDEOCOMPUTADORAS



DiodosSemiconductoresDiodosSemiconductores

SSAA BBEERR

EELLEECCTTRROO NN II CCAAEDICION ARGENTINA

ES UNA EDICION ESPECIAL DE

ResistenciaEléctrica

ResistenciaEléctrica


VV i sua li sua l

d e l ad e l a


INDICE DEL

CAPITULO 3

RESISTENCIA ELECTRICALa resistencia eléctrica .................................35Unidad de resistencia ...................................35La ley de Ohm ...............................................36Resistividad .....................................................37Circuito eléctrico ...........................................38Otra vez la ley de Ohm ................................39Cálculo de la corriente ................................40Cálculo de la resistencia ..............................40Cálculo de la tensión....................................41Los resistores en la práctica .........................41La ley de Joule...............................................42Unidades de potencia, energía y calor...............................................43Calor específico de los materiales..............44

DIODOS SEMICONDUCTORESIntroducción...................................................44Diodos semiconductores ..............................45Diodo rectificador .......................................46Diodo zéner ....................................................47Diodo de corriente constante .....................47Diodo de recuperación en escalón, .........47Diodo invertido .............................................47Diodo túnel .....................................................47Diodo varicap ................................................48Diodo varistor .................................................48Diodo emisor de luz.......................................48

LA RESISTENCIA EL CTRICA

La cantidad de agua que sale deun caño, como se muestra en la figu-ra 1, depende de la altura del tan-que (comparable a la "presión" otensión) y del espesor del caño. Laanalogía eléctrica de este fenóme-no se estudiará enseguida.

Pensando en la analogía con undepósito de agua, vemos que el flu-jo por el caño depende en gran par-te del espesor del mismo. En un cañomás grueso el agua encuentra me-nor "resistencia" y puede fluir conmás facilidad. El resultado es un flujomucho más intenso y por consiguien-te una cantidad mayor de agua.con la electricidad ocurre lo mismo.

Si tenemos una fuente cualquierade energía eléctrica capaz de pro-porcionar cargas en cantidades limi-tadas, que a la vez hace de tanque,la unión con un cable conductor en-tre los polos de la fuente hace que lacorriente pueda fluir y eso nos lleva aun comportamiento semejante aldel tanque de agua (figura 2).

La intensidad de la corriente queva a fluir, es decir, el número de "am-peres" no depende sólo de la tensiónde la fuente sino también de las ca-racterísticas del conductor. Estudia-mos que los materiales se comportande modo diferente en relación a latransmisión de cargas. No existenconductores perfectos. Y además, elcable conductor puede ser fino ogrueso, largo o corto.

Si el cable fuera fino y largo, dematerial mal conductor de la electri-cidad, el flujo será muy pequeño. Lacorriente encontrará una gran "re-

sistencia" u "oposici n" a su circula-ción. Si el cable fuera de un buenmaterial conductor, corto y grueso,la oposición al pasaje de corrienteserá mínima y la corriente intensa (fi-gura 3).

El efecto general de un cable o

de un cuerpo cualquiera que es re-corrido por una corriente se denomi-

na Resistencia El c-

trica.Podemos definir la

resistencia eléctricacomo:

"Una oposici n al

pasaje de la corrien-

te."

La resistencia eléc-trica de un conduc-tor depende de di-versos factores, co-mo la naturaleza delmaterial de que estáhecho el conductory del formato (longitud, espesor,etc.).

Unidad de resistencia

Si conectamos un conductor a ungenerador (pila) u otra fuente deenergía que establezca una tensiónde 1V y verificamos que es un reco-rrido por una corriente de 1A (1 am-pere) de intensidad, podemos deci-dir entonces que el conductor pre-senta una resistencia de 1 ohm (Ω).

El ohm, abreviado Ω, es la unidadde resistencia. La letra griega ome-ga mayúscula se utiliza para la abre-viatura (figura 4).

Podemos, como en el caso de lacorriente y la tensión, usar múltiplos ysubmúltiplos del ohm para represen-tar resistencias grandes y chicas. Esmás común el uso de múltiplos.

Es así que si tuviéramos una resis-tencia de 2.200 ohms, podemos, enlugar de ese número, escribir 2k2 ó2,2k, donde ksignifica "kilo"o 1.000 ohm.Vea que po-demos usarloal final delnúmero o enlugar de lacoma deci-mal.

Del mismo modo, si tuviéramos unaresistencia de 1.500.000 ohm pode-mos escribir 1M5 ó 1,5MΩ donde Msignifica "Mega" o millones de ohm.

Vea en este caso que también la

Capítulo 3

35

Capítulo 3

Resistencia Eléctrica

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

letra M puede usarse al final del nú-mero o en lugar de la coma deci-mal.

LA LEY DE OHM

Una de las leyes más importantesde la electricidad es la Ley de Ohm.

Para enunciarla, conectemos a lafuente de energía eléctrica que es-tablezca tensiones diferentes, un ca-ble conductor que presente ciertaresistencia y midamos las corrientescorrespondientes, comprobaremosque se dan determinadas situacio-nes que permitirán verificar esta im-portante ley (figura 5).

Lo que hacemos entonces es apli-car al conductor diferentes tensionesy anotar las corrientes correspon-dientes.

Si tenemos una tensión de 0V lacorriente será nula.

Si tenemos una tensión de 1V, lacorriente será de 0,2A.

Si tenemos una tensión de 2V, lacorriente será de 0,4A.

Podemos ir anotando sucesiva-mente las tensiones y las corrientes

correspondientespara este conduc-tor determinado yformar una tabla:

Tensi n Corriente

(V) ...................(A)

0.........................01 ......................0,22 ......................0,43 ......................0,64 ......................0,85 ......................1,06 ......................1,27 ......................1,48 ......................1,69 ......................1,810 ...................2,0

Analizando la ta-bla sacamos dosconcluisones impor-tantes:

1) Dividiendo latensión por cual-quier valor de la co-rriente obtenemossiempre el mismonúmero:

1/0,2 = 5

5/1,0 = 5

8/1,6 = 5

El "5", valor constante, es justamen-te la resistencia.

La resistencia depende, por lo tan-to, de la tensión y de la corriente ypuede calcularse dividiendo la ten-

sión (V) por la corriente (I). (En las fór-mulas representamos las tensionespor E o V y las corrientes por I). Pode-mos establecer la importante fórmu-la que expresa la Ley de Ohm:

VR = ____ (1)

I

Para calcular la resistencia de unconductor (o de otro elemento cual-quiera) basta dividir la tensión entresus extremos por la corriente que cir-cula en el elemento. De la fórmulaobtenemos otras dos:

V = R x I (2)I = V/R(3)

La primera nos permite calcular la"ca da de tensi n en un cable" ocuántos volt cae la tensión a lo largode un conductor en función de su re-sistencia.

La segunda nos da la corriente,cuando conocemos la tensión y laresistencia de un conductor.

2) Graficando los valores de lastensiones y corrientes de un conduc-tor obtenemos la representación si-guiente (figura 6).

Unidos los puntos obtenemos unarecta inclinada. Esta recta es la "cur-va características de una resisten-cia".

Si se tienen dos conductores conotras resistencias, podemos hacer losgráficos y obtener "curvas" con incli-naciones diferentes (figura 7).


36

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

La inclinación de la "curva" se mi-de por la tangente (tg) del ángulo.

Esa tangente es justamente el va-lor dado de la tensión por la corrien-te correspondiente, como muestra lafigura 8. La tangente del ángulo A(tgA) corresponde entonces a la re-sistencia del conductor.

Es importante que recuerde que:

- El cociente de la tensión y la co-rriente en un conductor es su resis-tencia.

- En un conductor la corriente esdirectamente proporcional a la ten-sión.

- La "curva característica" de unconductor que presente una ciertaresistencia, es una recta.

Vea que todos los conductorespresentan curvas como las indica-das. Los componentes o elementoque presentan este tipo de compor-tamiento se denominan "dipolos li-

neales" y podemos citar a los resisto-res y a los conductores comoejemplos. Existen también di-polos no lineares cuyas "cur-vas" pueden presentar confi-guraciones diferentes comose ve en la figura 9.

RESISTIVIDAD

Como vimos la resistenciade un conductor dependede tres factores: longitud, es-pesor y tipo de material. De-

jando de lado la longitud y el espe-sor, podemos analizar los diversosmateriales en función de una magni-tud que caracteriza a los conducto-res de la electrici-dad.

Es así que deci-mos que el cobre esmejor conductorque el aluminio, enel sentido de que sipreparáramos uncable de cobre yotro de aluminio, dela misma longitud yespesor, el cable decobre presentarámenor resistencia(figura 10).

Existe entoncesuna magnitud, la"resistividad" quecaracteriza el ma-terial de que estáhecho el conductoreléctrico y que nodepende de las di-

mensiones del cuerpo final que for-mará, sea un cable, una barra, unaesfera, etc.

La resistividad se representa con laletra griega ρ (ro) y al final de estalección se dará una tabla compara-tiva de resistividades de los metalescomunes. Vemos entonces que, res-pecto de las resistividades, al del alu-minio es de:

0,028 ohm. mm2/m

y la del cobre es bastante menor:

0,017 ohm.mm2/m

¿Qué significan esos valores?Sifnifica que si hacemos un cable

(alambre) de cobre de 1 m de longi-tud y 1 mm2 de sección, tendrá unaresistencia de 0,0175 ohm.

La sección recta es el área del cor-te transversal del alambre comomuestra la figura 11.

Capítulo 3

37

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Vea que tenemos alambres concorte circular y también con cortecuadrado. Si sus superficies fueraniguales, en el cálculo son equivalen-tes.

La fórmula que permite calcular laresistencia de un cable de metalcualquieira, conociendo su resistivi-dad, es:

lR = ρ . _____ (4)

S

Donde: ρ es la resistividad en ohms.

mm2/ml es la longitud del cable en

metrosS es la superficie de la sec-

ción transversal en mm2

Si el cable fuera de sección circu-lar, la superficie puede calcularse enfunción del diámetro mediante lafórmula siguiente:

π D2

S = _____4

Donde: D es el diámetro del cable

en mm.La resistividad es una magnitud in-

herente al material, que lo caracteriza

como buen o mal con-

ductor de la electrici-

dad.

¿Qué es lo que real-mente causa la resis-tencia de un material,un metal, por ejem-plo?

—La oposición alpasaje de la corrienteeléctrica por el mate-rial, o sea que la resis-tencia depende de la

cantidad de electrones libres que elmaterial posee, además de la exis-tencia de fuerzas que pueden alte-rar su movimiento.

En un metal, por ejemplo, la can-tidad de electrones libres depende,en parte, de su temperatura, pero lamisma temperatura hace que la agi-tación de las partículas aumente, es-to dificulta el movimiento de las car-gas. Entonces, tenemos para los me-tales una característica importante:como la agitación de las partículas(átomos) predomina en relación a laliberación de las cargas, la resistivi-dad aumenta con la temperatura.

Para los metales puros, el coefi-ciente de temperatura, o sea la ma-nera en que aumenta la resistividad,está cerca del coeficiente de ex-pansión térmica de los gases que es1/273 = 0,00367.

¿Qué significa decir que la corrien-te es directamente proporcional a latensión, en el caso de la Ley deOhm?

— Tiene mucha importancia en-tender ese significado pues apareceen muchas leyes físicas relativas a laelectricidad. Decir que una corrientees directamente proporcional a latensión significa que a cualquier au-mento o disminución de la tensión(causa) corresponde en relación di-

recta un aumentoo disminución decorriente. En el ca-so de aumentar latensión el 20%, lacorriente aumenta-rá en la misma pro-porción. En la rela-ción de proporcióndirecta, las magni-tudes que intervie-nen aparecen

siempre con el exponente "1". En este caso, la tensión y la co-

rriente en la Ley de Ohm no estánelevadas al cuadrado ni a otro ex-ponente como sucede en otros tiposde relación.

En la relación X = Y2, por ejemplo,existe una relación de proporción di-recta al cuadrado. Puede decirse eneste caso que "X es directamente

proporcional al cuadrado de Y".

Vea que todos los valores están enel numerador.

En la relación X = 1/Y2 puede decir-se que X es inversamente proporcio-nal al cuadrado de Y, pues Y está alcuadrado y en el denominador.

En la figura 12 se muestran curvasque representan relaciones directa-mente proporcionales al cuadrado einversamente proporcionales al cua-drado. Ahora bien, ¿siempre que ha-ya una tensión y un cable va a circu-lar corriente?

La respuesta es NO. Para que cir-cule corriente y se verifique la Ley deOhm, debe existir un circuito cerra-do; por ello, veamos que nos dice laLey de Ohm desde otro enfoque.

CIRCUITO EL CTRICO

La aplicación de cargas eléctricascon signo contrario a los extremos deun conductor no es suficiente paralograr una corriente eléctrica cons-tante, pues solo se lograría la circula-ción, por un momento, de flujo decorriente eléctrica, hasta que lascargas de los extremos se hayanneutralizado, tal como se muestra enla figura 13.


38

Fig. 10

Fig. 11

Fig. 12

Para que en un conductor hayacorriente eléctrica, los electrones li-bres deberán moverse constante-mente en una misma dirección, loque se consigue por medio de unafuente de energía para aplicar lascargas de signo contrario a los extre-mos del conductor; las cargas nega-tivas serán atraídas por las cargaspositivas del otro extremo. Por cadaelectrón que dé la fuente al conduc-tor por el lado negativo, existirá otroen el lado positivo; entonces la co-rriente fluirá de manera constantemientras se mantengan aplicadas alconductor las cargas eléctricas de lafuente de energía, por tanto, se lla-ma circuito cerrado o completo (fi-gura 14).

Un claro ejemplo de fuentes deenergía eléctrica son las baterías ylas pilas. Para que haya flujo cons-tante de corriente, el circuito deberáestar cerrado o completo. Ahora, si

un circuito se inte-rrumpe en cual-quier punto, la co-rriente dejará defluir y se dice que esun circuito abierto;éste puede abrirsedeliberadamentepor medio de un in-terruptor, u ocurrircomo consecuen-cia de fallas o des-perfectos en un ca-ble o una resisten-cia quemada, porejemplo. Por lo ge-neral se usan fusi-bles como protec-ción del circuitocontra excesos decorrientes que pue-dan perjudicar lafuente de tensión.Sepamos que el fu-sible tiene la fun-ción de abrir el cir-cuito cuando la co-rriente excede elvalor límite, ya queen un circuito serieabierto no hay flujode corriente, y nohay caída de ten-sión sobre las resis-tencias que formanla carga (Figura 15).

En el circuito decorriente continua, la resistencia eslo único que se opone al paso de lacorriente y determina su valor. Si elvalor de la resistencia fuera muy pe-queño, la corriente a través del cir-cuito sería demasiado grande. Por lotanto, el cortocircuito es la condi-ción de resistencia muy baja entrelos terminales de una fuente de ten-sión. Se dice que un circuito está encorto cuando la resistencia es tanbaja que el exceso de corriente pue-de perjudicar los componentes delcircuito; los fusibles y los tipos de inte-rruptores automáticos protegen loscircuitos contra el peligro de los cor-tocircuitos.

OTRA VEZ LA LEY DE OHM

Sabiendo que la corriente que flu-ye por un circuito cerrado dependede la tensión aplicada y de la resis-

tencia de la carga, podemos hacerlas siguientes observaciones:

Recordemos que una fuente detensión origina una corriente eléctri-ca en un circuito cerrado, y que laresistencia del circuito se opone aella; por lo tanto, hay una estrecharelación entre la tensión, la corrientey la resistencia, lo que fue descubier-to por el físico alemán OHM, quiendespués de varios experimentos hizoestas comprobaciones:

a) Si la resistencia del circuito semantiene constante y se aumenta latensión, la corriente aumenta.

b) Si en el mismo circuito se dismi-nuye la tensión, la corriente disminu-ye proporcionalmente.

Ohm, de lo anterior, dedujo que:"la corriente, en cualquier circuito, es

directamente proporcional a la ten-

si n aplicada".

Y además:

c) Si la tensión de la fuente semantiene constante y se cambia laresistencia del circuito por otra ma-yor, la corriente disminuye.

d) Si en el mismo circuito la resis-tencia disminuye, el valor de la co-rriente aumenta.

OHM dedujo: "la corriente es inver-samente proporcional a la resisten-cia del circuito".

La relación entre corriente, tensióny resistencia constituye la ley funda-mental de la electricidad y se cono-ce como "LEY DE OHM", que se re-sume así:

"en todo circuito el ctrico, la co-

rriente es directamente proporcional

a la tensi n aplicada e inversamente

proporcional a la resistencia del cir-

cuito".

Matemáticamente se expresa así: V

I = ____R

que nos muestra que la corrienteen un circuito es igual al valor de latensión dividido por el valor de la re-sistencia. Hay también otras dos fór-

Capítulo 3

39

AL APLICAR CAR-GAS ELECTRICAS AUN CONDUCTOR,SE PRODUCE UNACORRIENTE ELEC-TRICA QUE DESA-PARECE CUANDOSE NEUTRALIZANDICHAS CARGAS

Fig. 13

I - CORRIENTELAMPARA(CARGA)

BATERIA(TENSION)

Fig. 14

NO HAY CORRIENTE

FUSIBLE QUEMADO

Fig. 15

mulas útiles de la ley de Ohm y son:

VR = ___

I

que nos muestra que la corrientees igual a la tensión dividida por lacorriente y

V = I . R

que nos muestra que la tensión esigual a la corriente multiplicada porla resistencia (figura 16).

Recordemos siempre las 3 fórmulasde la Ley de Ohm, ya que son muyimportantes, y las usaremos frecuen-temente. Al comienzo es imprescin-dible tener el gráfico de la figura 17a la vista, pues ahí tenemos las for-mas de la ley de Ohm. Si necesita-mos calcular I, la tapamos y nos que-da V/R, si queremos calcular R, ta-pamos y nos queda V/I; y si necesita-mos calcular V, tapamos y nos que-da I . R.

C LCULO DE LA CORRIENTE

Si necesitamos calcular cualquierade los 3 factores intervinientes en uncircuito eléctrico, es mejor estar se-guros, en primer término, de cuál esel factor que se desconoce, —la in-cógnita— y después elegir la ecua-ción apropiada para resolver el pro-blema, tal como se muestra en la fi-gura 18. Se debe encontrar el valor

de la corriente que circularáen el circuito de la figura, for-mado por: una fuente deenergía de 200V, una resis-tencia de 40Ω y un fusibleque soporta 6A máximo.

¿Se excederá la capaci-dad del fusible al cerrar el in-terruptor?

El primer paso será el dedeterminar el valor de la co-rriente que circulará por elcircuito cuando se cierre elinterruptor.

Usaremos la ecuación:

VI = _____

R

entonces:

V 200VI = _______ = ________ = 5A

R 40Ω

Teniendo como resultadoque si la corriente es sola-mente de 5A, la capacidaddel fusible no será sobrepa-sada y éste no se quemará;pero, pensemos qué pasarási se usa una resistencia de10Ω en el circuito.

Hagamos el mismo cálculousando la misma ecuación:

V 200VI = ____ = _____ = 20A

R 10Ω

La corriente de 20 ampereresultante excederá la ca-pacidad del fusible, que essolamente de 6 ampere, yéste se fundirá al cerrar el in-terruptor (figura 19).

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA

Si queremos calcular el valor de laresistencia necesaria para produciruna cierta cantidad de corriente enun circuito con una tensión dada,usaremos la segunda ecuación de laley de Ohm:

VR = _____

I

En el circuito de la figura 20 fluyeuna corriente de 5 ampere cuando

el reostato se ajusta a la mitad de suvalor.

¿Cuál será el valor de la resistenciadel circuito si la batería es de 30 volt?

V 30VR = _____ = _______ = 6Ω

I 5A

La figura 21 nos muestra que la co-rriente por el circuito es de 10A;¿cuál será en este caso el valor de laresistencia?

Usamos otra vez la misma ecua-ción para resolver el problema.


40

Fig. 16

I

V

R

I

V

R

Fig. 17

Fig. 18

Fig. 19

FUSIBLE DE 6A

I

R40Ω

V200V

NO HAY CORRIENTE

FUSIBLE QUEMADO

R10Ω

V200V

Fig. 20

Fig. 21

I = 5A

R = ?Ω

V = 30V

I = 10A

R = ?

V = 30V

V 30VR = ___ = ______ = 3Ω

I 10A

Entonces queda expuesto que,para duplicar el valor de la corriente,debe disminuirse la resistencia a lamitad.

C LCULO DE LA TENSI N:

La tensión de un circuito puedecalcularse por la tercera fórmula dela ley de Ohm: V=I R

El foquito del circuito señalado enel diagrama de la figura 22 tiene unaresistencia de 200Ω y al cerrar el inte-rruptor circula por él una corrientede 1 ampere;

¿Cuál será la tensión de la bate-ría?

Aquí la incógnita es la tensión; lue-go, la ecuación a usar será:

V = IR

V = I.R = 1A x 200Ω = 200V

Después de estar encendido du-rante algunas horas, por el circuitodel foco solamente circulan 0,5 am-pere. La batería se agotó, ¿cuál serála tensión que ahora entrega el cir-cuito? (figura 23).

V = I R = 0,5A . 200Ω = 100V

La corriente disminuyó a la mitadporque la tensión se redujo a la mi-tad de su valor.

LOS RESISTORES EN LA PR CTICA

En las aplicaciones prácticas pue-de resultar necesario ofrecer unacierta oposición al pasaje de la co-rriente. Eso puede hacerse con finali-dades diversas, como por ejemplo:reducir la intensidad de una corrien-te muy intensa para un fin detemina-do, transformar la energía eléctricaen calor y también reducir la tensiónque se aplique a un elemento de unaparato. En electrónica encontra-mos, entonces, el uso de dispositivoscuya finalidad es justamente ofreceruna oposición al pasaje de una co-rriente, o sea que presentan "resisten-cia eléctrica". Estos dispositivos sedenominan "resistores".

Los resistores son, de todos loscomponentes electrónicos, los máscomunes y aparecen en gran canti-dad en los aparatos. El funciona-miento de los resistores es uno de lostemas de esta lección.

El otro tema se refiere a lo que su-cede con la energía eléctrica en losresistores. El efecto térmico que es-tudiamos anteriormente es el másimportante manifestado por los re-sistores y su tratamiento es funda-mental en los proyectos de apara-tos. la importante ley que rige latransformación de energía eléctricaen calor, en los resistores, es la Leyde Joule, que también se trata eneste capítulo.

Los resistores son bipolos que si-guen la Ley de Ohm, o sea, dispositi-vos en los que dentro de una bandadeterminada de tensiones, la co-rriente es directamente proporcio-nal, lo que significa una resistenciaconstante.

En la figura 24 mostramos los tressímbolos más comunes que se usanen la representación de resistores.

En los diagramas en que se repre-sentan muchos resistores, éstos seidentifican con la letra "R" seguidadel número de orden 1, 2, 3, etc. queindica la posición del componenteen el circuito. Junto con la identifica-ción del resistor puede citarse su va-lor en las unidades que ya conoce-mos, como el ohm y sus múltiplos (ki-lohm y megahom).

En la figura 25 se ven algunos tiposde resistores (cuya construcción setratará en la próxima lección).

En verdad, los conductores pue-den considerarse como resistores devalores muy bajos, ya que no existenconductores perfectos. Solamentecuando necesitamos resistencia porencima de un cierto valor es que ha-cemos uso de componentes especí-ficos. Una resistencia de fracción de

ohm puede obtenerse cortando untrozo de conductor de largo y espe-sor determinados. Para una resisten-cia mayor, digamos 1.000Ω o100.000Ω, necesitamos ya un com-ponente específico pues el cableempleado para eso tendría una lon-giutd prácticamente imposible. Es asíque el material usado en la construc-ción de los resistores depende fun-damentalmente de la resistenciaque deseamos que presente.

La Ley de Joule

La energía eléctrica puede con-vertirse en energía térmica, o sea en

Capítulo 3

41

S

I = 1A

R200Ω

V?

Fig. 22

S

I = O.5A

R200Ω

V?

Fig. 23

Fig. 24

Fig. 25

calor. El efecto térmico de la corrien-te eléctrica, que fue tema de leccio-nes anteriores, mostró al lector quesu utilidad práctica es muy grande,por la cantidad de aparatos que po-demos construir.

Pero, ¿cuál es el origen del efectotérmico?

Cuando una corriente eléctricaencuentra oposición a su pasaje, el"esfuerzo" que tiene que efectuarpara poder pasar se convierte encalor.

Los portadores de carga que for-man la corriente eléctrica "chocan"con los átomos del material conduc-tor y aumentan su agitación y, porconsiguiente, su temperatura (figura26). Podemos sacar en conclusiónque en todo medio que presentauna cierta resistencia al pasaje deuna corriente, siempre hay produc-ción de calor. En un resistor, todo es-fuerzo que se gasta para que pase lacorriente se transforma en calor.

Recuerde

—En los resistores, la energía eléc-trica se convierte en calor (energíatérmica).

Por supuesto que el lector no debeconfundir calor con temperatura. El

calor es una forma deenergía mientras que latemperatura indica elestado de agitación delas partículas de un cuer-po.

Cuando calentamosun cuerpo, aumenta laagitación de sus partícu-las y eso significa que latemperatura sube. Perosi tenemos dos porcionesdiferentes de agua, ve-mos que una necesitamás tiempo que la otrapara calentarse a la mis-ma temperatura. Estosignifica que la cantidadde energía térmica quedebemos entregar auna es mucho mayorque la otra, o sea queprecisa mayor cantidadde calor (figura 27).

Es así que después decalentadas, las dos can-tidades de agua, auncon la misma tempera-tura, representan distin-

tas cantidades de calor.La cantidad de calor que puede

proporcionar una corriente cuandocircula por un resistor, obedece a laLey de Joule que se explica a conti-nuación. La cantidad de energíaque se convierte en calor en cadasegundo en un resistor, se mide enwatt (W). El watt puede usarse tam-bién para medir otros tipos de poten-cia (potencia es la cantidad deenergía por segundo).

Podemos usar el watt para medirla potencia de un motor (potenciamecánica), la potencia de un amplifi-

cador (potencia sonora) o la poten-cia de una lámpara eléctrica (po-tencia luminosa) y muchas otras.

En nuestro caso trataremos ahoraexclusivamente la potencia térmica,o sea la cantidad de ener-gía que los resistores con-vierten en calor.

Es importante observarque en los resistores toda laenergía que reciben seconvierte en calor (figura28). La potencia que seconvierte en calor en unresistor depende tanto dela tensión en sus extremos,como de la corriente circu-

lante. Llamando P a la potencia, I ala intensidad de la corriente y V a latensión entre sus extremos, podemosescribir la expresión matemática dela Ley de Joule:

P = V x I

Eso queire decir que, para calcularla potencia que se convierte en ca-lor en un resitor, debemos multiplicarla corriente por la tensión en el resis-tor y el resultado se obtendrá en watt(si la corriente estuviera dada en am-pere y la tensión en volt, ¡claro!).

Ejemplo: en un resistor conectadoa una fuente de energía de 10V, cir-cula una corriente de 2A.

¿Cuál es la potencia convertidaen calor?

I = 2AV = 10VPor lo tanto:

P = I x VP = 2 x 10P = 20 watt

El resistor convierte en calor unapotencia de 20 watt.

Ahora, como la circulación de lacorriente en un resistor está regidapor la Ley de Ohm, podemos calcu-lar también la potencia en funciónde la resistencia. Partiendo de la re-lación R = V/I podemos llegar a dosnuevas expresiones de la Ley de Jou-

le.

P = V2 /RP = R x I2

La primera se usará cuando que-ramos calcular la potencia en fun-ción de la tensión y la resistencia, encambio, la segunda, cuando quera-mos calcular la potencia a partir dela resistencia y la corriente.


42

Fig. 27

Fig. 28

Fig. 26

UN POCO DE TERMODIN MICA

El calor generado en los circuitoselectrónico, en vista de la Ley de

Joule, no puede quedar en los circui-tos. Es importante saber cómo pue-de "disiparse" el calor o sea cómopuede transferirse al medio ambien-te para asegurar la estabilidad térmi-ca del conjunto, para evitar que latemperatura se eleve por encima delos límites que pueden soportar laspiezas. Las maneras por las que sepropaga el calor deben formar par-te, entonces, de nuestro curso, por laimportancia que tienen en este ca-so. Hay tres formas de propagacióndel calor:

1. Conducci n: esta forma se pare-ce mucho a la electricidad. Del mis-mo modo que los portadores pue-den "saltar" de átomo en átomo, elcalor producido por la agitación delas partículas puede transmitirse deátomo a átomo de un cuerpo (figu-ra 29).

Como ocurre con la electricidad,también hay buenos y malos con-ductores de calor.

Los metales son buenos conducto-res de calor. Si se toma un cuchillo

por el mango y se calienta la puntaal fuego, en poco tiempo, por con-ducción, el mango también estarácaliente.

2. Radiaci n: todos los cuerposque estén por encima del cero abso-luto (-27 3°C) tienen sus partículas enestado de vibración continua. Esa vi-bración hace que los electrones sal-ten a niveles diferentes de energía yen esos saltos, emiten radiaciónelectromagnética (figura 30).

Si la temperatura del cuerpo fuerainferior a 1.500°K, la mayoría de lossaltos de los electrones se producenentre niveles tales que la emisión deradiación se efectúa en el espectroinfrarrojo (entre 8.000Å y 40.000Å)

No podemos ver esta radiación,pero la sentimos cuando acercamosla mano a una plancha caliente (fi-gura 31). El hecho es que esta radia-ción significa que el "calor" está sien-do irradiado al espacio en forma deondas que se propagan ¡a 300.000kilómetros por segundo!

Los cuerpos pintados de negro irra-dian mejor el calor que los claros.

3. Convecci n: finalmente tene-mos la irradicación de calor por con-

vección, que ocurre porque el aguay el aire calentados son más livianosque el agua o el aire fríos.

Los globos llenos de aire calienteascienden por esta razón. Cuandoel aire toca un cuerpo caliente, secalienta, se hace más liviano y as-cendiendo forma corrientes de con-vección que pueden "llevar" el calor

lejos.

UNIDADES DE POTENCIA,

ENERGŒA Y CALOR

No debemos confundir de maneraalguna, las tres magnitudes que he-mos citado en esta lección: poten-

cia, energ a y calor.

La potencia es el centro de nues-tra atención pero debemos empezarpor la energía.

Decimos que un resorte contieneenergía porque puede realizar untrabajo, o sea, puede mover algunacosa, puede accionar algo, o ejer-cer una fuerza durante un ciertotiempo (figura 32).

Un cuerpo cargado, que puedaproducir una corriente eléctrica,también posee energía que puedeusarse para establecer una corrienteen un conductor o en un resistor.

En los dos casos, la energía dispo-nible se mide en joule (J).

El efecto que pueda tener la ener-gía, depende de la cantidad que segaste en un segundo. Un resistor pue-de "gastar" energía más o menos rá-pidamente, precisará más o menosenergía en cada segundo. Esa "velo-

cidad" con que la energía se gasta,es la potencia. Un motor de mayorpotencia "consume" más combusti-ble (o más rápidamente) que un mo-tor de menor potencia. Esa potenciase mide en watt (W).

Capítulo 3

43

Fig. 29

Fig. 30

Fig. 31

INTRODUCCI N

Un semiconductor es un material(generalmente silicio o germanio)cuyas características de conducióneléctrica han sido modificadas. Paraesto, como sabemos, ha sido combi-nado, sin formar un compuesto quí-mico, con otros elementos.

A este proceso de combinación sele llama dopado. Por medio de éste,se consiguen básicamente dos tiposde materiales: tipo N, en los que se

registra un exceso relativo de elec-trones dentro del material, y tipo P,en los que se presenta un déficit deelectrones (figura 1). Los dispositivoselectrónicos se forman con diferen-

tes combinaciones de materiales ti-po P y N, y las características eléctri-cas de cada uno de ellos están de-terminadas por la intensidad del do-pado de las secciones de los semi-

1 watt = 1 joule por segundo

Por otra parte, para in-dicar la energía que segasta en el calenta-miento de los cuerpos,existe una unidad pro-pia que es la caloría(cal), (figura 33).

1 caloría = 4,18 joul, o:1 joule = 0,24 cal

Hay una fórmula quepermite establecer elcalentamiento de uncuerpo (si no hay cam-bio de estado, esto es,fusión o ebullición) enfunción de su capaci-dad térmica:

Q = c x m x ∆t

Donde:c es el calor específico del cuerpo

Q es la cantidad de calor en calo-rías

m es la masa del cuerpo en gra-mos

˘ t es la variación de temperaturaque ocurre

El calor que puede transferirse de

un cuerpo a otro por conducci n, ra-

diaci n o convecci n.

CALOR ESPECŒFICO DE LOS MATERIALES

La tabla 4 da el calor específicode diversas sustancias, medido a20°C. Por lo tanto, se trata de la can-tidad de calorías que se necesitanpara elevar en un grado centígradola temperatura de 1 gramo de la sus-tancia que se encontraba a 20°C.

Por último, en la tabla 5 se da laconductividad térmica de algunosmateriales.


44

Tabla 4

Sustancia Calor específico Punto de fusión(X cal/ g.°C) (°C)

Acetona 0,52 -94,3Aluminio 0,21 658,7Benceno 0,407 5,5Bronce 0,0917 900Cobre 0,094 1.083Alcohol etílico 0,58 -114Glicerina 0,58 -20Oro 0,032 1.063Agua 1 0Hierro 0,119 1.530Plomo 0,03 327Mercurio 0,033 -38,9Níquel 0,11 1.452Plata 0,056 960

Tabla 5

Sustancia Conductividad térmica(kcal/ m . h . °C)

Aluminio 180Hierro 54Cobre 335Oro 269Mercurio 25Plata 360Acero 39Amianto 0,135Concreto 0,1 a 0,3Baquelita 0,25Vidrio 0,64Granito 1,89Hielo 1,9Papel 0,12

Fig. 32

Fig. 33

Diodos Semiconductores

Fig. 1

Capítulo 3

45

conductores, así como por el tama-ño y organización física de los mate-riales. Gracias a esto es posible fabri-car, por ejemplo, un transistor paracorrientes pequeñas y otro para co-rrientes elevadas, aunque la formabásica de los dos sea la misma.

