Loe raamatut: «Montaje de componentes y periféricos microinformáticos. IFCT0108», lehekülg 3
11. Seguridad en el uso de herramientas y componentes eléctricos
Cuando se trabaja con herramientas eléctricas o se manipulan componentes eléctricos se debe tener en cuenta ciertas normas de seguridad, de modo que se protejan las herramientas y los componentes de daños y también a nosotros mismos y a las personas que nos rodean, evitando en la medida de lo posible todos los riesgos innecesarios.
A continuación se observan una serie de consideraciones básicas para nuestra seguridad y la de los demás al trabajar con herramientas eléctricas:
1 Nunca se deben coger las herramientas por el cable.
2 Nunca hay que desenchufar una herramienta tirando del cable.
3 Se tienen que desenchufar las herramientas cuando no se vayan a utilizar o cuando se le tengan que realizar operaciones de limpieza o mantenimiento.
4 Se deben de mantener los cables alejados del calor, del fuego o de filos o elementos cortantes.
5 Hay que tener las herramientas eléctricas siempre limpias y realizarles un mantenimiento periódico.
6 Las herramientas eléctricas se guardarán en un lugar seco cuando no se usen.
7 Nunca se usará una herramienta que se ha mojado, ni tampoco se utilizarán herramientas eléctricas en lugares húmedos o mojados a menos que sean adecuadas para ello.
8 Se usarán herramientas con aislamiento si se trabaja sobre elementos eléctricos.
9 Se utilizarán las prendas de protección adecuadas como guantes y calzado de seguridad, así como gafas cuando sea necesario.
10 Al utilizar herramientas eléctricas habrá que asegurarse de que los cables no suponen un riesgo de tropiezo para nadie.
12. Resumen
El fenómeno cuyo origen está en las cargas eléctricas, dando lugar a energía, se denomina electricidad.
Existen varias configuraciones básicas que se establecen a la hora de diseñar un circuito eléctrico, ya que se pueden conectar los receptores en serie o en paralelo. Dependiendo de si los receptores de un circuito se conectan de una u otra forma se tendrá que calcular las magnitudes de tensión, resistencia y corriente eléctrica de distinta manera.
Se observarán las distintas medidas de seguridad a la hora de trabajar con corriente eléctrica y para utilizar herramientas eléctricas.
Ejercicios de repaso y autoevaluación
1. La corriente eléctrica en un conductor es generada por el movimiento de…
1 …. los neutrones a través del conductor.
2 …. los electrones a través del conductor.
3 …. los protones a través del conductor.
2. Indique la unidad de medida y la letra que representa a la intensidad eléctrica.
1 La letra “I” y el amperio.
2 La letra “V” y el voltio.
3 La letra “R” y el ohmio.
4 La letra “P” y el vatio.
3. Indique la unidad de medida y la letra que representa a la potencia eléctrica.
1 La letra “I” y el amperio.
2 La letra “V” y el voltio.
3 La letra “R” y el ohmio.
4 La letra “P” y el vatio.
4. Indique la unidad de medida y la letra que representa a la diferencia de potencial o tensión eléctrica.
1 La letra “I” y el amperio.
2 La letra “V” y el voltio.
3 La letra “R” y el ohmio.
4 La letra “P” y el vatio.
5. Indique la unidad de medida y la letra que representa a la resistencia eléctrica.
1 La letra “I” y el amperio.
2 La letra “V” y el voltio.
3 La letra “R” y el ohmio.
4 La letra “P” y el vatio.
6. Indique el dispositivo así como la forma de conexión con el receptor de este para medir la intensidad eléctrica.
1 El voltímetro y se conecta en paralelo.
2 El óhmetro y se conecta en paralelo.
3 El amperímetro y se conecta en serie.
7. Indique el dispositivo así como la forma de conexión con el receptor de este para medir la tensión eléctrica.
1 El voltímetro y se conecta en paralelo.
2 El óhmetro y se conecta en paralelo.
3 El amperímetro y se conecta en serie.
8. Indique el dispositivo así como la forma de conexión con el receptor de este para medir la resistencia eléctrica.
1 El voltímetro y se conecta en paralelo.
2 El óhmetro y se conecta en paralelo.
3 El amperímetro y se conecta en serie.
9. Si conocemos la intensidad de la corriente que pasa por una resistencia así como su resistividad, ¿cómo aplicamos la ley de ohm para calcular la tensión que pasa por ella?
1 V = I x R.
2 V = I/R.
3 V = R/I.
10. En un circuito con varias resistencias conectadas en serie…
1 …. la caída de tensión en cada resistencia es la misma y varía la intensidad que pasa por cada una de ellas.
2 …. la intensidad que circula por todas las resistencias es la misma y varía la caída de tensión que provoca cada una de ellas.
