Dispositivos electrónicos básicos

La electrónica se ha vuelto imprescindible en nuestra sociedad, especialmente los equipos informáticos. Todos dependemos de ella en mayor o menor medida, ya sea para el día a día en el hogar, para el trabajo, para las conexiones, desplazamientos, etc. Muchos sectores están dominados por este tecnología, por ello, es imprescindible conocer al menos los dispositivos electrónicos básicos.

Resistencia

La resistencia es un componente eléctrico que se utiliza para modificar el flujo de electricidad en un circuito. Tienen diferentes resistencias medidas en Ohms, dependiendo de los materiales y la construcción. En este artículo hablaremos de lo que son las resistencias, de sus usos más comunes en los circuitos y de las propiedades importantes de las resistencias, incluyendo su clasificación. Las resistencias también se denominan «bobinas», dependiendo de su forma. Están disponibles en diferentes clasificaciones, como valor de resistencia fijo y resistencias variables (potenciómetros).

¿Qué es una resistencia?

Una resistencia es un componente eléctrico que se utiliza para modificar el flujo de electricidad en un circuito. Un resistor con baja resistencia permite que fluya más corriente a través del circuito, mientras que un resistor con alta resistencia permitirá que fluya menos corriente a través de él. Las resistencias se utilizan para proteger los circuitos de la sobrecarga de corriente, proporcionar una caída de tensión cuando la tensión externa supera la capacidad de tensión del circuito, proporcionar un límite de corriente a los circuitos y reducir el ruido y las interferencias de RF. Están disponibles en diferentes clasificaciones, como valor de resistencia fijo y resistencias variables (potenciómetros).

¿Cómo funciona una resistencia?

Entendamos primero cómo fluye la corriente a través de un circuito abierto. La corriente fluye de los terminales positivos (+) a los negativos (-) de un circuito. Este flujo de corriente puede compararse con el flujo de agua en una tubería. Cuando se pone la mano o algún obstáculo en medio de una tubería de agua que fluye, el flujo se interrumpe. Del mismo modo, cuando se pone la mano o cualquier cosa metálica en un circuito, el flujo de electrones se interrumpe y la corriente disminuye. Esta interrupción del flujo de corriente se llama «resistencia». Una resistencia es un componente eléctrico con una cierta resistencia. Puede estar hecha de carbono, cerámica o incluso de cables. Cuando se coloca una resistencia en un circuito, se interrumpe el flujo de la corriente. La resistencia de una resistencia puede medirse en Ohms, que es la unidad de resistencia eléctrica.

Propiedades de las resistencias: Valores nominales y tolerancia

• Valor de la resistencia: es la cantidad de Ohms que tiene una resistencia. Por ejemplo, una resistencia de 5KΩ está clasificada para tener un valor de 5KΩ, lo que significa que permitirá que fluyan por ella 5 kilovatios de corriente. Esto no puede ser utilizado como un divisor de tensión. Para el divisor de voltaje, por favor revise la siguiente sección.
• Potencia nominal: la potencia nominal de una resistencia es la cantidad máxima de potencia que puede pasar con seguridad sin sobrecalentarse. Si excede esta cantidad de potencia, la resistencia se quemará y podría dañar el resto de su circuito. La potencia nominal de una resistencia se calcula multiplicando su valor por la tensión con la que se va a utilizar. Por ejemplo, si utiliza una resistencia con un valor de 10Ω con una tensión de 18 voltios, la potencia nominal será de 10×18=180 vatios. Es muy recomendable que utilices una resistencia que sea 10 veces más que la potencia máxima que vas a utilizar en tu circuito para que no se dañe por un pequeño sobrecalentamiento. Por ejemplo, si utiliza una bombilla de 100 vatios en un circuito, se recomienda utilizar una resistencia de 1.000 vatios. Esto protegerá a la resistencia del sobrecalentamiento incluso si accidentalmente utiliza una bombilla de 110 vatios.
• Tolerancia: La resistencia de un resistor nunca es un valor fijo. En cambio, es un rango en el que la resistencia puede funcionar. La mayoría de las resistencias tienen una tolerancia de ±10%. Esto significa que la resistencia podría tener un rango de resistencia de 9,1Ω a 10,9Ω. Por lo tanto, si utilizas esta resistencia en un circuito, podrías obtener una corriente diferente a la que esperabas. Al diseñar un circuito, puede necesitar una resistencia que tenga un rango de resistencia muy pequeño. Esta resistencia se llama resistencia de precisión y suele ser más cara que una resistencia normal con una tolerancia de ±10%.