Diodos semiconductores

Los diodos realizan una gran varie-dad de funciones; entre ellas, la rec-tificación de señales de corriente al-terna en fuentes de poder y en ra-dios de AM, reguladores de voltaje,formadores de onda, duplicadoresde voltaje, selectores de frecuencia,detectores de FM, disparadores, in-dicadores luminosos, detectores dehaz, generadores láser, etc. Las apli-caciones de los diodos son muchasy muy variadas; de ahí la importan-cia de conocerlos más a fondo.

Los diodos semiconductores sondispositivos conformados por dossecciones de material semiconduc-tor, una tipo P y la otra tipo N. Sunombre proviene de la contracciónde las palabras dos electrones , eninglés. En la actualidad, la palabradiodo se utiliza de manera más

amplia para definir a muchosdispositivos semiconductoresque únicamente tienen dosterminales de conexión; esto,a pesar de que su formacióninterna sea de más de dossecciones de material semi-conductor. A la sección P deun diodo se le conoce con elnombre de nodo , y a lasección N con el de c to-

do . En un diodo, su sección N

tiene impurezas que le permi-ten tener un exceso de elec-trones libres en su estructura;así, dicha sección se hace decierta forma negativa. Y co-mo en su sección P las impu-rezas provocan un déficit deelectrones libres, la misma setorna positiva. Cuando nohay una tensión aplicada enlas secciones del diodo, sedesarrolla un fenómeno inte-resante en la unión P-N: loselectrones libres de la sec-ción N se recombinan (seunen) con los huecos cerca-nos a la unión de la sección

P. A esta recombinación en la unióndel diodo, se le denomina dipolo .La formación de dipolos en la zonade unión, hace que en esa parte seregistre un déficit de portadores; poreso se le llama zona de deplexi n

(figura 2).Cada dipolo tiene un campo

eléctrico entre los iones positivo ynegativo. Los electrones son repeli-dos por este campo, cuando tratande cruzar la zona de deplexión pararecombinarse con huecos más ale-jados del otro lado. Con cada re-combinación aumenta el campoeléctrico, hasta que se logra el equi-librio; es decir, se detiene el paso deelectrones del semiconductor tipo Nhacia el tipo P. El campo eléctricoformado por los iones, se denominabarrera de potencial ; para los dio-

dos de germanio, es de 0,2 volt; pa-ra los diodos de silicio, es de 0,7 volt.

Si se conecta una fuente de po-tencial eléctrico (por ejemplo, unapila o batería) a las terminales deldiodo, de forma que el polo positivode la fuente coincida con la sec-ción P del diodo y el polo negativocon la sección N, se dice que el dio-do está en polarización directa. Pe-

ro cuando el polo positivo se conec-ta a la sección N del diodo y el polonegativo a la sección P, entonces eldiodo está polarizado de manera in-versa.

Cuando el diodo se encuentra enpolarización directa, los electroneslibres de la sección N y los huecosde la sección P son repelidos haciala unión P-N debido al voltaje apli-cado por la fuente externa. Si el vol-taje de polarización es más grandeque el valor de la barrera de poten-cial, entonces un electrón de la sec-ción N cruzará a través de la uniónpara recombinarse con un huecoen la sección P. El desplazamientode los electrones hacia la unión, ge-nera iones positivos dentro de lasección N, los cuales atraen a loselectrones del conductor externohacia el interior del cristal. Una vezdentro, los electrones pueden des-plazarse también hacia la unión pa-ra recombinarse con los huecos dela sección P, mismos que se convier-ten en electrones de valencia y sonatraídos por el polo positivo del con-ductor externo; entonces salen delcristal (semiconductor P), y de ahí sedirigen hacia la batería (figura 3).

El hecho de que un electrón devalencia en la sección P se muevahacia el extremo izquierdo, es equi-valente a que un hueco se despla-ce hacia la unión. Este proceso deflujo de corriente en el diodo semantiene, en tanto exista la polari-zación directa con el valor de volta-je mayor a la barrera de potencial.

Si el diodo está polarizado de ma-nera inversa, los huecos de la sec-ción P son atraídos hacia el polo ne-gativo de la batería y los electronesde la sección N son atraídos haciael polo positivo. Puesto que huecosy electrones se alejan de la unión, lazona de deplexión crece de acuer-do con el valor del voltaje inversoaplicado a las terminales del diodo.Por tanto, la zona de deplexión dejade aumentar cuando tiene una di-ferencia de potencial igual al valorde la tensión inversa aplicada. Conla zona de deplexión aumentada,no circula entonces corriente eléc-trica; la razón es que el dispositivo,en cierta forma, aumentó al máxi-mo su resistencia eléctrica interna(figura 4).

Aunque de manera práctica con-

Fig. 2

Fig. 3

sideremos que no hay flujo de co-rriente eléctrica a través del diodoen polarización inversa, realmente síse genera un pequeño flujo de co-rriente eléctrica inversa. El calor delambiente, hace que de manera es-pontánea se generen pares hueco-

electr n suficientes para mantenerun diminuto flujo de corriente eléctri-ca. A la corriente eléctrica inversatambién se le conoce como co-

rriente de portadores minoritarios .

Hay otra corriente que se genera demanera paralela a la corriente inver-sa, y es la eléctrica superficial de fu-gas; ésta es producida por impure-zas en la superficie del cristal e im-perfecciones en su estructura inter-na.

Los diodos tienen un valor de vol-taje inverso máximo, que puede seraplicado en sus terminales sin serdestruido. Este valor depende de laconstrucción interna del diodo. Paracada diodo, el fabricante especificael valor de tensión inversa.

Para efectos prácticos, se conside-ra al diodo como si fuera perfecto;es decir, en polarización directa por-que así no presenta resistencia eléc-trica (permite el paso libre de la co-rriente); en polarización inversa tieneuna resistencia infinita, y por eso nopermite el paso de la corriente eléc-trica. En la práctica se utilizan las dosformas de polarizar al diodo y se apli-can tensiones y corrientes diversas,de manera que el diodo funcionedentro de diferentes puntos de ope-ración, según sea la función que deél se desea.

Si a un diodo en polarización inver-sa se le aumenta continuamente elvalor del voltaje aplicado, se llegaráal punto de ruptura; entonces el dio-do conducirá de manera repentinay descontrolada la corriente eléctri-

ca. En polarización inversahay una diminuta corrientede fuga; pero cuando elvalor de la tensión inversaaumenta, los electrones dela corriente de fuga incre-mentan su energía; y cuan-do los electrones adquierenenergía suficientementegrande, chocan contra losátomos del material y así seliberan los electrones de és-tos, que a su vez se suman ala corriente eléctrica de fu-

ga. Este proceso se sucede en cade-na; de modo que si un electrón libe-ra a dos, éstos liberarán a otros dos yasí sucesivamente; por eso es que lacorriente crece muy rápido.

Mediante una gráfica se puede re-presentar el comportamiento deldiodo en términos de corriente y ten-

si n. El fabricante de semiconducto-res proporciona una curva caracte-rística para cada tipo de diodo; enella se representan las variacionesde corriente, dependientes de latensión aplicada en sentido directoe inverso.

En la figura 5, se muestra la gráficarepresentativa de un diodo semicon-ductor.

El eje horizontal representa la ten-sión aplicada al diodo (hacia la iz-quierda se indica la tensión en pola-rización inversa, y hacia la derechael voltaje en polarización directa); eleje vertical, representa la corrienteque circula a través del diodo (haciaarriba indica corriente en sentido di-recto, y hacia abajo corriente ensentido inverso). La gráfica se divideen dos partes: la zona de polariza-ción directa y la de polarización in-versa.

En la zona de polarizaci n directa,

se observa que no hay conducci n a

trav s del diodo antes de que se al-

cance la tensi n de umbral de la ba-

rrera de potencial. Una vez que el vol-

taje es mayor que este valor, la con-

ducci n de la corriente aumenta a pe-

que as variaciones de voltaje.

En la zona de polarizaci n inversa,

el diodo se mantiene sin conducir

hasta que se llega a la tensi n de rup-

tura en donde la corriente en sentido

inverso a trav s de l, se hace muy

grande.

DIODOS RECTIFICADORES

Un diodo rectificador es uno de losdispositivos de la familia de los dio-dos más sencillos. El nombre diodo

rectificador” procede de su aplica-ción, la cual consiste en separar losciclos positivos de una señal de co-rriente alterna.

Si se aplica al diodo una tensiónde corriente alterna durante los me-dios ciclos positivos, se polariza enforma directa; de esta manera, per-mite el paso de la corriente eléctri-ca. Pero durante los medios ciclosnegativos, el diodo se polariza demanera inversa; con ello, evita el pa-so de la corriente en tal sentido.

Durante la fabricación de los dio-dos rectificadores, se consideran tresfactores: la frecuencia máxima enque realizan correctamente su fun-ción, la corriente máxima en quepueden conducir en sentido directoy las tensiones directa e inversa má-ximas que soportarán.

Una de las aplicaciones clásicasde los diodos rectificadores, es en lasfuentes de alimentación; aquí, con-vierten una señal de corriente alter-na en otra de corriente directa ( loestudiaremos en el capítulo 5).

Existen diodos denominados ME-

GAHERTZ que son un conjunto derectificadores ultrarrápidos, diseña-dos para proveer gran eficiencia enla conmutación de señales de muyalta frecuencia en fuentes de poder;no obstante, también se utilizan co-mo correctores de factor en circuitosde potencia.

Los SCANSWITCH, son rectificado-res ultrarrápidos que ofrecen altorendimiento cuando son utilizadosen monitores de muy alta resolucióny en estaciones de trabajo en dondese requiere de un tiempo de recupe-ración muy corto y de tensiones depolarización de 1.200 a 1.500V.

En el mercado de semiconducto-res han aparecido un nuevo tipo dediodos conocidos como SWITCHMO-

DE. Se trata de rectificadoresSchottky de potencia, para alta fre-cuencia y baja tensión; estas carac-terísticas se logran gracias a la uniónde silicio y metal. A diferencia de lasuniones clásicas de silicio — silicio,este tipo de diodos pueden conmu-tar en tiempos menores a 10 nanose-gundos y se construyen para rangos


Fig. 4

46

de corriente quevan desde 0,5 a600 amper y contensiones inversasde hasta 200V.

DIODOS Z NER

Un diodo zéneres básicamenteun diodo de unión, pero construidoespecialmente para trabajar en lazona de ruptura de la tensión de po-larización inversa; por eso algunasveces se le conoce con el nombrede diodo de avalancha . Su principalaplicación es como regulador detensión; es decir, como circuito quemantiene la tensión de salida casiconstante, independientemente delas variaciones que se presenten enla línea de entrada o del consumode corriente de las cargas conecta-das en la salida del circuito.

El diodo zéner tiene la propiedadde mantener constante la tensiónaplicada, aun cuando la corrientesufra cambios. Para que el diodo ze-ner pueda realizar esta función, de-be polarizarse de manera inversa.Generalmente, la tensión de polari-zación del diodo es mayor que latensión de ruptura; además, se colo-ca una resistencia limitadora en seriecon él; de no ser así, conduciría demanera descontrolada hasta llegaral punto de su destrucción (figura 6).

En muchas aplicaciones de regu-lación de tensión, el diodo zéner noes el dispositivo que controla de ma-nera directa la tensión de salida deun circuito; sólo sirve de referenciapara un circuito más complejo; esdecir, el zéner mantiene un valor detensión constante en sus terminales.Esta tensión se compara medianteun circuito amplificador a transisto-res o con circuito integrados con unatensión de salida. El resultado de lacomparación permite definir la ac-ción a efectuar: aumentar o disminuirla corriente de salida, a fin de mante-ner constante la tensión de salida. Esimportante hacer notar que los dio-dos zéner se construyen especial-mente para que controlen sólo unvalor de tensión de salida; por eso esque se compran en términos de latensión de regulación (zéner de 12V x1 ampere, por ejemplo).

DIODOS DE CORRIENTE

CONSTANTE

Estos diodos funcio-nan de manera inversaa los diodos zéner. Envez de mantener cons-tante la tensión en susterminales, estos diodosmantienen constante el consumo decorriente; por eso se les conoce co-mo “diodos reguladores de corrien-

te . Son dispositivos que mantienenentonces constante el consumo decorriente, independientemente delas variaciones de tensión.

El diodo 1N5305 es regulador decorriente con un valor de corrientede 2 miliampers y un rango de ten-sión aplicable de 2 a 100V.

DIODOS DE RECUPERACI N

EN ESCAL N

El diodo de recuperación de esca-lón tiene un dopado especial, yaque la densidad de los portadoresdisminuye cuanto más cerca está dela unión de las secciones de semi-conductor. Esta distribución pococomún de portadores, genera un fe-nómeno conocido como desplome

en inversa .

Si se aplica una tensión de corrien-te alterna en las terminales del dispo-sitivo durante los semiciclos positivosde la onda de corriente alterna, eldiodo se comporta igual que un dio-do rectificador común. Pero durantelos semiciclos negativos, la corrienteinversa aparece sólo durante untiempo muy corto, reduciéndose re-pentinamente hasta cero.

La corriente de desplome de undiodo de recuperación de escalón,está plagada de frecuencias armó-nicas; éstas pueden ser filtradas, pa-ra obtener una señal senoidal deuna frecuencia más alta. Esta es larazón por la que los diodos de recu-

peración son ampliamente utilizadoscomo multiplicadores de frecuencia;es decir, para circuitos en donde lafrecuencia de salida es un múltiplo dela frecuencia de entrada (figura 7).

DIODOS INVERTIDOS

Los diodos zéner tienen tensionesde ruptura superiores a los 1,8V. Si seincrementa el nivel de dopado deldiodo se logra que el efecto zéner deregulación ocurra cerca de los 0V. Laconducción en polarización directase logra a partir de los 0,7V; pero laconducción inversa (punto de ruptu-ra) se inicia a partir de los –0,1volts. Alos diodos que tienen esta caracterís-tica se les conoce con el nombre dediodos invertidos , ya que condu-

cen mejor en polarización inversa queen polarización directa. Se los usa pa-ra amplificar señales débiles cuyasamplitudes pico a pico se encuentranentre 0,1 y 0,7V.

DIODOS T NEL

Si durante su construcción a undiodo invertido se le aumenta el ni-vel de dopado, se puede lograr quesu punto de ruptura ocurra muy cer-ca de los 0V. Los diodos construidosde esta manera, se conocen comodiodos t nel . Estos dispositivos pre-

sentan una característica de resis-tencia negativa; esto es, si aumentala tensión aplicada en los terminalesdel dispositivo, se produce una dismi-nución de la corriente (por lo menosen una buena parte de la curva ca-

Capítulo 3

47

Fig. 6

Fig. 7

racterística del diodo). Este fenóme-no de resistencia negativa es útil pa-ra aplicaciones en circuitos de altafrecuencia como los osciladores, loscuales pueden generar una señal se-noidal a partir de la energía que en-trega la fuente de alimentación.

DIODO VARICAP

Es un dispositivo semiconductorque puede controlar su valor de ca-pacidad en términos de la tensiónaplicada en polarización inversa. Es-to es, cuando el diodo se polariza in-versamente no circula corrienteeléctrica a través de la unión; la zo-na de deplexi n actúa como el die-léctrico de un capacitor y las seccio-nes de semiconductor P y N del dio-do hacen las veces de las placas deun capacitor. La capacidad que al-canza el capacitor que se forma, esdel orden de los pico o nanofara-dios. Cuando varía la tensión de po-larización inversa aplicada al diodo,aumenta o disminuye de igual formala zona de deplexión. En un diodo,esto equivale a acercar o alejar lasplacas de un capacitor (ampliare-mos en el capítulo 4).

Los diodos varicap se controlanmediante la tensión que se les apli-ca; por lo que el cambio de capaci-dad se puede hacer mediante otrocircuito de control, ya sea digital oanalógico. Las aplicaciones de losvaricap son la mayoría de las vecesen circuitos resonantes, los cualespermiten seleccionar una señal deuna frecuencia específica, de entremuchas señales de diferentes valores(vea en la figura 8 los símbolos de al-gunos diodos semiconductores).

DIODOS VARISTORES

Los relámpagos que se producendurante una tormenta eléctrica, losmotores eléctricos y los fallos comu-nes en la red de alimentación co-mercial, inducen picos de alta ten-

sión o varia-ciones en laforma deonda, en elvoltaje de lí-nea que lle-ga a las ca-sas. A talespicos y va-riaciones, seles conoce con el nombre de tran-

sitorios .

La continua presencia de transito-rios en la red, poco a poco causa ladestrucción de los circuitos que con-tienen los aparatos electrónicos; poreso es que para prolongar la vida deéstos, es necesario adecuar ciertasprotecciones.

Uno de los dispositivos empleadospara estabilizar la línea, es el varistor;también es conocido como supre-

sor de transitorios . Este dispositivoequivale a dos diodos zéner conec-tados en paralelo, pero con sus pola-ridades invertidas y con un valor detensión de ruptura muy alto.

Los varistores son construidos paradiferentes valores de tensión de rup-tura; por ejemplo, un varistor con unvoltaje de ruptura de 320V conecta-do a la línea comercial de 220V, semantendrá como un dispositivoinactivo hasta que en sus extremosse presente un transitorio con un vol-taje igual o superior a los 320V; en-tonces el dispositivo, disparándose,conduce (su resistencia interna sehace casi cero) y reduce el efectodañino del transitorio en el circuito.En suma, el varistor como dispositivode protección recorta a todos lostransitorios que se presenten en la lí-nea; con ello, se evitan daños a loscircuitos posteriores.

DIODOS EMISORES DE LUZ

Cuando un diodo semiconductorse polariza de manera directa, loselectrones pasan de la sección N delmismo, atraviesan la unión y salen a

la sección P. En la unión se efectúa larecombinación, en donde los elec-trones se unen a los huecos. Al unirse,se libera energía mediante la emi-sión de un fotón (energía electro-magnética). Esta emisión de ener-gía, que en un diodo normal es pe-queña, puede aumentar mediantela utilización de materiales como elgalio, el arsénico y el fósforo en lugardel silicio o el germanio. Así, los dio-dos diseñados especialmente paraemitir luz son conocidos como LED.

El color de la luz emitida dependedel intervalo de energía del material;por ejemplo, el fosfato de galio arse-nídico (GaAsP) emite luz de color ro-jo y el fosfato de galio (GaP) emiteluz de color verde. Los LED puedenemitir radiaciones desde el infrarrojohasta la luz visible. Es importante re-saltar que los LED se polarizan de ma-nera directa y soportan una tensiónmáxima al cual emiten la mayor ra-diación. Si se sobrepasa este valor, elLED puede dañarse.

Las aplicaciones de los LED sonmuchas; entre ellas, las siguientes: in-dicadores luminosos, displays alfanu-méricos, transmisores para fibras óp-ticas, optoacopladores, en controlremoto de videos, televisores o co-nexión de computadoras.

En el mercado de semiconducto-res han aparecido versiones máscomplejas de LED; por ejemplo, elLED bicolor es un dispositivo de tresterminales dentro del cual se han in-cluido dos diodos en colores diferen-tes. Otro modelo de LED, es el tipoFlasher; al ser polarizado, enciendede manera intermitente. ************


Fig. 8




Por qué aparecieron los

Transistores

Por qué aparecieron los

Transistores

Asociación deResistencias



CAPACITORESCAPACITORES


VV i sua li sua l

d e l ad e l a


INDICE DEL

CAPITULO 4

ASOCIACION DE RESISTORES, ASOCIACIONDE PILAS, POTENCIA ELECTRICAAsociación de resistores...............................51Asociación de pilas ......................................52Potencia eléctrica ........................................52Cálculo de potencia....................................54Aplicación de la ley de Joule .....................54Potencia y resistencia...................................54

CAPACITORESLa capacidad ...............................................55Capacitores planos ......................................56La energía almacenada en un capacitor .........57Los capacitores en la práctica...................57Asociación de capacitores .........................57Capacitores de papel y aceite..................58El problema de la aislación .........................58Capacitores de poliéster y policarbonato...........58Capacitores de poliestireno ........................59Capacitores cerámicos ...............................59

Capacitores electrolíticos ............................59Capacitores variables y ajustables.............60Dónde usar los trimmers ...............................60Tensión de trabajo ........................................60Capacitores variables ..................................61Banda de valores..........................................61

POR QUE APARECIERON LOS TRANSISTORESComienza la revolución digital ...................61En el principio fue la válvula de vacío.......61Surge el transistor ..........................................62¿Qué es en realidad un semiconductor? ..........62Principio de operación de un transistor .....62Transistores contenidos en obleas de silicio63Surgen los microprocesadores ....................63Familias MOS y MOSFET ................................64Transistores de altas potencias....................64Futuro del transistor .......................................64

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éstos, podrá adquirir uno de los videosde la colección por sólo $5

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entréguelo con otros dos.

ASOCIACIÓN DE RESISTORES

A los fines de simplificar cir-cuitos electrónicos es necesarioconocer las características delas diferentes combinaciones deresistores para establecer com-ponentes equivalentes. Se diceque dos o más resistores estánen serie cuando por ellos circulala misma corriente, de maneraque no debe haber ninguna de-rivación en el camino que origi-ne un cambio en la intensidadde la corriente que circula porellos. En la figura 1, los resistoresR1, R2 y R3 están en serie.

Resistencia equivalente: esuna resistencia que puedereemplazar a las del circuito, sinque se modifiquen los paráme-tros del mismo. Para calcular laresistencia equivalente de dos omás resistores en serie, simple-mente se suman sus valores. Enel caso anterior, la resistenciaequivalente es:

Re = 100Ω + 120Ω + 100Ω = 320Ω.

En general, para resistores enserie, la resistencia equivalente es:

Req = R1 + R2 + R3 + ...

Se dice que dos o más resis-tores están conectados en para-lelo cuando soportan la mismatensión eléctrica, y eso implicaque los resistores estén conecta-dos a puntos comunes. Porejemplo, en la figura 2, R1, R2 yR3 están en paralelo porque lostres soportan la misma tensión(3V). Para calcular la resistenciaequivalente, usamos la siguientefórmula:

R1 . R2Req = _____________

R1 + R2que sirve para dos resistores; lue-go, se vuelve a aplicar al tercerresistor con la resistencia equiva-lente de los dos resistores ante-

riores y, así, sucesivamente, has-ta terminar con el último resistor.

Para el caso de la figura re-sulta, tomando a R1 y R2, lo si-guiente:

6Ω . 6Ω 36ΩReq1-2 = ___________ = ______ =

6Ω + 6Ω 12Ω

Req1-2 = 3Ω

Req1-2 . R3Req = _________________ =

Req1-2 + R3

3Ω . 3Ω 9Req = __________ = ______ =

3Ω + 3Ω 6

Req = 1,5Ω

Veamos algunos casos deaplicación; para ello sea el cir-cuito de la figura 3, y se deseacalcular su resistencia equiva-lente. Evidentemente, R1 no estáen serie con R2 ni con R3 debidoa la derivación en A, pero R2 yR3 están en paralelo pues estánsoldados en A y en B; por lo tan-to, hallamos la Req de R2 y R3con la fórmula dada anterior-mente:

120Ω x 40ΩReq 2-3 = _________ =

120Ω + 40Ω

4800Req 2-3 = ______ = 30Ω

160

Luego, el circuito queda co-mo lo muestra la figura 4. Se veclaramente que ambos resisto-res están en serie, por lo cual:

Req= 10Ω + 30Ω = 40Ω

En la figura 5 se tiene otro cir-cuito eléctrico del cual se deseacalcular la resistencia equivalen-

Capítulo 4

51

Capítulo 4

Asociación de Resistencias - Capacitores

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

te. Observando la figura, con-cluimos que R1 y R2 están en pa-ralelo, así como R4 y R5; sus res-pectivas resistencias equivalen-tes son:

60Ω . 60Ω

R1 - 2 = __________ = 30Ω

60Ω + 60Ω

20Ω . 40Ω 800Ω

R4-5 = _________ = ______ = 13,3Ω

20Ω + 40Ω 60Ω

Luego, el circuito se reduceal de la figura 6.

Es fácil notar que los 3 resisto-res están en serie (figura 7), y, enconsecuencia, su resistenciaequivalente será:

Req = 30 + 20 + 13,3 = 63,3Ω

Debemos, ahora, calcular laresistencia equivalente del cir-cuito de la figura 7. Hallar la Reqde la combinación de resistoresencerrada por la línea puntea-da. Observando el circuito ve-mos que R3 y R4 están en serie,ya que por ellos circula la mismacorriente y entre ellos no hay nin-guna derivación. R1 no está en

serie con R2 ni con R3 o R4 debi-do a que existe una derivación.Por el momento, calculamos laReq de R3 y R4:

R3-4 = 60 + 30 = 90Ω

ASOCIACI N DE PILAS

En muchas oportunidades ne-cesitamos asociar pilas para co-nectarlas a un aparato electróni-co; así, no es lo mismo conectarpolos negativos entre sí que polosde distinto signo. Por ejemplo, enel caso de una radio que llevacuatro pilas, cuando éstas debenser reemplazadas para poder ob-tener una tensión correcta, lascuatro pilas de 1,5V tienen queestar en serie, con el polo positivohaciendo contacto con el polonegativo de la otra. Así, los dosterminales que quedan libres seconectan al circuito y la tensiónequivalente de las fuentes en se-rie es mayor que la de una sola deellas, tal como muestra la figura 8.

Las pilas pueden estar en serie,pero algunas de ellas pueden co-nectarse al revés; entonces, la ten-sión es la diferencia entre las tensio-nes de las pilas conectadas en for-ma directa y las de las pilas conec-tadas en forma inversa, como ve-mos en la figura 9.

También pueden conectarse enforma paralela a una resistencia decarga y, en tal caso, la corriente to-tal que pasa por ella es la sumatoriade las corrientes que da cada pilaen forma separada. Cuando se co-nectan en forma paralela se tendráespecial cuidado en que la tensiónde las dos sean iguales, de lo con-trario la pila de tensión más alta tra-tará de "empujar" una corriente pormedio de la tensión más baja, y se-rá una corriente que pierde ener-gía, lo que como consecuenciatraerá el deterioro de las pilas, co-mo se ve en la figura número 10.

Una fuente solamente puedeentregar una corriente máxima de-terminada; es por eso que se usandos o más fuentes en paralelo, demanera que si se necesita una co-rriente mayor, se deberá conectardos o más fuentes de tensión en pa-ralelo. El agotamiento de las bate-

rías es más lento, entonces la dura-ción es mayor; vale decir que las"corrientes" de las pilas se suman, se-gún lo mostrado en la figura 11.

Las tensiones de las pilas en opo-sición se restan, tal como observa-mos en la figura 12. La conexión enparalelo solamente es posible si lastensiones de las pilas son iguales, su-madas las corrientes que ellas sumi-nistran (figura 13).

POTENCIA EL CTRICA

Se dice que energía es todoaquello que se mueve, capaz derealizar un trabajo, sin importar cuálfuere. Por lo tanto, todo es energía,es decir, la materia lleva implícita al-guna forma de energía por el solohecho de estar formada por áto-mos en constante movimiento.

En física, el trabajo está relacio-


52

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

Fig. 11

Fig. 12

Fig. 13

nado con la distancia que recorreuna fuerza para mover un cuerpo.Como ejemplo podemos citar eltrabajo que realiza una fuerza F pa-ra mover un cuerpo M desde unpunto a hasta otro punto b, reco-rriendo una distancia d, de acuerdoa lo mostrado en la figura 14.

El trabajo realizado se calculacómo:

T = F . d

También realiza un trabajo uncuerpo que cae desde una altura hdebido al propio peso P del cuerpoque actúa como fuerza, según semuestra en la figura 15.

El cuerpo, al caer, es aceleradopor la gravedad terrestre y alcanzasu máxima velocidad inmediata-mente antes de chocar contra elsuelo. Además, su velocidad antesde comenzar su caída era nula, loque significa que el cuerpo fue ad-quiriendo una energía como pro-ducto del trabajo realizado por lafuerza (cuerpo) al caer. A esta ener-gía se la denomina Energía Cinética(energía de movimiento) y es laenergía que ha adquirido el cuerpoal realizar un trabajo, o sea:

Trabajo = Energ a Cin tica

matemáticamente:

T = Ec

Como se sabe, la electricidad secompone de electrones en movi-miento, por lo que podemos aplicarun razonamiento análogo al reciénefectuado. Los cuerpos en movi-miento serán, en este caso, electro-nes que poseen una carga eléctri-ca impulsados por una fuerza (fuer-za electromotriz o tensión) que es la

diferencia depotencial apli-cada en losextremos delconductor.

De estamanera, serealizará unTrabajo Eléctri-co debido a laenergía queadquieren loselectrones im-pulsados por

una diferencia de potencial. A laenergía así desarrollada se la deno-mina: Energía Eléctrica, la cual de-pende de la tensión aplicada alconductor y de la cantidad de car-ga transportada, es decir, de lacantidad de electrones en movi-miento. Matemáticamente:

Energ a El ctrica = Tensi n . Carga El ctrica

También:

E = V . Q

Como hemos estudiado en lec-ciones anteriores, la tensión se mideen volt y la carga eléctrica en cou-lomb. De estas dos unidades surgela unidad de la Energía Eléctrica,que se denomina joule y se abreviacon la letra J.

Podemos decir entonces quecuando se aplica a un circuito eléc-trico una tensión de 1V transportán-dose una carga eléctrica de 1C, sepone de manifiesto una energíaeléctrica de 1J.

1J = 1V . 1C

No es lo mismo que esta energíaeléctrica se desarrolle en un tiempode 1s (1 segundo), que en 10s.

Cuanto menor sea eltiempo en que se ha de-sarrollado la misma can-tidad de energía, mayorserá la potencia puestaen juego. Por lo dicho, sedefine Potencia Eléctricacomo la cantidad deenergía eléctrica desa-rrollada dividida por eltiempo en que ha sidodesarrollada dicha ener-gía; matemáticamente:

Trabajo EléctricoPotencia Eléctrica = ________________

tiempo

También:

T V . Q QP = ______ = ______ = V . ( ___ )

t t t

En la fórmula anterior, lo que fi-gura entre paréntesis (Q/t), es el co-ciente entre la carga eléctrica quecircula y el tiempo durante el cual loestá haciendo, lo que simboliza a lacorriente eléctrica I.

Si reemplazamos este conceptoen la fórmula anterior nos queda:

P = V . I (1)

O sea que la potencia eléctricaes el producto de la tensión aplica-da a un circuito multiplicada por lacorriente que por él circula. En otraspalabras, podemos decir que Po-tencia Eléctrica es la cantidad detrabajo que realiza una carga porunidad de tiempo o el trabajo quedesarrolla una carga para venceruna diferencia de potencial.

La unidad de potencia eléctricaes el watt y se la designa con la le-tra W. Podemos decir que en unacarga se desarrolla una potenciade 1W cuando se le aplica una ten-sión de 1V y que por ella circula unacorriente de 1A, tal como muestrala figura 16.

En electrónica de potencia sue-le utilizarse un múltiplo del watt lla-mado kilowatt (kW), que representa1.000W.

En cambio, para la mayoría delos circuitos electrónicos de peque-ña señal, el watt resulta una unidadmuy grande, razón por la cual seemplean submúltiplos como el mili-watt (mW), que corresponde a la

Capítulo 4

53

Fig. 14

Fig. 15

milésima parte del watt, o el micro-watt (µW), que representa a la millo-nésima parte del watt.

1kW = 1.000W1mW = 0,001W1µW = 0, 000001W

Suelen confundirse los concep-tos de potencia y energía eléctrica,especialmente cuando se trata demensurar el consumo eléctrico.

Por ejemplo, una carga de 100Wconsume una energía eléctrica de100J por cada segundo de funcio-namiento. De esta manera, luegode una hora (60s) habrá consumidouna energía igual a:

E = P . t = 100W . 60s = 6.000J

Las compañías de electricidadfacturan a los usuarios la energíaconsumida en un período, es decir,lo hacen en kilowatt-hora (kW-h) yno en joule. De todos modos, el kW-h es una unidad de energía y no depotencia, ya que la energía consu-

mida es el producto dela potencia puesta enjuego durante un tiempodeterminado.

C LCULO DE LA POTEN-

CIA

Para calcular la po-tencia eléctrica en cualquier circui-to basta con multiplicar la tensiónaplicada por la corriente que circu-la.

El mismo concepto es aplicablepara cualquier parte constituyentede un circuito siempre que se co-nozcan las tensiones y corrientes co-rrespondientes.

De la fórmula (1) puede obte-nerse el valor de la tensión presen-te en un circuito, o parte de él, si se

conocen la potencia y lacorriente que circula. Des-pejando:

PV = ______

I

Puede calcularse la co-rriente en cualquier partedel circuito, cuando se co-nocen la potencia y la ten-sión aplicada. De la fórmula

(1) se tiene:

PI = _______

V

En la figura 17 se ve el gráfico re-presentativo de la Ley de Joule,que, al igual que lo que ocurre conla Ley de Ohm, permite calcular unparámetro cuando se conocen losotros dos.

APLICACI N DE LA LEY DE JOULE

Se desea calcular la potenciaque consume el resistor de la figura18, sabiendo que la tensión aplica-da es de 12V y la resistencia tieneun valor de 24Ω.

Para resolver el problema prime-ro calculamos la corriente que fluyepor el circuito. Aplicando la ley deOhm tenemos:

V 12VI = _______ = _______ =

R 24Ω

I = 0,5A

luego:P = V . I = 12V . 0,5A = 6W

Si con una tensión de 12V apli-cada a una carga, se desea obte-ner una potencia de 300mW,

¿Cuál debe ser la corriente quedebe circular?.

