El documento introduce conceptos básicos de electrónica. Explica que la electrónica surgió para satisfacer las necesidades del mundo moderno y ha permitido avances como las comunicaciones y la computación. Describe la historia de la electrónica desde los primeros experimentos con la electricidad hasta el desarrollo de los circuitos integrados modernos. También presenta componentes electrónicos básicos como resistencias, diodos LED, transistores y capacitores, y muestra dos circuitos de ejemplo para simular un sistema de alumbrado automático y un semáforo.

1. INTRODUCCIÓN A LA ELECTRONICA
HISTORIA
Desde el principio de la historia, el hombre ha explorado los fenómenos eléctricos
que experimenta en su vida diaria. A medida que los científicos desarrollaron el
conocimiento de la carga eléctrica, formularon leyes tal como se conocen hoy
día. La electricidad es un fenómeno natural controlado por el ser humano. Con
este fenómeno se han desarrollado las comunicaciones, el alumbrado, los
dispositivos de computación, entre otros.
El conocimiento científico de la electricidad dio lugar, inmediatamente, a
aplicaciones tecnológicas importantes, como el telégrafo, con el que el hombre
pudo comunicarse por medios eléctricos a grandes distancias, las máquinas
eléctricas, tales como, motores y generadores eléctricos. De esta forma, el
hombre tuvo a su disposición fuentes de electricidad de gran intensidad, hecho
que cambió drásticamente la vida, dando lugar a una revolución en la forma de
vida de la humanidad.
Luego los científicos vieron la necesidad de desarrollar una rama de la ciencia
que se encargara de los requerimientos del mundo moderno, y entonces surgió la
electrónica como respuesta a esta necesidad, gracias a ella se llevaron a cabo
descubrimientos científicos que tuvieron inmediata aplicación práctica, los cuales
fomentaron la investigación científica en esta nueva área del conocimiento.
La electrónica es el campo de la ingeniería y de la física aplicada, para al diseño
y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos electrónicos, cuyo
funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión,
recepción y almacenamiento de información. Esta información puede consistir en
voz o sonidos como en un receptor de radio, en imágenes como en una pantalla
de televisión, o en números o datos como en una computadora.
Ya que sabemos que es la electrónica y sabemos para que sirve podemos hablar
ahora de como ha evolucionado a través de los años; la introducción de los
tubos de vacío a comienzos del siglo XX propició el rápido crecimiento de la
electrónica moderna. Con estos dispositivos se hizo posible la manipulación de
señales, algo que no podía realizarse en los antiguos circuitos telegráficos y
telefónicos, ni con los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta tensión

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para generar ondas de radio, con los tubos de vacío pudieron amplificarse las
señales de radio y los sonidos débiles, además podían superponerse señales de
sonido a las ondas de radio. El desarrollo de una amplia variedad de tubos,
diseñados para funciones especializadas, posibilitó el rápido avance de la
tecnología de comunicación radial antes de la II Guerra Mundial, y el desarrollo
de las primeras computadoras, durante y después de ella. Luego el transistor, que
fue inventado en 1948, reemplazó al tubo de vacío en la mayoría de sus
aplicaciones, al incorporar un conjunto de materiales semiconductores y
contactos eléctricos, que podían realizar las mismas funciones que el tubo de
vacío, pero con un coste, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad. Los
progresos subsiguientes en la tecnología de semiconductores, atribuible en gran
medida a las investigaciones asociadas con la intensión de exploración del
espacio, llevó al desarrollo, en la década de 1970, de los circuitos integrados, los
cuales pueden contener centenares de miles de transistores en un pequeño trozo
de material, permitiendo la construcción de circuitos electrónicos complejos,
como los de los microordenadores o microcomputadoras, equipos de sonido y
vídeo, satélites de comunicaciones, entre muchos otros.
OBJETIVO GENERAL
Introducir conceptos y elementos relacionados con la electrónica en la
comunidad académica de la educación básica secundaria.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Comprender el funcionamiento global de cada uno de los circuitos
implementados y la función especifica que cumple cada uno de los
elementos.