Usos comunes de las resistencias en los circuitos

• Divisor de potencia: Los divisores de potencia son circuitos que se utilizan para dividir el voltaje y la corriente a las diferentes partes de su circuito. Esto se puede hacer utilizando una resistencia como divisor de tensión.
• Limitador de corriente: Cuando tengas una corriente superior a la nominal del circuito, puedes utilizar una resistencia como limitador de corriente. Una resistencia de gran valor limitará el flujo de corriente a un valor inferior.

Diferentes tipos de resistencias

Resistencia fija: Una resistencia que tiene un valor fijo y una tolerancia se llama resistencia fija. Una resistencia fija puede utilizarse como divisor de tensión, limitador de corriente o reductor de ruido. Una resistencia fija se suele utilizar cuando no se puede elegir el valor y la tolerancia que se necesita. Potenciómetro: Una resistencia que tiene tres terminales y que se separa en su interior para cambiar el valor de la resistencia dependiendo de dónde se gire se llama potenciómetro. Puedes utilizar un potenciómetro como divisor de tensión, limitador de corriente o reductor de ruido. Un potenciómetro también se puede utilizar como una resistencia variable, donde el valor de la resistencia se puede cambiar girando el mando. Puedes utilizar un potenciómetro en un circuito de audio para variar el volumen o la velocidad de un motor.

Condensador

Un condensador es un componente eléctrico pasivo con capacidad para almacenar energía en forma de campo electrostático. El condensador almacena esta energía potencial a medida que las cargas se acumulan a ambos lados del mismo. Un condensador suele estar formado por dos placas conductoras, conocidas como electrodos, separadas por una tercera placa aislante llamada dieléctrica. Esto ayuda a evitar que la carga eléctrica de un electrodo se disipe demasiado rápido y evita que se acumule demasiado rápido en el otro electrodo. Es importante entender cómo funcionan los condensadores dentro de un circuito eléctrico; se utilizan en casi todos los circuitos que encontrarás como ingeniero eléctrico. En este artículo explicamos qué hace un condensador, cuándo utilizarlo y ejemplos de sus usos en circuitos del mundo real.

¿Qué hace un condensador?

Un condensador es un componente eléctrico con capacidad para almacenar energía en forma de campo electrostático. El condensador almacena esta energía potencial a medida que las cargas se acumulan a ambos lados del mismo. Un condensador suele estar formado por dos placas conductoras, conocidas como electrodos, separadas por una tercera placa aislante llamada dieléctrica. Esto ayuda a evitar que la carga eléctrica de un electrodo se disipe demasiado rápido y evita que se acumule demasiado rápido en el otro electrodo. Es importante entender cómo funcionan los condensadores dentro de un circuito eléctrico; se utilizan en casi todos los circuitos que encontrarás como ingeniero eléctrico. En este artículo explicamos qué hace un condensador, cuándo utilizarlo y ejemplos de sus usos en circuitos del mundo real.

¿Cuándo utilizar un condensador en un circuito eléctrico?

Un condensador se utiliza habitualmente para almacenar energía y luego liberarla a la velocidad deseada. Esto se utiliza cuando un circuito necesita regular o almacenar energía de una fuente de energía no constante. Por ejemplo, un condensador puede utilizarse como una tirita para absorber y almacenar el exceso de energía de una fuente de alto voltaje hasta que pueda distribuirse a un circuito de menor voltaje. Esto puede ser útil si se produce una caída repentina de la tensión de la fuente principal, como cuando una máquina se desconecta y pierde la alimentación inicial. Un condensador también puede utilizarse para regular la tensión de un circuito. Por ejemplo, un circuito diseñado para suministrar una corriente constante a una carga puede tener que aumentar su tensión para satisfacer la mayor demanda de la carga. Un condensador puede utilizarse en este caso para almacenar el exceso de energía y liberarlo cuando sea necesario para mantener la tensión deseada. Esta función de los condensadores es también la que los hace útiles para los ingenieros que diseñan circuitos que requieren un suministro de tensión constante.