Del diagrama de la figura 17,como queremos calcular I, la tapa-mos y nos queda:

PI = _______

V

Reemplazando valores, tenien-do en cuenta que 300mW corres-ponden a 0,3W:

0,3WI = _______ = 0,025A

12V

Luego, por el circuito deberá cir-cular una corriente de 25mA ( 25mA= 0,025A ). Si, para el mismo circuito,deseamos conocer ahora cuál es latensión que se debe aplicar paraobtener una potencia de 300mWcuando circula una corriente de100mA, aplicando el diagrama dela figura 17 y reemplazando valores,podemos conocer el valor de dichatensión:

P 300mWV = ______ = _______ =

I 100mA

0,3WV = ______ = 3V

0,1A

POTENCIA Y RESISTENCIA

Analizando el ejemplo que he-mos dado anteriormente, podemoscomprender que muchas veces nosvamos a encontrar con circuitos enlos cuales se conoce la tensión apli-cada y el valor de la resistencia. Deesta manera, en primer lugar debe-mos encontrar el valor de la corrien-te que circula por dicho resistor pa-ra poder efectuar el cálculo de lapotencia. Podemos evitar este pasosabiendo que en un resistor la co-rriente viene dada por:

VI = ______

R


54

Fig. 16

Fig. 17

Fig. 18

Luego, reemplazando el valorde la corriente en la fórmula de po-tencia, tenemos:

EP = E . ______

R

De lo cual surge que:

E2P = ______

R

Según lo visto, la potencia quedisipa la carga del circuito de la fi-gura 18 puede calcularse directa-mente, o sea:

E2 12V2 144VP = ______ = ______ = ______ = 6W

R 24Ω 24Ω

Como podemos observar, se ob-tiene el mismo resultado si se aplicaun cálculo directo.

Queremos conocer ahora cuáles la potencia que suministra la ba-tería del circuito de la figura 19; pa-ra ello calculamos primero la resis-tencia total. Teniendo en cuentaque las resistencias están en serie:

R = R1 + R2 = 70Ω + 20Ω = 90Ω

Luego, aplicando la fórmula depotencia para las tensiones, se ob-tiene:

E2 32P = _____ = _________

R 90Ω

9VP = _____ = 0,1W = 100mW

90Ω

Puede ocurrir que en un circuito,o parte de él, se conozca la corrien-te y el valor de la resistencia que po-see la carga; luego, si se desea co-nocer la potencia que maneja di-cha carga y sabiendo que V = I . R,se tiene:

P = V . I = (I . R) . I = I . I . R

P = I2 . R

Se obtiene así una forma más di-recta para calcular la potencia deuna carga cuando se conoce suvalor de resistencia y la corrienteque la atraviesa.

Capítulo 4

55

Fig. 19

CapacitoresINTRODUCCCI N

La tentativa de almacenar elec-tricidad en algún tipo de dispositivoes muy antigua. Se tiene constanciade que en 1745, simultáneamente, enla Catedral de Camin (Alemania) yen la Universidad de Leyden (Holan-da), dos investigadores desarrollarondispositivos cuya finalidad era alma-cenar electricidad o, como se decíaentonces, "condensar" electricidad.La botella de Leyden, como se ve enla figura 1, fue el primer "condensa-dor" y dio origen, por su principio defuncionamiento, a los modernos ca-pacitores (o "condensadores" comotodavía los denominan algunos) utili-zados en aparatos electrónicos. Laestructura de los componentes mo-dernos es muy diferente de la que te-nían los primeros, de 250 años atrás,pero el principio de funcionamientoes el mismo.

LA CAPACIDAD

Para entender cómo un conduc-tor eléctrico puede almacenar elec-tricidad, imaginemos la situación si-guiente que puede ser el tema deuna experiencia práctica:

Al cargar de electricidad un con-ductor esférico, verificamos que lascargas pueden comprimirse más omenos según el diámetro del con-ductor y también según la cantidadque pretendemos colocar en eseconductor.

Eso significa que esa compresiónde las cargas almacenadas se mani-fiesta como potencial V. La carga Qen un conductor de radio R manifies-ta un potencial V.

Si intentamos colocar más cargasen el cuerpo, éstas aumentan el gra-do de compresión y, por consiguien-te, el potencial también debe au-mentar. Se verifica que, independien-temente del radio del conductor, enlas condiciones indicadas existe unaproporcionalidad directa entre lascargas que podemos almacenar y latensión que se manifestará (figura 2).

Si el cuerpo tuviera un radio R y secarga con 0,01 coulomb (unidad decarga), manifestará 100 volt y el mis-mo cuerpo manifestará 200 volt si secarga con 0,02 coulomb. Podemosentonces definir una magnitud llama-da "capacidad" como la relación en-tre la carga almacenada (Q) y la ten-sión a que se encuentra (V). Escribi-mos entonces:

C = Q/V (1)

En estas condiciones, el conduc-tor esférico funciona como "capaci-tor esférico".

La capacidad de almacena-miento de carga depende del radiodel conductor, y este tipo de disposi-tivo no es de los más apropiados pa-ra los usos electrónicos, pero veremosmás adelante cómo hacer algunos

Fig. 1

Fig. 2

cálculos interesantes que lo tienen encuenta. Nos interesa ahora la cons-tancia de la relación Q/V que definela capacidad cuya unidad es el Farad

(F). Un capacitor (no necesariamenteesférico) tendrá una capacidad de 1Farad si almacena la carga de 1 Cou-lomb y tiene 1 volt de tensión.

(Usamos la palabra tensión y nopotencial pero el lector sabe que eneste caso la diferencia no importaporque la unidad es la misma - Figura3). En la práctica, una esfera con lacapacidad de 1 Farad debiera serenorme, de manera que los capaci-tores que usamos en los aparatos tie-nen capacidades que son submúlti-plos del Farad.

Tres son los submúltiplos del Faradque más se usan:

- Microfarad (µF) que es la millonési-ma parte de 1 Farad o 0,000001 Faradque representado en forma exponen-cial es 10-6 Farad.

- Nanofarad (nF) que es la billonési-ma parte del 1 Farad o 0,000000001 Fa-rad y 10-9 Farad en forma exponencial.

- El picofarad (pF) que es la trilloné-sima parte de 1 Farad o 0,000000000001 Farad o 10-12 Farad.

Vea que de la relaciones indica-das se tiene que:

- 1 nanofarad equivale a 1.000 pi-cofarad (1nf = 1.000pF)

1 microfarad equivale a 1.000 nano-farad (1µF = 1.000nF)

- 1 microfarad equivale a 1.000.000picofarad (1µF = 1.000.000pF)

Acostúmbrese a convertir estasunidades, porque aparecen con mu-cha frecuencia en los trabajos deelectrónica.

CAPACITORES PLANOS

Puede obtenerse una capacidadmucho mayor con una disposiciónadecuada de los elementos conduc-tores. Con eso, una cantidad muchomayor de cargas puede almacenarseen un volumen menor, dando así uncomponente de uso más práctico. Un

capacitor básico de placas paralelasse ve en la figura 4.

Consiste de dos placas de mate-rial conductor separadas por materialaislante denominado dieléctrico. Elsímbolo usado para representar estetipo de capacitor recuerda mucho sudisposición real y se muestra en la mis-ma figura. Hay capacitores con dispo-siciones diferentes, pero como la es-tructura básica se mantiene (un ais-lante entre dos conductores) el sím-bolo se mantiene por lo general conpocas modificaciones.

Cuando conectamosla estructura indicada aun generador, como se veen la figura 5, las cargasfluyen hacia las placas demanera que una se vuel-va positiva y la otra nega-tiva.

Se dice que el capacitor tiene una

placa (armadura) positiva y otra negati-

va.

Aun después de desconectar labatería, como se mantienen las car-gas, por efecto de la atracción mu-tua, en las armaduras el capacitor, sedice que éste está "cargado".

Como la carga en Coulombs de-pende no sólo de la capacidad sinotambién de la tensión del generador,para calcularla es necesaria la rela-ción:

C = Q/V

Es así que si un capacitor de 100µF(100 x 10-6) se conecta a un generadorde 100 volts, la carga será:

Q = CV (2)Q = 100 x 100 x 10-6

Q = 10.000 x 10-6

Q = 104 x 10-6

Q = 10-2 = 0,01 Coulomb

Para descargar un capacitor bas-ta interconectar las armaduras me-diante un alambre. Las cargas negati-vas (electrones) de la armadura ne-gativa pueden fluir a la positiva neu-tralizando así sus cargas.

Vea qe no importa cuál esel capacitor pues la cantidadde cargas de una armadura esigual a la cantidad de cargasde la otra; sólo es diferente lapolaridad.

En la descarga, la neutrali-zación es total (Figura 6).

Para un capacitor plano como elindicado, la capacidad puede calcu-larse en función de las característicasfísicas, a saber: superficie de las pla-cas, distancia entre ellas y naturalezadel aislante.

Podemos aplicar la fórmula si-guiente:

C = ε A/d (3)

donde:C es la capacidad en Farad (F)d es la distancia entre placas en

metrosA es la superficie de las placas en

metros cuadradosε es una constante que depende

de la naturaleza del dieléctrico.El valor depende del material con-

siderado.Ese valor puede calcularse me-

diante la fórmula:

ε = ε o . K (4)

donde:ε o es la pérmisividad del vació y

vale 8,85 x 10-12 F/m K es la constante dieléctrica y de-

pende del material usado.


56

Fig. 3 Fig. 18

Fig. 5

Fig. 6

LA ENERGŒA ALMACENADA

EN UN CAPACITOR

Para obligar a una cierta cantidadde cargas a permanecer en un capa-citor debemos gastar una cierta can-tidad de energía. En realidad esaenergía que se gasta para colocar lascargas en el capacitor queda dispo-nible para usarla en el futuro, quedaalmacenada en el capacitor. Cuan-do descargamos un capacitor me-diante un conductor que presentacierta resistencia, como muestra la Fi-gura 7, la energía que estaba conte-nida en el capacitor se disipa en for-ma de calor.

Puede imaginarse la carga del ca-pacitor con el gráfico de la figura 8.Vea que a medida que va aumentan-do la cantidad de carga, debemosforzarlas cada vez más y eso implicauna elevación de tensión.

El área de la figura hasta el puntoen que dejamos de cargar el capaci-tor, representada por W en la figuracorresponde a la energía almacena-da en el capacitor. Podemos calcularla energía a partir de dos fórmulas:

W = 0,5 x Q x V (5)oW = 0,5 x C x V2 (6)

Donde:W es la energía de Joule (J)Q es la carga en Coulomb (C)C es la capacidad en Farad (F)V es la tensión en Volt (V)

Podemos comparar un capacitorcargado a un resorte comprimido.Gastamos energía (potencial) paracomprimir el resorte, éste "guarda" esaenergía que luego puede usarse paraponer en movimiento un mecanismo.Es claro que, según veremos, la canti-dad de energía que puede almacenarun capacitor no es grande y entoncessu utilidad como fuente de energía esmuy restringida, pero este componen-te tiene otras propiedades que son degran utilidad en electrónica.

LOS CAPACITORES EN LA PR CTICA

A diferencia de la botella de Ley-den que nada tenía de práctica porsus dimensiones y propiedades, los ca-pacitores modernos son compactos yeficientes, con volúmenes centenasde veces menores que la antigua bo-

tella de Leyden y ca-pacidades miles deveces mayores.

Estos son los ca-pacitores que encon-tramos en los apara-tos eléctrónicos y quepueden variar muchí-simo en forma y valor.

Estudiaremos en es-ta lección lo que suce-de cuando conecta-mos varios capacitoresentre sí y los distintos ti-pos de capacitoresque encontramos en lapráctica.

ASOCIACI N DE

CAPACITORES

Podemos obtener un efecto ma-yor o menor de almacenamiento decargas, según se asocien distintos ca-pacitores, del mismo modo que obte-nemos efectos diferentes de resisten-cias al asociar resistores.

Los capacitores pueden conec-tarse en serie o en paralelo.

a) Asociaci n de

capacitores en paralelo

Decimos que dos o más capacito-res están asociados en paralelo cuan-do sus armaduras están conectadasde la manera siguiente: las armaduraspositivas están conectadas entre sípara formar la armadura positivaequivalente al capacitor; las armadu-ras negativas están conectadas entresí y forman la armadura negativaequivalente al capacitor, según mues-tra la figura 9. Vea el lector que enesas condiciones los capacitores que-dan sometidos todos a la misma ten-sión (V) cuando se cargan. Las cargasdependen de las capacidades.

La capacidad equivalente en es-ta asociación está dada por la sumade las capacidades asociadas.

C = C1 + C2 + C3 + ... + Cn (7)

Se pueden deducir las siguientespropiedades de la asociación de ca-pacitores en paralelo:

- Todos los capacitoresquedan sometidos a la mismatensión.

- El mayor capacitor (el demayor capacidad) es el quemás se carga.

La capacidad equivalente es ma-yor que la capacidad del mayor ca-pacitor asociado.

b) Asociaci n de

capacitores en serie

En la asociación en serie de capa-citores, éstos se conectan como semuestra en la figura 10.

La armadura positiva del primeropasa a ser la armadura positiva delequivalente; la negativa del primerose une a la positiva del segundo; lanegativa del segundo da la positivadel tercero y así sucesivamente hastaque la negativa del último queda co-mo la armadura negativa del capaci-tor equivalente.

Vea que si conectamos de estamanera un conjunto cualquiera decapacitores (aun de valores total-mente diferentes) ocurre un procesode inducción de cargas, de modoque todas las armaduras queden conlas mismas cantidades (figura 11). Se-gún el valor del capacitor (capaci-dad) la tensión hallada tendrá valoresdiferentes.

Puede darse la fórmula:

C1 = Q/V1; C2 = Q/V2; C3 = Q/V3...

Cn = Q/Vn

Como la suma de las tensiones deestos capacitores asociados debe ser

Capítulo 4

57

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

la tensión en las armaduras del capa-citor equivalente; podemos escribir:

V = V1 + V2 + V3 + ... + Vn

Reemplazando el valor de V encada una de las expresiones de ca-pacidad:

V = Q/C1 + Q/C2 + Q/C3 + ... + Q/Cn

Sacando Q como factor común:

V = Q (1/C1 + 1/C2 + ... + 1/Cn)

Dividiendo por Q ambos miembrosde la igualdad, tenemos:

V/Q = 1/C1 + 1/C2 = + 1/C3V/Q = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ... + 1/Cn

Pero:

V/Q es 1/C

Luego:

1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ... + 1/Cn (8)

De esta fórmula podemos deducirlas siguientes propiedades de la aso-ciación en serie de capacitores:

-Todos los capacitores quedan conla misma carga.

- El menor capacitor queda someti-do a la mayor tensión.

- La capacidad equivalente es me-nor que la capacidad del menor capa-citor asociado.

- Todos los capacitores se cargan ydescargan al mismo tiempo.

Conclusi n

Dos casos particulares son intere-santes en las asociaciones en serie yen paralelo de capacitores.

Cuando los capacitores son igua-les, la asociación puede tener la ca-pacidad equivalente calculada conmás facilidad por las fórmulas siguien-tes:

a) Serie: C = C1/ndonde C es la capacidad equivalente.

C1 es el valor de cada uno delos capacitores asociados.

n es el número de capacitores.

b) Paralelo: C = n x C1donde C, C1 y n son los del caso ante-

rior.

CAPACITORES DE PAPEL Y ACEITE

En muchos aparatos antiguos,principalmente en radios y televisoresde válvulas, pueden encontrarse conel aspecto que se ve en la figura 12.Son capacitores tubulares de papel oaceite (el tipo viene marcado normal-mente en el componente). Para fabri-car estos capacitores se enrollan al-ternadamente dos hojas de aluminioque forman el dieléctrico y se colocaentre ellas un aislante que puede seruna tira de papel seco (en el tipo depapel) o de papel embebido en acei-te (en el caso de los capacitores deaceite). Esos capacitores, así comolos otros, presentan dos especificacio-nes:

a) La capacidad que se expresaen microfarads (µF), nanofarads (nF) ypicofarad (pF) y que puede variar en-tre 100pF (o,1nf) hasta 1µF.

b) La tensión de trabajo que es latensión máxima que puede aplicarseentre armaduras sin peligro de que serompa el dieléctrico. Esta tensión va-ría, en los tipos comunes, entre 200 y1.000 volt.

Los capacitores de papel y aceitepueden tener hasta una tolerancia de10% a 20% y presentan las siguientescaracterísticas principales:

- Son relativamente chicos en rela-ción a su capacidad.

- Tienen buena aislación a tensionesaltas.

- Pueden obtenerse en una bandabuena de altas tensiones.

- Su gama de valores es apropiadapara la mayoría de las aplicacioneselectrónicas.

Vea que la aislaciónes un problema que me-rece estudiarse en deta-lle:

El problema de la ais-

laci n

Ningún dieléctrico esperfecto. No existe unaislante perfecto, lo quesignifica que ningún ca-

pacitor puede mantener indefinida-mente la carga de sus armaduras.Una resistencia, por grande que sea,deja pasar una cierta corriente y unacorriente es un flujo de cargas queacaba por descargar el capacitor. Uncapacitor que tenga una resistenciapor debajo de los límites tolerados enlas aplicaciones prácticas se dice quetiene una "fuga".

Volviendo a los capacitores depapel y aceite, éstos se usan en los cir-cuitos de bajas frecuencias y corrien-tes continuas.

CAPACITORES DE POLI STER Y

POLICARBONATO

El poliéster y el policarbonato sontermoplásticos que presentan exce-lentes propiedades aislantes y buenaconstante dieléctrica, por lo que sir-ven para la fabricación de capacito-res. En la figura 13 tenemos algunos ti-pos de capacitores hechos con esosmateriales y que pueden ser planos otubulares.

En el tipo plano, las armaduras sedepositan en las caras de una pelícu-la de dieléctrico, entonces se obtieneuna estructura que recuerda la aso-ciación de muchas capas de capaci-tores planos. En la disposición tubular,un filme de poliéster o de policarbo-nato tiene en sus caras depositadauna fina capa de conductor (alumi-nio) que hace las veces de dieléctri-co. Las especificaciones fundamenta-les de estos capacitores son:

a) Gama de capacidades com-prendida entre 1nF y 2,2µF o más.

b) Banda de tensiones de trabajoentre 100 y 600 volt.

c) Tolerancia de 5%, 10% y 20%.Otras características de interés

son:- Buena gama de valores en di-

mensiones reducidas del elemento enrelación a la capacidad.

- Gama de tensiones elevadas.- aislación muy buena, común-


58

Fig. 10

Fig. 11

Fig. 12

mente por arriba de 20.000MΩ.- Banda de tolerancias según las

aplicaciones prácticas en electróni-ca.

Los capacitores de poliéster y poli-carbonato pueden usarse en circuitosde bajas frecuencias, corrientes conti-nuas y aplicaciones generales.

CAPACITORES DE POLIESTIRENO

El poliestireno también es un ter-moplástico que tiene excelentes pro-piedades aislantes, que puede apare-cer con nombres diversos según el fa-bricante, como: STYRON, LUSTREX, RE-XOLITE, POLYPENCO.

En la figura 14 vemos el aspectode estos capacitores.

Estos capacitores pueden tenerestructura plana o tubular. Las especi-ficaciones básicas son:

a) Capacidad entre 10pF y 10nF.b) Tensiones entre 30 y 500 volt.c) Tolerancias entre 2,5% y 10%.Otras características importantes de

estos capacitores son:- Tamaño reducido en relación a la

capacidad.- Buena estabilidad térmica.- Tensiones de trabajo altas.- Tolerancia baja (2,5%).- Aislación muy alta: normalmente

por arriba de 100.000 MΩ.- Adecuados para operar en circuitos

de altas frecuencias.Estos capacitores son especial-

mente indicados para los circuitos deRF (radiofrecuencia) y aplicacionesque exijan alta estabilidad.

CAPACITORES CER MICOS

La cerámica presenta excelentespropiedades dieléctricas, pero no

puede enrollarse ni do-blarse como los aislan-tes plásticos. Pero aunasí tenemos una buenavariedad de capacito-res cerámicos, como seve en la figura 15.

Las especificacio-nes de estos capacito-res son las siguientes:

a) capacidades enla gama de 0,5pF hasta470nF,

b) banda de tensio-nes de operación des-

de 3V hasta 3.000V o más,c) tolerancias entre 1% y 5,0%.Otras características de importan-

cia son:- Relativamente chicos en relación

a la capacidad.- Banda relativamente amplia de-

tenciones de trabajo.- Son adecuados para operar en

circuitos de altas frecuencias.- Banda de tolerancia buena para

aplicaciones que exigen precisión.Estos capacitores son de los más

utilizados en las aplicaciones prácti-cas de electrónica y se los encuentraen los circuitos de altasfrecuencias, audio ytambién de corrientecontinua.

CAPACITORES

ELECTROLŒTICOS

Los capacitores elec-trolíticos o electrolíticosde aluminio son, de to-dos, los que tienen unatécnica de construcciónmuy diferente y es poreso que se los encuentraen una gama de valoresmuy determinada. En lafigura 16 tenemos laconstrucción interna típi-ca de un electrolítico dealuminio con fines didác-ticos.

En contacto con unasustancia electrolítica, elaluminio es atacado y seforma en su superficie unapelícula aislante. Este ma-terial presenta una cons-tante dieléctrica muy alta,pero su espesor es de sólomilésimos de milímetro, lo

que garantiza la obtención de capa-cidades muy elevadas.

Los electrolíticos tienen una carac-terística más en relación a los otroscapacitores: la armadura positiva de-be cargarse siempre con cargas deese signo. Si hubiera inversión de lasarmaduras, podría destruirse la pelícu-la dieléctrica y quedar inutilizado elcapacitor.

Las principales características son:a) Capacidades en la gama de 1µF

a 220.000µF.b) Tensiones de trabajo entre 12 y

1.000V.c) Tolerancia entre -20% y +50% co-

múnmente.En la figura 17 vemos algunos tipos

comunes de capacitores electrolíti-cos, obsérvese su polaridad. Otras ca-racterísticas importantes de estos ca-pacitores son:

- Tamaño pequeño en relación a lacapacidad alta.

- Banda de capacidades que llegaa valores muy altos.

- La corriente de fuga es relativa-mente alta o sea que la aislación no esexcelente.

- Son polarizados (debe respetarse

Capítulo 4

59

Fig. 13

Fig. 15

Fig. 14

Fig. 16

la polaridad de la placa o armadura).- La capacidad aumenta a medi-

da que el capacitor envejece.- Tiene una duración limitada.- La capacidad varía ligeramente

con la tensión.Los capacitores electrolíticos no se

usan en circuitos de altas frecuencias;se usan en circuitos de frecuenciasbajas, uso general y corriente conti-nua.

CAPACITORES VARIABLES Y AJUSTABLES

En determinadas aplicaciones,necesitamos disponer de capacitorescuya capacidad pueda ser alteradaen una cierta franja de valores, pormotivos diversos. Podemos dar elejemplo de un proyecto en el que elfuncionamiento, por ser crítico, no nospermite establecer con exactitudcuál es la capacidad que necesita-mos para llevar el circuito al compor-tamiento deseado. Podemos calcularcon cierta aproximación el valor deesta capacidad y después ajustar suvalor para tener el comportamientodeseado. En este caso precisamos uncapacitor ajustable o regulable. Otraaplicación es el caso en que duranteel funcionamiento del aparato debe-mos cambiar la capacidad de un ca-pacitor para que cambie el compor-tamiento según nuestras necesida-des. Es el caso en el que debemosusar un capacitor variable, como enla sintonía de un aparato de radio pa-ra cambiar de estación en el momen-to querido. Separamos entonces loscapacitores que pueden cambiar devalor según nuestra voluntad en 2 gru-pos.

a) Los capacitores regulables, en losque prácticamente sólo alteramos la

capacidad una vez, para llegar alpunto deseado de funcionamiento ydejarlo después de esta manera, inde-finidamente.

b) Los capacitores variables en losque alteramos continuamente la ca-pacidad, siempre que deseamos alte-rar el funcionamiento del circuito.

Capacitores regulables

Tal como estudiamos, la capaci-dad presentada por un capacitordepende de algunos factores.

a) Tamaño de las placas (área).b) Separación entre las placas.c) Existencia o no de un material

entre las placas (dieléctrico). Vea la fi-gura 18.

Podemos variar la capacidad deun capacitor si alteramos cualquierade esos factores, pero por cierto exis-ten algunos en los que esa tarea resul-ta más fácil. En el caso de los capaci-tores ajustables o regulables, pode-mos variar la capacidad para modifi-car dos de esos factores, según el tipode componente. El tipo más comúnde capacitor ajustable es el "trimmer"de base de porcelana, que tiene laconstrucción que se muestra en la fi-gura 19. En este "trimmer" tenemosuna base de porcelana en la que es-tán montadas dos placas (armadu-ras), una de las cuales es fija y la otramóvil. El dieléctrico es una fina hojade plástico o mica, colocada entrelas armaduras.

Un tornillo permite el movimientode la armadura móvil, para que seaproxime o aleje de la armadura fija.

Con la aproximación (menor dis-tancia) tenemos una capacidad ma-yor y con el alejamiento (distanciamayor) tenemos una capacidad me-nor, estos capacitores permiten varia-ciones de capacidad en una propor-ción de 10:1. Es común tener un capa-citor de este tipo en que la capaci-dad mínima obtenida es de 2pF y lamáxima de 20pF, al pasar de la posi-ción del tornillo totalmente flojo (de-satornillado - aleja-miento máximo) a lade fuertemente apre-tado (alejamiento mí-nimo). Los trimmers re-sultan especificadospor la banda de capa-cidades en que se en-cuentran. Un trimmer 2-20pF es un trimmer enel que podemos variarla capacidad entre

esos dos valores. Un problema quehay que analizar en este tipo de ca-pacitor es que el ajuste excesivo deltornillo o también problemas mecáni-cos, no permiten una precisión deajuste muy grande, lo que lleva a quese usen en casos menos críticos. Paralos casos más críticos existen trimmersde precisión.

D nde usar los trimmers

Existen casos en los que necesita-mos regular el punto de funciona-miento de un circuito después de ha-berlo montado, sin que sea posible es-tablecer la capacidad exacta quedebemos usar, con antelación, comopara poder usar un capacitor fijo. Nor-malmente los trimmers aparecen enlos circuitos que operan en frecuen-cias elevadas, como receptores ytransmisores, en los que es preciso ha-cer un ajuste del punto de funciona-miento de circuitos que determinan lafrecuencia de operación. Encontra-mos los trimmers en los siguientes tiposde aparato:

Radio, Transceptores, Transmisores,Generadores de señales, Oscila-

dores de alta frecuencia

Tensi n de trabajo

Del mismo modo que los capaci-tores fijos, los trimmers también tienenlimitaciones en relación a la tensiónmáxima que puede existir entre sus ar-maduras. Tensiones mayores que lasespecificadas por los fabricantes pue-


60

Fig. 17

Fig. 19

Fig. 18

Capítulo 4

61

den causar la ruptura del materialusado como dieléctrico y así inutilizarel componente.

Capacitores variables

El principio de funcionamiento delos capacitores variables es el mismoque el de los trimmers. La diferenciaestá en el hecho de tener un accesomás fácil al conjunto de placas móvi-les de modo que alteramos la capa-cidad en cualquier momento. En la fi-gura 20 tenemos un capacitor varia-

ble común, del tipo deno-minado "con dieléctricode aire", pues ningún ais-lante especial existe entrelas placas del conjuntomóvil y fijo.

El conjunto de placasmóviles se acciona media-ne un eje, para penetraren el conjunto de placasfijas en forma recta.

A medida que el con-junto de placas penetraen la parte fija, aumenta

la superficie efectiva y con eso la ca-pacidad presentada por el compo-nente. Con el capacitor abierto, esdecir, las placas móviles fuera de lasplacas fijas, el capacitor tiene unacapacidad mínima. Con el capacitorcerrado, tenemos la capacidad má-xima.

Las dimensiones de las placas fijasy móviles, además de su cantidad yseparación, determinan la variaciónde capacidad que se puede obte-ner: teóricamente, la variación de-

biera estar entre 0 y un cierto valormáximo dado por la cantidad deplacas y otros factores. Y con las pla-cas todas abiertas (armadura móvil)todavía con un efecto residual semanifiesta una cierta capacidad.

Esta capacidad se denomina resi-dual y está especificada en los ma-nuales de los fabricantes.

Banda de valores

Básicamente, los capacitores va-riables se encuentran en dos franjasde valores determinadas por las apli-caciones más comunes. Tenemos lasvariables de mayor capacidad quepueden tener valores máximos entre150pF y 410pF y que se usan en radiosde ondas medias y cortas, o transmi-sores para la misma banda. En ellos,tenemos conjuntos de 10 a 20 placasque forman las armaduras. Para labanda de FM los variables son de ca-pacidad mucho menor, normalmen-te con máximos inferiores a 50pF, és-tos están formados por un númeromucho menor de placas.

Fig. 20

Por qué aparecieron los TTransistorransistoreses

El transistor es el elemento más im-portante de los dispositivos semi-conductores, pues es el “ladrillo”

con el que se construye el edificio dela tecnología electrónica moderna.

COMIENZA LA REVOLUCI N DIGITAL

Intel es la empresa que fabricó porprimera vez un microprocesador, unapastilla de circuito integrado quecontiene todos los elementos nece-sarios para realizar los complejos cál-culos numéricos y lógicos que se eje-cutan en una computadora. Nos re-ferimos al ya legendario 4004, un mi-croprocesador con apenas 2.300transistores, pero con la misma capa-cidad de cómputo que la ENIAC, laprimera computadora (1947), la cualcontenía unas 18 mil válvulas, ocu-paba una habitación entera para al-bergar sus gigantescas proporcionesy pesaba 30 toneladas. Pero los mi-croprocesadores no son sino un ecoo resultado de otro invento sobre elque en última instancia se funda-

menta la revolución digital: el transis-tor.

Hace más de 50 años, el 23 de di-ciembre de 1947, científicos de losLaboratorios Bell demostraron que undispositivo construido con base enmateriales sólidos, podía comportar-se de forma prácticamente idénticaa las válvulas de vacío, pero sin susinconvenientes.

Por su descubrimiento, William

Shockley, John Bardeen y Walter

Brattain fueron acreedores al PremioNobel de Física en 1956.

EN EL PRINCIPIO FUE LA V LVULA DE VACŒO

El transistor desplazó a otro grandispositivo, en el que descansó pordécadas la incipiente tecnologíaelectrónica: la válvula triodo, inven-tada en 1906 por Lee De Forest,quien a su vez se apoyó en la válvu-la diodo, inventada en 1905 por JohnA. Fleming, que se basó en un fenó-meno (el efecto Edison) descubiertopor Tomas A. Edison durante las in-

vestigaciones que lo llevaron a in-ventar la bombilla incandescente.

Lee de Forest encontró que una re-jilla de alambre electrificada origina-ba un flujo de electrones cuando sela colocaba dentro de un tubo o vál-vula de vacío.

Dicho flujo podía ser controladode distintas maneras: se le podía in-terrumpir, reducir o incluso detenerpor completo; así por ejemplo, unamuy baja corriente de electrones enla entrada del tubo llegaba a seramplificada por éste, a fin de produ-cir una intensa corriente en la salida,por lo que este dispositivo fue utiliza-do en televisores, radios y en cual-quier otro equipo electrónico en elque se requiriera aumentar el nivelde una señal de entrada.

Con todo este potencial en el con-trol de la electricidad, el hombre pu-do manejar señales electrónicas yasí surgieron y se desarrollaron nue-vas formas de comunicación comola radio y la televisión, y nuevosavances tecnológicos, como el ra-dar y las primeras computadoras.

SURGE EL TRANSIS-

TOR

El primer transistorfue construido enuna base plásticaen forma de C, en lacual se montarondos piezas de unelemento por en-tonces no muy conocido, el germa-nio, sostenidas por un resorte elabora-do a último momento con un clip deoficina. De los terminales de esta es-tructura salían delgados hilos de oro,que hacían las veces de conectorespara la entrada y salida de señales.Con este dispositivo los investigadorespudieron amplificar señales de igualforma como lo hubieran hecho conuna válvula triodo; y no había necesi-dad de una envoltura de cristal al va-cío, de filamentos incandescentes ode elevadas tensiones de operación.

En efecto, el transistor (llamado asídebido a que transfiere la señal eléc-trica a través de un resistor) pudo rea-lizar las mismas funciones del tubo alvacío, pero con notorias ventajas: nosólo sustituyó el complejo y delicadotubo por un sencillo montaje queconsiste básicamente en un conjuntode finos alambres bigotes de gato ,

acoplado en un pequeño cristal se-miconductor, sino que hizo innecesa-ria la condición de vacío. Además,no requería de previo calentamientopara empezar a funcionar, ni de ungran volumen para su encapsulado;su estructura fija hacía de él un dispo-sitivo más confiable y duradero; y suconsumo de energía era insignifican-te.

La conducción de electricidad enun sólido depende del grado de liber-tad de sus electrones.

Los conductores son materiales queposeen uno o dos electrones en lacapa externa de los átomos que loforman.

Los llamados “aislantes” son ele-mentos que, como en el caso delazufre, por tener sus electrones con-tenidos en estrechos enlaces con losnúcleos y con otros átomos, no con-ducen electricidad.

Pero existe un tercer tipo de mate-riales que no se comporta ni comoconductores ni como aislantes puros:los semiconductores; esporádica-mente, éstos proporcionan un elec-trón libre o un espacio hueco parapermitir la conducción de la corrien-

te. Entre los semiconductores más co-munes pueden mencionarse el silicioy el germanio, que tienen aproxima-damente un electrón libre por cadamil átomos; esto contrasta con el co-bre, que suministra un electrón porcada átomo.

Una investigación específica sobrelas propiedades eléctricas de los se-miconductores, fue lo que condujo aldesarrollo del transistor. Con el propó-sito de apreciar el comportamientoeléctrico de una de estas sustancias,veamos la figura 1A.

Podemos observar un cristal de ger-manio (o silicio) que tiene en su capaexterna cuatro electrones, llamados“electrones de valencia”, que enconjunto enlazan a los átomos. Preci-samente, como todos los electronesse encuentran ocupados en unir a losátomos, no están disponibles paragenerar electricidad.

Supongamos que alguna impurezacon cinco electrones en la órbita devalencia entra al cristal (fósforo). Estoprovoca que cuatro de los electronesformen enlaces con los átomos degermanio, pero el quinto queda librepara conducir la corriente (figura 1B).Otro caso similar muy interesante, esel del átomo de boro introducido enel cristal de germanio (figura 1C). Elátomo de boro es una impureza contres electrones de valencia.

Aquí, uno de los puntos necesariospara la unión con los átomos de ger-manio está ausente; se crea enton-ces un estado de desequilibrio, don-de alguno de los átomos de la estruc-tura tan sólo cuenta con siete elec-trones, lo que deja un espacio libreque puede ser llenado con un elec-trón viajero. Por consecuencia, la fal-ta de un electrón (a la que se consi-dera una entidad física y se le deno-mina “hueco”) posee todas las pro-piedades de esta partícula; es decir,tiene masa y carga; aunque, comoestá ausente, su carga es positiva envez de negativa.

