RECONOCER Y ENTENDER LOS COMPONENTES PASIVOS



 

INTRODUCCIÓN

Este documento está pensado para quienes tienen algunas nociones de electrónica pero o bien las tienen olvidadas o bien tienen conocimientos muy básicos. Esto no pretende ser un curso, sino un manual para empezar a montar circuitos.

Para ensamblar cualquier circuito es necesario saber identificar los componentes y saber cuáles son sus conexiones con el exterior

Recordaremos que la electricidad es un flujo de electrones movidos por un campo de fuerza. A este flujo se le denomina corriente, y es la cantidad de electrones que circulan en un tiempo. Se mide en Amperios (A). La fuerza que mueve esos electrones se denomina voltaje, se mide en voltios (V).

Para hacernos una idea más sencilla, diremos que la corriente es como un flujo de agua, y la altura desde la que cae es el voltaje. El simil hidráulico hace fácilmente comprensible el funcionamiento de la electricidad.

La potencia es el resultado de multiplicar la corriente que atraviesa un componente por el voltaje en sus extremos, y se mide en Watios (W). Para que exista corriente debe existir un voltaje (si no hay fuerza que los mueva los electrones no pueden circular por si solos), y viceversa, por lo que siempre que existe circulación de electrones se consume potencia.

Luego está el concepto de energía, que es la potencia consumida en un determinado tiempo, y en otras palabras, es lo que nos cobra la compañía que nos suministra electricidad. Si nos secamos el pelo en 5 minutos con un secador de 1000W consumimos la misma energía que si damos luz con una bombilla de 100W durante 50 minutos.

Prefijos

valor x10^n

femto

-15

pico

-12

nano

-9

micro

-6

mili

-3

kilo

+3

mega

+6

giga

+9

tera

+12

Y para terminar, corriente alterna y corriente continua. Si la fuerza que mueve los electrones es siempre la misma, la corriente será continua (DC), porque a lo largo del tiempo tendrá el mismo valor, como hacen las pilas. Pero en una linterna podemos cambiar la pila de sentido tantas veces como queramos. Si fuesemos capaces de cambiar la pila varias veces en un segundo se llamaría corriente alterna (AC). A simple vista puede parecer una tontería, pero tiene ventajas que explicaremos en otro apartado, de momento vendrá bien saber que existe.

 


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Resistencias

Las resistencias, como su nombre indica ofrecen una resistencia al paso de la corriente. El principio físico se basa en que los electrones no son capaces de atravesar la red de átomos sin chocar ocasionalemnte con ellos. Esto los decelera y hace que su energía cinética se transforme en calor en el choque. La energía no se destruye, se tranforma, y este es uno de los ejemplos: la energía de una pila se transforma en calor cuando se conecta a una resistencia.

símbolo eléctrico de la resistencia

Cuanto mayor sea el valor de la resistencia, menos corriente circulará para un voltaje fijo.

Esto es equivalente a un filtro de agua, que ofrece una resistencia al paso del agua. Cuanto mayor sea la presión, más agua caerá, y para una presión constante, cuanto más tupido sea el filtro menos corriente pasará.

Sus usos son básicamente producir calor, es lo único que pueden hacer. Así podremos secarnos el pelo, calentar agua, etc.. Cuando la agitación en los átomos es muy violenta los electrones pueden llegar a emitir luz, y tenemos la bombilla de incandescencia. En electrónica su uso es más bien todo lo contrario, pero se basa en que son elementos que consumen potencia. Esto puede ser útil para limitar la potencia que llega a un componente delicado. Aqui el hecho de que produzcan calor no es deseado, pero como se emplean valores bajos de potencia se genera poco calor.

Las resistencias tienen dos extremos y no tienen polaridad. Esto quiere decir que da igual el sentido en el que coloquemos la resistencia, en ambos casos funcionará igual.

Se pueden contruir de muchas maneras diferentes: Carbón, metal, mezclas de metal con carbón o cerámica,...

Su aspecto es como el de la foto de la derecha.