Tipos de condensadores

Condensadores sólidos

Los condensadores sólidos utilizan dos placas conductoras hechas de grafito intercaladas con un material dieléctrico aislante. Estos condensadores pueden ser más estables que otros tipos de condensadores, especialmente cuando la tensión aplicada es superior a 30 voltios. Los condensadores sólidos también son muy fiables y pueden utilizarse en más aplicaciones que otros condensadores. Sin embargo, suelen ser más caros que otros tipos de condensadores.

Condensadores electrolíticos

Los condensadores electrolíticos utilizan dos placas conductoras hechas de un metal poroso que han sido impregnadas con un electrolito. Un electrolito es una solución que puede conducir la electricidad y utilizarse como electrodo. Estos condensadores electrolíticos suelen utilizarse para suavizar la energía generada por fuentes de electricidad como la solar o la eólica. También suelen utilizarse en las fuentes de alimentación de los sistemas informáticos. Al igual que los condensadores sólidos, los electrolíticos suelen ser más caros que otros tipos de condensadores. También puede encontrar condensadores de tantalio, que suelen utilizarse en aplicaciones que requieren niveles de tensión, potencia y corriente más elevados que los que pueden soportar otros condensadores. Suelen utilizarse en fuentes de alimentación, protectores de sobretensión y aparatos de gran potencia.

Diodo

Los diodos son uno de los componentes electrónicos más comunes que encontrará en casi cualquier lugar. Los diodos están presentes en casi todos los circuitos que se ven e incluso se pueden encontrar en muchos electrodomésticos. Vienen en varias formas y tamaños, y cada uno sirve para un propósito único. A pesar de su funcionalidad aparentemente sencilla, los diodos tienen numerosas aplicaciones y van desde pequeños diodos de señal hasta diodos de barrera Schottky (SBD) de alto voltaje. Veamos qué son exactamente los diodos, cómo funcionan, sus diferentes tipos y sus distintas aplicaciones.

¿Qué es un diodo?

Un diodo es un dispositivo electrónico que permite que la corriente fluya en una sola dirección. Los diodos tienen poca o ninguna resistencia al flujo de corriente en una dirección, pero tienen una alta resistencia al flujo de corriente en la dirección opuesta. Los diodos se utilizan a menudo para convertir la CA en CC o para limitar la corriente a través de un circuito. Los diodos también pueden actuar como un flujo de cargas o electrones en un circuito. El símbolo del diodo es un dispositivo semiconductor que deja pasar la corriente en una sola dirección.

¿Cómo funciona un diodo?

Cuando se aplica una corriente a un extremo del diodo, los electrones son atraídos y comienzan a moverse hacia el extremo positivo del dispositivo. Cuando los electrones se acercan al extremo positivo, son atraídos por éste y se quedan «atrapados» allí, bloqueando así el movimiento de los electrones. Los electrones del extremo negativo son empujados lejos del extremo positivo. La corriente fluye en una sola dirección debido al efecto de bloqueo que ha creado el diodo. Si se aplica una corriente en la dirección opuesta, los electrones son empujados lejos del extremo positivo. Esto provoca una disminución del flujo de corriente, ya que los electrones estaban bloqueando el flujo de corriente. Cuando se retira la tensión del extremo positivo, los electrones son atraídos hacia el extremo negativo hasta llegar al positivo. A partir de ahí, son repelidos por el extremo positivo y pueden volver a moverse hacia el extremo negativo.

Sin embargo, como los electrones cercanos al extremo positivo están atascados, la corriente no puede seguir fluyendo en la dirección negativa. Esto crea una resistencia en la dirección negativa, haciendo que la corriente disminuya. Cuando se retira la tensión del extremo negativo, la corriente en la dirección positiva aumenta hasta llegar al extremo positivo. Una vez más, los electrones son atraídos hacia el extremo positivo en un intento de alcanzar el extremo negativo. Sin embargo, como los electrones cercanos al extremo positivo están atascados, la corriente no puede seguir fluyendo en la dirección positiva. Esto crea una resistencia en la dirección positiva, haciendo que la corriente disminuya. Los diodos se utilizan en diferentes circuitos electrónicos, aunque lo más habitual es que sirvan para convertir la corriente alterna en continua, como en las fuentes de alimentación de los aparatos electrónicos, o para impedir que fluya una corriente excesiva en un circuito.