De acuerdo con este comporta-miento, se pudo establecer que un

cristal semiconductor es capaz deconducir electricidad cuando se dala presencia de impurezas. Con baseen ello, fue diseñado un método decontrol de electrones o huecos en uncristal, que los científicos de los labo-ratorios Bell consideraron en el inven-to del transistor. Dependiendo del ti-po de impurezas introducidas en elcristal, existen dos tipos de material: elmaterial tipo N o negativo y el mate-rial tipo P o positivo. Estos materialesse combinan entre sí para construir di-versos tipos de dispositivos, el más co-mún de todos ellos es el transistor bi-polar, cuya operación explicaremosa continuación.

PRINCIPIO DE OPERACI N DE UN TRANSIS-

TOR

A los transistores con las caracterís-ticas citadas se les denomina “bipola-res” y su estructura interna es como semuestra en la figura 2A. Note que seforma con tres capas alternadas dematerial semiconductor: una N, otra Py finalmente otra N (es por ello que seles llama NPN). Observe también queal terminal conectado en la parte su-perior del dispositivo se le denomina“colector”, a la capa intermedia “ba-se” y a la inferior “emisor”. Veamoscómo funciona el conjunto.

En primer lugar, para que un transis-tor funcione tiene que estar polariza-do en cierta forma; en el caso quenos ocupa (transistor NPN), esta pola-rización implica un voltaje positivoaplicado entre colector y emisor yuna alimentación positiva de peque-ña magnitud entre base y emisor (fi-gura 2B). Cuando esto sucede y lapolarización de base es inferior a latensión de ruptura del diodo formadoentre base y emisor, la tensión entrecolector y emisor forma un campoeléctrico considerable en el interiordel dispositivo; pero como se enfrentaa una estructura semejante a un dio-do invertido, no puede haber un flujode corriente entre el colector y el


62

Fig. 1A B C

emisor. Sin embargo, se tiene unacondición tal de excitación de loselectrones y huecos en el dispositivo,que bastaría con cualquier impulsoexterno para que el conjunto entraraen conducción.

Este impulso proviene justamentede la corriente aplicada en la base,misma que se dispara al momento enque la tensión aplicada en la base su-pera el punto de ruptura antes men-cionado; entonces, la corriente quecircula entre base y emisor provocauna avalancha de electrones entrecolector y emisor. Pero esta avalan-cha no es desordenada, sino que de-pende muy estrechamente de lacantidad de electrones que circulena través de la base (figura 2C); de he-cho, una de las características princi-pales de un transistor es un factor de

ganancia de corriente , el cual indicacuántas veces será amplificada lacorriente de la base en el colector. Alos fines prácticos, esto significa queel transistor amplifica por un factorHfe la corriente de su entrada.

La estructura NPN no es la únicaque se ha desarrollado, sino que tam-bién existen transistores con una l g i-

ca negativa ; esto es, formados porcapas alternas de material P, N y P. El

comportamiento detales dispositivos resul-ta prácticamenteidéntico al anterior, só-lo varía el sentido delas tensiones de polari-zación aplicadas enlos terminales. Vea enla figura 4D la simbolo-gía con que se identi-fica a los transistoresbipolares tipo NPN yPNP.

TRANSISTORES CONTENI-

DOS

EN OBLEAS DE SILICIO

Ya desde fines delos 50 se advertía quela miniaturización delos transistores podíaalcanzar niveles ex-traordinarios. Precisa-mente, en 1958 en loslaboratorios Fairchild

por primera vez se lo-gró algo que parecíaimposible: en la super-

ficie de un bloque de silicio se graba-ron varios dispositivos a la vez, conec-tados entre sí para realizar un trabajoen conjunto, y se introdujo este cristalsemiconductor en un encapsuladoúnico, de tal manera que se podíamanejar como un bloque funcional.Fue así como nacieron los circuitos in-tegrados, siguiente paso en la evolu-ción de la tecnología electrónica.

Más adelante, las técnicas de fabri-cación de cristales de silicio mejora-ron, la producción de máscaras degrabado se depuró y se desarrollaronnuevos e ingeniosos métodos para eldopado de los materiales semicon-ductores.

Fue posible, entonces, fabricar cir-cuitos integrados mediante un proce-so de fotograbado, en el que se tieneuna delgada oblea de silicio sobre lacual se proyectan las sombras deunas máscaras donde vienen graba-das las delgadas pistas que posterior-mente se convertirán en las termina-les de los transistores.

Utilizando métodos fotoquímicos seaprovechan las sombras para sem-

brar impurezas en el sustrato semi-conductor, y al ir apilando capas al-ternativas de cristales tipo N y tipo P,finalmente se obtiene una amplia va-

riedad de dispositivos, que pueden irdesde diodos hasta transistores deefecto de campo. Gracias a ello, eltransistor pudo ser reducido hasta al-canzar la dimensión de unas cuantasmicras, es decir, una milésima de milí-metro.

Cabe hacer la aclaración de que,para que estos circuitos sean capa-ces de realizar cálculos matemáticoscomplejos en fracciones de segundo,se aprovecha una característica muyespecial de los transistores: su capaci-dad de funcionar como llaves o inte-rruptores de corriente o tensión; estoes, un transistor puede presentar dosestados básicos: uno de conduccióny otro de no conducción. A esta apli-cación de los transistores se le deno-mina electr nica digital .

SURGEN LOS MICROPROCESADORES

Intel es la empresa pionera en la fa-bricación de microprocesadores. Fuefundada en 1968 por Gordon E. Moo-re, Andrew Grove y Ted Hoff, quienespreviamente habían trabajado paraIBM y/o Fairchild y, por lo tanto, teníanexperiencia en la fabricación en seriede circuitos integrados, lo que les per-mitió manufacturar los primeros chipsde memoria RAM. En 1970, una firmajaponesa fabricante de calculadoraselectrónicas (Busicom) los contactópara que desarrollaran trece nuevoscircuitos integrados que serían el co-razón de su nueva línea de modelos.

Enfrentados a este compromiso, losingenieros de Intel advirtieron que notendrían el tiempo suficiente para de-sarrollar los trece circuitos individua-les; pero a dos de sus fundadores e in-vestigadores más brillantes (Ted Hoff yGordon E. Moore), se les ocurrió laidea de crear un núcleo común quesirviera a los trece modelos por igual;y los pequeños cambios que atendie-ran a las particularidades de cadamodelo se grabarían en una memo-ria ROM independiente, en forma deun programa de instrucciones.

Este circuito de propósito generalfue el primer microprocesador de lahistoria; mas los derechos de comer-cialización no pertenecían a Intel,pues todo el diseño se había hechopor encargo de Busicom. Sin embar-go, la fortuna le fue favorable a Intel,ya que en poco tiempo Busicom sevio en serias dificultades financieras y

Capítulo 4

63

Fig. 2

le vendió los derechos de explota-ción comercial del circuito que habíasalido de sus laboratorios. Surge así,en 1971, el primer microprocesadorde venta al público: el Intel 4004, undispositivo que podía manejar pala-bras de 4 bits de longitud y que esta-ba construido a partir de un circuitointegrado de 2.300 transistores.

Agrupar millones de transistores bi-polares en un pequeño bloque de si-licio que apenas rebasa el área deuna uña, requirió de profundas inves-tigaciones en el ámbito de los semi-conductores.

FAMILIAS MOS Y MOSFET

Los transistores que se utilizan en laconstrucción de circuitos integradosextremadamente complejos, comomicroprocesadores o bloques de me-moria, son del tipo semiconductormetal óxido o MOS (figura 3). Estostransistores tienen dos regiones princi-pales: la fuente (source) y el drenado(drain); como en este último hayelectrones en abundancia, se diceque los transistores son también del ti-po N. Entre la fuente y el drenado seencuentra una región del tipo P en laque faltan muchos electrones; comoya se dijo, a estas regiones se les lla-ma “huecos”.

En su parte superior, el sustrato de si-licio tiene una capa de dióxido de si-licio aislante; a su vez, la parte supe-rior es un metal que corresponde a lacompuerta (gate). Precisamente, dela anterior combinación de un metalcon un óxido se deriva el nombre desemiconductor metal xido . Cuan-

do un voltaje positivo es aplicado enla compuerta de metal, se produceun campo eléctrico que penetra através del aislante hasta el sustrato.Este campo atrae electrones hacia lasuperficie del sustrato, justo debajodel aislante, que permite que la co-rriente fluya entre la fuente y el drena-do. Dependiendo de la magnitud dela tensión aplicada en la compuerta,

menor o mayor será el “canal”conductor que se abra entredrenaje y fuente, de modo quetendremos un comportamientoidéntico al de un transistor tradi-cional, pero con la diferenciade que ahora la corriente de sa-lida es controlada por voltaje,no por corriente.

La estructura tan sencilla deeste tipo de transistores permitiófabricar, mediante avanzadastécnicas fotoquímicas y el uso de dis-positivos ópticos muy sofisticados,transistores de dimensiones franca-mente inconcebibles. En el mundo delos microprocesadores circula casicomo un acto de fe, un principio quehasta la fecha se ha cumplido casipuntualmente: la ley de Moore, se-gún la cual cada aproximadamente18 meses los circuitos integrados du-plican la cantidad de transistores queutilizan, al tiempo que también multi-plican por 2 su potencia de cómputo.

TRANSISTORES DE ALTAS POTENCIAS

Otra vertiente en el desarrollo delos transistores, paralela a la miniaturi-zación, ha sido el manejo y control degrandes magnitudes de energía. Pa-ra ello, se diseñaron transistores y, engeneral, semiconductores de swit-cheo que son capaces de manejarelevadas potencias.

Los transistores de este nuevo tipo,llamados transistores bipolares decompuerta aislada” (IGBT), son deltamaño de una estampilla postal ypueden agruparse para manejar in-cluso 1.000 ampere de corriente enrangos de hasta varios miles de volts.Lo más importante, sin embargo, esque los dispositivos IGBT s puedenconmutar esas corrientes con unagran velocidad.

FUTURO DEL TRANSISTOR

Los transistores se han producido en

tales cantidades hasta la fecha, queresultan muy pequeños y baratos; apesar de ello, son varias las limitacio-nes físicas que han tenido que supe-rarse para que el tamaño de estosdispositivos continúe reduciéndose.

Asimismo, puesto que la tarea deinterconectar elementos cada vezmás diminutos puede volverse prácti-camente imposible, los investigadoresdeben considerar también el tamañodel circuito. Si los transistores se some-ten a fuertes campos eléctricos, éstospueden afectar en varias formas elmovimiento de los electrones y pro-ducir lo que se conoce como efectoscuánticos.

En el futuro, el tamaño de los tran-sistores puede ser de tan sólo algunoscientos de angstrom (1 angstrom =una diezmilésima de micra); por estomismo, la presencia o ausencia de al-gunos átomos, así como su compor-tamiento, será de mayor importan-cia.

Al disminuirse el tamaño, se incre-menta la densidad de transistores enun chip; entonces éste aumenta lacantidad de calor residual despedi-do. Además, tomando en cuentaque por su reducido tamaño los ele-mentos del circuito pueden quedarpor debajo del rango en que se de-senvuelve la longitud de onda de lasformas de radiación más comunes,existen métodos de manufactura enriesgo de alcanzar sus máximos lími-tes. Finalmente, podemos señalarque la revolución continúa y que, talcomo ha sucedido en los últimos 50años, seguiremos viendo progresos


Fig. 3

TVAUDIOVIDEO

TVAUDIOVIDEO

M ICROPROCESADORESM ICROPROCESADORES

EDICION ARGENTINA

LOS COMPONENTESEN CORRIENTE ALTERNA

TIRISTORES

LOS COMPONENTESEN CORRIENTE ALTERNA

TIRISTORES


VV i sua li sua l

d e l ad e l a


INDICE DEL

CAPITULO 5

MAGNETISMO E INDUCTANCIA MAGNETICAEl efecto magnético......................................67Campo eléctrico y campo magnético......67Propiedades magnéticas de la materia ....69Cálculos con fuerzas magnéticas ...............69Dispositivos electromagnéticos....................70Electroimanes y solenoides...........................70Relés y Reed-relés ..........................................70Los galvanómetros.........................................71Los inductores ................................................71

LOS COMPONENTES DE CORRIENTE ALTERNACorriente continua y corriente alterna .......72Representación gráfica de la corriente alterna ............................................75

Reactancia.....................................................75Reactancia capacitiva.................................76Fase en el circuito capacitivo......................77Reactancia inductiva ...................................77Fase en el circuito inductivo ........................78¿Qué es una señal?.......................................78

TIRISTORES Y OTROS DISPOSITIVOS DE DISPAROLos tiristores......................................................78Rectificador controlado de silicio................78Interruptor controlado de silicio...................79FotoSCR ...........................................................79Diodo de cuatro capas ................................79SUS, TRIAC, DIAC, SBS, SIDAC, UJT................80

EL EFECTO MAGN TICO

Un profesor dinamarqués de laescuela secundaria llamado HansChistian Oersted observó que colo-cando una aguja imantada cercade un alambre conductor, cuandose establecía la corriente en el con-ductor, la aguja se desplazaba ha-cia una posición perpendicular alalambre, como se muestra en la fi-gura 1. Como seguramente sabránlos lectores, las agujas imantadasprocuran adoptar una posición de-terminada según el campo magnéti-co terrestre, dando origen a la brúju-la (figura 2).

El movimiento de la aguja iman-tada sólo revelaba que las corrienteseléctricas producen campos mag-néticos y también facilitaba el esta-blecimiento exacto de la orienta-ción de este campo, o sea su modode acción. Como en el caso de loscampos eléctricos, podemos repre-sentar los campos magnéticos por lí-neas de fuerza. En un imán, como semuestra en la figura 3, esas líneas sa-len del polo norte (N) y llegan al po-lo sur (S).

Para la corriente eléctrica quefluye en el conductor, verificamosque las líneas de fuerza lo rodean, talcomo muestra la figura 4. Represen-tando con una flecha la corrienteque fluye del positivo hacia el nega-tivo, tenemos una regla que permite

determinar cómo se manifiesta elcampo. Con la flecha entrando enla hoja (corriente entrando) las lí-neas son concéntricas, con orienta-ción en el sentido horario (sentidode las agujas del reloj). Para la co-rriente saliente, las líneas se orientanen el sentido antihorario (figura 5).El hecho importante es que dispo-

niendo conductores recorri-dos por corrientes de formasdeterminadas, podemos ob-tener campos magnéticosmuy fuertes, útiles en la cons-trucción de diversos dispositi-vos.

CAMPO EL CTRICO Y

CAMPO MAGN TICO

Si tenemos una cargaeléctrica, alrededor de estacarga existe un campo eléc-

trico cuyas líneas de fuerza se orien-tan como muestra la figura 6. Unacarga eléctrica en reposo (deteni-da) posee sólo campo eléctrico. Sinembargo, si se pone en movimientouna carga eléctrica, lo que tendre-mos será una manifestación de fuer-zas de naturaleza diferente: tendre-mos la aparición de un campo mag-nético. Este campo tendrá líneas defuerza que envuelven la trayectoriade la carga, como muestra la figura7. El campo eléctrico puede actuarsobre cualquier tipo de objeto, pro-vocará atracción o repulsión según

Capítulo 5

67

Capítulo 5

Magnetismo e Inductancia Magnética

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

su naturaleza. El campo magnéticosólo actúa atrayendo o repeliendo,sobre materiales de determinadanaturaleza de forma más eminente.Teniendo en cuenta el origen delcampo magnético podemos expli-car fácilmente por qué ciertos cuer-pos son imanes y por qué una co-rriente puede actuarsobre una aguja mag-netizada.

En un cuerpo co-mún los electrones quese mueven alrededorde los átomos lo hacende manera desordena-da, de modo que elcampo producido noaparece.

Sin embargo, pode-mos orientar estos mo-vimientos de modo deconcentrar elefecto de una ma-nera determinada,como muestra la fi-gura 8.

O b t e n e m o s ,entonces, "imaneselementales", cu-yos efectos suma-

dos dotan al material depropiedades magnéti-cas. Tenemos así, cuer-pos denominados ima-nes permanentes. Unimán permanente tienedos polos, denominadosNORTE (N) y SUR (S), cu-yas propiedades son se-mejantes a las de las car-gas eléctricas.

Podemos decir que

polos de nombres dife-

rentes se atraen (Norte

atrae a Sur y vicerversa).

Polos del mismo

nombre se repelen (Norte

repele a Norte y Sur repe-

le a Sur).

Los imanes perma-nentes pueden ser natu-rales o artificiales. Entrelos naturales destaca-mos la magnetita, unaforma de mineral de hie-rro que ya se obtiene enlos yacimientos con las

propiedades que caracterizan unimán.

Entre los artificiales destacamosel Alnico, que es una aleación (mez-cla) de aluminio, níquel y cobalto,que no tiene magnetismo naturalhasta que es establecido por proce-sos que veremos posteriormente. Losmateriales que podemos convertiren imanes son llamados materialesmagnéticos; podemos magnetizarun material que lo admita orientan-do sus imanes elementales. Para elloexisten diversas técnicas:

a) Fricci n: de tanto usar una he-rramienta, una tijera, por ejemplo, losimanes elementales se orientan y és-ta pasa a atraer pequeños objetosde metal, o sea, se vuelve un imán(figura 9). Frotando una aguja contraun imán, orienta sus imanes elemen-tales y retiene el magnetismo.

Advierta que existen cuerpos queno retienen el magnetismo, comopor ejemplo el hierro.

Si apoyamos un imán contra unhierro, éste se magnetiza, comomuestra la figura 10, pero en cuantolo separamos del imán, el hierro pier-de la propiedad de atraer peque-ños objetos, debido a que sus ima-nes elementales se desorientan.

b) Mediante un campo intenso:

colocando un objeto magnetizableen presencia de un campo magné-tico fuerte, podemos orientar susimanes elementales y, de esta ma-nera, convertirlos en un imán. El

campo de una bobi-na puede ser suficien-te para esto. Del mis-mo modo que los ma-teriales pueden rete-ner magnetismo, tam-bién pueden perderlobajo ciertas condicio-nes.

Si calentamos untrozo de magnetita, osea un imán perma-nente natural, a unatemperatura de

585°C, el magne-tismo desapare-ce. Esta tempe-ratura es conoci-da con el nombrede Punto Curie yvaría de acuerdoa los diferentesmateriales.


68

Fig. 5

Fig. 10

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

PROPIEDADES MAGN TICAS

DE LA MATERIA

Imaginemos los polos de un imánpermanente, como muestra la figura11. Tenemos un campo uniforme, da-do que las líneas de fuerza son para-lelas (dentro del espacio considera-do). Pues bien, colocando diversos ti-pos de materiales entre los polos del

imán, podemos observar lo siguien-te:

a) El material "dispersa" las l neas

de fuerza del campo magn tico, como

muestra la figura 12.

El material en cuestión se llama"diamagnético", tiene una suscepti-bilidad magnética menor que 1 ypresenta la propiedad de ser ligera-mente repelido por los imanes (cual-quiera de los dos polos). Entre los ma-teriales diamagnéticos citamos elCOBRE, el VIDRIO y el BISMUTO.

b) El material concentra las l neas

de fuerza de un campo magn tico, co-

mo muestra la figura 13.

Si la concentración fuera peque-ña (susceptibilidad ligeramente ma-yor que 1), diremos que la sustanciaes paramagnética, como por ejem-plo el aluminio, el aire, el platino y eltungsteno.

Si bien existe una fuerza de atrac-ción de los imanes por estos materia-les, la misma es muy pequeña paraser percibida.

En cambio, si la concentra-ción de las líneas de fuerza fue-ra muy grande (susceptibilidadmucho mayor que 1), entoncesel material se denomina "ferro-magnético", siendo atraídofuertemente por el imán. Elnombre mismo nos está dicien-do que el principal material de estegrupo es el hierro.

Los materiales ferromagnéticosson usados para la fabricación deimanes y para la concentración deefectos de los campos magnéticos.

Los materiales diamagnéticos seutilizan en la construcción de blinda-jes, cuando deseamos dispersar las lí-neas de fuerza de un campo mag-nético.

C LCULOS CON

FUERZAS MAGN TICAS

Si colocamos una carga eléctri-ca bajo la acción de un campoeléctrico, la misma queda sujeta auna fuerza; esta fuerza puede sercalculada mediante:

F = q . E

donde:F es la intensidad de la fuerza (N).q es el valor de la carga (C) y E es

la intensidad del campo (N/C).Para el caso del campo magné-

tico, podemos definir una magnitudequivalente a E (Vector de intensi-dad de Campo), que se denominaVector de Inducción Magnética, elcual es representado por la B (figura14). La unidad más común para me-dir el Vector Inducción Magnética esel Tesla (T), pero también encontra-mos el Gauss (G).

1 T = 104G

El lanza-miento deuna cargaeléctrica enun campoeléctrico oen un cam-po magnéti-co es la ba-se de dispo-sitivos elec-trónicos muy

importantes. Así, podemos dar comoejemplo el caso de un tubo de rayoscatódicos, (tubo de rayos catódicosde TV, por ejemplo) en el que la ima-gen está totalmente determinadapor fuerzas de naturaleza eléctrica ymagnética que determinan la tra-yectoria de los electrones que inci-den en una pantalla fluorescente (fi-gura 15). Es, por lo tanto, necesarioque el técnico electrónico sepa ha-cer algunos cálculos elementales re-lativos al comportamiento de cargasen campos eléctricos y tambiénmagnéticos.

a) Fuerza en un campo el ctrico

Suponiendo dos placas parale-las, como muestra la figura 16, some-tidas a una tensión V (+Ve; -V), entreellas existe un campo eléctrico uni-forme cuya intensidad es:

E = V/d

(V = Potencial y d = distancia)Si entre las placas lanzamos una

carga eléctrica, un electrón, o unacarga, ésta quedará sujeta a unafuerza que depende de dos facto-res: su polaridad y su intensidad. Si lacarga fuera positiva, la fuerza seejercerá en el sentido de empujarlahacia la placa negativa y, si fueranegativa, al contrario. La intensidadde la fuerza estará dada por:

F = q . E

Donde:

Capítulo 5

69

Fig. 11

Fig. 12

Fig. 13

Fig. 14

Fig. 15

F es la fuerza en Newtons.q es la fuerza en Coulombs.E es la intensidad de campo en

V/m o N/C.En el caso de un campo magné-

tico, el comportamiento de la cargalanzada es un poco diferente.

De hecho, sólo existirá la fuerza sila carga estuviera en movimiento.Una carga estática no es influencia-da por campos magnéticos.

b) Fuerza en campos magn ticos

La fuerza a que queda sometidauna carga eléctrica lanzada en uncampo magnético es denominadaFuerza de Lorentz y tiene las siguien-tes características:

Dirección perpendicular al Vec-tor B y al vector v (velocidad), la In-tensidad está dada por la fórmula:

F = q . v . B sen ¿

Donde:F = fuerza en Newtonsq = carga en Coulombsv = velocidad en m/sø = ángulo entre V y B

Sentido dado por la regla de lamano izquierda de Fleming, comomuestra la figura 17.

Representando el campo (B) conel dedo índice y la velocidad (v) conel dedo del medio, la fuerza que ac-tuará sobre la carga estará dadapor la posición del pulgar (F).

Si la carga fuera negativa, se in-vierte el sentido de F. Observe que silanzamos una carga paralela a las lí-neas de fuerza del campo magnéti-co (B paralelo a v), entonces, el senoø será nulo. En estas condiciones, nohabrá ninguna fuerza que actúe so-bre la carga.

DISPOSITIVOS

ELECTROMAGN TICOS

Sabemos que cuando una co-rriente recorre un conductor rectilí-neo, el movimiento de las cargas es

responsab lede la apari-ción de uncampo mag-nético. Esecampo mag-nético tiene lamisma natura-leza que el

que se produce conuna barra de imánpermanente y puedeatraer o repeler obje-tos de metal.

En el caso delcampo producido por una corrienteen un conductor, no sólo tenemos elcontrol de su intensidad sino quetambién podemos intervenir en la"geometría" del sistema, darle formasy disposiciones mediante las que sepuede aumentar, dirigir y difundir laslíneas de fuerza del campo según sedesee. Hay varias maneras de lograreso, lo que nos lleva a la elaboraciónde distintos dispositivos de aplicaciónen electrónica.

ELECTROIMANES Y SOLENOIDES

El campo creado por una co-rriente que recorre un conductor rec-tilíneo es muy débil. Se necesita unacorriente relativamente intensa, ob-tenida de pilas grandes o de batería,para que se observe el movimientode la aguja imantada. Para obtenerun campo magnético mucho másintenso que éste, con menos corrien-te y a partir de alambres conducto-res, pueden enrollarse los alambrespara formar una bobina o solenoide,como muestra la figura 18.

Cada vuelta de alambre se com-porta como un conductor separadoy, entonces, el conjunto tiene comoefecto la suma de los efectos de lascorrientes. De esta manera, en el in-terior del solenoide tenemos la sumade los efectos magnéticos.

En la figura 19 se grafica la formade obtener el sentido del campomagnético generado cuando se co-noce la polaridad de la corriente. Seobserva que la bobina se comportacomo un imán en forma de barracon los polos en los extremos. Cual-quier material ferroso, en las cerca-nías de la bobina, será atraído por elcampo magnético que ésta genera.

Si en el interior de la bobina colo-co un núcleo de hierro, el campomagnético se incrementa, y puedeatraer a otros objetos ferrosos máspesados.

Al conjunto así formado se lo lla-ma electroimán y posee innumera-bles aplicaciones, por ejemplo engrúas, válvulas en lavarropas, maqui-narias textiles, etc.

REL S Y REED-REL S

La estructura de un relé se mues-tra en la figura 20. Se puede apreciarque en las cercanías del electroimánrecién estudiado se coloca un juegode contactos eléctricos. En el caso


70

Fig. 17Fig. 16

Fig. 18

Fig. 19

Fig. 20

de la figura, cuando no circula co-rriente por el solenoide (bobina), loscontactos permanecen abiertos.Cuando la bobina es energizada, elcampo magnético atrae el conta-dor móvil que se "pega" con el fijo, ycierra, de esta manera, algún circui-to eléctrico.

En la figura 21 se da un ejemplode relé con 3 contactos; el principiode funcionamiento es el mismo, sóloque ahora existe un contacto nor-mal cerrado (bobina sin energía) yotro normal abierto. Otro tipo de relées el llamado "reed-rel ", cuyo as-pecto funcional se ve en la figura 22.

Se tiene un interruptor de láminasencerradas en un tubo de vidrio lle-no de gas inerte. Con el gas inerte,

las chispas que se producen duranteel cierre y apertura de los contactosno les causan daños (no se que-man).

Con eso, contactos relativamen-te chicos pueden soportar corrientesintensas y, además, la operación esrelativamente alta en relación con ladistancia que separa a los contactosen la posición "abierto". El "reed-switch", que es un interruptor de lámi-nas, se acciona, en condiciones nor-males, por la aproximación del imán.Una aplicación importante de estecomponente está en los sistemas dealarma, en los que la apertura deuna puerta o una ventana hace queun imán abra o cierre los contactosde una reed-switch activando laalarma.

En el caso de un reed-relé, el ac-cionamiento de los contactos loefectúa el campo magnético de unsolenoide que envuelve la ampolla.Con muchas espiras de alambre bar-nizado pueden obtenerse relés ultrasensibles, capaces de cerrar los con-tactos con corrientes de bobina depocos miliamperes. La corriente decontacto depende exclusivamentedel "reed-switch" que se use, peroson típicas las del orden de 100 a1.000mA. La ventaja principal de es-te relé, además de la sensibilidad, esla posibilidad de montaje en un es-pacio muy reducido, pues el compo-nente es de pequeñas dimensiones.

LOS GALVAN METROS

El galvanómetro de bo-bina móvil o de D'Arsonvales un componente elec-trónico que utiliza el efectomagnético de la corriente.Se usa este dispositivo paramedir corrientes eléctricaspara aprovechar justa-mente el hecho de que elcampo magnético y, porconsiguiente, la fuerza queactúa con el imán, es pro-porcional a la corrienteque pasa por la bobina. Enla figura 23, vemos estecomponente en formasimplificada. Entre los polosde un imán permanente secoloca una bobina quepuede moverse respecto

de dos ejes que sirven también decontactos eléctricos. Resortes espira-lados limitan el movimiento de la bo-bina, el que se hace más difícil cuan-do se acerca al final del recorrido.

En la bobina se coloca una agu-ja que se desplaza sobre una escala.Cuando circula corriente por la bobi-na se crea un campo magnéticoque interactúa con el campo delimán permanente, surgiendo, enton-ces, una fuerza que tiende a moverel conjunto. El movimiento será tantomayor cuanto más intensa sea la co-rriente.

Podemos, así, calibrar la escalaen función de la intensidad de la co-rriente. Son comunes los galvanóme-tros que tienen sus escalas calibra-das con valores máximos, llamadostambién "fondo de escala", entre10µA (microamperes) y 1mA (miliam-pere). Los galvanómetros puedenformar parte de diversos instrumen-tos que miden corrientes (miliamperí-metros o amperímetros), que midentensiones (voltímetros, resistenciasohmímetros), o que miden todas lasmagnitudes eléctricas (multímetros).

LOS INDUCTORES

Podemos reforzar en forma consi-derable el campo magnético crea-do por una corriente que circula en

Capítulo 5

71

Fig. 21

Fig. 22

Fig. 23

Fig. 24

un conductor, si enrollamos el con-ductor para formar una bobina. Lainductancia de una bobina es tam-bién mucho mayor que la de unconductor rectilíneo. Tenemos, en-tonces, componentes llamados in-ductores (que aparecen en los dia-gramas representados por espiralescon letras "L") que presentan induc-tancias, o sea una inercia a las varia-ciones bruscas de la corriente (figura24). Los inductores pueden tener di-versas características de construc-ción según la aplicación a la que sedestinan. Tenemos, entonces, los in-ductores de pequeñas inductancias,formados por pocas espiras dealambre, con o sin un núcleo de ma-terial ferroso en su interior. La presen-cia del material ferroso aumenta lainductancia, multiplicada por unfactor que puede ser bastante gran-de.

La unidad de inductancia es elhenry, H en forma abreviada.

El múltiplo más usado es:-El milihenre (mH) que vale 0,001

henry, o mil sima parte del Henry.

Los pequeños inductores paraaplicaciones en frecuencias eleva-das tienen inductancias que varíanentre pocos microhenry y milihenry,

mientras que los que se usan parafrecuencias medias y bajas puedentener inductancias hasta de algunoshenrys.

La oposición o inercia que pre-senta el inductor a las variaciones deintensidad de la corriente dependede la cantidad de líneas de fuerzaque cortan el conductor o espiras dela bobina.

Denominamos flujo magnético,representado por Ø, al número de lí-neas de fuerza que atraviesan unacierta superficie (S). Calculamos elflujo en una espira de la bobina me-diante la fórmula:

Ø = B. S. cos α

En la que: Ø es la intensidad del flujo mag-

nético que se mide en weber, cuyosímbolo es Wb.

B es la intensidad de la inducciónmagnética medida en Tesla (T).

S es la superficie rodeada por laespira, en metros cuadrados.

Si tuviéramos una bobina con nespiras, basta multiplicar el segundomiembro de la fórmula por n:

Ø = n.B.S.cos α

Si en el interior del solenoide obobina se colocara un núcleo dematerial ferroso, debemos multiplicarla permeabilidad del material por elresultado.

Partiendo de esta fórmula del flu-jo se puede, fácilmente, llegar a lafórmula de la inductancia propia-mente dicha, que será válida parasolenoides en los que la longitud nosea mucho mayor que el diámetro.

Tenemos, entonces:

1,257 . n2 . S . 10-8

L = ______________________I

En la que:L es la inductancia en henry (H).n es el número de espiras del so-

lenoide.I es la longitud del solenoide en

centímetros.S es la superficie rodeada por

una espira, en centímetros cuadra-dos.

Los valores 1,257 y 10-8 son cons-tantes que dependen de la permea-bilidad magnética del medio, en es-te caso del aire, además de las uni-dades de longitud y superficie quese utilicen.


72

Los Componentes en Corriente Alterna

Lla corriente que tomamos de lalínea es alterna y es muy diferen-te de la que obtenemos de pilas

o baterías. Pero ¿cuál es la diferen-cia y de qué modo influye en elcomportamiento de los distintoscomponentes que estudiamos has-ta el momento?

Si conectamos un resistor, un ca-ble conductor o una lámpara a unapila o batería, se establecerá unacorriente que es un flujo de electro-nes libres. Esos electrones van a diri-girse del polo negativo (que los tie-ne en exceso) al polo positivo (quelos tiene en defecto).

Suponiendo que la resistenciadel resistor, conductor o lámpara novaríe en el transcursor del tiempo, elflujo de electrones será constantecomo ilustra el gráfico de la figura 1.

Esta es una corriente continuaporque: "Circula siempre en el mis-

mo sentido y tiene intensidad cons-

tante". Una corriente continua se re-presenta en forma abreviada porCC (corriente continua) o DC (directcurrent). Pero existe otro tipo de co-rriente.

Vamos a suponer que se esta-blezca una corriente en un conduc-tor, resistor u otra clase de carga, demanera que su in-tensidad no esconstante sinoque varía cíclica-mente, es decir,siempre de la mis-ma manera. Unacorriente quecambia en formaconstante su senti-do de circulación

y varía su intensidad es una corrien-te alterna.

A nosotros va a interesarnos alprincipio la corriente alterna sinusoi-dal, que explicaremos enseguida.

Un conductor que corte las lí-neas de fuerza de un campo mag-nético, manifestará en sus extremosuna fuerza electromotriz que puedecalcularse mediante la expresión:

Fig. 1

E = B x L x sen α

Donde: E es la fuerza electromotrizB es el vector inducción magnéti-

caL es la longitud del alambreα es el ángulo en que el conduc-

tor corta las líneas del campo.Vea que la inducción de una ten-

sión será tanto mayor cuanto mayorsea el ángulo según el que el con-ductor corta las líneas de fuerza delcampo magnético.

Partiendo de ese hecho, vamosa suponer que montamos una espira(una vuelta completa del alambreconductor) de manera de girar den-tro del campo magnético uniforme,como se ve en la figura 2.