Construir circuitos con componentes electrónicos simulando sistemas de uso
cotidiano.
Incentivar el estudio de temas relacionados con la electrónica de forma
autodidáctica, para promover el desarrollo y la investigación de nuevas
tecnologías.
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ELECTRONICA ANALOGA
Conceptos básicos
Un circuito electrónico es una serie de elementos o componentes electrónicos,
tales como resistencias, diodos, transistores, condensadores y fuentes, conectados
entre sí en una trayectoria cerrada con el propósito de generar, transportar o
modificar señales eléctricas. Podemos encontrar dos formas comunes de
conectar estos elementos:
Un circuito en serie es aquel en el cual solo hay un camino por el cual circula una
única corriente, entre tanto un circuito en paralelo es aquel en el cual hay varios
caminos pero en cada uno de ellos hay el mismo voltaje.
En la electrónica se utilizan una gran cantidad de componentes, cada uno de
ellos cumple una determinada función, en este taller podremos utilizar y entender
algunos de ellos.
Ahora vamos a estudiar los componentes de los circuitos que vamos a construir,
observando su apariencia física, el símbolo que se emplea para representarlos en
los planos y su función.
La Protoboard
Tablero con agujeros que en su interior tienen contactos metálicos distribuidos en
filas o columnas dependiendo del sector, utilizado para construir circuitos
electrónicos. Los puntos de las filas y columnas que están interconectadas entre si
se llaman puntos comunes, ya que sirven para conectar las terminales de los
elementos del circuito que se encuentran en un punto.
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Las Pilas
Una pila es un elemento que produce energía eléctrica a
partir de un proceso químico. Esta energía se llama voltaje
de corriente continua. En un circuito de este tipo la corriente
no varía de dirección, esto da lugar a que el circuito tenga
una polaridad claramente definida.
Los tipos más comunes de pilas son las que producen 1.5
voltios y que se utilizan para alimentar los radios, linternas,
grabadoras, juguetes y todo tipo de aparatos eléctricos y
electrónicos.
Las pilas tienen dos terminales o bornes por donde entregan
su energía y se llaman polo positivo y polo negativo, el polo
positivo se representa por un signo (+) y el polo negativo se
representa por un signo menos (-).
Las Resistencias
Las resistencias también llamados resistores, son los
componentes que mas se encuentran en todos los aparatos
electrónicos.
Como su nombre lo indica, las resistencias, presentan una
oposición o resistencia al paso de la corriente, limitando la
cantidad de ella que circula por un circuito.
El valor de una resistencia, o sea cuanto se opone al paso de
la corriente, se expresa en una unidad llamada Ohmio y este
se indica por unas bandas de colores alrededor del cuerpo de
la resistencia. Este método de identificación se llama código
de colores.
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El código de colores
En el código de colores para las resistencias cada color tiene un número
equivalente.
NEGRO 0
CAFÉ 1
ROJO 2
NARANJA 3
AMARILLO 4
VERDE 5
AZUL 6
VIOLETA 7
GRIS 8
BLANCO 9
Para averiguar el valor de una resistencia este debe sostenerse con la banda
dorada(o plateada), hacia la derecha. La resistencia se debe leer de izquierda a
derecha.
1. La primera banda es el primer número del valor de la resistencia.
2. La segunda banda es el segundo número del valor de la resistencia.
3. La tercera banda es el numero de ceros que se añadirán a los dos primeros
números (Si es negra no se añaden ceros).
4. La cuarta banda representa un valor de tolerancia. Esta banda, es
usualmente dorada con el 5% o plateada con el 10%.
Ejemplo:
Colores: azul – amarillo – rojo – dorado.
Valores: 6 4 00 5%
Por lo tanto, el valor de esta resistencia es de 6.400 o 6.4K con una tolerancia
del 5%.