CÓDIGOS DE COLORES

Aunque la tendencia del mercado es eliminar los códigos de colores, actualmente todas las resistencias convencionales siguen este código. Hay dos o tres bandas que marcan las primeras dos o tres cifras, luego una que marca el exponente y otra que marca la tolerancia (desviación sobre el valor nominal).

En las del 5 y 10% de tolerancia hay cuatro en total, dos de valor, una de exponente y otra de tolerancia.

Los códigos de colores de las resistencias son:

0 - negro  
1 - marrón  
2 - rojo  
3 - naranja  
4 - amarillo  
5 - verde  
6 - azul  
7 - violeta  
8 - gris  
9 - blanco  

Tolerancias

  • plata - 10%
  • oro - 5%
  • marrón - 1%

Las hay del 2%, del 0,1%, de 0,15, de 0,02%, 0,05% y 0,01%, pero no son nada comunes, y las que bajan de 0,1% son bastante caras.

Los códigos se forman de la siguiente manera que voy a explicar con un ejemplo:

Tenemos una resistencia del 5% de 1 kilo Ohmio. Los colores son: marrón, negro, rojo, oro. Las dos primeras marcan 10, (marrón=1, negro=0), la siguiente, la del exponente marca 2 (rojo) y significa 10 elevado a 2, 10^2=100. Para quien tenga oxidadas las matemáticas, la cifra del exponente marca el número de ceros que hay detrás de los dos o tres primeros números.

En este caso, la de 1 k Ohm serían 1 & 0 & 00=1000. La banda de color oro marca la tolerancia, que es un 5%.

Por ejemplo, una resistencia de 22 Ohm del 5% de tolerancia tiene cuatro bandas de color que son: rojo-rojo-negro-oro (dos, dos, ningún cero y 5%)

Una de 3300 del 1% tiene tres bandas de color antes del exponente, que son naranja, naranja, negro, marrón y marrón. 330, con un cero detrás y el marrón del 1%.

Para valores de menos de 10 Ohm, se repite la raya de la tolerancia, por ejemplo, una de 3,3 Ohm del 5% tiene: naranja, naranja, oro, oro.

 


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Bobinas

La circulación de corriente crea un campo magnético, y viceversa, un campo magnético variable puede crear corrientes en los conductores.

En la gráfica de debajo a la derecha vemos como un hilo conductor crea un campo mangético a su alrededor.

símbolo eléctrico de la bobina

Las bobinas consisten en cable enrollado en un carrete. Así cuando circula corriente, crean un gran magnético que concentran en el interior del carrete. Cuando el sentido de esta corriente cambia en el tiempo, el campo también varía su dirección. En el gráfico de debajo a la derecha podemos ver el carrete en el interior de las líneas de flujo magnético, y cómo éstas se concentran en el interior.

Pero el campo magnético suele tener una cierta inercia, y si la corriente cambia muy rápido, como al campo no le dará tiempo a cambiar, la corriente en la nueva dirección se lo encontrará en sentido contrario y se frenará.

Esto es lo que hace una bobina: ofrece oposición al paso de corrientes que varían de sentido muy rápidamente. Para corrientes continuas, sólo se encuentra la resistencia del hilo de cobre, que es muy baja, pero para alterna puede haber una gran oposición al paso de corriente.

Las aplicaciones de este componente son básicamente eliminar variaciones buscas de corriente. Por ejemplo cuando encendemos un electrodoméstico potente y parpadean las bobillas, o dan picos de luz. Esto se denomina filtro de corriente.

Al final del documento veremos más aplicaciones de un tipo de bobinas que tiene núcleo ferromagnético.

Existen unos materiales que tienen la propiedad de recoger y conducir el campo eléctrico creado por las bobinas al igual que el metal tiene la facultad de conducir la electricidad. Estos materiales se llaman materiales ferromagnéticos y nos pueden ayudar a concentrar todavía más el campo, así la oposición al paso de corriente alterna será meyor, emplearemos menos cobre y tendrá menos tamaño.

símbolo eléctrico de la bobina con núcleo

 


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Condensadores

Un condensador consiste en dos planchas de metal (armaduras) enfrentadas entre sí, que no llegan a tocarse, por lo que existe una resistencia idealmente infinita entre ellas.

símbolo eléctrico del condensador

Están muy próximas y por eso pueden inducirse carga por el campo eléctrico radiado. Si hay un material entre ellas, pueden orientar sus partículas (si son susceptibles al campo eléctrico), y esto aumenta la carga aparente, ya que cuando las partículas se desorientan "devuelven" esa carga que las ha orientado.

