Componentes. Un componente electrónico es un dispositivo que forma parte de un circuito electrónico. Se suelen encapsular, generalmente en un material cerámico, metálico o plástico, y terminar en dos o más terminales o patillas metálicas. Se diseñan para ser conectados entre ellos, normalmente mediante soldadura, a un circuito impreso, para formar el mencionado circuito.
Los componentes son dispositivos físicos, mientras que los elementos son modelos o abstracciones idealizadas que constituyen la base para el estudio teórico de los mencionados componentes. Así, los componentes aparecen en un listado de dispositivos que forman un circuito, mientras que los elementos aparecen en los desarrollos matemáticos de la teoría de circuitos.
Todos los componentes electrónicos tienen como mínimo un ánodo es el terminal o electrodo por donde entra la corriente a un dispositivo. En una batería sería el electrodo donde hay oxidación, es decir, que pierde electrones. En cátodo, al revés, es el electrodo donde sale la corriente. … Por tanto, el ánodo es el positivo y el cátodo es el negativo.
1 Clasificación
De acuerdo con el criterio que se elija podemos obtener distintas clasificaciones. Seguidamente se detallan las comúnmente más aceptadas.
Según su estructura física
- Discretos: son aquellos que están encapsulados uno a uno, como es el caso de los resistores, condensadores, diodos, transistores, etc.
- Integrados: forman conjuntos más complejos, por ejemplo, un amplificador operacional o una puerta lógica, que pueden contener desde unos pocos componentes discretos hasta millones de ellos. Son los denominados circuitos integrados.
Según el material base de fabricación.
- Semiconductores (ver listado).
- No semiconductores.
Según su funcionamiento.
- Activos: proporcionan excitación eléctrica, ganancia o control (ver listado).
- Pasivos: son los encargados de la conexión entre los diferentes componentes activos, asegurando la transmisión de las señales eléctricas o modificando su nivel (ver listado).
Según el tipo energía.
- Electromagnéticos: aquellos que aprovechan las propiedades electromagnéticas de los materiales (fundamentalmente transformadores e inductores).
- Electroacústicos: transforman la energía acústica en eléctrica y viceversa (micrófonos, altavoces, bocinas, auriculares, etc.).
- Optoelectrónicos: transforman la energía lumínica en eléctrica y viceversa (LED, células fotoeléctricas, etc.).
Alimentación.
- Pilas o Baterías: Los acumuladores acumulan energía eléctrica en su interior, y la van soltando cuándo se conectan sus bornes a un circuito eléctrico. Es el caso de las pilas y baterías electroquímicas.
Las pilas y baterías electroquímicas son acumuladores de energía que proporcionan corriente continua gracias a unas reacciones químicas que tienen lugar en su interior.
Si conectamos varias pilas en serie podemos obtener una mayor diferencia de potencial. Por ejemplo, 6 pilas de 1,5 voltios dan lugar un voltaje total de 9 voltios.
Tienen dos polos, un positivo y otro negativo. En el símbolo de la pila o batería el positivo es la barra más larga.
Por convenio, se considera que en un circuito la corriente eléctrica fluye desde el polo positivo al negativo de la pila.
- Generadores: Los generadores producen energía eléctrica a partir de otra fuente de energía.
Los alternadores y dinamos transforman la energía mecánica en energía eléctrica. Los primeros producen corriente alterna y los segundos corriente continua.
Las células fotovoltaicas transforman la energía radiante del sol en energía eléctrica. Cuando la luz incide sobre una placa fotovoltaica se produce una diferencia de potencial.
- Fuente de alimentación o fuente de poder: . Es el dispositivo que convierte la corriente alterna (CA), en una o varias corrientes continuas (CC) y las adapta para alimentar los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (computadora, televisor, impresora, router, etc.).
En inglés se conoce como power supply unit (PSU), que literalmente traducido significa: unidad de fuente de alimentación, refiriéndose a la fuente de energía eléctrica.
Otra función que se puede añadir a estos equipos es mejorar la calidad de la energía eléctrica que llega a las cargas, filtrando subidas y bajadas de tensión y eliminando armónicos de la red en caso de usar corriente alterna.