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Las Fotorresistencias
Una fotorresistencia es un tipo especial de resistencia cuyo valor
varía automáticamente de acuerdo a la cantidad de luz que
llegue a su superficie. Por lo tanto su aplicación es ideal para todo
tipo de aparatos que trabajan de alguna manera con un rayo
luminoso. Cuando recibe luz su valor de resistencia es bajo y
cuando no recibe luz su valor de resistencia aumenta
notablemente.
Los Diodos Emisores de Luz LEDS
Un Led o diodo emisor de luz es una clase especial de diodo que
produce luz cuando circula una corriente a través de el. Tiene dos
terminales llamados Ánodo y Cátodo. El cátodo se indica por
medio de un lado plano en la cubierta de plástico o por tener la
terminal mas corta que la otra. Los diodos tienen una polaridad
definida, el ánodo va conectado a la terminal positiva (+) y el
cátodo a la terminal negativa (-).
Los Transistores
El transistor, que también pertenece a la familia de los
semiconductores, es un componente utilizado principalmente para
amplificar o aumentar señales y como suiche electrónico. Tiene 3
terminales llamados emisor (E), base (B) y colector (C), las cuales
tienen una determinada configuración dependiendo del transistor,
para utilizarlo como suiche electrónico se energiza la base lo cual
permite el paso de corriente entre el emisor y el colector. De
acuerdo a su fabricación los transistores pueden ser de tipo PNP o
NPN.
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Los Capacitores
Son unos dispositivos formados por dos conductores, por lo
general en forma de placas o láminas, separadas por un
dieléctrico que actúa como aislante. Al ser sometido a una
diferencia de potencial (voltaje) adquiere una determinada
carga eléctrica, a esta propiedad se le llama capacitancia se
mide en faradios.
Mientras el capacitor se carga eléctricamente actúa como
suiche cerrado en el circuito, cuando tiene carga completa abre
el circuito hasta que se descarga completamente.
Los capacitores electrolíticos, al igual que los LEDS tiene un
cátodo y un ánodo, el cátodo se identifica por una pata mas
corta que la otra o el símbolo negativo (-) encima de ella.
Los Interruptores
Son dispositivos para cambiar el estado de un circuito, de abierto
a cerrado y viceversa, los más comunes son los mecánicos que
funcionan por accionamiento manual, pero existen otros tipos
tales como de accionamiento eléctrico, magnético, térmico,
entre otros.
Procedimiento
En esta sección se encuentran esquemas y descripciones para construir tres
circuitos electrónicos con los elementos citados anteriormente.
1) Simulador de encendido automático de alumbrado público
Se construirá un circuito electrónico con resistencias, LED’s, transistores,
fotorresistencias y pilas. Este circuito básico tiene múltiples aplicaciones pues es un
prototipo a escala de un sistema automático de alumbrado, bien sea público o al
interior de las viviendas. En este circuito hay un elemento que es el encargado de
controlar el sistema, es la fotorresistencia, también conocida como fotocelda, la
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cual es un sensor lumínico, encargado de detectar la intensidad de luz que hay
en el área en el que se encuentra, variando sus características resistivas y por
ende modificando el comportamiento del circuito. A continuación se presenta el
dibujo esquemático del circuito descrito.
Si la fotorresistencia recibe luz la corriente eléctrica solo circula por la resistencia
numero 2, la base del transistor tiene un mayor valor de resistencia que la
fotorresistencia, por lo que la corriente que llega a la base no es suficiente para
estimular el paso de corriente entre el colector y el emisor. Cuando la
fotorresistencia no recibe luz la mayor cantidad de corriente circula por la base
del transistor lo cual permite el paso de corriente entre el emisor y el colector, lo
que hace posible que circule corriente por la resistencia 3 y por lo tanto por el
diodo, prendiéndolo.
¿Cuándo la fotorresistencia no recibe luz por cuál resistencia circula mayor
cantidad de corriente?
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¿Que sucede con los cambios de luz sobre la fotorresistencia?