Pueden actuar de dos formas, según estén en serie o paralelo.

SERIE

En serie, como las armaduras no llegan a tocarse no puede circular la corriente, pero los cambios bruscos de tensión inducen carga en la otra armadura. Osea, que sirven para que pase la señal AC y bloquear la continua (DC)

PARALELO

En paralelo, cuando varía la tensión entre las armaduras, hay que restablecer el equilibrio de la carga en el interior, si el voltaje aumenta se admiten más electrones, y si disminuye, sobran y deben irse. Esta circulación es una corriente. Diremos que los condensadores en paralelo se oponen a las variaciones de tensión absorviendo o cediendo carga. Esto hace la función de reserva de energía.

Siguiendo el simil hidráulico, un condensador en serie es como un estanque en el que hay un muro en medio. Sólo cuando el agua se mueve salta de un lado a otro, pero no puede existir un flujo continuo porque no puede atravesar el muro. Cuanto están en paralelo son como un depósito de agua. Por arriba entra y por debajo sale: si hay una gran demanda, el agua contenida en el tanque puede atenderla, y si hay un gran ingreso, el depósito lo absorve sin que afecte a la salida.

Plásticos

Los plásticos son muy buenos aislantes y por eso se usan en condensadores. Esto permite que las armaduras no se lleguen a juntar nunca, ni aunque le den un golpe: recordemos que esto haría que pasase corriente continua y podría ser peligroso

Suelen consistir en dos láminas de plástico metalizado que se enrollan entre sí, se prensan, se introducen en una cápsula y se rellenan con resina epoxi, para mantener la forma. En el condensador de las fotos de la derecha se puede apreciar el interior, ya que tiene la cápsula y la resina transparente.

Abajo, a la izquierda, condensadores plásticos de valores altos y a la derecha de señal.

Electrolíticos

Los condensadores electrolíticos son muy usados porque tienen una cran capacidad de almacenar corriente en tamaños muy reducidos.

Los electrolíticos tienen un líquido entre dos láminas enrolladas de aluminio. El líquido oxida el aluminio y este óxido hace de aislante.

Símbolo eléctrico del condensadore electrolítico

El problema es que la reacción es revresible si se aplica tensión en el otro sentido: se deshace el óxido y empieza a pasar corriente entre las armaduras, como si fuese una simple resistencia.

Esto hace que no sea lo mismo ponerlos en una dirección que en otra. Si se invierte la polaridad, la corriente que empieza a circular calienta el líqudo, hierve y éste hace explotar al condensador.

Arriba a la derecha podemos ver cómo son por dentr: dos láminas de aluminio con un papel impregnado en el electrolito.

Por eso tienen un raya de color en uno de los laterales, y una pata más larga que la otra. La banda de color corresponde a la pata que tendrá una tensión menor y la pata más larga a la tensión mayor.

Electrolíticos bipolares.

También existen electrolíticos bipolares, que no tienen polaridad y son de gran utilidad en filtros para altavoces porque la señal es alterna y uno normal no funcionaría. Además tienen una gran capacidad a un volumen y precio muy reducido.

Códigos de color.

Éstos códigos están en deshuso desde hace décadas, pero señalaremos como curiosidad que los colores indican los mismos números, y que el exponente supone el número de ceros partiendo de los picofaradios, hasta el 6. La tolerancia se indica de la siguiente manera:

  • Negro - 20%
  • Blanco - 10%
  • Verde - 5%
  • Rojo - 2%
  • Marrón - 1%

Por ejemplo, si tuviesemos un condensador con las bandas amarillo, violeta, verde, blanco, tendríamos un condensador de 47x10^5 picofaradios, es decir, 4.7 microfaradios, y un 10% de tolerancia.


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Transformadores

Como hemos visto en las bobinas, la corriente crea campos magnéticos. Un transformador es un aparato que recoge estos campos mangéticos de una bobina llamada primario y los devuelve en forma de electricidad en otra bobina llamada secundario.