Tipos de Fuentes de Alimentación
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- Los Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI), en inglés uninterruptible power supply (UPS), es un tipo de Fuente de Alimentación que gracias a sus baterías y otros elementos almacenadores de energía, proporcionan energía eléctrica por un tiempo limitado a todos los dispositivos que tenga conectados, cuando la energía de la red eléctrica no esta disponible.
Si bien en muchos circuitos impresos no vienen incluidas las fuentes de alimentación, si vienen preparados con conectores o terminales para alojar sus electrodos.
3 Conductores.
Para que circule la corriente a través de un circuito necesitamos un medio conductor. Este medio está formado por un material conductor, que es aquel que presenta poca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Por estos materiales los electrones pueden desplazarse libremente de un punto a otro se le conectamos una fuente de tensión entre dos puntos.
Para construir circuitos podemos utilizar cómo medio conductor:
- Cables: Los cables están formados, en general, por un conjunto de hilos de cobre (conductor) y están cubiertos por una envoltura de plástico (aislante).
Antes de conectar un cable a un componente debes pelar el plástico y retorcer los hilos de cobre como se muestra en la imagen, ya que un pequeño hilo que quede suelto puede provocar fallos en el circuito se hace contacto donde no debe.
- Símbolos: Cuando diseñes un circuito un poco complicado es importante que diferencies entre los cables que están conectados de los que se crucen sin conexión, para que no te equivoques en el montaje práctico.
- Protoboard o Placas Prototipo: Las placas de prototipos se usan para hacer pruebas de circuitos, y comprobar que funcionan antes de soldar los componentes en el circuito definitivo. Se utiliza para el montaje de circuitos electrónicos.
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- Circuitos Impresos: En electrónica, los circuitos suelen ir montados una placa de circuito impreso o PCB, que es una superficie constituida por caminos, pistas o buses de material conductor laminadas ( normalmente en una cara o reverso de la misma ) sobre una base no conductora se fabrica generalmente de resinas de fibra de vidrio reforzada, cerámica, plástico, teflón o polímeros como la baquelita.
El circuito impreso se utiliza para conectar eléctricamente a través de las pistas conductoras, y sostener mecánicamente, por medio de la base, un conjunto de componentes electrónicos que suelen ir ubicados en el anverso de la placa.
Las pistas son generalmente de cobre, y suelen terminar en unos orificios por donde se pasan los electrodos de los componentes ubicados en el anverso y soldados a dicha pista mediante una gota de estaño.
Esta energía eléctrica es conducida y o convertida a otros procesos mecánicos, termodinámicos y químicos por una serie de materiales presentes en los componentes electrónicos para conseguir una finalidad.
4 Receptores
Los receptores son aquellos elementos capaces de aprovechar el paso de la corriente eléctrica para producir algún efecto. Transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía útil.
Entre ellos encontramos los motores, las resistencias, las lámparas, los zumbadores, etc.
5 Elementos de Maniobra y Control.
Los elementos de control o de maniobra son dispositivos que nos permiten abrir o cerrar el circuito cuando lo necesitamos. Estos son algunos ejemplos:
- Interruptores: Un interruptor (simple), permite abrir o cerrar un circuito y permanece en la misma posición hasta que volvemos a presionar.
Un interruptor doble o bipolar es un interruptor que abre y cierra dos circuitos al mismo tiempo.
- Pulsadores: Un pulsador permite abrir o cerrar el circuito solo mientras estemos actuando sobre él. Cuando dejamos de presionar vuelve a su posición inicial.
Pulsador normalmente abierto (NA): En el estado de reposo el circuito está abierto, y se cierra cuándo se presiona.
Pulsador normalmente cerrado (NC): En el estado de reposo el circuito permanece cerrado, y se abre cuándo se presiona.
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Conmutadores.
Conmutadores 1 circuito varias posiciones:
Un conmutador es un elemento que establece una asociación entre una entrada y una salida de las múltiples que tiene. Esta conexión perdura en el tiempo, hasta que volvemos a accionar el conmutador. El conmutador de dos posiciones tiene 3 patillas. La conexión de en medio es la común, y las patillas A y B son las posibles salidas.
Conmutador doble o bipolar:
El elemento que puedes ver en la figura se trata de un conmutador 2 circuitos y dos posiciones (6 contactos). Consiste en dos conmutadores de dos posiciones que se activan al mismo tiempo.