3 Todas las opciones son incorrectas.
Capítulo 2
Principios de funcionamiento de componentes eléctricos y electrónicos utilizados en sistemas microinformáticos
Contenido
1. Introducción
2. Componentes electrónicos
3. Equipos electrónicos
4. Componentes eléctricos
5. Seguridad en el uso de herramientas y componentes electrónicos
6. Resumen
1. Introducción
La electrónica es la parte de la ciencia y la tecnología que estudia el comportamiento y funcionalidad de los dispositivos electrónicos. Inicialmente, se basaba en el empleo de tubos y válvulas, pero hoy en día la situación es muy diferente, ya que la casi totalidad de los elementos utilizados en cualquier sistema electrónico están construidos a partir de los denominados materiales semiconductores.
El avance de la tecnología ha hecho que sea muy probable encontrarse con cientos de componentes electrónicos en espacios muy reducidos (móviles, portátiles, etc.).
La electrónica es esencial en la construcción de los ordenadores, ya que hasta su aparición, no existió una forma de construirlos mínimamente compleja. El desarrollo de la informática ha venido además de la mano del avance en la electrónica, pasando de fabricar ordenadores basados en válvulas de vacío que ocupaban grandes salas, a los actuales portátiles, con una capacidad de cómputo millones de veces superior y que puede llevar un niño en su mochila.
2. Componentes electrónicos
Se denomina componente electrónico a un dispositivo que forma parte de un circuito realizando alguna función determinada. Estos elementos se suelen recubrir de algún material aislante (cerámico, plástico) dejando sus patillas o terminales fuera para permitir la conexión al circuito, es lo que se llama encapsulado. Están construidos en su mayoría a partir de materiales semiconductores.
Desde el punto de vista del funcionamiento se suelen clasificar en activos y pasivos. Los componentes activos aportan energía y ganancia al circuito donde estén integrados. Los pasivos son aquellos elementos que consumen energía de un circuito. Las resistencias y las bobinas son claros ejemplos.
Nota
Algunos ejemplos son: diodos, transistores, amplificadores, etc.
Otra clasificación muy importante a la hora de diferenciar cualquier componente electrónico corresponde al tipo de señal con la que trabajan, según sean digitales o analógicas. Los analógicos trabajan con señales analógicas, las cuales pueden tomar cualquier valor comprendido entre un máximo y un mínimo, como por ejemplo la corriente alterna. En cambio, las digitales solo pueden tomar dos valores: uno máximo y otro mínimo (1 y 0). Los ordenadores son el mejor ejemplo.
2.1. Resistencias
Las resistencias o resistores son componentes pasivos que ofrecen oposición al paso de la corriente eléctrica, reduciendo la tensión. Presentan un valor resistivo (R, medido en Ω) que relaciona la tensión e intensidad que circula por ella, cumpliendo así la ley de ohm.
En todo resistor se pueden distinguir algunas características fundamentales:
1 Valor nominal o resistencia eléctrica: es el valor resistivo que, en teoría, presenta la resistencia.
2 La tolerancia: es el margen de error que la resistencia presenta sobre su valor nominal. Es un dato suministrado por el fabricante y se expresa como un porcentaje de incremento o decremento.
3 Las resistencias muestran sus características en el encapsulado. Así, las resistencias de inserción muestran un código de colores donde se ve el valor nominal y la tolerancia, de modo que se puedan distinguir visualmente.
El orden de lectura para interpretar el código de colores viene establecido por el anillo más próximo a un extremo del resistor que representa la primera cifra significativa. Las resistencias pueden tener 3, 4 y 5 bandas, siendo, los dos últimos anillos, correspondientes al multiplicador y la tolerancia, y los primeros a las cifras significativas. Por ejemplo, si la resistencia tiene 5 bandas, las tres primeras representan una cifra, siendo la banda de más a la izquierda las centenas, la segunda las decenas y la tercera las unidades, lo que deja la cuarta de multiplicador y la quinta de tolerancia.
En la siguiente tabla se muestran los códigos de colores de las resistencias de inserción, explicando el valor que indican según su posición en el conjunto de bandas de colores.
Las resistencias con encapsulado de montaje superficial SMT (Surface Mount Technology) muestran sus características con un código numérico de la siguiente forma:
1 1ª Cifra = 1º número, 2ª Cifra = 2º número, 3ª Cifra = Multiplicador (103ªCifra). Ejemplo: “122” = 1200 ohmios = 1.2K (12 x 100). Si la resistencia tiene 4 cifras, las tres primeras son las cifras significativas y la cuarta el multiplicador.
2 1ª Cifra = 1º número, la “R” indica coma decimal, 3ª Cifra = 2º número. Ejemplo: “1R5” = 1,5 ohmios.