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2) Semáforo electrónico miniatura
En este circuito se utilizarán elementos electrónicos como resistencias, capacitores
electrolíticos, LED’s, pila y transistores. Es la simulación a escala del funcionamiento
de un semáforo similar a los ubicados en las ciudades. La característica del
condensador es que permite por instantes cargas y descargas en él mismo,
permitiendo de esta manera que las corrientes que pasan por los transistores, sean
modificadas y alternadas; El esquema del circuito es el siguiente.
Cuando se energiza el circuito la corriente comienza a distribuirse por cada una
de las resistencias, cada uno de los capacitores empieza a almacenar la
corriente eléctrica que llega a él en forma de carga eléctrica (voltaje), mientras
sucede esto no circula corriente desde los condensadores hacia las bases de los
transistores. Cuando los condensadores terminan de cargarse ya no llega más
corriente a ellos y estos empiezan a entregarle corriente a las bases de los
transistores para sumarse con las corrientes que circulan a través de las
resistencias, lo cual permite el paso de corriente encendiendo los diodos.
¿Qué hace que en el circuito las luces se alternen?
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¿Por qué cuando llega corriente a la base del transistor, el LED prende?
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3) Juego de Luces Intermitentes
Los elementos para construir este circuito son los mismos que los del semáforo,
adicionando una fotorresistencia. Simula el comportamiento de las luces
navideñas. Los elementos que determinan el funcionamiento de este son la
fotorresistencia y los capacitores. El circuito esquemático es el siguiente:
Cuando se energiza el circuito la corriente comienza a distribuirse por cada una
de las resistencias, si la fotorresistencia está recibiendo luz su resistividad es muy
baja con lo cual la mayor cantidad de corriente de esa línea circula a través de
la fotorresistencia y no por la resistencia de 100K , si la fotorresistencia no recibe
su luz su resistividad es muy alta, debido a esto las corrientes en el circuito
disminuyen ya que la fuente de voltaje está suministrando la misma cantidad de
energía, debido a esta disminución de la corriente y dado que ninguno de los
elementos fue modificado el tiempo de carga de los capacitores se tarda más
que cuando la fotorresistencia recibe luz, lo cual genera una intermitencia más
lenta. Cuando los condensadores terminan de cargarse ya no llega más corriente
a ellos y estos empiezan a entregarle corriente a las bases de los transistores para
sumarse con las corrientes que circulan a través de las resistencias, lo cual permite
el paso de corriente encendiendo los diodos.
¿Si conectamos una fotorresistencia con un LED en serie, cuando prende este?
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¿Qué pasa con las características del circuito si quitamos la fotorresistencia?
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ELECTRONICA DIGITAL
La electrónica digital es una parte de la electrónica que se encarga del estudio
de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada en dos
únicos estados. A dichos estados se les puede llamar "verdadero" o "falso", o más
comúnmente 1 y 0. Electrónicamente se les asigna a cada uno un voltaje o rango
de voltaje determinado, a los que se les denomina niveles lógicos, típicos en toda
señal digital.
La electrónica digital hace uso del Álgebra Booleana y un sistema de numeración
binario (1’s y 0’s), que permite realizar operaciones lógicas o aritméticas sobre las
señales de entrada. Dentro de las operaciones lógicas mas comunes se
encuentran la AND (Y), la OR (O) y la NOT (NO) cada una de estas se puede
implementar con un elemento específico llamado compuerta.
Código Binario.
Como mencionamos anteriormente, en el código binario solo existen dos
elementos el cero y el uno, el sistema que nosotros conocemos tradicionalmente
es el decimal cada uno de estos números tiene su respectiva representación en el
binario. Algunos ejemplos que nos serán útiles en esta práctica son los siguientes:
Sistema Decimal Sistema Binario
0 0000
1 0001
2 0010
3 0011
4 0100
5 0101
6 0110
7 0111
8 1000
9 1001
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Algunos de los elementos nuevos que se utilizarán en esta sección son los
siguientes:
Compuerta AND
En una compuerta AND, normalmente encontramos dos entradas
y una salida, si ambas entradas tienen un valor “verdadero” o 1 el
valor de salida será 1, si en las entradas se encuentra cualquier
otro tipo se combinación el valor de la salida será “falso” o 0.