- Micro-interruptores: Un micro-interruptor o final de carrera es un componente que se acciona mediante una palanca empujada por un elemento en movimiento.
Según la forma de conectarlo, puede comportarse como conmutador o como pulsador, pudiendo seleccionar la posición inicial como normalmente abierta (NO o NA) o normalmente cerrada (NC).
Los símbolos que utilizaremos serán los mismos que los del conmutador y pulsadores, pero debemos indicar en el circuito que se trata de finales de carrera.
Para realizar los montajes prácticos, debes identificar las patillas del micro-interruptor. La pata que está más cerca del apoyo de la palanca es el común, que se debe conectar siempre. La de en medio es la normalmente abierta, y la última es la normalmente cerrada.
- Relés: Uno relé es un interruptor automático controlado por la electricidad. Los relees permiten abrir o cerrar circuitos eléctricos sin la intervención humana.
El relé es el elemento que da la orden de que funcione el motor de una puerta automática, las luces de un semáforo, el motor de un ascensor, y multitud de sistemas automáticos.
Su funcionamiento es el siguiente:
Cuando se hace pasar corriente eléctrica a través de la bobina o electroimán , este genera un campo magnético a su redor, y atrae la armadura que, con su movimiento, hace que los contactos cambien de posición.
De esta manera estamos actuando sobre un conmutador por medio de la corriente eléctrica, sin contacto físico.
El símbolo del relé varía en función del número de contactos que tenga. Puede ser un interruptor, un conmutador unipolar, un conmutador doble o bipolar, …
6 Elementos de Protección.
Son dispositivos que protegen al circuito de sobrecargas de tensión y al operario de posibles accidentes.
- Fusible: Está formado por un hilo de cobre que se funde se hay sobrecarga, abriendo el circuito. Se coloca en serie con el circuito. Impide que pueda quemarse algún componente.
El fusible se conecta en serie con los componentes que queremos proteger.
7 Componentes pasivos.
Tienen solo dos terminales y por ellos pasa una sola corriente eléctrica. No pueden actuar sobre el circuito amplificando o modificando la corriente que pasa por él. Entre ellos destacan: los resistores, los condensadores, las bobinas y los diodos.
- Resistencia o resistor ( R ) : Elemento electrónico que se opone al paso de la corriente eléctrica y disipa energía en forma de calor.
Como ya sabemos las resistencias se utilizan para ofrecer cierta oposición al paso de la corriente, las diferentes clases de resistencias se pueden clasificar por su fabricación, por su consumo o por su valor.
Los tipos de resistencias más utilizadas son:
- Resistencias fijas: aglomeradas, de película de carbón, de película metálica y bobinadas.
- Resistencias variables: bobinadas, de película.
- Resistencias dependientes o variables: LDR, VDR, PTC, NTC.
La construcción de un tipo u otro de resistencias nace por la necesidad de cumplir unas especificaciones de bajo/alto valor óhmico, potencia, etc.
Para el cálculo de una resistencia no basta con calcular su valor óhmico también es necesario conocer la potencia que puede soportar y, por tanto, el calor que es capaz de disipar dicha resistencia, la mayor o menor potencia repercute en su tamaño a más potencia más grandes son las resistencias, la unidad es el vatio o fracciones de vatio como puede ser; 1/4w, ½ w, 1w, 1,5w, 5w, etc.
- El valor nominal de la resistencia en Ω.
- La tolerancia de este valor, normalmente en %.
- La carga permisible o potencia de la resistencia.
La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI, sus siglas en inglés son IEC) determinó el número de valores por década para una serie de valores, por ejemplo;
- E6 20% = 6 valores entre 1 y 10.
- E12 10%= 12 valores entre 1 y 10.
- E24 5%= 24 valores entre 1 y 10.
Como en casi todo las normas han definido los valores nominales de las resistencias que se fabrican mediante números o mediante un código de colores.
Código de colores
- Resistencia variable ajustable, trimmer.
Potenciómetros ajustables muy utilizados en circuitos integrados.
- Resistencia variable, potenciómetro giratorio.
Potenciómetro giratorio logarítmico llamados de mando, son utilizados para controlar el volumen, etc., de TV o aparatos de música. Foto
Resistencias especiales.