3 La “R” indica “0.”, 2ª Cifra = 2º número, 3ª Cifra = 3º número. Ejemplo: “R25” = 0.25 ohmios.
Las resistencias de la imagen son de 27 Ω y de 0 Ω
Existen otro tipo de resistencias llamadas variables, ya que su valor nominal no es fijo. Son también conocidas como potenciómetros y permiten ser modificadas a través de un dispositivo móvil denominado cursor. Presentan tres terminales: dos correspondientes a los extremos de la resistencia y uno conectado al cursor.
Potenciómetro
Importante
El valor de resistencia que el fabricante marca en estos dispositivos es el valor máximo que puede existir en sus extremos. Son muy útiles para aplicaciones de regulación de aparatos electrónicos.
Las resistencias ajustables son similares a las variables, pero el cursor de variación es “menos accesible” para el usuario, por lo que se suelen precintar o sellar, siendo posible su ajuste con un destornillador. Las resistencias variables suelen utilizarse como mandos en aparatos electrónicos, como el volumen en un aparato de radio.
Resistencia ajustable
Aplicación práctica
Para practicar con el código de colores y la tolerancia, se propone interpretar el valor de una resistencia a través de sus colores. La resistencia a estudiar es la siguiente:
De izquierda a derecha presenta las siguientes bandas de colores:
Banda 1 = marrón, banda 2 = verde, banda 3 = amarillo, multiplicador = naranja, tolerancia = rojo
SOLUCIÓN
En primer lugar, se va a proceder a calcular el valor de la resistencia nominal (sin considerar la tolerancia).
Si se observa la tabla de colores, la anillos marrón – verde – amarillo corresponden a las cifras significativas: 1 – 5 – 4, por lo que se obtiene la cifra 154. A este valor se le tiene que efectuar el producto con el factor multiplicador para hallar el valor nominal de la resistencia.
El naranja corresponde al factor multiplicador 103 (1000), por lo que el valor nominal de la resistencia será:
R = 154 ⋅ 1000, R = 154000 Ω (154 k Ω)
La banda roja representa una tolerancia de ± 2 %, eso significa que el valor real de la resistencia puede variar en un 2 % más o menos respecto al valor nominal. La tolerancia puede facilitar el intervalo en el que el valor real de la resistencia se encontrará, simplemente calculando el 2 % del valor nominal para sumárselo y restárselo posteriormente.
2 % de 154000 = (2/100) ⋅ 154000 = 3080
154000 – 3080 = 150920
154000 + 3080 = 157080
El valor real de la resistencia estará comprendido entre 150920 Ω y 157080 Ω
2.2. Condensadores
Un condensador es un componente que tiene la capacidad de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Este dispositivo está formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico. La versión más sencilla de un condensador consiste en dos placas apartadas a una cierta distancia sin colocar ningún material que las separe, en cuyo caso el aire actúa como dieléctrico.
Nota
Un material dieléctrico es un aislante que se puede volver conductor cuando se sobrepasa una tensión máxima, denominada tensión de ruptura del dieléctrico.
Los condensadores se caracterizan por su capacidad (C) que es la propiedad que tienen de almacenar mayor o menor cantidad de carga eléctrica. La capacidad de un condensador mide la relación entre la diferencia de tensión que existe entre sus terminales y la carga almacenada en este. Esta magnitud se mide en faradios (F), aunque esta unidad resulta muy elevada, por lo que se suelen utilizar submúltiplos, tales como el microfaradio (1µF=10-6 F).
Normalmente, el valor de la capacidad viene serigrafiado en la carcasa del condensador, aunque existen algunos modelos que utilizan el código de colores para informar de su valor capacitivo.
Condensador de inserción
En los circuitos se representa por el símbolo siguiente:
Las aplicaciones más normales de los condensadores en circuitos electrónicos son:
1 Filtros en circuitos rectificadores de corriente (circuitos que convierten la corriente alterna a continua).
2 Baterías, dada su cualidad de almacenar energía.
3 Memorias, por el mismo motivo que la anterior.
4 Temporizadores, aprovechando el tiempo de carga y descarga del condensador.
2.3. Diodos rectificadores
El diodo es un dispositivo semiconductor (silicio o germanio) que solo permite la circulación de corriente en un único sentido. Este componente electrónico se construye a través de la unión de 2 materiales semiconductores: tipo P y tipo N separados por la denominada barrera de unión.
Nota
1 Semiconductor tipo N: tiene exceso de electrones.
2 Semiconductor tipo P: tiene ausencia de electrones (huecos).
El símbolo de representación del diodo rectificador es el siguiente:
Un diodo tiene dos terminales, el ánodo (A) y el cátodo (K), de manera que solo circulará corriente a través de él cuando haya mayor potencial en el ánodo que en el cátodo.
Debido a esto, hay dos formas de conectarlo en un circuito:
1 Polarización directa: cuando se pone mayor potencial en el ánodo que en el cátodo, con lo que el diodo deja pasar la corriente comportándose como un cortocircuito.