Un campo magnético uniformese caracteriza por tener la misma in-tensidad en todos sus puntos, lo quenos lleva a representarlo por líneasde fuerza paralelas. Vamos a repre-sentar esta espira vista desde arribapara comprender con mayor facili-dad los fenómenos que se produci-rán cuando la giramos, como mues-tra la figura 3.

Partiendo entonces de la posi-ción de la figura 3, hacemos que laespira gire 90° en el sentido indicado,de modo que corte las líneas defuerza del campo magnético.

En estas condiciones, a medidaque la espira "entra" en el campo, elángulo se va acentuando de mane-ra que al llegar a 90, el valor va des-de cero hasta el máximo.

En esta posición, la espira corta elcampo en forma perpendicular aun-que sólo sea por un instante. Comola tensión inducida depende del án-gulo, vemos que en este arco de 90°,el valor va desde 0 hasta el máximo,lo que puede representarse median-te el gráfico de la figura 4. Conti-nuando la rotación de la espira, ve-mos que entre 90° y 180° tiende a"salir" del campo y se va reduciendoel ángulo según el cual corta las lí-neas de fuerza del campo magnéti-co. La tensión inducida en estas con-diciones cae hasta el mínimo en estearco.

Vea que realmente la tensióncae a cero pues a 180°, aunque sólopor un instante, el movimiento de laespira es paralelo a las líneas de fuer-

za y entonces nohay inducción.

En la figura 5 setiene la representa-ción gráfica de loque ocurre con elvalor de la tensiónen estos arcos de90° (0° a 90° y 90° a180°).

R e c o r r i e n d oahora 90° más, de180 a 270°, la espiravuelve a "penetrar"en el campo mag-nético en forma másacentuada pero ensentido opuesto aldel arco inicial. Asíocurre la inducciónpero la polaridad detensión en los extre-mos de la espira seha invertido, es decir,si tomamos una refe-rencia inicial que lle-ve a una representación positi-va en los 180 grados iniciales, apartir de este punto la repre-sentación será negativa comomuestra la figura 6.

Igualmente, la tensión as-ciende, pero hacia valores ne-gativos máximos, hasta llegaren los 270 grados al punto decorte, prácticamente perpen-dicular aunque sea por un bre-ve instante. En los 90° finales de lavuelta completa, de 270 a 360 gra-dos, nuevamente el ángulo en elque la espira corta las líneas de fuer-za, disminuye y la tensión inducidacae a cero.

El ciclo completo de representa-ción de la tensión generada se ve enla figura 7.

Si tuviéramos un circuito externopara la circulación de la corriente ysi la resistencia fuera constante, la in-tensidad dependerá exclusivamentede la tensión). La corriente circulantetendrá entonces las mismas caracte-rísticas de la tensión, es decir, variarásegún la misma curva.

Como la tensión generada estáregida por la función seno (sen α)que determina el valor según el án-gulo, ya que B y L son constantes, laforma de la onda recibe el nombrede sinusoide. Se trata, por lo tanto de

Capítulo 5

73

Fig. 3

Fig. 2

Fig. 4

Fig. 5

una corriente alterna sinusoidal. Paragenerar esta corriente alterna sinu-soidal se establece una tensión tam-bién sinusoidal. Esa tensión, tambiénalterna tiene la misma representa-ción gráfica.

Podemos decir entonces:

"Una tensi n alterna produce una

corriente alterna que es aquella cuya

intensidad var a en forma constante

seg n una funci n peri dica y su

sentido se invierte constantemente."

Vea que una "función periódica"es la que se repite continuamentecomo la sinusoide que es la misma acada vuelta de espira (figura 8).

Una corriente alterna s lo puede

ser establecida por una tensi n alter-

na.

El tiempo que la espira tarda endar una vuelta completa determinaun valor muy importante de la co-rriente alterna, que podemos medir.Este tiempo de una vuelta es el pe-riodo que se representa con T y semide en segundos.

El número de vueltas que da laespira en un segundo determina otramagnitud importante que es la fre-cuencia, representada por f y medi-da en hertz (Hz).

Numéricamente, la frecuencia esla inversa del período:

T = 1/f

Los alternadores de las usinas hi-droeléctricas (y atómicas) que en-vían energía eléctrica a nuestras ca-sas, operan con una frecuencia de50 hertz (50Hz).

Decimos entonces que la corrien-te alterna obtenida en las tomas deenergía tiene una frecuencia de 50hertz.

Esto significa que en cada segun-do, la corriente es forzada a circular50 veces en un sentido y 50 veces enel opuesto, pues ése es el efecto dela inversión de la polaridad (vea nue-vamente la figura 8).

Alimentando una lámpara incan-descente común, en cada segundoexisten 100 instantes en que la co-rriente se reduce a cero, pero la lám-para no llega a apagarse por la iner-cia del filamento que se mantienecaliente. La tensión producida pue-de variar y es de 220V. No podemoshablar de un valor fijo de tensión ode corriente pues el cambio de lapolaridad y del valor es constante.

¿Qué significa entonces 220V?Si tenemos en cuenta la tensión

sinusoidal de la toma de energía dela red, vemos que lo cierto sería ha-blar de valores instantáneos, es de-cir: de la tensión que encontramosen cada instante, que depende delinstante de cada ciclo considerado.Podemos encontrar tanto un mínimonegativo como un máximo positivo,o cero, según el instante dado.

Es claro que a los efectos prácti-cos, eso no tiene mucho sentido. Esasí que, para medir tensiones y co-rrientes alternas es preciso estable-cer una manera que nos dé unaidea del efecto promedio o real ob-tenido. Esto puede entenderse de lasiguiente manera:

Si alimentamos una lámpara co-mún con tensión alterna en los ins-tantes en que la corriente circula porel filamento, en un sentido o en otro,se produce el calentamiento y lalámpara se enciende. El efecto es elmismo que tendríamos si la alimentá-ramos con una tensión continua dedeterminado valor.

¿Cuál sería ese valor?Si comparamos el gráfico que re-

presenta la circulación de corrientecontinua por un circuito y el gráficoque representa la circulación de unacorriente alterna, la superficie cu-

bierta en un intervalo se relacionacon la cantidad de energía que te-nemos a disposición. Entonces nosbasta hacer la pregunta siguientepara tener la respuesta a nuestroproblema:

¿Cuál debe ser el valor de la ten-sión continua que nos produce elmismo efecto que determinada ten-sión alterna?

En la figura 9 vemos que, si la ten-sión alterna llega a un valor máximoX, el valor que la tensión continuadebe tener para producir el mismoefecto se consigue dividiendo X porla raíz cuadrada de 2, o sea: 1,4142.El valor máximo alcanzado en un ci-clo (el mínimo también) se llama va-lor de pico, mientras que el valor queproduce el mismo efecto, se llamavalor eficaz o r.m.s. ("root mean squa-

re"). Para la red de 220V, los 220V re-presentan el valor r.m.s. Existen ins-tantes en que la tensión de la red lle-ga a 220V multiplicados por 1,4142 yasí obtenemos que el valor pico es311,12V.

Este valor se logra dividiendo elpromedio de todos los valores en ca-da instante del semiciclo, o sea la mi-tad del ciclo completo, pues si entra-sen en el cálculo valores negativos,el resultado sería cero (figura 10). Po-demos entonces resumir los "valores"en la forma siguiente:

VALOR PICO: es el valor máximoque alcanza la tensión o la corriente


74

Fig. 6

Fig. 7

en un ciclo, pudiendo ser tanto ne-gativo como positivo. Es un valor ins-tantáneo, es decir, aparece en unbreve instante en cada ciclo de co-rriente o tensión alternada.

VALOR EFICAZ O R.M.S.: es el valorque debería tener la tensión o co-rriente si fuese continua para que seobtuvieran los mismos efectos deenergía.

VALOR MEDIO: obtenemos este va-lor dividiendo la suma de los valoresinstantáneos de un semiciclo por sucantidad, o sea: sacamos la mediaartimética de los valores instantá-neos en un semiciclo.

No podemos hablar de polaridadpara una tensión alterna, ya quecambia constantemente. Una co-rriente de cualquier carga conecta-da a un generador de corriente al-terna invierte su sentido en formaconstante. En el caso de la red, sa-bemos que uno de los polos "produ-ce shock" y el otro, no. Eso nos llevaa las denominaciones de polo vivo ypolo neutro.

¿Qué sucede entonces?Si tenemos en cuenta que el ge-

nerador de energía de las compa-ñías tiene uno de los cables conec-tado a tierra, que se usa como con-ductor de energía, resulta fácil en-tender lo que ocurre.

Al estar en contacto con la tierra,cualquier objeto, en cualquier ins-tante, tendrá el mismo potencial delpolo generador conectado a tierraque es entonces la referencia. Estees el polo neutro, que tocado poruna persona no causa shock porqueestando al mismo potencial no haycirculación de corriente.

La tensión varía alrededor del va-lor del polo de referencia según la si-nusoide del otro polo. Es así que enrelación al neutro, el otro polo, es de-cir el polo vivo, puede estar positivoo negativo, 50 veces por segundo. Al

tocar el polo vivo (figura 11), habráuna diferencia de potencial respec-to de tierra (variará 50 veces por se-gundo), pero ella puede causar lacirculación de una corriente eléctri-ca y producir el shock eléctrico.

REPRESENTACI N GR FICA

DE LA CORRIENTE ALTERNA

Los lectores deben acostumbrar-se a la representación de fenómenosde naturaleza diversa mediante grá-ficos.

Cuando se tiene un fenómenoque ocurre de manera dinámica,una magnitud varía en función deotra; por ejemplo, en el caso de lacorriente alterna, la intensidad de lacorriente o la tensión son las que va-rían con el tiempo.

Para representar esas variacioneshacemos un gráfico de tensión ver-sus tiempo (V x t) como muestra la fi-gura 12. Colocamos, entonces, en eleje vertical (Y) los valores de tensión,graduamos este eje en la formaadecuada y en el eje horizontal (X)colocamos los valores del tiempo (t),graduamos también el eje en formaadecuada. Después definimos cadapunto del gráfico como un par devalores (X e Y), dado por el valor dela tensión en un determinado instan-te. Para el caso de la tensión alterna,si dividimos el tiempo de un ciclo(1/50 de segundo) en 100 partes, porejemplo, podemos determinar 100puntos que unidos darán la curvaque representa la forma de onda deesta tensión.

Es claro que el gráfico ideal seobtiene con infinitos puntos pero esono siempre es posible.

Mientras, por distintos procedi-mientos podemos tener una aproxi-mación que haga continua la curvay se obtenga así un gráfico (curva)ideal. A partir de esta representaciónpodemos entonces obtener el valorinstantáneo de la tensión en cual-quier momento y del mismo modo,dado el valor podemos encontrar elinstante en que se produce.

REACTANCIA

Los capacitores e inductores pre-sentarán una propiedad denomina-

Capítulo 5

75

Fig. 8

Fig. 10

Fig. 9

Fig. 11

da "reactancia" cuando se los some-te al paso de una corriente alterna

Si se conecta un capacitor a ungenerador de corriente continua,como una pila, por ejemplo, una vezque cierta cantidad de cargas fluyaa sus armaduras y se cargue, desa-parece cualquier movimiento deesas cargas y la corriente en el circui-to pasa a ser indefinidamente nula.

En esas condiciones, el capacitorestá totalmene cargado, posee unaresistencia infinita y no deja circularla corriente.

Por otra parte, si conectamos almismo generador un inductor ideal(que no presenta resistencia en elalambre del cual está hecho) unavez que la corriente se haya estable-cido y el campo magnético adquie-ra la intensidad máxima, no encon-tramos efecto alguno de inductan-cia. Las cargas podrán fluir con la in-tensidad máxima como si el inductorno existiera.

La presencia del capacitor y delinductor en un circuito de corrientecontinua es importante sólo en el ins-tante en que ocurren variaciones:cuando la corriente se establece o

cuando la corriente se des-

conecta. Ya estudiamos

ampliamente los fen me-

nos que se producen en

esos instanes.

Pero, ¿qué sucedería sise conectara el inductor oel capacitor a un circuitode corriente alterna en elque la tensión varía con ra-pidez, en forma repetitiva?¿Qué fenómenos impor-tantes se producirían?

REACTANCIA CAPACITIVA

Vamos a empezar conel capacitor, lo conectamos, porejemplo, a un circuito de corrientealterna de 50 hertz, de la red. Duran-te el primer cuarto del ciclo, cuandola tensión aumenta de cero a su va-lor máximo, el capacitor se cargacon la armadura A positiva y la B ne-gativa. Eso sucede en un intérvalode 1/200 de segundo. En el segundocuarto, cuando la tensión cae a ce-ro desde el valor máximo, se inviertela corriente en el capacitor y se des-carga. En el tercer cuarto se inviertela polaridad de la red de maneraque la corriente de descarga conti-núa en el mismo sentido pero cargapositivamente la armadura B. El ca-pacitor invierte su carga hasta un va-lor máximo. En el último cuarto,cuando la tensión vuelve a caer acero, la corriente se invierte y la car-ga del capacitor cae a cero.

En la figura 13 tenemos la repre-sentación del proceso que ocurre enun ciclo y que se repite indefinida-mente en cada ciclo de alimenta-ción. Como se tienen 50 ciclos encada segundo, el capacitor se car-ga y descarga positivamente prime-ro y luego negativamente, 50 veces

por segundo.Al revés de lo

que ocurre cuan-do la alimenta-ción es con co-rriente continua,en la que, unavez cargado, ce-sa la circulaciónde corriente; concorriente alternaésta queda enforma permanen-

te en circulación por el capacitor,carga y descarga con la misma fre-cuencia de la red. La intensidad dela corriente de carga y descarga vaa depender del valor del capacitor ytambién de la frecuencia de la co-rriente alterna.

Cuanto mayor es la capacidaddel capacitor, mayor será la intensi-dad de la corriente (la corriente esentonces directamente proporcio-nal a la capacidad) y cuanto mayorsea la frecuencia, mayor será la in-tensidad de la corriente (la corrientetambién es proporcional a la fre-cuencia). Entonces se verifica que elcapacitor, alimentado con corrientealterna, se comporta como si fueseuna "resistencia" y permite mayor omenor circulación de corriente enfunción de los factores explicadosantes.

Como el término "resistencia" noes el adecuado para el caso puesno se trata de un valor fijo, como enel caso de los resistores, sino que va-ría con la frecuencia y no es sólo in-herente al componente, se prefieredecir que el capacitor presenta una"reactancia" y en el caso específicodel capacitor, una "reactancia ca-pacitiva" (abreviada Xc).

Podemos, entonces, redefinir lareactancia capacitiva así:

"Se denomina reactancia capaciti-

va (Xc) a la oposici n que un capaci-

tor ofrece a la circulaci n de una co-

rriente alterna."

Para calcular la reactancia ca-pacitiva, se tiene la fórmula siguien-te:

1XC = ________________ (1)

2 . 3,114 . f . C

Donde, Xc es la reactancia medida en

ohm.3,14 es la constante pi (π)f es la frecuencia de la corriente

alterna en hertz.C es la capacidad del capacitor

en farad.El valor "2 . 3,14 . f" puede repre-

sentarse con la letra omega (ω) y es-te valor se llama "pulsaci n". La fór-mula de la reactancia capacitiva


76

Fig. 12

Fig. 13

queda entonces:1

Xc = ______ (2)ω . C

* La reactancia capacitiva esmenor cuanto más alta es la fre-cuencia, para un capacitor de valorfijo.

Puede decirse que los capacito-res dejan pasar con más facilidad lasseñales de frecuencias más altas.

* La reactancia capacitiva esmenor en los capacitores de mayorvalor, para una frecuencia constan-te. Puede decirse que los capacito-res mayores ofrecen menos oposi-ción al pasaje de las corrientes alter-nas.

Fase en un Circuito Capacitivo=Dos señales pueden estar en fa-

ses diferentes o en concordancia defase, conforme sus formas de ondacoincidan por superposición en uninstante dado y siempre que tenganla misma frecuencia (figura 14).

Podemos hablar también de ladiferencia de fase entre dos señalesde corriente alterna y entre una co-rriente alterna y una tensión si llega-ran a los puntos de máximo (o de mí-nimo) en distintos instantes.

Esta diferencia entre los instantesnos da la diferencia de fase quepuede expresarse con un ángulo co-mo muestra la figura 14.

Si dos señales estuvieran en con-cordancia de fase, es evidente quela diferencia sería cero. Si la diferen-cia fuera de 90 grados, diremos quelas señales están en cuadratura y sifuera de 180 grados, diremos que las

señales están en oposiciónde fase.

Conectando un resistoren un circuito de corrientealterna, es evidente quesiendo la tensión la causa yla corriente el efecto, de-ben estar en concordan-cia de fase, es decir, cuan-do la tensión aumenta, lacorriente debe aumentaren la misma proporción .Pero si conectamos un ca-pacitor en un circuito decorriente alterna, las cosasno suceden de este modo.

Si consideramos un ca-pacitor de capacidad C

conectado a un generador de co-rriente alterna cuya tension esté da-da por E = Eo sen ωt, veremos que ladiferencia de potencial entre las pla-cas del capacitor varía con el tiem-po.

La corriente estar ADELANTADA

90 grados respecto de la tensi n .

REACTANCIA INDUCTIVA

Cuando conectamos un inductorde inductancia L a un generador decorriente alterna, durante el primercuarto del ciclo, la tensión sube acero hasta el valor máximo qe co-rresponde a una variación a la queel inductor se opone. En estas condi-ciones, comienza a circular una co-rriente por el inductor que crea elcampo magnético, hasta su máxi-mo. En el segundo cuarto, la tensióncae a cero lo que también es unavariación a la que el inductor se opo-ne. En estas condiciones, comienzaa circular una corriente por el induc-tor que crea el campo magnético,hasta su máximo. En el segundocuarto, la tensión cae acero lo que también esuna variación a la queel inductor se opone.Pero aun así, el campomagnético se contraehasta desaparecer. Enel tercer cuarto, la ten-sión invierte su polari-dad y aumenta de va-lor hasta un máximo ne-gativo; variación a laque el inductor se opo-ne pero lo hace esta-

bleciendo un campo magnéticoque se expande. Finalmente, en elúltimo cuarto, encontramos oposi-ción del inductor a la circulación dela corriente. Las líneas de fuerza secontraen durante este cuarto de ci-clo.

En realidad, según veremos va aexistir un pequeño atraso en esta re-tracción de las líneas.

Lo importante es observar quemientras en el circuito de corrientecontinua, una vez establecido elcampo, la resistencia (oposición) de-saparecía y la corriente circulaba li-bremente, en este caso la oposiciónes permanente.

En la figura 15 se ve la represen-tación de este proceso.

Vea entonces que se estableceun campo magnético alterno en elinductor que varía constantementeen intensidad y polarización.

La oposición constante manifes-tada por el inductor a las variacionesde la tensión va a depender tantode la inductancia como de la fre-cuencia de la corriente.

Cuanto mayor sea la inductan-cia, mayor será la oposición a la cir-culación de la corriente.

El inductor también se comportacomo una "resistencia" a la circula-ción de la corriente alterna, pero eltérmino resistencia tampoco cabeen este caso pues no es algo inhe-rente sólo al componente sino tam-bién a las características de la ten-sión aplicada.

Nos referimos entonces a reac-tancia inductiva, representada porXL, como la oposición que un induc-tor presenta a la circulación de unacorriente alterna. La reactancia in-ductiva se mide en ohms como lareactancia capacitiva y puede cal-cularse mediante la siguiente fórmu-

Capítulo 5

77

Fig. 14

Fig. 15

la:

XL = 2 . 3,14 . f . L (3)Donde: XL es la reactancia inductiva en

ohms3,14 es la constante pi (π)f es la frecuencia de la corriente

alterna en hertz.L es la inductancia en henry.Como la expresión "2 . 3,14 . f"

puede expresarse como "ω" (pulsa-ción), podemos escribir:

XL = ω . L (4)

Tenemos finalmente las propie-dades de los inductores en los circui-tos de corriente alterna:

* La reactancia inductiva es tan-to mayor cuanto mayor sea la fre-

cuencia. Puede decirseque los inductores ofrecenuna oposición mayor a lascorrientes de frecuenciasmás altas.

* la reactancia inducti-va es mayor para los induc-tores de mayor valor parauna frecuencia determina-da. Los inductores de ma-yor valor ofrecen una opo-sición mayor a la circula-ción de corrientes alternas.

Fase en el

Circuito Inductivo

Si conectamos un inductor a uncircuito de corriente alterna, la co-rriente no estará en fase con la ten-sión.

* La corriente tiene la misma fre-cuencia que la tensión.

* La corriente tiene su fase atrasa-da 90 grados (π/2) en relación a latensión.

El gráfico de la figura 16 muestralo que ocurre con la tensión respec-to de la corriente .

QUE ES UNA SE AL?

En los circuitos electrónicos apa-recen corrientes de distintos tipos:

continuas puras, continuas pulsantesy alternas con diversas formas de on-da. En el caso específico de los apa-ratos de sonido, por ejemplo, las for-mas de onda son "retrasos" del soni-do que debe reproducirse y queaparecen en una amplia variedadde formas de onda y de frecuencias.

Las corrientes con que trabajanlos circuitos —amplificadoras, pro-ductoras, reproductoras o captado-ras— se denominan señales. Encon-tramos, en los circuitos electrónicos,señales que pueden ser desde sim-ples corrientes continuas hasta seña-les cuyas frecuencias pueden llegara centenas de millones de hertz.

¿Es importante conocer las fór-mulas solamente o saber deducirlas?

La deducción de una fórmula sehace para demostrar su validez, me-diante la descripción de un fenóme-no y de un raciocinio lógico. En ladeducción de algunas de las fórmu-las que presentamos, utilizamos elcálculo diferencial e integral, que ellector no necesita conocer. En estoscasos, aunque la deducción no secomprenda bien, bastará que el lec-tor sepa la fórmula pues le será deutilidad en cálculos futuros.

Sugerimos que los lectores que


78

Fig. 16

Tiristores y Otros Dispositivos de Disparotengan dificultades con matemáti-cas y que deseen profundizar sus es-tudios de electrónica, estudien algomás de esa ciencia importante.

LOS TIRISTORES

Los tiristores funcionan comouna especie de interruptor del con-trol electrónico y se emplean preci-samente para controlar grandescorrientes de carga en motores,calentadores, sistemas de ilumina-ción y demás circuitos similares. In-ternamente están conformadospor cuatro capas de material semi-conductor; algunas de sus seccio-nes se conectan de manera exter-na a terminales conductoras.

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILI-

CIO

El SCR o Rectificador Controla-do de Silicio, es un dispositivo semi-conductor de cuatro capas contres terminales externas llamadasc todo , nodo y compuerta ;

cada una de éstas se encuentraconectada a una sección del se-miconductor.

Un SCR se comporta como uninterruptor; al aplicarle la alimenta-ción por primera vez, se encontra-rá abierto; pero si se aplica un pul-so de disparo a la terminal com-puerta, se cerrará (permitiendo asíque la corriente eléctrica lo atra-viese). Esto es, si el SCR se conectaen serie con una batería y un resis-tor, el dispositivo resultante seráconsiderado como un diodo en

polarización directa; esto significaque se mantiene en estado de no-conducción. Para que el dispositi-vo inicie la conducción, es necesa-rio un pequeño pulso de tensión enel terminal compuerta; esto lomantendrá en conducción, a me-nos que la corriente que lo atravie-sa disminuya por debajo de uncierto valor crítico (figura 1).

El circuito equivalente del SCRse comporta como un interruptorabierto, cuando se polariza conuna batería VCC y en serie conuna resistencia de carga RC. Co-mo los transistores no están polari-zados correctamente, no condu-cen; en consecuencia, no circulacorriente eléctrica a través del cir-cuito. Para que la corriente fluya,se necesita aplicar un pulso de dis-

paro a la terminal compuerta; pue-de ser aplicado por medio de unabatería VP. La batería polariza di-

rectamente la unión Base-Emisordel transistor T2, poniéndolo asíen estado de saturación. La co-rriente de colector de T2 ingresaa la base del transistor T1, polari-zando también la unión Emisor-Base; esto provoca que T1 estéen saturación (figura 2).

Si se dan las condiciones arri-ba señaladas, el voltaje de VPya no será necesario; por lo queal retirar éste, el circuito se man-tendrá en conducción. La co-rriente de colector de T2 mantie-ne polarizada directamente launión Base-Emisor de T1; a su vez,la corriente de colector de T1mantiene la polarización directade la unión Base-Emisor de T2.Cuando esto sucede, el dispositi-

vo se comporta como un interrup-tor cerrado. Desconectando la ali-mentación de la fuente Vcc el SCR

va al estado de corte. Otra formade hacer que el circuito se “abra”,consiste en aplicar un pulso negati-vo a la compuerta (base de T2).

INTERRUPTOR CONTROLADO DE SILICIO

El interruptor controlado de sili-cio o SCS (Silicon Controlled

Switch), es una versión modificadadel SCR; está formado por cuatrocapas de material semiconductordopado, donde cada una de lassecciones se conecta a una termi-nal. Este dispositivo se comporta demanera similar al SCR, con la dife-rencia de que puede ser disparadopor medio de cualquiera de las doscompuertas (ánodo y cátodo);además, está diseñado para traba-jar con corrientes eléctricas peque-ñas del orden de los miliampers (fi-gura 3).

FotoSCR (fig. 4a)

Es un dispositivo con tres termi-nales; su encapsulado en la partesuperior dispone de una lente quepermite el paso de la luz, para ilumi-nar el semiconductor que forma alfotoSCR. La luz incidente en el semi-conductor provoca la liberación delos electrones en la compuerta. Es-tos electrones forman una corrienteeléctrica suficiente para lograr queel fotoSCR conmute al estado deconducción, si es que el dispositivose encuentra en polarización direc-ta.

Diodo de Cuatro Capas (fig. 4b)

El diodo Shockley o diodo decuatro capas conduce la corrientecuando se le aplica una tensión depolarización en sentido directo. Laestructura de este dispositivo es decuatro capas de material semicon-ductor, en cuyos extremos se ha co-locado un par de terminales exter-nas. Se considera un diodo, porquedispone de dos terminales (no con-fundir con el diodo Schottky); tam-bién se le conoce como diodoPNPN. La única forma de hacer queel diodo deje de conducir, es redu-ciendo la corriente que lo atraviesahasta un valor inferior a la corrientede mantenimiento (valor mínimo decorriente requerido para que el dis-positivo se mantenga en estado de

Capítulo 5

79

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 4

Fig. 3

conducción).

SUS (fig. 4.c)

El interruptor unilateral de silicioo SUS (Silicon Unilateral Switch), esun dispositivo que permite el pasode la corriente eléctrica en un solosentido cuando la tensión aplicadaa sus terminales en sentido directosupera cierto valor. Es muy parecidoal diodo Shockley, con la diferenciaque posee un terminal extra de dis-paro con la que se controla la con-dición de disparo en la que opera .Un SUS opera con valores de ten-sión y corriente eléctrica bajos.

TRIAC

El TRIAC es un dispositivo semi-conductor bidireccional con tresterminales; o sea, puede conducirla corriente eléctrica en ambos sen-tidos. Las terminales ánodo y cáto-do se han cambiado por MT1 y MT2,que es la abreviatura de TerminalPrincipal 1 y Terminal Principal 2.

El circuito equivalente para elTRIAC se puede formar con dos SCRen paralelo, pero con sus polarida-des invertidas (figura 5). Cuando seaplica el pulso de activación en elterminal compuerta, no importa lapolaridad aplicada a las terminalesMT; la razón, es que uno de los dosSCR se encontrará polarizado direc-tamente y conducirá.

Si el SCR1 se encuentra polariza-do en forma inversa y el SCR2 enforma directa cuando se aplica elpulso a la compuerta G, solamenteeste último conducirá. Si se inviertela polaridad de la batería y se apli-ca el pulso de disparo nuevamenteen la compuerta G, sólo el SCR1conducirá.

El efecto total del dispositivo esel de permitir el paso de la corrien-te eléctrica, independientementede la polaridad de la tensión apli-

cada en las terminalesMT.

Los parámetros a con-siderar cuando se elige unTRIAC, son iguales a losutilizados para el SCR; laúnica diferencia es que elVRRM o voltaje inverso noexiste en el caso de losTRIAC’s, debido a que noimporta la polaridad ensus extremos.

DIAC

El DIAC o diodo bidireccional dedisparo (Diodo de Corriente Alter-na, por su nombre en inglés) es undispositivo semiconductor muy pa-recido al diodo Shockley, con la di-ferencia de que permite el paso dela corriente eléctrica en ambos sen-tidos; también tiene un valor de vol-taje de conducción (breakover)que es el mismo en ambos sentidos.El circuito equivalente del DIAC esun par de diodos Shockley en para-lelo, pero con polaridades opues-tas. Cuando se aplica una tensiónen los extremos del DIAC, éste semantiene en estado de noconduc-ción mientras no se supere la ten-sión nominal de conducción. Por serun dispositivo de tipo bidireccional,es utilizado como disparador decompuerta en los TRIAC’s.

SBS

Es un dispositivo de control parael disparo de la compuerta enTRIAC’s. Tiene la propiedad de con-ducir la corriente eléctrica en am-bos sentidos; cuando la tensión al-canza el valor de conducción, a di-ferencia de un DIAC, el SBS adquie-re un voltaje de conducción muchomás pequeño. Está formado por unconjunto de dispositivos discretos, yse fabrica más bien como un circui-to integrado; además, cuenta conuna terminal extra llamada com-

puerta que proporciona mayor fle-

xibilidad en el disparo.SIDAC

El disparador bilateral de altovoltaje o SIDAC, es un dispositivoelectrónico de reciente aparición.Permite la manipulación de voltajesaltos de disparo, lo que amplía lagama de aplicaciones de los dispo-sitivos disparadores; de esta mane-ra, se ahorran gastos en compo-nentes extras que serían necesariospara ciertas clases de circuitos.

UJT

El UJT o transistor uniunión (Uni-junction Transistor), es utilizado co-mo dispositivo de disparo. Se tratade un elemento semiconductor deconmutación por ruptura, muy utili-zado en circuitos industriales, tem-porizadores, osciladores, generado-res de onda y como circuitos decontrol de compuerta para TRIAC ySCR. La zona P del emisor está alta-mente dopada, mientras que la zo-na N del semiconductor tiene undopado pequeño. Cuando el emi-sor del transistor no se encuentraconectado a ningún circuito exter-no, la resistencia entre las termina-les Base 1 y Base 2 es de unos 4,000a 10,000Ω. Este dispositivo tiene lacaracterística de presentar resisten-cia negativa; es decir, a un aumen-to de corriente se sucede una dis-minución de voltaje en las termina-les del mismo. ******************


Fig. 5

TVAUDIOVIDEOMICROPROCESADORES


Fundamentos Físicos de la Reproducción del SonidoFundamentos Físicos de la Reproducción del Sonido


VV i sua li sua l

d e l ad e l a


INDICE DEL

CAPITULO 6

LAS ONDAS ELECTROMAGNETICASLa naturaleza de las ondas electromagnéticas .......................................83Polarización.....................................................84Frecuencia y longitud de onda...................84El espectro electromagnético y las ondas de radio...............................................85Espectro electromagnético..........................85

EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADORAMPLIFICADORES CON TRANSISTORESConfiguraciones circuitales básicas............87El amplificador base común ........................87El amplificador emisor común......................87El amplificador colector común ..................90Recta estática de carga ..............................91Recta dinámica de carga ...........................92Cálculo de los capacitores de paso ..........92Acoplamientos interetapas ..........................93

a) Acoplamiento RC..................................93b) Acoplamiento a transformador...........93c) Acoplamiento directo...........................94

FUNDAMENTOS FISICOS DE LA REPRODUCCION DEL SONIDOPropagación de las vibraciones u ondas ......................................94La onda de sonido ........................................95Características físicas ....................................95

Frecuencia o tono......................................95Amplitud ......................................................95Intensidad....................................................95Timbre...........................................................95

Velocidad del sonido ...................................96Reproducción del sonido .............................96Tipos de reproductores acústicos ...............96

Las ondas electromagnéti-cas fueron previstas antesde ser descubiertas. En

verdad, las ecuaciones deMaxwell que describían loscampos magnéticos pre-veían también la existenciade radiaciones, de la mismanaturaleza que la luz, y que sepropagaban en el espaciocon una velocidad de300.000 kilómetros por segun-do.

Las ecuaciones de Max-well fueron presentadas en1865, pero solamente en 1887Hertz consiguió comprobar laexistencia de "ondas electro-magnéticas" según las ya pre-vistas y las produjo en su labo-ratorio.

No nos preocuparemos tanto delaspecto histórico del descubrimien-to, como del estudio de su naturale-za, pero también añadiremos algu-nos datos importantes del pasadorelacionados con la investigación ysu utilización.

LA NATURALEZA DE LAS

ONDAS ELECTROMAGN TICAS

Una carga eléctrica, o un cuer-po cargado, es responsable por unaperturbación en el espacio que lorodea y que denominamos "campo

el ctrico", como muestra la figura 1.Vimos que podríamos represen-

tar esta "influencia; por medio de lí-neas imaginarias, denominadas lí-neas de fuerza. (El uso de las líneasde fuerza fue propuesto por Fara-day).

Las líneas de fuerza realmente noexisten, pero pueden ayudar a eva-luar el comportamiento de la "in-fluencia" de la carga en el espacio.La influencia es mayor en los puntosen que las líneas son más concentra-das.

Del mismo modo, estudiamosotro tipo de influencia causado porcargas en movimiento, o sea, por lascorrientes eléctricas, que difería mu-cho del campo eléctrico, y que fuedenominado "campo magn tico".

También representábamos elcampo magnético por medio de lí-neas de fuerza pero de una formabien diferente: las líneas eran con-céntricas, envolviendo la trayectoriade las cargas (figura 2).

El tipo de influencia para los doscampos también se diferencia: elcampo eléctrico actúa sobre cual-quier cuerpo cargado, atraen o re-pelen conforme a la polaridad,mientras que el campo magnéticoactúa sobre determinados materia-les, independientemente de su car-ga, atraen (materiales ferrosos) o re-pelen (materiales diamagnéticos).

¿Qué ocurriría con una cargaeléctrica que, al mismo tiempo, pu-diera producir un campo eléctrico yun campo magnético?

Para explicar este fenómeno im-portante, vamos a imaginar unacarga eléctrica que pueda entraren vibración alrededor de un punto,o sea que pueda "oscilar" como

muestra la figura 3.Partiendo entonces

de una posición inicialen que la misma se en-cuentre detenida, sóloexiste campo eléctrico asu alrededor, comomuestra la figura 4.