- LDR ( Light dependant resistor). Resistencia dependiente de la luz también llamadas fotorresistencia, el valor óhmico de la misma varía en función de la luz que recibe, cuanta más iluminación recibe menor es la resistencia del componente. Se suelen utilizar en células fotoeléctricas o fotómetros.
- PTC (positive temperature coefficient). Resistencia dependiente de la temperatura, en este caso es positiva, al aumentar la temperatura aumenta su resistencia como en el caso de todos los metales, suelen utilizarse como sensores de temperaturas en distintas aplicaciones; calefacción, estaciones meteorológicas, etc.
- NTC (negative temperature coefficient). Resistencia dependiente de la temperatura negativa, es decir, el valor de la resistencia disminuye cuando aumenta la temperatura, estos elementos suelen ser semiconductores. Igual que los anteriores se utiliza como sensores de temperaturas en diferentes aplicaciones.
- VDR. Resistencia dependiente de la tensión o también llamados varistores, el valor de su resistencia disminuye dependiendo de la tensión que reciben, estos elementos se utilizan principalmente para proteger los circuitos contra sobretensiones.
Por último también existen resistencias que aumentan sus valor óhmico a medida que aumenta el flujo magnético a la que sea sometida, se utilizan principalmente como sensor en aparatos de medida.
En otra ocasión continuaremos hablando de las resistencias SMD, las resistencias multivuelta, redes de resistencias, resistencias extensiométricas, resistencia para calefacción, etc.
- Condensador (también conocido frecuentemente con el anglicismo capacitor, proveniente del nombre equivalente en inglés) es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.
- Bobina: También llamadas inductores, las bobinas consisten tan solo en un hilo de cobre enrollado. Cuando la corriente eléctrica pasa por una bobina, ésta crea un campo magnético que se opone a que la intensidad de corriente que la atraviesa cambie bruscamente.
Tiene dos aplicaciones en los circuitos:
«Suaviza» los cambios bruscos de intensidad corriente.
En algunos componentes, como los relés, se aprovecha el efecto magnético de la bobina para accionar automáticamente con una corriente pequeña un interruptor que da paso a una corriente grande.
- Diodo: Es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido, bloqueando el paso si la corriente circula en sentido contrario, no solo sirve para la circulación de corriente eléctrica sino que este la controla y resiste. Esto hace que el diodo tenga dos posibles posiciones: una a favor de la corriente (polarización directa) y otra en contra de la corriente (polarización inversa).
- Diodo Zener: es un diodo de silicio fuertemente dopado* que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor Clarence Melvin Zener. El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.
Si a un diodo Zener se le aplica una tensión eléctrica positiva del ánodo respecto a negativa en el cátodo (polarización directa) toma las características de un diodo rectificador básico (la mayoría de casos), pero si se le suministra tensión eléctrica positiva de cátodo a negativa en el ánodo (polarización inversa), el diodo mantendrá una tensión constante. No actúa como rectificador sino como un estabilizador de tensión.
En conclusión: el diodo Zener debe ser polarizado inversamente para que adopte su característica de regulador de tensión. En la siguiente figura se observa un circuito típico de su uso como regulador de tensión:
Regulador de tensión utilizando diodo Zener:
Variando la tensión V a valores mayores que la tensión de ruptura del Zener, Vz se mantiene constante.
Su símbolo es como el de un diodo normal pero tiene dos terminales a los lados. Se deberá tener presente que, el diodo Zener al igual que cualquier dispositivo electrónico, tiene limitaciones y una de ellas es la disipación de potencia. Si no se toman en consideración sus parámetros, el componente se quema.
*En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor (abreviadamente, SC) extremadamente puro (también referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas. Las impurezas utilizadas dependen del tipo de semiconductores a dopar.
- Los diodos LED (Light Emitting Diode) o diodos emisores de luz emiten luz cuando la corriente eléctrica pasa por ellos.
- Diodos Led Infrarrojos: El Led infrarrojo (IR) funciona convirtiendo la corriente eléctrica en luz infrarroja.
El infrarrojo es una longitud de onda de luz que está más allá del rango de la visión humana. Esto hace al infrarrojo una herramienta excelente para aplicaciones donde se requiere la luz, pero donde la luz visible podría ser una distracción o de otra forma no deseada. El uso de diodos infrarrojos emisores de luz, o LEDs, hace posibles a los sistemas de control remoto en varios proyectos.