1 Polarización inversa: se pone mayor potencial en el cátodo que en el ánodo, con lo que el diodo no conduce la electricidad y se comporta como un circuito abierto.
La aplicación más común de estos diodos es la rectificación de la corriente alterna en los circuitos rectificadores.
Diodo rectificador
En los diodos rectificadores el cátodo viene indicado por una banda de color pintada en su cuerpo que a menudo es negra o plateada.
2.4. Diodos led
Son capaces de emitir una radiación luminosa al ser conectados en polarización directa y ser atravesados por una corriente eléctrica. Comúnmente se les conoce como diodos emisores de luz o LED (del inglés Light Emitting Diode).
El símbolo del diodo LED para su representación en los circuitos es el siguiente:
El ánodo de los diodos LED es el terminal más largo y es el que hay que conectar al positivo (polarización directa) para que este emita luz.
Diodos LED
Actualmente, hay una gran variedad de colores emitidos por los LED (rojo, verde, amarillo, azul, naranja o infrarrojo) que dependerán del material de construcción. También existen los displays de presentación numéricos de siete segmentos que permiten representar números del 0 al 9.
Display LED de 7 segmentos
2.5. Transistores
El transistor es el elemento electrónico más famoso, pues inició una auténtica revolución en la electrónica. El transistor permitió la miniaturización de los componentes lo que desembocó en el descubrimiento de los circuitos integrados, en los que se pueden llegar a incluir, en unos milímetros cuadrados, miles de transistores. Estos circuitos constituyen el origen de los microprocesadores y, por tanto, de los ordenadores actuales.
Transistor de inserción
El transistor bipolar consta de un sustrato semiconductor (normalmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente que forman dos uniones bipolares, con lo que se establecen tres terminales: el emisor que transmite portadores, el colector que los recibe y la base que está intercalada entre las dos primeras, y que regula el paso de dichos portadores.
Las tres partes son cristales de un semiconductor (silicio) que pueden ser del tipo P o del tipo N. Según como estén colocados se diferencian dos tipos de transistores:
1 Tipo NPN: son los más comunes y están formados por una base que es un cristal de tipo P entre dos cristales de tipo N.
1 Tipo PNP: están formados por una base que es un cristal de tipo N entre dos cristales de tipo P.
Un transistor tiene básicamente dos funciones:
1 Deja pasar o corta señales eléctricas a partir de una pequeña indicación de mando (en la base).
2 Funciona como un elemento amplificador de señales (en función de la tensión aplicada en la base).
El transistor tiene múltiples aplicaciones en electrónica, como por ejemplo, de regulador de tensión, como interruptor, como amplificador de una señal, etc. Dada su versatilidad se encuentran en la práctica totalidad de los aparatos electrónicos actuales, y son indispensables en los ordenadores, siendo la base de construcción de los circuitos integrados y de los microprocesadores.
Sabía que…
El término “transistor” es la contracción en inglés de transfer resistor (“transferencia de resistencia”).
2.6. Circuitos integrados
Consiste en un circuito de componentes electrónicos como transistores, resistencias o condensadores que cumplen alguna función concreta. Todos ellos se encuentran recubiertos por un encapsulado cerámico o plástico, suelen construirse en cristales de silicio y su consumo eléctrico es realmente bajo.
Existen multitud de circuitos integrados y suelen cumplir funciones muy diversas: desde temporizadores hasta operadores lógicos.
Físicamente, en todo circuito integrado se pueden distinguir tres partes principales:
1 Die (molde): es la zona donde se localiza el circuito propiamente dicho, siendo fundamental en todo circuito integrado, ya que todos los componentes que constituyen su circuitería están aquí, ocupando un espacio minúsculo.
2 Pines: son pequeñas patillas que comunican el circuito principal con el exterior. Cada una de ellas está numerada, ya que normalmente, tendrán funciones diferentes.
3 Encapsulado: suele ser de material cerámico o plástico. Generalmente, es de color negro y sobre este suele reflejarse el nombre del modelo, número de serie, fabricante, etc.
La característica principal de un chip es su tecnología de integración o escala de integración que indica el número de componentes por unidad de superficie que alberga.
Escalas de integración que se pueden encontrar:
1 SSI (Short Scale Integration): es la más pequeña de todas. Entre 10 y 100 transistores.
2 MSI (Médium Scale Integration): entre 100 y 1.000 transistores en un chip.
3 LSI (Large Scale Integration): de 1.000 a 10.000 transistores.
4 VLSI (Very Large Scale Integration): de 10.000 a 100.000 transistores.
5 ULSI (Ultra Large Scale Integration): de 100.000 a 1.000.000 de transistores.
6 GLSI (Giga Large Scale Integration): más de 1.000.000 de transistores.
