Descubre los 7 elementos fundamentales de la electrónica que debes conocer
Un sistema de circuitos eléctricos consiste en una serie de componentes interconectados que facilitan la producción, transporte y utilización de energía eléctrica con el propósito de convertirla en otra forma de energía, como la energía térmica (por ejemplo, una estufa), luz (como una bombilla) o energía mecánica (un motor). Principalmente, estos componentes incluyen:
Semiconductores
La importancia de los componentes fabricados con semiconductores en la electrónica moderna es indiscutible. En la actualidad, es difícil encontrar un sistema electrónico que no cuente con componentes basados en semiconductores. En esta sección, abordaremos los conceptos fundamentales de estos materiales para poder entender su funcionamiento en los componentes que los utilizan.El silicio es el material semiconductor más común, aunque también se puede emplear el germanio u otros elementos. Estos elementos tienen una característica en común: cada uno de sus átomos cuenta con 4 electrones en su última órbita. Al unirse con otros átomos, se forma una red cristalina en la que cada átomo está conectado con otros cuatro a través de enlaces covalentes. De esta manera, no hay presencia de electrones libres en la estructura. Aunque esta configuración hace que el silicio y el germanio se comporten más como aislantes que como conductores, tienen propiedades interesantes que los hacen valiosos en la fabricación de componentes.Transistores
Los transistores se pueden clasificar en dos tipos, dependiendo de su diseño y su funcionamiento. El primero es el BJT, acrónimo de Bipolar Junction Transistor, que en español se traduce como transistor de unión bipolar. Estos componentes cuentan con dos uniones de materiales semiconductores distintos, lo que resulta en tres regiones diferentes, con dos regiones N y una P, o dos P y una N. Por lo tanto, los transistores de unión bipolar son conocidos como NPN o PNP (Figura 28) según la disposición de sus regiones semiconductoras. Sus terminales son...
Los transistores se utilizan principalmente como amplificadores de señales o como interruptores. Para aplicaciones en electrónica digital, su configuración como interruptores es la más relevante. En la Figura 28, se pueden observar los símbolos utilizados para representar los transistores en un circuito.
A diferencia de los BJT, que son controlados por corriente, estos transistores son controlados por voltajes, lo que les otorga una ventaja considerable. El tipo más simple de transistor de efecto de campo es el JFET (figura 29) o Juncion Field Effect Transistor, que está formado por una unión entre una región semiconductora P y una N. En un JFET, la corriente fluye a través de un canal semiconductor de tipo N o P, dependiendo del caso.
Resistores
La resistencia eléctrica, también conocida como resistor, es un componente que se opone al paso de la corriente eléctrica a través de él, produciendo una diferencia de tensión en sus terminales (también llamada voltaje).El límite máximo de corriente que puede circular por una resistencia depende del tamaño de su cuerpo. Las resistencias comunes se clasifican según su potencia, siendo los valores más comunes de 1/4, 1/2 y 1 watt, aunque también existen con valores mayores (Figura 1).Para analizar el comportamiento de los resistores y cualquier material con resistencia eléctrica, se utiliza la ley de Ohm. Esta ley relaciona la resistencia eléctrica, el voltaje y la corriente (Figura 2), permitiéndonos calcular uno de estos valores si conocemos los otros dos (Figura 3).Entendiendo los colores en el código de una resistencia
Las resistencias comerciales, ampliamente utilizadas en circuitos eléctricos de práctica, se caracterizan por poseer una identificación visual de su valor mediante cuatro anillos de pintura. Cada uno de ellos representa una cifra de importancia para su funcionamiento.
El primer anillo marca la primera cifra, mientras que el segundo señala la segunda. El tercero, por su parte, refleja la cantidad de ceros a considerar, y el cuarto anillo indica el grado de tolerancia de la resistencia.
En términos de colores, el código utilizado para identificar las resistencias es el siguiente:
Asociación de resistencias
1. Enlace en serie: Los elementos vinculados se ubican uno después del otro. La corriente eléctrica posee una única trayectoria para pasar, lo que genera una intensidad igual en todo el circuito. Por ejemplo, al tener cuatro resistencias conectadas en serie, se puede determinar su resistencia equivalente como:
Req = R1 + R2 + R3 + R4
2. Enlace en paralelo: Se establecen ramificaciones en el circuito. La corriente eléctrica que sale de la fuente tiene diferentes opciones de ruta. Por ejemplo, al tener cuatro resistencias enlazadas en paralelo, la resistencia equivalente del circuito se puede calcular como:
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4
Todos los elementos de un circuito eléctrico se representan en esquemas con símbolos estándar acordados internacionalmente. Estos esquemas son diagramas simplificados que se utilizan para visualizar de manera clara y eficiente cómo están conectados los componentes del circuito.
La Ley de Ohm
La Ley de Ohm, establecida en 1827 por el científico alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes básicas de la electrodinámica. Su función principal es determinar la relación existente entre la diferencia de potencial, la intensidad de corriente y la resistencia. Esta ley se utiliza en numerosas aplicaciones en el ámbito de la electricidad.
En términos generales, la ley de Ohm establece que la intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión aplicada y, a su vez, inversamente proporcional a la resistencia que presente dicho circuito. Es decir, a mayor potencial eléctrico, mayor será la intensidad de corriente que se genere en el circuito, y a mayor resistencia, menor será la intensidad de corriente.
Esta ley se puede representar mediante la fórmula matemática: I = V/R, donde I representa la intensidad de la corriente, V la diferencia de potencial y R la resistencia. A través de esta fórmula, se puede calcular cualquiera de estos valores si se conocen los otros dos.
La Ley Joule
La ley de Joule establece una relación entre el calor producido por una corriente eléctrica que fluye a través de un conductor, la propia corriente, la resistencia del conductor y el tiempo durante el cual la corriente circula. Esta ley fue desarrollada en honor al físico británico James Prescott Joule, quien en 1845 comprobó que el calor es:
- una forma de energía,
- proporcional al cuadrado de la corriente,
- directamente proporcional al tiempo durante el cual la corriente circula,
- e inversamente proporcional a la resistencia eléctrica del conductor.
Capacitores
Capacitores: un análisis
El segundo elemento a estudiar son los capacitores. Estos dispositivos están compuestos por dos placas metálicas separadas por un material dieléctrico o aislante, es decir, una sustancia que impide el paso de electrones de una placa a otra.
Los capacitores son componentes que almacenan energía, a diferencia de los resistores que la convierten en calor. En la Figura 12 se puede apreciar la estructura básica de un capacitor, también conocido como condensador. [9]
Figura 12. Un capacitor está formado por dos placas metálicas separadas por un material aislante, que puede ser cualquier sustancia, incluso el aire.
Existen diferentes tipos de capacitores, como los condensadores cerámicos (ver Figura 14). Estos utilizan como material dieléctrico la propia cerámica, siendo uno de los primeros materiales en ser empleados para la fabricación de condensadores. A día de hoy, su uso sigue siendo muy común entre los principales fabricantes de capacitores del mundo.