- Diodos Laser: Un diodo láser (DL) es un dispositivo semiconductor similar a un led pero que bajo las condiciones adecuadas emite luz láser.
8 Componentes activos.
Los componentes activos son los que tienen varios terminales y por ellos pueden pasar varias corrientes distintas. Actúan sobre el circuito amplificando o modificando la corriente que pasa por él. Entre ellos están el transistor y los circuitos integrados.
Transistor:
Un transistor es un dispositivo semiconductor usado para amplificar e interrumpir señales electrónicas o potencia eléctrica. Está compuesto de materiales semiconductores con por lo menos tres terminales para conexión externa al circuito. Gracias a que la potencia de salida puede ser más grande que la potencia de control un transistor puede amplificar una señal. Algunos transistores aun son construidos en encapsulados individuales, pero la mayoría son construidos como parte de circuitos integrados.
El transistor es la piedra angular de los dispositivos electrónicos modernos y parte esencial de los sistemas electrónicos.
Circuito Integrado: Un circuito integrado (chip o microchip) es un pequeño bloque semiconductor en el que están fabricados y convenientemente conectados, en una sola pieza y sin cables, todos o casi todos los componentes electrónicos necesarios para realizar una función determinada.
El chip ocupa solo un pequeño espacio dentro de la cápsula.
Por estar fabricados con semiconductores, los componentes que con más facilidad se pueden integrar son los diodos y los transistores.
Pero también se pueden integrar resistores y condensadores (aunque con un coste mayor). Otros componentes, como las bobinas o los relés no suelen integrarse.
Los chips son tan pequeños que deben ir protegidos por una cápsula, desde la que salen conexiones (patillas) que permiten manejarlo y conectarlos en un circuito.
Cada patilla va conectada interiormente a una parte del chip mediante un cable finísimo, casi microscópico.
Hay chips de todo tipo y tamaño. Desde los que contienen solo unas decenas de componentes y realizan funciones electrónicas básicas, hasta los que contienen millones de transistores y realizan operaciones muy complejas, como los microprocesadores de los ordenadores.
9 Componentes SMD
La miniaturización de los componentes y el ahorro de espacio en los circuitos impresos da lugar a nuevos conceptos como micro-electrónica y la nano-electrónica.
Es evidente que a medida que los componentes van siendo mas pequeños, son necesarias herramientas mas precisas y en muchas ocasiones especificas para un trabajo concreto, y cada vez en mas complicado que sean manipuladas por una persona sin los conocimientos necesarios o con herramientas que no están al alcance de cualquiera. Hasta el punto en el que se elimina la intervención humana en la fabricación y montaje de estos elementos, siendo estos procesos realizados por complejas maquinas y por robots.
Tecnología de montaje superficial:
También conocida por la sigla SMT del inglés surface-mount technology, es el método de construcción de componentes electrónicos más utilizado actualmente.
Se usa tanto para componentes activos como pasivos, y se basa en los componentes de montaje superficial (SMC, del inglés surface-mounted component) sobre la superficie del circuito impreso. Tanto los equipos así construidos como los componentes de montaje superficial pueden ser llamados dispositivos de montaje superficial o SMD (del inglés surface-mount device).
Mientras que los componentes de tecnología de agujeros pasantes atraviesan la placa de circuito impreso de un lado a otro, los análogos SMD que son muchas veces más pequeños, no la atraviesan: las conexiones se realizan mediante contactos planos, una matriz de esferas en la parte inferior del encapsulado, o terminaciones metálicas en los bordes del componente.
Este tipo de tecnología ha superado y remplazado ampliamente a la de agujeros pasantes en aplicaciones de producción masiva (por encima de las miles de unidades), de bajo consumo de energía (como dispositivos portátiles), de baja temperatura o de multi-aplicaciones en tamaño reducido (como equipo de cómputo, medición e instrumentación). Sin embargo, debido a su reducido tamaño, el ensamblado manual de las piezas se dificulta, por lo que se necesita mayor automatización en las líneas de producción, y también se requiere la implementación de técnicas más avanzadas de diseño para que los SMD funcionen adecuadamente aún en ambientes con altos índices de interferencia electromagnética (EMI).