El campo magnéticoes nulo, pues la carga seencuentra en reposo. Elcampo eléctrico, a suvez, es máximo.

A medida que la car-ga se desplaza hacia laposición central, el cam-po eléctrico se reduce,mientras que el campomagnético aumenta. Enel medio de la trayecto-

ria, cuando la velocidad es máxima,el campo magnético también esmáximo, mientras que el campoeléctrico se reduce a cero (mínimo,figura 5).

En dirección al otro extremo dela trayectoria, la velocidad se redu-ce gradualmente, con lo que se re-duce también el campo magnéti-co. El campo eléctrico vuelve a au-mentar de intensidad (figura 6).

Capítulo 6

83

Capítulo 6

Las Ondas Electromagnéticas

Fig. 1

Fig. 4

Fig. 2

Fig. 3

Cuando la carga llega al extre-mo de la trayectoria, por algunosinstantes se detiene para invertir elmovimiento. En este instante, elcampo eléctrico nuevamente esmáximo y el campo magnético sereduce a cero (figura 7).

En la inversión del movimiento,tenemos nuevamente el crecimien-to de la intensidad del campo mag-nético hasta el medio de la trayec-toria y la reducción al mínimo delcampo eléctrico y después, hasta elextremo, el aumento del campoeléctrico y la disminución del cam-po magnético. Vea entonces que,en esta "oscilaci n", el campo mag-nético y el eléctrico se alternan (fi-gura 8).

Hay un desfasaje de 90 gradosentre los dos campos.

El resulta-do de estefenómeno esla produc-ción de unaperturbaciónúnica que sepropaga porel espaciocon veloci-dad finita.

Vea queexiste un tiempo determinado decontracción de las líneas de fuerzatanto del campo eléctrico como delmagnético, así como para la expan-sión.

Así, independientemente de lavelocidad con que la carga oscile,o sea, de su frecuencia, la veloci-dad con que la perturbación se pro-paga es bien definida y constante.

Se puede demostrar que estaperturbación se propaga en el va-cío a una velocidad de 2,997793 x1010 centímetros por segundo, o, re-dondeando hacia arriba, ¡300.000 ki-lómetros por segundo!

Esta perturbaci n da origen a lo

que denominamos "onda electro-

magn tica".

Polarizaci n

Para representar una onda elec-tromagnética precisamos tener encuenta tanto su componente eléc-trica como magnética, pues, comovimos, la misma corresponde a una"alternancia" entre los dos campos.

Para esta finalidad, hacemos usode la representación mostrada en lafigura 9. El campo eléctrico varía se-gún el eje E con semiciclos tanto po-sitivos como negativos, mientras que

el campo magnético varía según eleje H, también como semiciclos po-sitivos y negativos.

Cuando deseamos recibir unaonda electromagnética, lo que te-nemos que hacer es interceptarlade modo de tener una corriente enun conductor que pueda ser ampli-ficada y trabajada por circuitos es-peciales. Esto se hace, por ejemplo,mediante una antena que no esmás que un alambre conductor co-locado en el camino de la onda (fi-gura 10).

Para que ocurra la inducción deuna corriente en esta antena, la mis-ma debe ser colocada de determi-nada forma. Si los lectores observa-ran las antenas de televisión de sulocalidad, podrán tener una idea dela necesidad de esta colocación.

¿Por qué las antenas no se po-nen en posición tal que las varillasestén en forma vertical como mues-tra la figura (B) 11, y sí como en (A) fi-gura 11?

¡Esto ocurre porque la polariza-ción de las ondas se hace horizon-talmente, no verticalmente!

FRECUENCIA Y LONGITUD DE ONDA

Para una corriente alterna, la fre-cuencia se define como el número


84

Fig. 5

Fig. 9

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 10

de veces en que ocurre la inversiónde su sentido de circulación. La fre-cuencia es numéricamente igual aeste valor y es dada en hertz, cuyaabreviatura es Hz. En el caso de unaonda electromagnética, su frecuen-cia es dada por el número de vibra-ciones por segundo de la carga (ocargas) que la producen, siendo nu-méricamente igual a este valor ytambién medida en hertz.

Si una onda electromagnéticafuera producida por una carga quevibra a razón de 1.000.000 de vecespor segundo, la frecuencia de estaradiación será de 1MHz.

El espectro electromagnético esel conjunto de frecuencias en quepuede haber radiaciones electro-magnéticas y es muy extenso, seanalizará más adelante. Para unadeterminada radiación electromag-nética, además de la frecuencia,podemos definir otra magnitud, quees la longitud de onda.

Tomemos como ejemplo una ra-diación electromagnética cuya fre-cuencia sea de 1MHz, o sea,1.000.000Hz.

En un segundo, partiendo de lafuente emisora, o sea, las cargasque oscilan, las ondas recorren unespacio de 300.000 kilómetros, puesésta es su velocidad, como muestrala figura 12. Podemos percibir enton-ces que las ondas individualmente,o cada oscilación divide el “espa-cio” de 300.000 kilómetros o300.000.000 metros. Cada onda, en-tonces, "se quedará" con un espaciode 300 metros, o sea, tendrá una"longitud" que equivale a 300 metros(figura 13).

Para las ondas electromagnéti-cas es común expresar su naturalezatanto por la frecuencia como por sulongitud de onda. Hablar de una ra-diación de 1 MHz es, pues, lo mismoque hablar de una radiación de 300metros. Podemos fácilmente calcu-lar la longitud de onda de cualquierradiación, conocida su frecuenciapor la fórmula:

v = L x f (2)

Donde: v es la velocidad de pro-pagación (300.000.000 m/s); L es lalongitud de onda en metros; f es lafrecuencia en Hertz.

EL ESPECTRO ELECTROMAGN TICO

Y LAS ONDAS DE RADIO

¿Cuáles son las frecuencias quedan origen a las ondas electromag-néticas?

¿Qué tipo de naturaleza tienecada radiación en función de su fre-cuencia?

Si distribuimos las ondas electro-magnéticas de acuerdo con su fre-cuencia o longitud de onda, vere-mos que, para cada sector de estadistribución, tendremos comporta-mientos diferentes. Las radiacionesde longitudes de ondas menores tie-nen comportamientos bien diferen-tes de las de mayores longitudes. Supropia utilización es distinta.

Llamamos espectro a la distribu-ción de las diversas frecuencias deradiaciones electromagnéticas, y enel caso es un espectro continuo,pues no existen saltos entre los valo-res que las mismas pueden asumir.

El espectro de las radiacioneselectromagnéticas, en verdad, seextiende de 0 a infinito, ¡ya que seconocen fuentes que emiten "seña-les" de frecuencias tan elevadas co-mo 1023Hertz, o sea 1 seguido de 23ceros!

Vamos al análisis del espectro:

Espectro electromagn tico

Frecuencia: 0 a 20kHzDenominación: ondas eléctricas

acústicasLa longitud de onda varía entre el

infinito y 15.000 metros. En verdad, estasondas no tienen mucha "penetración"en el espacio, siendo usadas para latransmisión de energía por cable, o enla producción de sonidos.

Frecuencia: 20kHz a 30kHzDenominación: VLF (Very Low Fre-

quency = frecuencia muy baja)Las ondas electromagnéticas de es-

ta banda, de 15.000 a 10.000 metros,pueden ser usadas en los servicios detelecomunicaciones a larga distancia,pues siendo muy estables, no están in-fluenciadas por la hora del día ni por lasestaciones del año.

Vea el lector que el Sol es un "ene-migo" de las ondas electromagnéticas,pues la radiación que él emite tambiénpuede influenciar su propagación y difi-cultar el uso de determinados tipos deondas de radio, como ésta, en mayor omenor intensidad.

Capítulo 6

85

Fig. 11

Fig. 12

Fig. 13

Frecuencia: 30kHz a 300kHzDenominación: LF (Low Frequency =

baja frecuencia)Pueden ser usadas en servicios de

radiocomunicaciones de larga distan-cia, como por ejemplo en comunica-ción naval, o incluso para ayudar ennavegación al orientar naves y aviones.Estas ondas ya son más afectadas en supropagación que las de la banda ante-rior, pues, según la hora del día y la es-tación del año, pueden ocurrir peque-ñas atenuaciones.

Frecuencia: 300kHz a 3.000kHzDenominación: MF (Medium Fre-

quency = frecuencia media)Las ondas de esta banda, que son

ondas de radio, tienen longitudes entre1.000 y 100 metros, pudiendo ser usadasen diversos tipos de servicios de comuni-cación, como por ejemplo, la propia ra-diodifusión (AM), comunicaciones entreaeronaves, barcos, policía, etc. Estas ra-diaciones son influenciadas por la horadel día: su alcance es mayor durante lanoche y menor durante el día. Igual-mente, en invierno la atenuación es me-nor que en verano.

Frecuencia: 3.000 kHz a 30 MHzDenominación: HF (High Frequency

= alta frecuencia)También tenemos aquí ondas de ra-

dio cuya longitud de onda estará entre100 metros y 10 metros. Estas ondaspueden usarse en comunicaciones delarga distancia, en determinados hora-rios del día y en dependencia de las es-taciones del año.

Lo que ocurre es que estas ondaspueden ser reflejadas por las capas al-tas de la atmósfera (la ionosfera), asívencen el problema de la curvatura dela Tierra. Las ondas de esta banda sonutilizadas por las estaciones de radiodi-fusión, radioaficionados, y servicios di-versos de comunicación a distanciaslargas y medianas.

Frecuencia: 30MHz a 300MHzDenominación: VHF (Very High Fre-

quency = frecuencia muy alta)Son también ondas de radio cuya

longitud de onda estará entre 10 metrosy 1 metro. Estas ondas se propagan enlínea recta, como las demás, pero soninfluenciadas fuertemente por la pre-sencia de obstáculos. Así, no podemosusarlas en servicios que sobrepasen la lí-nea visual o línea del horizonte. Las on-das de esta banda son usadas en servi-cios de radiodifusión (FM), televisión,comunicaciones a distancias cortas ymedianas como por ejemplo policía,aviación, etc.

Frecuencia: 300MHz a 3.000MHzDenominación: UHF (Ultra High Fre-

quency = frecuencia ultra alta)Estas ondas de radio tienen longitu-

des de onda entre 1 metro y 10 centí-metros. Son pues ondas muy cortas decomportamiento semejante al VHF, conla diferencia que son mucho más afec-tadas por obstáculos. Estas ondas sonusadas en TV, radar, comunicaciones adistancia corta y mediana.

Frecuencia: 3GHz a 30.000MHzDenominación: SHF (Super High Fre-

quency = frecuencia super alta)Estas ondas tienen longitud de on-

da entre la banda de 10 centímetros a1 centímetro. Estamos en el dominio delas llamadas microondas, usadas en ser-vicios de comunicaciones en línea vi-sual, radar, etc.

Las mismas no pueden sobrepasarobstáculos, incluso de pequeño tama-ño, son pues usadas en las comunica-ciones visuales, o sea, en aquéllas enque el transmisor prácticamente "ve" elreceptor.

Frecuencia: 30GHz a 300GHzDenominación: MicroondasNo hay realmente una sigla para las

ondas de radio en esta banda. Su longi-tud está entre 1 mm y 10 mm y aquí elcomportamiento de las radiaciones co-mienza a sufrir una transición. Podemosagrupar las radiaciones de esta bandaen ondas centimétricas, milimétricas, eincluso submilimétricas. Su uso es el ra-dar; las comunicaciones por microon-das también son producidas por cuer-pos calentados como las lámparas devapor de mercurio. Se trata pues de ra-diación cuya naturaleza comienza aestar próxima a la de la luz.

Frecuencia: 300GHz (3 x 1011) a 3 x1014Hz

Denominación: Radiación infrarrojao simplemente infrarrojo. Ya tenemosaquí un tipo de radiación de comporta-miento bastante semejante al de la luzvisible. La radiación infrarroja es produ-cida por cuerpos calientes. Cuandoacercamos la mano a un hierro calien-te, "sentimos" esta radiación a la distan-cia en forma de calor. Las longitudes deonda son medidas en esta banda enmicrones (µ), o millonésimas de metro, obien en otra unidad que es el Angston(Å) que equivale a 10-8 metros o a la mi-llonésima parte del milímetro.

Frecuencia: 3 x 1014 Hz.Denominación: Luz visibleEn este punto del espectro electro-

magnético tenemos una forma de ra-

diación muy importante para nosotrosque es la luz que podemos ver, o luz vi-sible. Su longitud de onda está entre4.000 Angstrons y 7.000 Angstrons. El co-lor de la luz que percibimos está relacio-nada con su frecuencia, conforme a lasiguiente tabla aproximada:

Violeta - 4.000 a 4.500 AngstronAzul - 4.500 a 5.000 AngstronVerde - 5.000 a 5.700 AngstronAmarillo - 5.700 a 5.900 AngstronAnaranjado - 5.900 a 6.100 AngstronRojo - 6.100 a 7.000 AngstronLa particularidad más importante

de esta banda del espectro está, en-tonces, en el hecho de que poseemos"sensores" sensibles capaces de percibirlas radiaciones, que son justamentenuestros ojos.

Frecuencia: 3 x 1014 a 3 x 1017

Denominación: radiación ultraviole-ta o simplemente ultravioleta.

Tenemos aquí una penetrante formade radiación electromagnética del tipode la luz cuyas longitudes de onda estánentre 4.000 Angstron y 10-7 centímetros.Este tipo de radiación es producida porla vibración molecular y atómica y en-cuentra aplicaciones industriales de di-versos tipos.

Frecuencia: 3 x 1017 a 3 x 1020 HzDenominación: Rayos XTenemos aquí una forma muy pene-

trante de radiación electromagnéticaque puede, por su longitud de ondamuy pequeña, penetrar en los cuerposmateriales de diversos tipos. Esta formade radiación es usada en medicina yen la industria de diversas formas.Cuanto menor es la longitud de ondade los rayos X, mayor es su penetración.

Frecuencia: 3 x 1020Hz a 3 x 1021HzDenominación: Rayos GammaEsta forma peligrosa de radiación

electromagnética es producida tantopor vibraciones atómicas y molecularescomo también por las reacciones nu-cleares. Los rayos gamma tienen enor-me penetración, por lo que puedenatravesar obstáculos de concreto oplomo de bastante espesor.

Frecuencia: 3 x 1021 Hz y másDenominación: rayos cósmicosSon partículas de increíble penetra-

ción producidas por reacciones nu-cleares o aceleración en campos mag-néticos de particulas cargadas y pue-den atravesar toda la masa de la Tierracomo si no existiera. Estas partículas sondetectadas con dificultad, y felizmentellegan en poca cantidad a nuestro pla-neta.


86

Existen distintas configuraciones yexisten varias formas de polari-zar un transistor, cada una con

sus ventajas y desventajas.Se dice que un amplificador de

audio es aquel que incrementa el ni-vel de una determinada señal queposee una frecuencia comprendidadentro del espectro audible (20Hz a20kHz). Para el diseño de un amplifi-cador interesan características talescomo la potencia de salida, impe-dancia de carga, impedancia deentrada, nivel de la señal de entra-da, tensión de alimentación, etc.

CONFIGURACIONES CIRCUITALES B S I-

CAS

Básicamente, a un transistor se lopuede utilizar en tres configuracio-nes distintas a saber:

a- Configuraci n Base Com n

b- Configuraci n Emisor Com n

c- Configuraci n Colector Com n

EL AMPLIFICADOR BASE COM N

Las principales características son:

• Baja impedancia de entrada(entre 50 ohm y 300 ohm)

• Alta impedancia de salida (en-tre 100 kilohm y 1 Megohm).

• Posee alta ganancia de ten-sión.

• No posee ganancia de corriente.• La señal de salida no está des-

fasada respecto de la de entrada.

En la figura 1 vemos el circuito deun amplificador base común.

Si observamos el circuito, la pola-rización del emisor es tal que la jun-tura base-emisor queda en directa,constituye así un circuito de muy ba-ja resistencia de entrada (diodo endirecta) que oscila entre 50 y 300Ω,mientras que el colector queda po-larizado en inversa, lo que hace quela salida tenga una resistencia ele-vada que oscila entre 100kΩ y 1MΩ.

La ganancia de corriente:

Icα = ——— < 1

Ie

α es menor que la unidad pero seasemeja a 1; varía entre 0,98 y 0,999,pero lo que aquí importa es que laganancia de resistencia es muygrande (aproximadamente Rs/Re =1500) con lo cual la etapa poseegran ganancia de tensión. Existeuna familia de curvas que caracteri-zan el funcionamiento de cadatransistor en la configuración basecomún, y se llaman curvas caracte-rísticas para conexión base común(o base a tierra, o base a masa).

Muchas veces es cómodo traba-jar con una sola batería y para ellose polariza al transistor (figura 2). Losresistores de base Rb y Ra dan a labase una polarización positiva res-pecto de emisor a los fines de que lajuntura BE quede polarizada en di-recta mientras que el colector es po-sitivo respecto del emisor. C1 es uncamino a masa para la señal alter-na a los fines de obtener máxima se-ñal sobre la resistencia de carga Rc.La señal a la salida está en fase conla señal de entrada, pues un au-mento de la tensión de base provo-cará un incremento de la corrientede colector y, a su vez, aumentarála señal sobre Rc que es la carga(salida) del circuito. Observe que C1es un cortocircuito para corriente al-terna; anula los resistores Ra y Rb yaque no hay caída de tensión de se-ñal alterna sobre éstos.

EL AMPLIFICADOR EMISOR COM N

En este tipo de circuito, la señalde entrada se aplica entre base yemisor del transistor. Aquí también lapolarización del transistor es tal queel emisor queda polarizado en direc-ta, condiciones imprescindibles paraque el transistor funcione como tal.

Se trata de un amplificador deimpedancia de entrada moderada,no muy alta impedancia de salida,posee ganancia de tensión y co-rriente y la señal de salida está des-

fasada 180° respecto de la señalaplicada a la entrada.

Tensi n de entrada = Tensi n Ba-

se-emisor

Tensi n de salida = Tensi n Co-

lector-Emisor

Corriente de entrada = Corriente

de Base

Corriente de salida = Corriente de

Colector

Desarrollemos este tema anali-zando el circuito de un amplificadoremisor común (figura 3).

La resistencia de entrada varíacon la polarización, siendo un valornormal 5.000Ω, aunque puede variarentre 100Ω y 10.000Ω, según la pola-rización. La resistencia de salida esmoderada, es decir, unos 50.000Ωsegún el transistor y su polarización.

Aquí la corrriente de colector secontrola con la corriente de base,de aquí que con pequeñas variacio-nes de la corriente de base se ob-tengan grandes variaciones de lacorriente de colector, razón por lacual, actuando como amplificadorde corrriente, se define lo que se lla-ma factor β.

Capítulo 6

87

El Transistor como Amplificador

Amplificadores con Transistores

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Ic β = ———

Ib

β = Ganancia de corriente deltransistor en la configuración emisorcomún

Por lo dicho, en un amplificadorbase común se utiliza el parámetro:

Icα = ——

Ie

y aquí se usa:

Ic β = ———

Ib

Pero la diferencia fundamentales que este circuito (emisor común)tiene ganancia de corriente y tam-bién ganancia de tensión, por locual se puede tener una gananciade potencia que puede llegar a10.000 veces (40dB), lo que lo hacemuy popular. Nótese que, si al apli-car una señal de entrada aumentala tensión de base, aumentará la Ib,lo que hará aumentar la Ic; si estoocurre, aumentará la caída de ten-sión sobre RL y, por ley de Kirchhoff(que veremos en la próxima lec-ción), disminuirá la tensión colector-emisor (tensión de salida) pues:

Vcc = VRL + Vce

Como Vcc es constante, si au-menta VRL deberá disminuir Vce. Ensíntesis, un aumento de la señal deentrada provocará una disminución(mayor) de la tensión de salida porlo cual hay una inversión de fase en-tre entrada y salida, al revés de loque ocurría en un circuito Base-Co-mún. Aquí también es necesario, alos fines de simplificar la construc-ción del circuito, polarizar al transis-tor con una sola batería o fuente dealimentación y para ello hay mu-chas formas de hacerlo; una deellas es la denominada polarizaciónfija, que consiste en colocar un resis-tor entre base y batería con el fin depolarizar la juntura base-emisor endirecta (figura 4).

Para calcular el valor de la resis-tencia de base, basta con fijar unvalor de corriente de base. Sabe-mos que habrá además una caídade tensión sobre RL que no debe serdemasiado alta para que el colec-tor siga siendo positivo respecto de

la base. Para hacer el cálculo de Rbse emplea la malla formada porVcc, Rb y la juntura BE del transistor(figura 5).

Ejemplo

Si consideramos la Vbe = 0,6V yqueremos una corriente de base de50µA con una Vcc = 6V, la Rb debeser de:

6V - 0,6VRb = ————— = 108.000Ω

50 x 10-6 A

Un valor comercial que se ase-meje a este valor es 100kΩ: por lotanto, adoptamos una Rb = 100kΩ.

Es fácil notar que, pase lo quepase, la Ib permanece constantefrente a variaciones de temperaturao por cambios de transistor pues pa-ra todos los transistores Vbe = 0,6V(Si) o Vbe = 0,2V (Ge) aproximada-mente.

Icβ = ——

Ib

Con lo cual:

Ic = β . Ib

Ocurre que todos los transistores“no” son iguales y su b puede variarpor cambios de temperatura (ade-más de variar entre transistores), conlo cual, si es fundamental que Ic novaríe, tendría que cambiar el valorde Rb cada vez que se cambia detransistor, lo que complica el análisis.

Esto hace que la polarización fijano sea la más adecuada, ya que esinestable frente a cambios de tran-sistores y frente a variaciones detemperatura, por lo que resulta im-posible mantener fija la corriente tí-pica de colector.

Para solucionar en parte esteproblema, se utiliza la polarizaciónautomática que consiste en conec-tar el resistor Rb entre base y colec-tor, que cumple la función de “sen-sar” la tensión entre colector y basepara polarizar a ésta. Es decir, existeuna realimentación desde el colec-tor hacia la base (realimentar signifi-ca tomar una muestra de algunaparte del circuito y enviarla a otraparte del circuito con el fin de variaralguna característica del mismo). Lapolarización automática, aunquetiene la desventaja de disminuir la

ganancia del amplificador, mejoraalgunas fallas de la polarización fija(figura 6). Para calcular el valor deRb debemos saber cuál es el valorde tensión que pretendemos queexista en colector y cuál es la co-rriente que circulará por la base.

Analizando el circuito y aplican-do Kirchhoff puede deducirse que:

Vce - VbeRb = —————

Ib

Si se desea tener una tensión en-tre colector y emisor Vce = 4V conuna corriente de base de Ib = 50µA,debemos colocar una Rb (figura 7),que se calcula:

4V - 0,6VRb = ————— = 68.000Ω

50 x 10-6A


88

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Casualmente, esta vez el valorcalculado para Rb = 68kΩ coincidecon un valor comercial.

Para calcular la polarización deun circuito con polarización auto-mática se debe recurrir al circuito deentrada (figura 8). Se deduce que:

Vcc = VRc + VRb + Vbe

Si consideramos que Ic es muchomayor que Ib se puede decir que:

VRc = Ic . Rc ; VRb = Ib . Rb

Luego:

Vcc = Ic . Rc + Ib . Rb + Vbe

Reemplazando la relación:

Ic IcIb = —— Vcc = Ic . Rc + —— . Rb + Vbe

β β

Si se trabaja matemáticamente,se llega a:

Vcc - VbeIc = ——————— (1)

RbRc + ——

βEn la fórmula de cálculo de Ic se

ve que ahora el β no influye tantosobre el valor de la corriente de co-lector, razón por la cual no hay gran-des variaciones de Ic con la tempe-ratura o por cambios del transistor.

Aunque la variación de β seagrande debido a que se cambió eltransistor o hubo una variación detemperatura, el circuito no se veráafectado, dado que Ic permanececasi constante.

Sea el caso ahora, del circuitode la figura 9. Q es un transistor de si-licio (Vbe = 0,6 V) que posee un β =200. Aplicando la fórmula (1), obte-nemos:

12V - 0,6V Ic = ————————— =

22.000Ω————— + 1.200Ω

200

12V - 0,6V Ic = ————————— =

110Ω + 1.200Ω

11,4VIc = ———— = 8,7mA

1310Ω

Supongamos que hay una varia-ción del 50% del b por cualquiercausa, lo que lo lleva a un valor β’ =300, nos preguntamos, ¿variará mu-cho la corriente de colector? Paraaplacar dudas, calculemos el nuevo

valor de Ic.

Vcc - VbeIc = ———————

RbRc + ——

β11,4V

Ic = —————————— 22.000Ω

1200Ω + ————300

11,4VIc = ———————— = 8,95mA

1.200Ω + 73,3Ω

Se puede comprobar entoncesque una variación del 50% en el va-lor del b provoca en este caso unavariación inferior al 5% en la corrien-te del colector, lo que indica que haaumentado la estabilidad del circui-to. En este circuito la realimentaciónnegativa también estará presentepara la señal alterna que deseamosamplificar; es decir, existe una dismi-nución en la ganancia del circuito,pero la estabilidad lograda com-pensa ampliamente esta pequeñadesventaja ya que, con el precioactual de los transistores, si necesita-mos mayor ganancia, siempre po-demos recurrir a más etapas en am-plificación. Como vemos, logramosestabilidad térmica bajando la ga-nancia del sistema.

Si consideramos despreciable lacorriente de base frente a la corrien-te de colector, podemos calcular latensión colector-emisor de la si-guiente manera (figura 10):

Vcc = VRc + Vce

Como Ic >> Ib; trabajando mate-máticamente:

Vce = Vcc - Ic . Rc

Vcc - VbeVce = Vcc - ————— . Rc

RbRc + ——

β

Aplicando esta fórmula al ejem-plo que hemos analizado, podremosconocer cuánto vale la tensión co-lector-emisor.

Vce = 12V - 8,7mA . 1,2kΩ =1,56VLa baja tensión Vce indica que

el transistor está operando cerca dela zona de saturación. Recordemosque esta zona tiene su límite parauna Vce ≅ 1V.

Para otras aplicaciones resulta

necesario graduar la ganancia dela etapa a voluntad (ganancia detensión) y además que el circuitosea térmicamente estable; para ellosuele utilizarse una realimentaciónde corriente en el circuito de polari-zación, por medio de la colocaciónde un resistor en el emisor del transis-tor. En el circuito así constituido cual-quier aumento en la corriente decolector por alguna causa, desarro-llará una tensión sobre el resistor deemisor tal que, si la tensión de basepermanece constante, polariza enforma inversa la juntura Base-Emisorque compensará la variación de lacorriente de colector.

Capítulo 6

89

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

Fig. 11

La polarización “fija” de la basese consigue por medio de un divisorresistivo.

Veamos lo siguiente, la polariza-ción de la base es Vcc . R2/(R1 + R2)o sea no depende de ningún pará-metro del transistor. Un aumento deIc aumenta VRe que es la caída so-bre Re (ver figura 11). Para calcularla corriente de colector es necesarioconocer el valor de la tensión de labase respecto de masa y la resisten-cia que “ve” la base.

El cálculo se facilita si considera-mos que I1 es mucho mayor que Ib.

Dibujando la batería del otro la-do se comprenderá mejor el circuitode entrada (figura 12) :

VccI1 = —————

R1 + R2

VB = I1 . R2

Reemplazando:

VccVB = ———— . R2 (2)

R1 + R2

El desarrollo que estamos hacien-do es una aplicación del teorema deThevenin que dice que cualquier cir-cuito puede ser reemplazado por ungenerador de tensión en serie conuna resistencia. Aplicando este teo-rema al circuito que está conectadoentre base y masa del transistor, tene-mos que R2 está conectada a la ba-se junto con R1 y Vcc.

Ahora bien, el generador de ten-

sión VB se calcula como la tensiónque cae entre base y masa del tran-sistor cuando éste ha sido desco-nectado; esta tensión es la que caesobre R2 y es la VB, fórmula (2).

En tanto la resistencia de Theve-nin RB la calculamos con el transistordesconectado y cortocircuitando lafuente de alimentación (II). Observeel circuito de la figura recién vista,donde al cortocircuitar la fuente decontinua (Vcc) R1 y R2 quedan co-nectados en paralelo.

R1 . R2RB = ———— (3)

R1 + R2

En la figura 13 vemos qué ocurresi reemplazamos VB y RB en el circui-to de la figura 11. Lo hecho no esmás que una aplicación del teore-ma de Thevenin para simplificar elcálculo de la corriente de colector.

Aplicando Kirchhoff en el circuitode la figura, se tiene:

VB = VRB + Vbe + VRe

VB = Ib . Rb + Vbe + Ie . Re

Como Ic ≈ Ie

VB = Ib . RB + Vbe + Ic . Re

IcTambién Ib = ———

β

IcVB = —— . RB + Vbe + Ic . Re

βRB

VB = Ic . ( —— + Re) + Vbeβ

Despejando:

VB - VbeIc = ——————

RB——— + Re

β

Donde:VB y RB se calculan por medio de

las fórmulas (2) y (3).Vbe = 0,2V para el germanio y

0,7V para el silicio.β ganancia de corriente en emi-

sor común dado por el fabricante.Para que la señal alterna no de-

sarrolle una tensión sobre el resistorRe, se coloca un capacitor de desa-cople entre emisor y masa. De estaforma el capacitor en paralelo conRe deriva la señal de CA a masa pa-

ra impedir pérdidas de ganancia. Ensíntesis, el agregado de Re tiende aestabilizar la corriente de colector.

Dado que generalmente Re »Rb/b, si varía el b, Ic se mantieneconstante, entonces hay mayor es-tabilidad (figura 14). De la misma for-ma que hemos procedido anterior-mente, podemos calcular la tensiónColector-Emisor aplicando Kirchhoffen el circuito de salida.

Vcc = VRc + Vce + VReVcc = Ic . Rc + Vce + Ic . ReVcc = Ic (Rc + Re) + VceVce = Vcc - Ic (RC + Re)

En síntesis, el agregado de Reproporciona una estabilidad adicio-nal al circuito ya que permite sensarla corriente de emisor.

Se conecta un capacitor en pa-ralelo para que la corriente alternase derive a masa por él sin producircaída de tensión alterna sobre Re, loque disminuiría la ganancia.

Existen otras polarizaciones parala configuración emisor común perotodas ellas buscan mayor gananciade tensión y aumento en la estabili-dad del circuito que son los factoresdeterminantes para la elección delcircuito adoptado para cada caso.

EL AMPLIFICADOR COLECTOR COM N

En este circuito la señal de entra-da se aplica entre colector y baseque, como sabemos, es una junturapolarizada en inversa para que eltransistor trabaje correctamente: deesta manera se logra que la impe-dancia de entrada de un transistoren esta configuración sea muy alta(resistencia elevada), mientras quela salida se toma entre colector yemisor, siendo la impedancia de sa-lida bastante baja.

Esta etapa posee una gananciade potencia bastante baja compa-


90

Fig. 13

Fig. 14Fig. 12

rada con la que se puede obteneren una etapa emisor común.

La tensión de salida es siempremenor que la tensión de entrada:por lo tanto, la ganancia de tensiónes menor que la unidad. Este circui-to se utiliza como elemento adapta-dor de impedancias (figura 15).

Acomodamos el circuito parapoder verlo como comúnmente seutiliza (figura 16). Si aumenta la señalde entrada, aumenta la corrientede emisor y por lo tanto la señal so-bre la RC con lo cual, como ocurreen la configuración base común,aquí no hay inversión de fase.

RECTA EST TICA DE CARGA

Los transistores pueden ubicar sufuncionamiento en una zona de tra-bajo donde su respuesta es lineal,una zona denominada “ZONA DECORTE” y una tercera zona que de-termina la “SATURACION” del transis-tor. Se debe establecer un punto defuncionamiento del transistor dentrode su región activa (zona lineal) conel objeto de obtener a la salida delamplificador una señal réplica de lade entrada pero de mayor ampli-tud. El punto de reposo del transistor,que hemos aprendido a calcularpara las distintas polarizaciones, sedebe hallar sin aplicar señal externay se lo llama punto “Q” de funciona-miento, punto de reposo o simple-mente punto de trabajo.

Ubicando este punto Q sobre lascurvas características de salida deltransistor y aplicando métodos gráfi-cos se puede predecir el comporta-miento del amplificador cuando sele aplica una señal a la entrada. Si laseñal de salida no es fiel a la ingre-sante, lo más probable es que no sehaya elegido correctamente el pun-to de reposo.

Al polarizar un transistor se debe

elegir los componentes aso-ciados (resistores, alimenta-ción, etc.) con sumo cuidado,ya que el punto Q no debequedar en cualquier parte dela zona activa del transistor. Sedebe tener en cuenta las es-pecificaciones dadas por elfabricante, tales como Poten-cia Máxima de Disipación (Pcmax), Tensión Máxima de Co-lector (Vc max), Corriente Má-xima de Colector (Ic max),Factor β de Amplificación, etc(figura 17).

Para pequeñas señales, siel transistor está bien polariza-do se puede asegurar que la tensiónde salida no será distorsionada, “pe-ro no es la misma la tensión de co-lector que la señal de salida”, yaque esta última no debe poseer ge-neralmente una componente decontinua, razón por la cual se colo-can capacitores de desacople a lasalida del circuito (y también a laentrada) lo que obliga a analizar elcircuito sin componente continua ycon componente continua (figura18). En este circuito, la tensión decontinua del colector del transistorno aparece sobre la resistencia decarga RL a causa del bloqueo im-puesto por Cb2 pero la señal sobreRL es una réplica amplificada de laseñal de entrada.

Los valores de los capacitoresdeben ser tales que a la frecuenciamínima de trabajo no ofrezcan resis-tencia apreciable al paso de la se-ñal. Para la ubicación del punto detrabajo se recurre generalmen-te a métodos gráficos, se usanlas curvas de salida del transis-tor en la configuración en quese esté utilizando el dispositivo.

Si se conocen los elemen-tos asociados a la salida deltransistor pueden calcularse losresistores de polarización de

base, previa ubicación del punto dereposo del transistor, partiendo de ladenominada RECTA ESTATICA DE

CARGA del transistor (figura 19). Paratrazar esta recta sobre la familia decurvas, se obtiene la ecuación de lamalla de salida del circuito. Porejemplo, en el circuito de un transis-tor en emisor común con polariza-ción por divisor resistivo se tiene que:

Vcc = Vce + Ic (Rc + Re) (4)

En esta ecuación, Vcc, Rc y Reson valores conocidos mientras queVce e Ic son variables.