Compuerta NAND
Esta compuerta es muy parecida a la AND, la única diferencia es
que en la salida se invierte el valor, es decir si fuera una compuerta
AND y en ambas entradas hubiera 1 el valor de salida sería 1 pero
como es NAND el valor de salida se invierte y por lo tanto será 0.
Display de Siete Segmentos
El display está formado por un conjunto de 7 leds conectados en
un punto común en su salida. Cuando la salida es común en los
ánodos, el display es llamado de ánodo común y por el contrario,
sí la salida es común en los cátodos, llamamos al display de
cátodo común. En el display, una señal alta encenderá el
segmento excitado por la señal. La alimentación de cierta
combinación de leds, dará evidenciará un dígito de 0 a 9.
Decodificador BCD a 7 Segmentos
Es un circuito integrado, con un cierto número de entradas, y otro
cierto número de salidas. De acuerdo a la combinación de valores
que se hagan en las entradas se producirá cierta combinación de
valores en las salidas, que en este caso sirven para representar un
digito en un display.
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A continuación vamos a construir dos circuitos que nos permitirán acercarnos más
a la electrónica digital.
4) Decodificador De Números Binarios
Los elementos para construir este circuito son: un dipswitch, un conversor BCD a
siete segmentos y un display de ánodo común. El funcionamiento general del
circuito es el siguiente; en el dipswitch se escribe un número en código binario y
en el display se visualiza el número en código decimal.
Para cada número binario generado con el dipswitch en la entrada del
decodificador BCD a 7 segmentos, se activan algunas de sus salidas iluminado
algunos leds del display de 7 segmentos, lo cual permite visualizar un número
decimal, resultado de la conversión que se dio en el circuito integrado.
5) Circuito para Registrar el paso de las personas.
Los elementos para construir este circuito son: una compuerta NAND tipo schmitt
trigger, dos resistencias de 10K , una fotorresistencia, un led y un capacitor
cerámico de 100 nF. El funcionamiento general del circuito es el siguiente; cuando
se interrumpe el paso de luz a la fotorresistencia se enciende el led.
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Cuando el circuito se encuentra energizado y la fotorresistencia iluminada, ésta
ofrece una baja resistencia al paso de la corriente y por lo tanto en la entrada de
la compuerta NAND habrá un nivel lógico 1, lo que nos presentará un nivel lógico
0 de salida, porque la compuerta, es inversora. Cuando un objeto o persona
corta el haz de luz que incide sobre la fotorresistencia, ésta ofrece un alto valor de
resistencia al paso de la corriente por lo cual ésta deja de circular, lo que
ocasiona que no haya ninguna tensión o voltaje en la entrada de la compuerta,
por lo tanto tendrá un nivel lógico 0 y como consecuencia de esto, nos
proporcionará un pulso de salida de nivel lógico 1 de duración proporcional al
tiempo de cruce ante el mencionado haz de luz.
Alejandro Vélez García
Daniel Villada Cano.
Elaborado por
Juan Fernando Tamayo Vélez
John Fredy Medina Eusse
1. http://www.pablin.com.ar/electron/cursos/simbolos/index.htm
2. Mister electrónico Jr. Manual de experimentos. CEKIT
3. http://www.hispavila.com/3ds/lecciones/lecc1.htm
4. Mundo Electrónico. Sensores y Transductores. McGraw Hill. 1988
Referencias 5. Boylestad, Robert & Nashelsky. Electrónica: Dispositivos y
Circuitos
6. Malvino, Albert Paul. Principios de Electrónica McGraw Hill.
Cuarta Edición. 1991.
7. http://www.geocities.com/jjrc_79/electronica/fundamentos/hist
oria.htm
Fecha 04 de marzo de 2008
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