¿para qué transformar en campo magnético para luego volver a transformar en corriente?. Por dos motivos: Aislamiento y adaptación de tensión.

símbolo eléctrico del transformador

No hay contacto eléctrico entre el primario y el secundario, por lo que entre ellos no pude circular corriente. También puede hacer diferencias de tensión muy altas entre el los dos extremos del primario, uno puede estar a 5000V y el otro a 5220V mientras que en el secundario puede haber 0 y 220V. Y si de repente cambia la tensión en el primario pero no la diferencia, el secundario sigue igual. Si cambia a -5000 y -4880V, en el secundario seguirá habiendo 0 y 220V.

Transformador con toma media en el secundario

Esto sirve para que los aparatos eléctricos no den descargas. Si cae un rayo cerca de la estación eléctrica, ahí aumentará considerablemente la tensión respecto de otras zonas a unos cuantos kilómetros. Se conducirá por los cables y si el transformador no aislase estos desajustes, podría darnos una descarga que puede costar la vida.

El transformador consiste en eso, en dos o más bobinas que tienen un núcleo común por el que circula el flujo magnético. Unas bobinas lo crean (primaros) y otras lo recogen (secundarios). Aparte de aislamiento producen adaptación del voltaje, pueden transformar tensiones de entrada elevadas en tensiones de salida de bajo valor, y viceversa, transformar voltajes bajos en voltajes altos.

Transformador con doble secundario y toma media, asimétrica

Por eso se le llama transformador. Tienen una característica que es la conservación de la potencia: La potencia que entra por el primario es igual que la que sale por el secundario. Si entran 220V y 0,1 A y salen 12V, la corriente cedida por el secundario será de 1.83 Amperios.

El núcleo puede tener muchas formas y ser de distintos materiales, pero lo más común es que sea de acero o de ferritas porque tienen la facultad de conducir el campo mangético al igual que los metales tienen la facultad de conducir la electricidad.

Las configuraciónes más habituales son las convencionales, arriba en la foto, donde el núcleo tiene forma de 8, las bobinas están enrolladas alrededor del núcleo central. La otra configuración es el transformador toroidal, donde el núcleo tiene forma de toroide (donut), y los hilos de cobre se enrollan alrededor de él.

Las ventajas del toroidal sobre el convencional son que el flujo mangético está mucho más controlado, y la transmisión de potencia entre primario y secundario es mejor. Su peso y columen son menores para una determinada potencia, y su único inconveniente: su precio es mayor porque su fabricación es más compleja.


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Relés

Hemos hablado de las bobinas y de que crean campo magnético ¿no es eso lo de los imanes?

Efectivamente, el mismo campo que los imanes, pero en los imanes es un campo constante y en las bobinas debe circular corriente. Cuando a una bobina con núcleo de hierro, acero o ferrita se le hace pasar corriente, el núcleo recibirá el campo magnético creado y se convertirá en un imán. Está bien, tenemos un imán que podemos controlar con electricidad. A esto se le llama electroimán, y la diferencia con los imanes normales es que cuando deja de pasar corriente ya no atrae a otros objetos como harían lo imanes permanentes.

Los usos de esta aplicación son atraer metales ferromagnéticos a voluntad. Por ejemplo, en un trailer, para enganchar el remoque usa un electroimán, para desengancharlo símplemente se corta la corriente. En desguaces, lo mismo: se levantan los coches con un electroimán y para dejarlos caer se corta la corriente.

vemos cómo su símbolo es una bobina cuyo núcleo actúa sobre un interruptor.

símbolo eléctrico del relé

Pero hay un uso que es muy interesante en la electrónica, y es el de los relés. Un relé es un electroimán que atrae uno de los contactos de un interruptor según halla corriente o no.

Se puede pensar que no tiene mucha utilidad, que para eso están los pulsadores de toda la vida, pero ahora le estamos dando la posibilidad de abrir un interruptor a cualquier circuito eléctrico, por ejemplo que cuando se abra la puerta del garaje se encienda la luz, o llamar por teléfono y que nuestro ordenador encienda el horno.

 


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