En geometría se estudia que laecuación (4) representa una recta ypara trazarla hace falta conocerdos puntos de dicha recta. Los pun-tos elegidos serán:

a) para Vce = 0 debemos calcu-lar el valor de Ic. De la fórmula (4):

Capítulo 6

91

Fig. 15 Fig. 16

Fig. 17

Fig. 18

Vcc = 0 + Ic (Rc + Re)

despejando:

VccIc = —————

(Rc + Re)

b) Cuando Ic = 0, de la fórmula (4):

Vcc = Vce + 0 (Rc + Re)Vcc = Vce

Es decir, los dos puntos elegidospara trazar la recta serán:

Vcca) (Ic; Vce) ⇒ ( ——— ; 0)

(Rc + Re)b) (Ic; Vce) ⇒ (0; Vcc)

Si ubicamos estos puntos sobrelas curvas de salida del transistor ytrazamos una recta que pase porellos, encontraremos la recta estáti-ca de carga del circuito (figura 20).

Esta recta es útil porque no im-porta que varíe la corriente de basecomo consecuencia de la aplica-ción de una señal, los valores de Ic yVce se ubicarán sobre dicha recta.Además, conociendo los valoresmáximos de la señal a aplicar y tras-ladándolos al gráfico se podrá cal-cular cuáles son los valores corres-pondientes de la corriente de colec-tor.

RECTA DIN MICA DE CARGA

Se ha visto que por métodos grá-ficos se pueden predecir los distintosvalores de Ic y Vce que puede tomarun transistor polarizado cuando se leaplica una señal de entrada, pero enel razonamiento no se ha tenido encuenta la carga que se le aplica alcircuito a través de un capacitor.

La Recta Estática de Carga esmuy útil para analizar el funciona-miento del circuito sin que a éste se leaplique señal, es decir, donde se ubi-caría el punto de reposo si hubiese al-gún corrimiento de algún parámetroa causa de determinados factores,como por ejemplo la temperatura.Analicemos el circuito de la figura21. Cuando se aplica una señal decorriente alterna, C2 es un corto cir-cuito; lo mismo ocurre con el capa-citor de desacople de emisor CE y lafuente de alimentación (por consi-

derarla como un capacitor cargadode alta capacidad). De esta mane-ra el emisor estará conectado a ma-sa y Rc estará en paralelo con lacarga RL. Para analizar el com-portamiento del circuito para se-ñales alternas gráficamente esnecesario construir una RECTADINAMICA DE CARGA que con-temple el paralelo entre Rc y RL yahora RE = 0 a causa de la muybaja impedancia que pasa a te-ner CE.

Para trazar la Recta Dinámi-ca de Carga se tiene en cuentael punto de reposo del transistorya que sin señal se ubicará sobredicho punto. La técnica consisteen trazar una recta que pase porel punto Q con pendiente 1/Rd,siendo Rd el paralelo entre Rc yRL (figura 22).

Rc . RLRd = ————

Rc + RL

C LCULO DE LOS

CAPACITORES DE PASO

Hemos dicho que tanto loscapacitores de acoplamientode entrada y salida, como el ca-pacitor de desacople de emisor,se deben comportar como uncortocircuito para la señal detrabajo. La forma de cálculo deestos capacitores está íntima-mente ligada con la impedanciadel circuito “que ven estos ele-mentos” ya que el efecto resisti-vo debe ser mucho menor quedicha impedancia para todaslas señales que se desean ampli-ficar.

La reactancia de un capaci-tor se calcula como:

LXc = —————

2 π . f . C

De aquí se deduceque, en la medida que au-menta la frecuencia de laseñal tratada, menor seráel efecto de oposición delcapacitor al paso de lasseñales. Por lo tanto, elpeor caso se presenta conlas señales de menor fre-

cuencia, donde el capacitor puedeque no se comporte como un corto-circuito. Para calcular el valor del


92

Fig. 19

Fig. 20

Fig. 22

Fig. 21

capacitor necesario, éste debe te-ner una “resistencia” (en realidadreactancia) 10 veces menor que elvalor de la impedancia que él veráa la mínima frecuencia de trabajodel amplificador. Por ejemplo, si laimpedancia de entrada de un am-plificador es de 5.000Ω, el capacitorde paso de entrada no debe pre-sentar una reactancia superior a500Ω para la frecuencia mínima deoperación.

Para explicar esto mejor con unejemplo, podemos calcular el valordel capacitor de desacople de unaresistencia de emisor de 100Ω si lamínima frecuencia de operacióndel transistor será de 20Hz.

Sabemos que:

1Xc = —————

2 π . f . C

y que:

ReXc = —————

10luego:

Re 1—— = ——————10 2 π . f . C

despejando:

10Ce = ——————

2 . π . f . Re

Si queremos dar el valor del ca-pacitor en µF multiplicamos el se-

gundo término por 106, luego:

107Ce [µF] = ——————

2 . π . f . Re

Reemplazando valores:

107Ce [µF] = ——————— =

6,28 . 20Hz . 100Ω

107Ce [ F] = ————— = 796 F

12,56 . 103

En general el valor de Re es ma-yor, al igual que la frecuencia míni-

ma de operación, con lo cual el va-lor Ce disminuye bastante. Valoresnormales están comprendidos entre50µF y 220µF.

Del mismo modo se pueden cal-cular los capacitores de paso (CB1 yCB2) obteniéndose valores normalesque oscilan entre 10µF y 100µF.

Acoplamientos Interetapas

Para conectar el transductor deentrada al amplificador, o la carga uotra etapa es necesario un mediode acoplamiento que permitaadaptar impedancias para que exis-ta máxima transferencia de energía.Los acoplamientos interetapas másutilizados son:

a) Acoplamiento RC

b) Acoplamiento a transformador

c) Acoplamiento directo

a) Acoplamiento RC:

Este tipo de acoplamiento esmuy utilizado aunque con él no seproduce una perfecta adaptaciónde impedancias y por lo tanto, nohabrá máxima transferencia deenergía. Separa totalmente la señalde los circuitos de polarización (figu-ra 23). El resistor R1 puede ser el resis-tor de carga (o polarización) de laprimera etapa mientras que R2 pue-de ser el resistor de polarización debase, si la segunda etapa es un tran-sistor. El capacitor C deja pasar lasseñales alternas provenientes de laprimera etapa y evita que la tensiónde polarización quede aplicada enla entrada de la segunda etapa. Lacapacidad del capacitor C tieneque ser la adecuada a las frecuen-cias de las señales que se deseanamplificar; por ejemplo, para aco-plar etapas de audio su valor debeser elevado (algunos microfarad)para que su reactancia sea peque-ña a la menor frecuencia que se de-sea amplificar. Una capacidad pe-queña ofrecería una reactancia ele-vada al paso de las bajas frecuen-cias, por lo que éstas quedarían ate-nuadas. Si se desea acoplar etapasamplificadoras con transistores usan-do capacitores electrolíticos, la posi-ción del capacitor dependerá de lapolaridad de los transistores. Veamos

un ejemplo en la figura 24. Con tran-sistores NPN la base es menos positi-va que el colector; por lo tanto, elcapacitor electrolítico se conectacon el positivo del lado del colectorde la primera etapa. Generalmentese utiliza un acoplamiento con resis-tor y capacitor en etapas amplifica-doras de audio de bajo nivel.

b) Acoplamiento

por Transformador

El acoplamiento a transformadorse utiliza con el fin de obtener máxi-ma ganancia de potencia; para ellodeben adaptarse las impedanciasde entrada y de salida del transistor.

En la figura 25 vemos un circuitoacoplado a transformador:

Se emplea un transformador re-ductor T1 para acoplar la entradadel transistor con lo cual, si bien hayuna disminución de la tensión apli-cada (por ser un transformador re-ductor), hay un mayor suministro depotencia ya que, por el teorema demáxima transferencia de potencia,se logrará transferir máxima energíacuando las partes están perfecta-mente adaptadas (igual impedan-cia). Para adaptar la salida tambiénusamos un transformador reductorya que el parlante posee baja impe-dancia, en contraposición con la al-ta impedancia del colector del tran-sistor. Este T2 adapta las impedan-cias de colector y parlante, así per-mite que la potencia entregada al

Capítulo 6

93

Fig. 23

Fig. 24

Fig. 25

parlante sea máxima. En este circui-to se tiene una polarización por divi-sor de tensión, donde R1 y R2 dan lapolarización adecuada a la base, yRe da la estabilización necesariapara evitar problemas por cambiosen los parámetros del transistor; C1se coloca para evitar que la señal seatenue sobre R1, y C2 para impedirque la señal se desarrolle sobre Re,así el rendimiento del circuito au-menta. En síntesis, un acoplamientoa transformador permite adaptarimpedancias y aísla niveles de conti-nua, pero posee la desventaja fun-damental de que sus característicasvarían con la frecuencia, razón porla cual suele distorsionar (aunquemuy poco) a todas aquellas señales

que no están com-puestas por una solafrecuencia. Además,es pesado y de grantamaño; si se quieredisminuir las pérdidas,el costo aumentaconsiderablemente.

c) Acoplamiento

Directo

Este tipo de acoplamiento con-siste en unir dos etapas por mediode un cable. En principio, este méto-do es ideal porque resulta económi-co y no sufre las atenuaciones queintroduce todo capacitor en bajasfrecuencias. En sistemas amplifica-dores, el método consiste en conec-tar el colector de un transistor con labase del siguiente (figura 26). El prin-cipal problema de este circuito radi-ca en que los niveles de continuadel colector de un transistor y de labase del transistor siguiente soniguales, razón por la cual la tensiónde colector de los transistores es ba-jísima limitando así su funcionamien-to. Para solucionar este problema sepuede polarizar el primer transistor

en configuración colector común, loque significa que la señal ingresapor la base y sale por el emisor. Paraello se conecta el emisor de la pri-mera etapa a la base de la etapa si-guiente.

Podemos conectar dos etapasamplificadoras en emisor común através de un resistor, considerandoeste acoplamiento como directo;permite trabajar con distintos nivelesde continua entre colector del pri-mer transistor y base del segundo,pero presenta el inconveniente dedisminuir el rendimiento.

Las ventajas del acoplamientodirecto son aprovechadas en la ma-yoría de los equipos de audio, yasea en aquellos que utilizan circuitosintegrados o en circuitos de exce-lente diseño. En la actualidad sonmuy pocos los equipos de buenascaracterísticas que no utilizan esteacoplamiento. Otra forma de aco-plamiento muy difundido en la ac-tualidad es el “Acoplamiento com-plementario” que se basa en el usode un transistor NPN y otro PNP, temadel que nos ocuparemos más ade-lante.


94

Fundamentos Físicos de la Reproducción del Sonido

El dispositivo universal que se uti-liza para la reproducción del so-nido, son los parlantes, que son

elementos terminales que convier-ten en ondas sonoras las señales re-sultantes de los procesos electróni-cos previos. Para entender el princi-pio de operación de los parlantes,primero se requiere definir qué sonestos elementos y qué es el sonido.

El parlante es un transductor

capaz de transformar una se al de

corriente el ctrica en una onda de

sonido audible . Por su parte, el so-nido es un fenómeno físico que esti-mula el sentido del oído mediantecambios en la presión del aire. Enlos seres humanos, esto ocurre siem-pre que una vibración con fre-cuencia comprendida entre los 20 ylos 20,000Hz llega al oído interno.

Para llegar al oído interno, las vi-braciones viajan por el aire. A ve-ces, el término sonido se emplea

únicamente para las vibracionesque se transmiten de este modo; sinembargo, los físicos modernos tam-bién suelen utilizarlo para designar alas vibraciones similares que se des-plazan a través de medios líquidos osólidos. A las ondas que se encuen-tran por debajo del límite audiblede 20Hz se les conoce como infra-s nicas , mientras que los sonidoscon frecuencias superiores a20,000Hz se denominan ultrasoni-

dos .

PROPAGACI N DE LAS

VIBRACIONES U ONDAS

En general, las vibraciones u on-das del sonido se propagan de for-ma transversal o longitudinal. Enambos casos, la energía y el ritmodel movimiento ondulatorio sólo sepropagan a través del medio en

cuestión; es decir, ninguna parte deéste se desplaza físicamente en ladirección de propagación parapermitir el viaje de la onda. Porejemplo, si atamos una cuerda a unpunto fijo (un poste), la estiramos sinaplicar demasiada fuerza y la sacu-dimos, una onda se desplazará delextremo que estamos sujetandohasta su otro extremo; al llegar alpunto fijo, la onda se reflejará y via-jará de regreso hasta nuestra mano.

Este tipo de movimiento ondula-torio se denomina “onda transver-sal”. Del mismo modo, si tiramos unapiedra a un estanque, una serie deondas transversales se propagarádesde el punto de impacto.

Entonces, cualquier objeto queflote cerca de este punto se move-rá hacia arriba y hacia abajo, deacuerdo con la dirección y fuerzadel movimiento ondulatorio; peroapenas mostrará movimiento longi-

Fig. 26

tudinal, o sea un desplazamiento (fi-gura 1).

LA ONDA DE SONIDO

Una onda de sonido es una on-da longitudinal. A medida que laenergía del movimiento ondulatoriose propaga alejándose del centrode la perturbación, las moléculas deaire individuales que transportan alsonido se mueven hacia delante yhacia atrás, de forma paralela a ladirección de dicho movimiento.

Si un cuerpo se desplaza ligera-mente hacia adelante, momentá-neamente el aire frente a él se com-prime, pero de forma instantáneatrata de recuperar su densidad nor-mal; por lo que la compresión co-mienza a viajar en la misma direc-ción del movimiento inicial, perocon la distancia se va diluyendo po-co a poco. Exactamente esto suce-de cuando el mismo cuerpo retro-cede a su sitio original, pero ahoragenerando una pequeña porciónde baja densidad, que viaja con lasmismas características de la anterior.

Combinando ambos efectos,cuando un objeto está vibrando rá-pidamente, frente a él se generauna serie de zonas donde la densi-dad del aire varía dependiendo delgrado de desplazamiento originaldel cuerpo, formando una serie deondas que se van alejando del pun-to de origen. Estas sucesivas zonasde aire comprimido y enrarecidoson captadas por el tímpano, el cualreproduce en escala pequeña losdesplazamientos originales del cuer-po vibrante, y transmite al oído inter-no esta información, donde el cere-bro lo interpreta como sonido. Quie-re decir que una onda de sonido esuna serie de compresiones y rare-facciones sucesivas del aire. Cadamolécula transmite la energía a lamolécula que le sigue; una vez quela onda de sonido termina de pasar,

las moléculas permanecenmás o menos en la mismaposición (figura 2).

Caracter sticas F sicas

Una nota musical, porejemplo, puede ser definidaen su totalidad, mediante

tres características con que se perci-be: el tono, la intensidad y el timbre.Estos atributos corresponden exac-tamente a tres características físicas:la frecuencia, la amplitud y la compo-

sici n arm nica o forma de onda.

Frecuencia o tono

Por frecuencia del sonido se en-tiende el número de ciclos de unaonda por segundo. Conforme ma-yor sea la frecuencia de una onda,más agudo se escuchará el sonido;y al contrario, conforme menor seala frecuencia de la misma, más gra-ve se escuchará el sonido. Un fenó-meno interesante es el que se pro-duce cuando se tocan dos instru-mentos distintos en la misma nota.Ambos sonidos pueden tener la mis-ma frecuencia, pero no necesaria-mente se percibirán igual; la diferen-cia radica en el timbre característi-co de cada instrumento..

Amplitud

La amplitud de una onda de so-nido es el grado de movimiento delas moléculas de aire que la trans-portan. Dicho movimiento corres-ponde a la intensidad de expansióny compresión de la propia onda.Cuanto mayor es la amplitud de laonda, más intensamente golpea és-ta a las moléculas del tímpano ymás fuerte es el sonido percibido. Laamplitud de una onda de sonidopuede expresarse en unidades ab-solutas, mediante la medición de ladistancia de desplazamiento de lasmoléculas del aire, la medición de ladiferencia de presiones entre lacompresión y la expan-sión, o la medición dela energía transporta-da. Para expresar la in-tensidad de los soni-dos, éstos se compa-ran con un sonido pa-trón; en tal caso, la in-tensidad se expresa endecibeles (dB).

Intensidad

La distancia a la que se puedeescuchar un sonido, depende de laintensidad de éste; la intensidad esel flujo promedio de energía queatraviesa cada unidad de área per-pendicular a la dirección de propa-gación. En el caso de ondas esféri-cas que se propagan desde unafuente puntual, la intensidad medi-da en un punto es inversamente pro-porcional al cuadrado de la distan-cia; esto, suponiendo que no se pro-duzca ninguna pérdida de energíadebido a la viscosidad, la conduc-ción térmica u otros efectos de ab-sorción.

En la propagación real del soni-do en la atmósfera, los cambios físi-cos que el aire experimenta dan lu-gar a la amortiguación y dispersiónde las ondas sonoras.

Timbre

Vamos a suponer que tenemosun violín, un piano y un diapasón, yque con la misma intensidad se tocaen los tres una nota La -situada so-bre el Do central. Los sonidos resul-tantes serán idénticos en frecuenciay amplitud, pero muy diferentes entimbre. De las tres fuentes, el diapa-són es el que produce el tono mássencillo, conformado casi exclusiva-mente por vibraciones de tipo senoi-dal con frecuencias de 440 Hz.

Debido a las propiedades acústi-cas del oído y a las propiedades deresonancia de su membrana vibran-te, es dudoso que un tono llegue enestado puro al mecanismo internodel oído. La componente principalde la nota producida por el piano oel violín también tiene una frecuen-cia de 440 Hz; sin embargo, ambasnotas contienen a su vez compo-nentes cuyas frecuencias son múlti-plos exactos de 440 Hz: los llamadasfrecuencias arm nicas . Las intensi-

dades y el defasamiento que exis-

Capítulo 6

95

Fig. 1

Fig. 2

ten entre esas otras componentes,determinan el timbre de la nota.

VELOCIDAD DEL SONIDO

La frecuencia de una onda desonido, es una medida del númerode vibraciones por segundo de unpunto determinado; a la distanciaentre dos crestas (cimas) adyacen-tes de la onda, se le denomina lon-gitud de onda . Al multiplicar el valorde la longitud de onda por el de lafrecuencia, se obtiene la velocidadde propagación de la onda. Estavelocidad es igual para todos los so-nidos sin importar su frecuencia,siempre y cuando se propaguen através del mismo medio y a la mismatemperatura. Por ejemplo, mientrasla longitud de onda de la nota “La”situada sobre el “Do” central es deunos 78,20 cm, la de la nota “La” si-tuada abajo del mismo es de 156,40cm. En aire seco y a una temperatu-ra de 0° C, la velocidad de propa-gación del sonido es de 331,6 m/s. Alaumentar la temperatura, aumentala velocidad del sonido; por ejem-plo, a 20° C la velocidad es de 344m/s. Por lo general, el sonido viajamás rápido a través de líquidos y desólidos que a través de gases. Tantoen los líquidos como en los sólidos, ladensidad tiene el mismo efecto queen los gases.

REPRODUCCI N DEL SONIDO

Para la repro-ducción del sonidose emplean par-lantes. Existen dife-rentes tipos, perola mayoría de losactuales son diná-micos. Estos alta-voces incluyenuna bobina de ca-

ble muy ligero, sumergida den-tro del campo magnético de unpotente imán permanente o deun electroimán (figura 3).

Una corriente eléctrica va-riable, procedente de los circui-tos electrónicos de algún ampli-ficador, atraviesa la bobina ymodifica la fuerza magnéticaentre ésta y el campo magnéti-co del parlante. Al producirsecambios de corriente, la bobinavibra y entonces hace que undiafragma o un gran cono vi-brante (unido mecánicamentea ella) se mueva para generaren el aire ondas sonoras; a suvez, este movimiento impulsa alas moléculas de aire en la for-ma del sonido que se desea re-producir.

Tipos de Parlantes

Para aumentar la potencia y lacalidad del sonido, pueden utilizarseconjuntos especiales de parlantesde diferente tamaño: los pequeñosson para notas agudas y los grandespara notas graves.

La forma o diseño de los parlan-tes, es también factor que incide enla calidad del sonido que se repro-duce. Existen básicamente tres tipos:circulares, cuadrados y elípticos (fi-gura 4). Los primeras ofrecen unamuy buena reproducción de sonido;los cuadrados, sólo una regular obuena reproducción; los elípticosson las mejores, pues permiten una

excelente reproducción. La razón,es que el uso de los parlantes elípti-cos equivale a tener un parlante cir-cular pequeño para tonos medios yotro circular grande para tonos ba-jos.

En todo sistema reproductor deaudio, siempre será necesario insta-lar dos o más tipos de altavoces. Lafidelidad del sonido mejora cuandopara cada frecuencia y amplitud dela señal de audio se usa un tipo dife-rente de parlante; es decir, para te-ner un buen sistema de sonido se re-quieren reproductores de agudos(llamados tweeters), parlantes quereproduzcan los medios (midrange)y los graves (conocidos como woo-fers). Obviamente, el tema es am-plio, por lo que lo analizaremos másadelante. ******************


Fig. 3

Fig. 4


VV i sua li sua l

d e l ad e l a


INDICE DEL

CAPITULO 7

EL SURGIMIENTO DE LA RADIOLos experimentos de Faraday.....................99Los planteamientos de Maxwell .................99Las ondas de radio y el espectro electromagnético.........................................99La telegrafía sin hilos...................................100Estructura simplificada de una válvula diodo.......................................100Principio básico de operación de un receptor de radio .................................101Las primeras transmisiones .........................102La evolución de las comunicaciones por ondas radiales ......................................103El desarrollo de la radio comercial ..........103Modulación en FM y transmisión en estéreo ....................................................103

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPOLos FETs..........................................................105El JFET ............................................................105Efecto de campo .......................................105El MOSFET de empobrecimiento...............105MOSFET de enriquecimiento......................106Protección de los FETs.................................107Funcionamiento del transistor deefecto de campo.......................................107

INTERCOMUNICADOR POR LA RED ELECTRICAEl circuito transmisor....................................109El circuito receptor......................................110Lista de materiales del transmisor .............112Lista de materiales del receptor ...............112

LOS EXPERIMENTOS DE FARADAY

Aunque se realizaron múltiplesexperimentos sobre electricidad ymagnetismo antes de Michael Fara-day (figura 1), fue este investigadoringlés quien descubrió la estrecharelación que existe entre ambos ti-pos de fenómenos.

Fue precisamente Faradayquien descubrió que cuando enuna bobina circula una corrienteeléctrica, se produce un campomagnético proporcional a la co-rriente circulando, y a la inversa:cuando a una bobina se aplica un

campo magn tico externo, en sus

extremos aparece una variaci n de

tensi n (figura 2).Este descubrimiento, aparente-

mente tan sencillo, es la base sobrela cual funcionan prácticamentetodos los aparatos eléctricos quenos rodean en nuestra vida cotidia-na, desde el motor de un auto dejuguete hasta los grandes transfor-madores que sirven para distribuir elfluido eléctrico en las grandes ciu-dades.

LOS PLANTEAMIENTOS DE MAXWELL

En la década de 1860, el físicoinglés James Clerk Maxwell, conuna gran lucidez que asombra in-cluso a los científicos contemporá-neos, puso al descubierto en formateórica la estrecha relación queexiste entre los campos eléctricos ymagnéticos; postulando que unacarga eléctrica en movimiento pro-duciría en su alrededor un campomagnético variable, el cual, a suvez, induciría un campo eléctrico, yasí sucesivamente (figura 3). Esto, asu vez, se traduciría en la genera-ción de una onda electromagnéti-ca que se origina en la carga eléc-trica variable y viaja en todas direc-ciones (estos trabajos se publicaron

en conjunto hasta 1873). Sus cálcu-los teóricos le permitieron determi-nar que esta onda electromagnéti-ca se propaga a la misma veloci-dad que la luz, lo que lo llevó a laconclusión de que la energ a lumi-nosa no era sino otra manifestaci n

de este tipo de ondas (un salto ima-ginativo sorprendente para la épo-ca).

LAS ONDAS DE RADIO Y EL ESPECTRO

ELECTROMAGN TICO

Tan sólo faltaba la comproba-ción práctica de estas teorías, y és-ta fue conseguida por los experi-mentos de un físico alemán: Hein-rich Hertz, quien utilizan-do una cámara de chis-pas y un aro metálicoreceptor (figura 4) co-rroboró la existencia delas ondas electromag-néticas. El fundamentode este experimentofue el siguiente: si efecti-vamente en las cargaseléctricas en movimien-to representadas por lachispa eléctrica se ge-neraba una serie de on-das electromagnéticas,el aro receptor captaríaparte de esta onda y latransformaría nueva-mente en señal eléctri-ca, haciendo saltar unachispa de menor tama-ño, pero perfectamen-te sincronizada con lachispa principal entrelas puntas del aro re-ceptor.

Debido a lo rudi-mentario del experi-mento, Hertz tuvo quehacer grandes esfuer-zos para localizar lospuntos en que la induc-

Capítulo 7

99

Capítulo 7

El Surgimiento de la Radio

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 2

ción electromagnética sobre el arometálico estuviera en su punto má-ximo; sin embargo, una vez obteni-da la chispa inducida en el aro me-tálico, eso bastó para demostrar enla práctica la validez de lasteorías de Maxwell. Precisa-mente, en honor a Hertz, seha denominado con su nom-bre una de las variables fun-damentales en el comporta-miento de las ondas electro-magnéticas (y en general detodo tipo de oscilaciones): losciclos por segundo (figura 5).

LA TELEGRAFŒA SIN HILOS

Incluso cuando Hertz des-cubrió la existencia de las on-

das electromagnéticas, todosestos experimentos no pasabande ser curiosidades de laborato-rio; fue hasta que un investiga-dor italiano, Guglielmo Marconi,quien al estudiar los descubri-mientos realizados por Hertz, lle-gó a la conclusión de que lasondas electromagnéticas po-dían utilizarse para la transmisióninstantánea de información adistancia (figura 6).

Para conseguir la transmisiónde datos por medio de ondasde radio, Marconi utilizó una c -mara de chispas, la cual produ-cía en su interior un arco eléctri-

co al aplicarle la señal de un capa-citor. Para comprobar si efectiva-mente se podía aprovechar la on-da resultante a distancia, le pidió asu hermano que llevara la cámaraa un sitio alejado de su casa y de-trás de una colina cercana, de mo-do que no hubiera contacto visualentre ambos: al momento en que seaplicó a la cámara de chispas unaserie de pulsos de activación en có-digo Morse, Marconi fue capaz derecibirlos con gran claridad, que-dando demostrada la posibilidadde la comunicación a distancia sinnecesidad de hilos telegráficos (fi-gura 7).

Marconi viajó por toda Europa yAmérica promocionando su descu-brimiento, hasta que a finales del si-glo pasado y principios del presentefue reconocido como el primero endesarrollar un uso práctico para lasondas electromagnéticas; porejemplo, en 1899 logró establecer lacomunicación entre Europa conti-nental e Inglaterra por medio de on-das radiales, e incluso en 1901 con-

siguió una transmisión transatlánticaentre Europa y América, hecho quedefinitivamente lo consagró comoel padre de la radio (de hecho, pa-ra 1902 ya se había establecido unservicio de radio-cables regular en-tre Europa y América). Como reco-nocimiento a estos descubrimientos,Marconi recibió el Premio Nobel defísica en 1909.

A pesar del gran avance que re-presentó para la época el desarro-llo de la telegrafía sin hilos, aún que-daban diversos aspectos que resol-ver para que pudiera desarrollarseun sistema de radiotransmisión mo-derno, capaz de transmitir no sólopulsos en código Morse, sino tam-bién sonidos, voces, música, etc. Tu-vo que desarrollarse una rama de lafísica para que la radio comercialfuera una realidad: la electrónica.

LAS V LVULAS DE VACŒO

El primer antecedente de un dis-positivo electrónico lo encontramosen los laboratorios de Thomas AlvaEdison, cuyos experimentos lo lleva-ron a desarrollar la lámpara incan-descente; descubrió que si un alam-


100

Fig. 4

Fig. 7

Fig. 5.a

Fig. 5.b

Fig. 6

bre al que se le había aplicado unpotencial positivo era colocadodentro de la ampolla de vidrio al va-cío, se establecía un flujo de elec-trones entre el propio filamento in-candescente y el alambre; pero es-ta corriente sólo aparecía con di-cha polaridad, ya que al invertir lacarga eléctrica del alambre no seproducía el flujo (figura 8).Este fen meno, conocido y pa-

tentado como efecto Edison , inspi-

r al ingeniero el ctrico ingl s John

Ambrose Fleming a desarrollar la pri-

mera v lvula electr nica del mundo:

el diodo (figura 9). Lafunción principal deeste dispositivo consis-tía en rectificar corrien-tes alternas, y de inme-diato encontró unaaplicación práctica enla radio; se le empezóa utilizar como detec-tor, rectificador y limita-dor de señal, lo que asu vez permitió cons-truir receptores de ra-dio más precisos y sen-sibles.

Sin embargo, la co-municación radial enforma no fue posible si-no hasta la apariciónen 1906 de otro disposi-

tivo electrónico, fruto delas investigaciones delinventor norteamerica-no Lee DeForest: la vál-vula tríodo (figura 10),que añadía una tercerarejilla de control a la vál-vula diodo. Con estasencilla adición, el dis-positivo funcionaba co-mo amplificador o co-mo oscilador (depen-diendo de su conexiónexterna).

La inclusión de laválvula tríodo en los re-ceptores de radio per-mitió captar incluso se-ñales muy débiles, au-mentando de forma sig-nificativa el alcance delas emisiones radiales;además, su utilizacióncomo oscilador permitióel surgimiento de la he-terodinación, técnica

fundamental para el desarrollo dela radio comercial (pues permitió ladivisión y aprovechamiento del es-pectro electromagnético).

Con todo lo anterior, para la dé-cada de los 20’s ya se contaba endiversas partes del mundo con unagran cantidad de estaciones de ra-dio; tanto aumentó el número dereceptores, que pronto la radio seconvirtió en uno de los principalesmedios de comunicación a distan-cia, sitio del que fue desplazada, amediados de los 50’s, por la televi-sión.

PRINCIPIO B SICO DE OPERACI N

DE UN RECEPTOR DE RADIO

Antes de explicar cómo funcio-na un receptor de radio, tenemosque hablar de la primera forma demodulación: la modulaci n en am-plitud o AM.

Como se mencionó anterior-mente, el primer transmisor utilizadopor Marconi utilizaba una cámarade chispas como medio de genera-ción de ondas electromagnéticas.Pero este procedimiento tenía ungran defecto: supongamos que dospersonas accionan una cámara dechispas al mismo tiempo en distintaslocalidades, y que un receptor re-moto trata de recibir las señales ge-neradas por uno de ellas (figura 11).Debido a que prácticamente se tie-ne tan sólo un impulso de energíasin ninguna regla ni limitación, las se-

Capítulo 7

101

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

Fig. 11

ñales de ambas emisoras llegarán almismo tiempo hasta el receptor;mas éste no tiene forma de determi-nar cuáles pulsos corresponden a laestación que desea escuchar ycuáles provienen de la otra.

Obviamente, para la efectivautilización de la radio, es necesarioasignar canales exclusivos para eluso de las estaciones emisoras; así elreceptor podría elegir entre ellas,solamente sintonizando el canaladecuado.

Este problema fue solucionadopor el ingeniero norteamericano Ed-win H. Armstrong, quien desarroll lamodulaci n en amplitud; también aél debemos el descubrimiento de lamodulación en frecuencia. En tér-minos generales, la modulación en

amplitud consisteen montar sobreuna señal de fre-cuencia superior laseñal de audio quese va a transmitir (fi-gura 12); y como esposible asignar fre-cuencias de porta-dora distintas a ca-da una de las esta-ciones radiales quelo soliciten, puedehaber varias de és-tas en una comuni-dad sin que se in-

terfieran una con otra.La señal modulada en amplitud,

se envía al aire a través de una an-tena y llega al receptor. Para recibirúnicamente esta señal, se sintonizapor medio de un oscilador interno,se le hace pasar por un filtro pasa-banda, se rectifica (se elimina laporción superior o inferior de la se-ñal) y se pasa por un filtro detector;éste recupera la señal de audio ori-ginal, la envía hacia el amplificadory finalmente hasta el parlante (figu-ra 13).

LAS PRIMERAS TRANSMISIONES

Oficialmente, la primera esta-ción en forma que inició transmisio-

nes en el mundo fue la KDKA dePittsburgh; comenzó sus operacio-nes en 1920, cubriendo en ese añola elección presidencial de EstadosUnidos.

A partir de ese momento, la ra-dio se extendió rápidamente por to-da América y Europa, convirtiéndo-se en uno de los entretenimientosprincipales de un buen porcentajede la población mundial, y en la for-ma más rápida y confiable de ente-rarse de los últimos acontecimien-tos. (Una anécdota muy famosaocurrió con la transmisión de la ver-sión radiofónica de “La guerra delos mundos”, de H. G. Wells; fue lle-vada a cabo en el “Teatro Mercuriodel Aire” por Orson Wells el 30 de oc-tubre de 1938, provocando escenasde pánico masivo entre los radioes-cuchas -que tomaron como verídi-ca la invasión marciana.)

De hecho, incluso en nuestraépoca aparentemente dominadapor la televisión, la radio sigue sien-do uno de los espacios de discusióny análisis más empleados en el mun-do; y todo esto es el resultado de lasinvestigaciones realizadas a finalesdel siglo pasado y principios del pre-sente, por científicos de muy diver-sas nacionalidades que trabajabancon un fin común: transmitir informa-ción a distancia, utilizando las on-das electromagnéticas.


102

Fig. 12

Fig. 13

LA EVOLUCI N DE LAS COMUNICACIO-

NES

POR ONDAS RADIALES

Ya en el número anterior habla-mos de los pasos que se dieron en laevolución de la radio; desde elplanteamiento teórico de las ondaselectromagnéticas por parte deMaxwell, su descubrimiento físicopor parte de Hertz y su aprovecha-miento práctico por parte de Mar-coni, hasta la aparición de las pri-meras estaciones de radio comer-ciales. En esta ocasión veremos muybrevemente la forma en que haavanzado la comunicación por me-dio de ondas electromagnéticas,desde principios de siglo hasta nues-tros días.

EL DESARROLLO DE LA RADIO COMER-

CIAL

Como ya mencionamos en elapartado anterior, la primera esta-ción de radio comercial que se ins-tauró en el mundo fue la KDKA dePittsburgh, en Estados Unidos. Peroesto no hubiera tenido caso, de nohaberse desarrollado un métodosencillo y económico para captarlas ondas radiales; a la postre, estopermitiría a la radio ganar un sitiopreponderante en todos los hoga-res del mundo. Este método fue des-cubierto por Greenleaf Whittier Pic-kard, quien en 1912 investigó laspropiedades de ciertos cristales pa-ra detectar las ondas hertzianas (locual dio origen a las famosas radiosde cristal, tan populares en los años20’s). Todo ello, aunado a la recien-te aparición de los receptores su-per-heterodinos y el aprovecha-miento de las válvulas de vacío co-mo rectificadores, detectores, am-plificadores y osciladores, permitióque los años 20’s y 30’s se convirtie-ran en la época de oro de la radioen todo el mundo.

Aun así, las primeras estacionesemisoras enfrentaron un grave pro-blema: prácticamente nadie teníauna idea clara de cómo se podíaexplotar de forma eficiente estenuevo medio de comunicación; sedieron casos en que los propietariosy directores de las recién nacidasestaciones, salían hasta las puertas

de éstas para invitar al público engeneral a recitar, cantar, contarchistes o realizar cualquier otra cosaque les permitiera llenar los minutosal aire de que disponían.

A decir verdad, casi todas las es-taciones de radio estaban patroci-nadas por una sola compañía; enconsecuencia, los “comerciales”transmitidos al aire tan sólo promo-cionaban a la empresa dueña de laestación (compañías como Wes-tinghouse y General Electric pusie-ron estaciones a todo lo largo y an-cho de Estados Unidos, con la ideade promocionar sus receptores deradio entre la población). Fue hastamediados de la década del 20,cuando el concepto de una pro-gramación radiofónica se extendióentre los dueños de estacionestransmisoras; se comenzaron enton-ces a explotar géneros tan clásicoscomo la radionovela, los noticieros,los programas de opinión, la músicavariada, etc. (géneros que básica-mente permanecen sin cambioshasta nuestros días).

MODULACI N EN FM Y

TRANSMISI N EN EST REO

Ahora bien, las transmisiones enamplitud modulada (AM) fuerondurante mucho tiempo el pilar so-bre el que descansó la radio comer-cial; y es que tanto los transmisorescomo los receptores, eran muy eco-nómicos. Pero la calidad del audioobtenido a través de una transmi-sión AM convencional, generalmen-te resultaba demasiado pobre y fá-cilmente era interferida por fenó-menos atmosféricos (tales como tor-mentas eléctricas) o por la apari-ción de las recién instaladas líneasde alta tensión que llevaban el su-

ministro eléctrico a distintas partesdel país; esto sin mencionar los mo-tores eléctricos y otros dispositivosgeneradores de gran cantidad deruido electromagnético, que tam-bién afectaban en forma conside-rable la recepción de las ondas deradio (figura 14).

El problema no podía resolversesimplemente mejorando la calidadde los receptores, ya que el con-cepto mismo de modulación en AMresulta excesivamente susceptible ala interferencia externa. Si recorda-mos la forma en que es transmitidauna señal en AM, veremos que elaudio que se desea enviar se mon-ta sobre una frecuencia portadora,de modo que ambas viajen juntaspor el aire hasta ser captadas por elreceptor; pero como la informaciónútil está contenida en la amplitudde la portadora, cualquier fenóme-no que afecte a dicha magnitudtambién afecta a la informacióntransportada. Por ejemplo, si en lascercanías de un receptor de AM seponía a funcionar un motor eléctri-co, las corrientes internas podíangenerar suficiente ruido electro-magnético, el cual, al mezclarsecon la señal de AM original, daríapor resultado un audio lleno de rui-do y en ocasiones completamenteopacado por la interferencia. Co-mo ya se dijo, tal fenómeno no tie-ne nada que ver con la calidad delos receptores; incluso en nuestrosdías, seguimos escuchando lastransmisiones de AM con constantesinterferencias externas.

Para eliminar en la medida de loposible el ruido inducido por fuentesexternas en la recepción de radio,se tenía que desarrollar un métodoalternativo para la transmisión de in-formación y que no dependieratanto de la amplitud de la portado-

Capítulo 7

103

Fig. 14

ra (la cual fácilmente se veía afec-tada por fenómenos que le son aje-nos). Este se hizo realidad en 1936,cuando el investigador norteameri-cano Edwin H. Armstrong (el mismoque había descubierto la modula-ción en amplitud) planteó todo elproceso de generación, transmi-sión, recepción y detección de on-das sonoras utilizando un nuevo yrevolucionario método: montar laseñal que se deseaba transmitir, noen la amplitud sino en la frecuenciade la portadora; esto es, la canti-dad de ciclos por segundo de la se-ñal portadora variaría de forma pro-porcional a la amplitud de la señalque se deseara transmitir (figura 15).

Pronto se descubrió que esta for-ma de transmisión era práctica-mente inmune a los fenómenos me-teorológicos y ruido externo -que encambio fácilmente afectaban a lasseñales de AM; así se conseguíauna mayor calidad de audio y unarelación señal-ruido mucho másadecuada que con la modulaciónen amplitud. Hasta nuestros días lasestaciones de FM tienen un sonidomás agradable que las típicas seña-les de AM.

Este fenómeno se acentuó conla aparición de las transmisiones enFM estéreo, las cuales aprovechanla alta frecuencia de la banda asig-nada a FM y el ancho de bandaconsiderablemente mayor que se lepermite utilizar a una estación deFM, comparado con una de AM(simplemente revise el cuadrantede la radio, y se percatará que ca-da pocos kilohertz encontramosuna estación de AM; en cambio, lasestaciones de FM están separadaspor 0.8MHz -es decir, una separa-ción de 800kHz entre señales, lo queda un amplio margen de manio-bra).

El concepto detrás de la transmi-sión de señales de audio en estéreoa través de ondas radiales, es suma-mente ingenioso. Como sabemos,cuando se modula una señal mon-tándola sobre una cierta frecuenciaportadora, alrededor de esta últimaaparecen unos lóbulos donde estácontenida precisamente la informa-ción que se va a transmitir; sin em-bargo, si se tiene un amplio rangode maniobra, es posible introducir

señales adicionalesal audio principal,de modo que sirvanpara distintos pro-pósitos. En el casoconcreto de la mo-dulación FM esté-reo, los investigado-res dividieron labanda asignada alos lóbulos lateralesde la siguiente ma-nera (figura 16A):

• En primer lugar,para colocar la se-ñal original que se quiere transmitir,mezclaron las señales correspon-dientes a los canales derecho e iz-quierdo (señal L + R).

• Inmediatamente después, ysólo en caso de que la estación es-té transmitiendo en estéreo, se en-vía una señal “piloto” que sirve paraindicar al receptor que es necesarioprocesar la señal para que se pue-dan recuperar ambos componen-tes de la señal estereofónica.

• A continuación se envía otrabanda de audio, resultante ahorade restar las señales de canal dere-cho e izquierdo (señal L - R). En unreceptor FM monoaural, esta ban-da no es aprovechada, pero enuno estereofónico, dicha banda secombina con la primera para obte-ner finalmente las señales de canalL y de canal R; de esta forma se ob-tiene una señal estéreo de unatransmisión radial. Aun cuando esteprocedimiento tam-bién puede realizarsecon la modulaciónen amplitud, la bajacalidad del audio ob-tenido de la señal AMha desalentado cual-quier esfuerzo por po-pularizar la transmi-sión AM estéreo.

• Para conseguirla separación de ca-nales en el receptor,las señales L + R y L - Rpasan por un proce-so de suma y resta (fi-gura 16B), en dondede la suma de ambasse obtiene exclusiva-mente la señal L, y de

la resta se obtiene la señal R. Cadauna de éstas puede entonces ca-nalizarse hacia una bocina inde-pendiente, para disfrutar así de unaseñal de audio estereofónica prác-ticamente libre de interferencias.

Sin duda alguna, estas son lasdos bandas de radio más utilizadascomercialmente en el mundo; masno son las únicas. Existen tambiénbandas de onda corta, de radio-afi-cionados, de servicios de emergen-cia, etc.

Es más, puesto que en la actua-lidad estamos llegando al límite desaturación del espectro electro-magnético, a los investigadores noles ha quedado otro recurso quecomenzar a explotar frecuenciasmuy altas que hace pocos años seconsideraban inalcanzables. Y todoesto, gracias al avance de la tecno-logía electrónica y de comunica-


104

Fig. 15

Fig. 16

ciones.LOS FET S

Los transistores de efecto decampo son dispositivos electrónicoscon tres terminales que controlan,mediante la aplicación de tensiónen uno ellos, el paso de la corrienteeléctrica que los atraviesa; por esose dice que “la corriente” es contro-lada por un efecto electrostáticollamado efecto de campo .

Es común encontrar a los FET’scomo elementos activos en circui-tos osciladores, amplificadores y decontrol. Debido a que el control deestos dispositivos se hace con ten-siones y no con corrientes eléctricas,el consumo de éstas se minimiza. Es-ta característica es la que los haceespecialmente atractivos para utili-zarse como componentes básicosde construcción de sistemas cuyosconsumos de energía son críticos;por ejemplo, en computadoras por-tátiles, en walkmans o teléfonos ce-lulares, por mencionar sólo algunos.

EL JFET

Un FET de unión cuenta con unasección de semiconductor tipo N,un extremo inferior denominado˙fuente¨ y uno superior llamadodrenaje o drenador¨; ambos son

análogos al emisor y colector de untransistor bipolar.

Para producir un JFET, se difun-den dos áreas de semiconductor ti-po P en el semiconductor tipo N delFET. Cada una de estas zonas P sedenomina ˙ compuerta o puerta¨ yes equivalente a la base de un tran-sistor bipolar (figura 1).

Cuando se conecta una termi-nal y así se separa cada puerta, eltransistor se llama “JFET de doblecompuerta”. Estos dispositivos dedoble puerta se utilizan principal-

mente en mezcladores (tipoMPF4856), que son circuitos espe-ciales empleados en equipos decomunicación.

La mayoría de los JFET tienen susdos puertas conectadas interna-mente para formar una sola termi-nal de conexión externa; puestoque las dos puertas poseen el mis-mo potencial, el dispositivo actúacomo si tuviera sólo una.

Debido a que existe una grananalogía entre un dispositivo JFET yun transistor bipolar, muchas fórmu-las que describen el comportamien-to de aquél son adaptaciones delas denominaciones utilizadas en es-te último (tabla 1).

Efecto de campo

El efecto de campo es un fenó-meno que se puede observar cuan-do a cada zona del semiconductortipo P la rodea una capa de deple-xión (figura 2); la combinación entrelos huecos y los electrones crea lascapas de deplexión.

Cuando los electrones fluyen dela fuente al drenador, deben pasarpor el estrecho canal situado entrela zona semiconductora; la tensiónde la puerta controla el ancho delcanal y la corriente que fluye de lafuente al drenador. Cuanto más ne-gativa sea la tensión, más estrechoserá el canal y menor será la co-rriente del drenador. Casi todos loselectrones libres que pasan a travésdel canal fluyen hacia el drenador;en consecuencia, ID = IS.

Si se considera que se encuentrapolarizada en forma inversa la puer-ta de un JFET, éste actuará como undispositivo controlado por tensión yno como un dispositivo controladopor corriente. En un JFET, la magni-tud de entrada que se controla esla tensión puerta-fuente VGS (figura

3). Los cambios en VGS determinan

cuánta corriente puede circular dela fuente al drenador; esta es la prin-cipal diferencia con el transistor bi-polar, el cual controla la magnitudde la corriente de base (IB).

EL MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO

El FET de semiconductor óxido-metal o MOSFET, está integrado poruna fuente, una puerta y un drena-dor. La característica principal quelo distingue de un JFET, es que supuerta se encuentra aislada eléctri-camente del canal; por esta causa,la corriente de puerta es extrema-damente pequeña en ambas pola-ridades.

Capítulo 7

105

Fig. 1

Transistores de Efecto de Campo

Transistor bipolar Denominación Dispositivo JFET DenominaciónEmisor E Fuente S

Base B Puerta G

Colector C Drenador D

Fig. 2

Un MOSFET de empobrecimientode canal N, también denominadoMOSFET de deplexión, se compone

de un material N con unazona P a la derecha y unapuerta aislada a la izquier-da (figura 4). A través delmaterial N, los electroneslibres pueden circular des-de la fuente hasta el dre-nador; es decir, atraviesanel estrecho canal entra lapuerta y la zona P (esta úl-tima, denominada “sustra-to” o “cuerpo”).

Una delgada capa dedióxido de silicio (SiO2) se

deposita en el lado iz-quierdo del canal. El dióxi-do de silicio aísla la puertadel canal, permitiendo asíla circulación de una co-rriente de puerta mínimaaun y cuando la tensiónde puerta sea positiva.

En el MOSFET de em-pobrecimiento con ten-sión de puerta negativa,la tensión de alimentaciónVDD obliga a los electro-

nes libres a circular de lafuente al drenador; fluyenpor el canal estrecho a laizquierda del sustrato P (fi-gura 5). Como sucede enel JFET, la tensión de puer-ta controla el ancho delcanal.

La capacidad parausar una tensión de com-puerta positiva, es lo queestablece una diferenciaentre un MOSFET de em-pobrecimiento y un JFET.Al estar la puerta de unMOSFET aislada eléctrica-mente del canal, pode-mos aplicarle una tensiónpositiva para incrementarel número de electrones li-bres que viajan por dichoconducto; mientras máspositiva sea la puerta, ma-yor será la corriente quevaya de la fuente al dre-nador.

MOSFET DE

ENRIQUECIMIENTO

Aunque el MOSFET de empobre-cimiento es muy útil en situaciones

especiales (circuitos de carga debatería o control de encendido decamas fluorescentes), no tiene unuso muy extenso; pero sí desempe-ña un papel muy importante en laevolución hacia el MOSFET de enri-quecimiento (tambi n llamado MOS-FET de acumulaci n), que es un dis-positivo que ha revolucionado la in-dustria de la electrónica digital y delas comjputadoras. Sin él no existi-rían computadoras personales, queen la actualidad tienen un uso muyamplio.

En el MOSFET de enriquecimien-to de canal N, el sustrato o cuerpose extiende a lo ancho hasta el dió-xido de silicio; como puede obser-var en la figura 6A, ya no existe unazona N entre la fuente y el drenador.

En la figura 6B se muestra la ten-sión de polarización normal. Cuan-do la tensión de la puerta es nula, laalimentación VDD intenta que los

electrones libres fluyan de la fuenteal drenador; pero el sustrato P sólotiene unos cuantos electrones libresproducidos térmicamente. Apartede estos portadores minoritarios yde alguna fuga superficial, la co-rriente entre la fuente y el drenadores nula.

Por tal motivo, el MOSFET de en-riquecimiento está normalmente encorte cuando la tensión de la puer-ta es cero. Este dato es completa-mente diferente en los dispositivosde empobrecimiento, como es elcaso del JFET y del MOSFET de em-pobrecimiento.

Cuando la puerta es lo suficien-temente positiva, atrae a la región Pelectrones libres que se recombinancon los huecos cercanos al dióxidode silicio. Al ocurrir esto, todos loshuecos próximos al dióxido de siliciodesaparecen y los electrones libresempiezan a circular de la fuente aldrenador.

El efecto es idéntico cuando secrea una capa delgada de mate-rial tipo N próxima al dióxido de sili-cio.

Esta capa conductora se deno-mina «capa de inversión tipo N».Cuando el dispositivo se encuentraen estado de corte y de repenteentra en conducción, los electroneslibres pueden circular fácilmente dela fuente al drenador.


106

Fig. 5

Fig. 3

Fig. 4

La VGS mínima que crea la ca-

pa de inversión tipo N se llama ten-si n umbral (VGS-Th ). Cuando

VGS es menor que VGS-Th, la co-

rriente del drenador es nula; perocuando VGS es mayor que VGS-Th,una capa de inversión tipo N co-necta la fuente al drenador y la co-rriente del drenador es grande. De-pendiendo del dispositivo en parti-cular que se use, VGS-Th puede va-

riar desde menos de 1 hasta más de5 volt.

Los JFET y los MOSFET de empo-brecimiento están clasificados co-mo tales porque su conductividaddepende de la acción de las capasde deplexión. El MOSFET de enrique-cimiento está clasificado como undispositivo de enriquecimiento por-que su conductividad depende dela acción de la capa de inversiónde tipo N. Los dispositivos de empo-brecimiento conducen normalmen-te cuando la tensión de puerta escero, mientras que los dispositivosde enriquecimiento están normal-mente en corte cuando la tensiónde la misma es también cero.

PROTECCI N DE LOS FET S

Como mencionamos anterior-mente, los MOSFET contienen unadelgada capa de dióxido de silicioque es un aislante que impide la co-rriente de puerta para tensiones depuerta tanto positivas como negati-vas. Esta capa de aislamiento se de-be mantener lo más delgada posi-ble, para proporcionar a la puertamayor control sobre la corriente dedrenador. Debido a que la capa de

aislamiento es tan delgada, fácil-mente se puede destruir con unatensión compuerta-fuente excesiva;por ejemplo, un 2N3796 tiene unaVGS MAX de ± 30 volts. Si la tensión

puerta-fuente es más positiva de +30 volts o más negativa de -30 volts,la delgada capa de aislamiento se-rá destruida.

Otra manera en que se destruyela delgada capa de aislamiento, escuando se retira o se inserta unMOSFET en un circuito mientras laalimentación está conectada; lastensiones transitorias causadas porefectos inductivos y otras causas,pueden exceder la limitación deVGS MAX. De esta manera se des-

truirá el MOSFET incluso al tocarlocon las manos, ya que se puede de-positar suficiente carga estáticaque exceda a la VGS MAX. Esta es

la razón por la que los MOSFET fre-cuentemente se empaquetan conun anillo metálico alrededor de losterminales de alimentación.

Muchos MOSFET están protegi-dos con diodos zener internos enparalelo con la puerta y la fuente.La tensión zener es menor que laVGS MAX; en consecuencia, el dio-

do zener entra en la zona de ruptu-ra antes de que se produzca cual-quier daño a la capa de aislamien-to. La desventaja de los diodos ze-ner internos es que reducen la altaresistencia de entrada de los MOS-FET.

Advertimos que los dispositivosMOSFET son delicados y se destru-yen fácilmente; hay que manejarloscuidadosamente. Asimismo, nuncase les debe conectar o desconec-tar mientras la alimentación esté

conectada. Y an-tes de sujetarcualquier disposi-tivo MOSFET, esnecesario conec-tar nuestro cuer-po al chasis delequipo con elque se está tra-bajando; así po-drá eliminarse lacarga electrostá-tica acumuladaen nosotros, a finde evitar posiblesdaños al dispositi-

vo.

FUNCIONAMIENTO DEL

TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO

Los transistores de efecto decampo (T.E.C o F.E.T), representanuna importante categoría de semi-conductores, que combinan lasventajas de las válvulas de vacío(precursoras en el campo de laelectrónica) con el pequeño tama-ño de los transistores. Poseen unaserie de ventajas con respecto a lostransistores bipolares, las cuales sepueden resumir de la siguiente ma-nera:

- Rigidez mecánica.- Bajo consumo.- Amplificación con muy bajo ni-

vel de distorsión, aun para señalesde RF.

- Bajo ruido.- Fácil de fabricar, ocupa menor

espacio en forma integrada.- Muy alta resistencia de entra-

da (del orden de los 1012 a 1015 ohm).

En cuanto a las desventajas, lostransistores de efecto de campoposeen un pequeño producto ga-nancia-ancho de banda y su costocomparativo con los bipolares equi-valentes es alto. Son muchas las cla-ses de transistores de efecto decampo existentes y se los puedeclasificar según su construcción, entransistores FET de juntura (TEC-J o J-FET) y transistores FET de compuertaaislada (IG-FET). A su vez, los FET decompuerta aislada pueden ser: a)de vaciamiento o estrechamientode canal (lo que genera un canal

Capítulo 7

107

Fig. 6

permanente) y b) de refuerzo o en-sanchamiento de canal (lo que pro-duce un canal inducido).

Los símbolos más utilizados pararepresentar los transistores reciénpresentados aparecen en la figura7.

En los transistores de efecto decampo, el flujo de corriente se con-trola mediante la variación de uncampo eléctrico que queda esta-blecido al aplicar una tensión entreun electrodo de control llamadocompuerta y otro terminal llamadofuente, tal como se muestra en la fi-gura 8.

Analizando la figura, se deduceque es un elemento "unipolar", yaque en él existe un sólo tipo de por-tadores: huecos para canal P yelectrones para canal N, siendo elcanal, la zona comprendida entrelos terminales de compuerta y queda origen al terminal denominado"drenaje". La aplicación de un po-tencial inverso da origen a un cam-po eléctrico asociado que, a su vez,determina la conductividad de laregión y en consecuencia el anchoefectivo del canal, que irá decre-ciendo progresivamente a medidaque aumenta dicha polarizaciónaplicada, tal como puede deducir-se del diagrama de cargas dibuja-do en la misma figura 8.

De esta manera, la corrienteque circulará desde la fuente haciael drenaje, dependerá de la polari-zación inversa aplicada entre lacompuerta y la fuente.

Se pueden levantar curvas ca-racterísticas que expresen la co-rriente circulante en función de latensión entre drenaje y fuente, parauna determinada tensión de polari-zación inversa entre la compuerta yla fuente. Para un transistor J-FET decanal N las características de trans-ferencia y salida son las que se ob-servan en la figura 9.

Del análisis de dichas curvas sur-ge que:

IDSS

ID = _________. (VGS - Vp)2

Vp2

donde:IDSS = Máxima Corriente Estática

de DrenajeVp = Tensión de BloqueoLa expresión dada es válida pa-

ra:

VDS ≥ Vp - VGS

Condición conocida como "decanal saturado".

DETERMINACI N DEL PUNTO

DE TRABAJO EST TICO DEL FET

Para saber cómo se determina

el punto de trabajo estático deltransistor (punto Q), nos valemos delcircuito graficado en la figura 10.

Para dicho circuito, suponemosque los diferentes elementos que lointegran, tienen los siguientes valo-res:

VDD = 12 VRD = 1kΩ

VGG = 2VIDSS = 10mAVp = - 4V

Del circuito propuesto, recorrien-do la malla de entrada, se deduceque:

VGS + VGG = 0

luego:


108

Fig. 7 Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

VGS = -VGG = -2 V

En condiciones de reposo, la co-rriente de drenaje se calcula:

IDSSIDq = _________ . (VGS - Vp)2

Vp2

reemplazando valores:

10mAIDq = _________ . [(-2V) - (-4V)]2

4V2

IDq = 2,5mA

Para continuar con el cálculo re-corremos la malla de salida, la cualpara simplificar se representa en lafigura 11. De ella resulta:

VDSQ = VDD - IDQ .RD

Reemplazando valores:VDSQ = 12 V - 2,5 mA . 1kΩ = VDSQ = 9,5 V

Para saber si el cálculoes correcto, verificamos lacondición de "canal satura-do", es decir, veremos si eltransistor opera dentro de lacaracterística plana de lascurvas de salida. Para ello, debecumplirse que:

VDS ≥ Vp - VGS

reemplazando valores:

9,5 V ≥ 4 V - 2 V

por lo tanto:

9,5 V ≥ 2V

Lo cual es correcto.

Gráficamente, trazamos la rectade carga estática (R.C.E.) sobre lascaracterísticas de salida y verifica-mos el punto de reposo “Q”, lo cualse verifica en la figura 12.

Un punto de la curva será:

VDS = 0 ; ID = VDD/RDReemplazando valores:

VDS= 0V ; ID =

VDS=12V/1000Ω = 12mA

El otro punto de la recta se cal-cula:

VDS = VDD ; ID = 0

Reemplazando valores:

VDS = 12V ; ID = 0mA

Trazada la recta estática de car-ga, se comprueba que al cortar la

Capítulo 7

109

Fig. 11 Fig. 12

Intercomunicador por la Red Eléctrica

misma a la curva de salida paraVGS = -2V, se obtiene IDq = 2,5mA yVDSq = 9,5V.

En principio, podemos de-cir que este circuito es un“timbre portátil”, porque

al ser colocado en una habi-tación, puede ser trasladadoa otro ámbito según los reque-rimientos que se deseen cum-plir, sin tener que instalar ca-bles para su conexión. Laventaja del circuito es que espojsible hacer varios recepto-res que funcionen con un“único” transmisor, o variostransistores que funcionen conun único receptor. Además, sepueden construir dos transmi-sores y dos receptores paraque el sistema funcione comointercomunicador. El dispositi-vo básico entonces, puede

ser considerado como un tim-bre que no precisa cables pa-ra su instalación y está consti-tuido por un pequeño transmi-sor y un simple receptor quefuncionan en una frecuenciade 100kHz.

La señal que genera eltransmisor se conduce haciael receptor a través de los ca-bles de la instalación eléctricade su casa y funciona con labase de la transmisión de se-ñales por medio de una porta-dora que puede ser recepcio-nada por diferentes equiposinstalados en varios puntos dela red. Es por ello, que el circui-to tiene sus limitaciones, en es-pecial se debe conectar el sis-tema de manera tal que lasmasas tanto del transmisor co-mo del receptor queden so-

bre un mismo conductor de lared, de tal manera que co-nectando la ficha sobre el to-ma, simple y llanamente nova a funcionar, por lo cual sedeberá invertir la ficha. Dichode otra manera: si al enchufarel aparato nada capta, la so-lución es invertirlo.

EL CIRCUITO TRANSMISOR

El sistema está formado porun transmisor y un receptor.

El esquema eléctrico deltransmisor se muestra en la fi-gura 1. Está constituido portres transistores y un circuitode alimentación, que no pre-cisa transformador reductor.

En serie con la ficha de co-nexión a la red se conecta el

pulsador P1, de tal maneraque en el momento de accio-narlo, sonará la chicharra delreceptor. El funcionamiento essencillo, al accionar estebotón se aplicará la ten-sión de red al capacitorC5, cuya carga limita latensión que será aplica-da al transmisor. La ten-sión alterna de alimenta-ción es rectificada por losdos diodos DS-3 y DS-4 yse filtra por el capacitorC3.

El diodo zéner DZ1, enparalelo con C3, estabili-za la tensión de alimenta-ción a un valor de 30V. Eltransmisor consiste en unoscilador formado porQ1 y sus componentes asocia-dos, como la bobina JAF1, unaimpedancia de audiofrecuen-

cia de 1mH y dos capacitoresde 4,7nF (C1-C2).

Este circuito genera una fre-cuencia de alrededor de

100kHz, según los valores mos-trados. R2 cumple la funciónde conectar el oscilador con

la masa del sistema.La señal de 100kHz genera-

da por Q1, llegará a las basesde los transistores Q2 y Q3 que

están conectados enpush-pull, y que constitu-yen la etapa amplifica-dora final de potencia.

Los emisores de Q2 yQ3 tienen una señal de100kHz con una amplituddel orden de los 25V picoa pico y por medio de laresistencia R3 y el capa-citor C4, se inserta al ca-ble de la red eléctrica de220V, es decir, que cual-quier receptor conecta-do en la misma instala-ción la puede captar. Elcircuito consume corrien-

te sólo al pulsar el botón P1 ysu valor no llega a los 10mA.Cabe destacar que, si se de-sea transmitir una señal de au-dio, como por ejemplo la vozhumana, en lugar del oscila-dor habrá que conectar unpequeño transmisor de AM delos muchos publicados en Sa-ber Electrónica (Saber Nº 5, Sa-ber Nº 28, etc.), esto reduce sutensión de alimentación pormedio de un regulador zéner yconectará la salida a las basesde Q2 y Q3. Si desea utilizar elaparato sólo como timbre sincable, puede armar el transmi-sor de la figura 1 en una placade circuito impreso como lamostrada en la figura 2.

EL CIRCUITO RECEPTOR


110

Fig. 1

Fig. 2

CIRCUITO

ARMADO DEL

TRANSMISOR

En la figura 3 vemos el es-quema eléctrico del receptor,en el mismo se usan dos transis-tores y un integrado CMOS ti-po CD4528.

El circuito se conecta a untoma cualquiera de la corrien-te eléctrica y posee una eta-pa de alimentación formadapor el capacitor C1, la resis-tencia R2 y los dos diodos rec-tificadores DS1-DS2. El capaci-tor electrolítico de filtro C3 y eldiodo zéner DZ1 estabilizan latensión de alimentación en15V.

C2 cumple la función de“captar” la señal de 100kHzgenerada por el transmisor yconducirla hacia la bobina L1.El arrollamiento de L1 está he-cho sobre un núcleo toroidalcomún que tiene un segundoarrollamiento (L2), de forma talque la señal que está en L1pasará inductivamente a L2. Elarrollamiento secundario harásintonía con la frecuencia de100kHz por medio del capaci-tor C5 de 2,2nF.

La función de Q1 es la deamplificar la señal débil queestá en la bobina L2, para apli-carla a la entrada del circuitointegrado por medio de su pa-ta 10. Este integrado CMOS seutiliza para dividir por 20 la se-ñal de 100kHz, por lo tanto ensu salida (pata 3), se verá unafrecuencia audible, que sepuede emplear en la chicha-

rra piezoeléctrica marcada enel esquema eléctrico comoCP1. El transistor Q2 cumple lafunción “squelch”, que quieredecir, que desecha todas lasinterferencias espúreas que es-tán en la línea de red y blo-quea el funcionamiento del in-tegrado divisor que no están

en la línea de los100kHz emitidospor el transistor.

Si va a utilizar elsistema como in-tercomunicadorde voz deberácambiar este es-quema: conecta-rá en paralelocon C6 un recep-tor de AM sintoni-zado a la frecuen-cia del transmisor.Para ello, deberálevantar R4 y de-sechar Q1, IC1,Q2 y todos sus

componentes asociados.Si va a utilizar el sistema co-

mo timbre sin cables, puedearmar el receptor de la figura3 en un circuito impreso comoel mostrado en la figura 4.

Al montar el circuito trans-misor de la figura 1 debe to-mar en cuenta que Q1 y Q2

Capítulo 7

111

Fig. 3

Fig. 4

son dos NPN clase BC237, yque Q3 es un tipo BC328.

Con un osciloscopio, sepuede verificar si entre los dosemisores de Q2 y Q3 y la masa,está la señal presente de ondacuadrada de unos 25V pico apico, de 100kHz.

ATENCION:

Los componentesestán conectados a latensión de red de 220Ven forma directa, demodo que no hay quetocarlos para que nosufra una fuerte des-carga eléctrica.

Para armar el re-ceptor, lo primero quehay que efectuar es elarrollamiento alrededor delnúcleo toroidal de las bobinasL1 y L2.

Para efectuar el arrolla-miento se usará cable recu-bierto de plástico, o alambreesmaltado de 1 mm de diá-metro. Para la bobina L1 sedarán 6 vueltas alrededor delnúcleo, para la L2, 16 vueltasalrededor del núcleo. Seaconseja montar IC1 en un zó-calo.

Para verificar el funciona-miento del timbre, se debe co-locar el transmisor en un toma-corriente y el receptor en otro,dentro de una misma habita-ción, luego se aprieta el botónde llamada, y se verifica la re-producción en el piezoeléctri-co del receptor.

Si no se escucha la chicha-rra, invierta la ficha sobre el to-ma y vuelva a repetir la expe-riencia. Si la masa del transmi-sor y la masa del receptor noestán en el mismo cable de lared eléctrica, el circuito no

funcionará, luego si se inviertela ficha (sólo la del receptor)pero el sistema igualmente nofunciona, quiere decir que hayalgún error.

Si se tiene un Generador deBF, para verificar el funciona-

miento del receptor, se puedeaplicar una señal de externade 100kHz de onda cuadradaen paralelo con la bobina L2.Hay que tomar en cuenta queen todo el circuito impreso cir-cula la corriente de red de220V, por lo tanto no se debentocar las pistas con los dedos,luego, girando la sintonía delgenerador llegará un momen-to en que se produzca el zum-bido del traductor piezoeléctri-co. Si el receptor funciona deesta forma, quiere decir que elerror está en el transmisor, porlo cual se deberá verificar sufuncionamiento.

LISTA DE MATERIALES

DEL TRANSMISOR

R1 = 100kΩ

R2 = 3k3R3 = 47Ω

R4 = 1kΩ

R5 = 10MΩ

C1, C2 =4,7nF – capacitores depoliéster

C3 = 100µF x 25V – cap.electrolítico C4 = 47nF x 400V – capacitor de

poliésterC5=330nF x 400V – capacitor de

poliésterD1 a D4 = diodo 1N4007 diodos rec-

tificadoresDZ1 = diodo zener de 30V x 1

wattJAF1 = impedancia de 1mHQ1 =NPN tipo BC237 o BC548Q2 =NPN tipo BC237 o BC548Q3 =PNP tipo BC328 o BC558S1 = pulsador normal abierto

LISTA DE MATERIALES

DEL RECEPTOR

R1 = 10MΩ

R2 = 1kΩ

R3 = 47Ω

R4 = 3k3R5 = 330kΩ

R6 = 10kΩ

R7 = 120kΩ

R8 = 100kΩ

R9 = 27kΩ

R10 = 22kΩ

C1, C6, C7, C8 = 0,1µF - capacitorescerámicos

C2 = 47nF – capacitor de poliésterC3 = 47µF x 25V – cap. electrolíticoC4 = 4,7nF – capacitor cerámicoC5 = 2,2nF – capacitor cerámicoD1, D2 = 1N4007 – diodos rectifi-

cadoresDZ1 = diodo zéner de 15V por 1WL1, L2 = ver textoQ1, Q2 = BC548 – transistores NPN

de uso generalIC1 = CD4520 – Circuito integrado

CMOS divisor por 10.Tr = Transductor piezoléctrico

Varios

Placas de circuito impreso,gabinetes para el montaje, cablesde conexión, fichas para 220V,estaño, etc. **********************


CIRCUITO

ARMADO DEL

RECEPTOR

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