Tipos de diodos

• Diodo de silicio: son un tipo de dispositivo semiconductor de silicio que permite que la corriente fluya sólo en una dirección. Los diodos de silicio se fabrican normalmente con una unión p-n. La unión p-n tiene una pequeña cantidad de corriente de fuga que es un subproducto del proceso de fabricación. Los diodos de silicio se utilizan en aplicaciones en las que la corriente de fuga es un problema pero es menos crítica. Debido a sus altas tensiones de ruptura, los diodos de silicio son más adecuados para señales de bajo nivel que requieren menos potencia que otros tipos de diodos.
• Diodo Zener:  se fabrican con tipos especiales de materiales que les permiten actuar como reguladores de tensión cuando se aplica una tensión constante a través de ellos. Los diodos Zener se utilizan para diversas aplicaciones, como la regulación de la tensión y el recorte de la misma. La tensión a través de un diodo zener es aproximadamente 0,5 V superior a la tensión aplicada.
• Diodo emisor de luz: son dispositivos semiconductores que emiten luz cuando se les aplica una corriente eléctrica. Los LEDs se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, desde la iluminación general hasta los semáforos.
• Diodo puente: es un tipo de diodo de silicio con dos diodos conectados en paralelo. Se utiliza en circuitos con corriente alterna y continua. Cuando se aplica la corriente alterna, la parte de la corriente alterna fluye a través de un diodo, y la parte de la corriente continua fluye a través de ambos diodos.
• Diodo de barrera Schottky: los SBD son un tipo especial de diodo menos común en los circuitos utilizados para la transmisión de señales. Los SBD suelen utilizarse en aplicaciones de alta tensión porque su caída de tensión es muy pequeña. Los SBD se fabrican con una combinación de un metal y un material semiconductor.

Aplicaciones de los diodos

• Conmutación: se utilizan en circuitos de conmutación en los que se utiliza una tensión aplicada para controlar el flujo de corriente. El uso más común de los diodos en los circuitos de conmutación es controlar el flujo de corriente a través de un circuito inductivo. Los circuitos inductivos son circuitos que contienen cargas inductivas, como motores, solenoides y transformadores. Cuando se coloca un diodo a través del circuito inductivo, sólo se permite que la corriente fluya en una dirección y no se permite la acumulación de tensión.
• Rectificación: es el proceso de tomar una corriente alterna (AC) y convertirla en corriente continua (DC). Los diodos se utilizan habitualmente en los circuitos de rectificación, solos o en combinación con otros dispositivos. Lo más habitual es utilizar un solo diodo para la rectificación. Por ejemplo, cuando se utiliza una batería para alimentar un dispositivo electrónico, la corriente de la batería es una corriente alterna. La corriente alterna puede rectificarse y convertirse en corriente continua colocando un solo diodo entre los terminales positivo y negativo de la batería.
• Regulación de la tensión: los diodos Zener se utilizan habitualmente para regular la tensión de un circuito electrónico. La tensión en un circuito puede ser demasiado alta o demasiado baja, y el circuito puede no funcionar correctamente. Un diodo zener puede utilizarse para regular la tensión, evitando que el circuito reciba demasiada o poca tensión.

Transistor

Un transistor eléctrico es un dispositivo semiconductor con tres conexiones: base, colector y emisor. Se utiliza para amplificar o conmutar pequeñas señales de la base al colector. El funcionamiento de un transistor consiste en aumentar o reducir la resistencia de un circuito en función de la tensión que se le aplica. Estos dispositivos se utilizan habitualmente en la electrónica digital y tienen diferentes variaciones según su modo de funcionamiento. Se pueden clasificar en dos tipos principales: unipolares y bipolares. Veamos qué significan estos términos y cómo nos ayudan a entender mejor los transistores eléctricos para poder utilizarlos de forma más eficaz en nuestros proyectos.

¿Qué es un transistor unipolar?

Un transistor unipolar es un dispositivo semiconductor de tres terminales que puede utilizarse como amplificador o interruptor. En un transistor unipolar, la base, el colector y el emisor están conectados a una tensión positiva. La principal ventaja de utilizar un transistor unipolar es que puede funcionar a frecuencias más altas en comparación con un transistor bipolar. Sin embargo, como la unión base-emisor (BE) está polarizada hacia delante, los transistores unipolares son menos adecuados para aplicaciones de alta potencia y alto voltaje. Estos transistores se utilizan principalmente en aplicaciones de baja potencia.

¿Qué es un transistor bipolar?

Un transistor bipolar es un dispositivo semiconductor de tres terminales que puede utilizarse como amplificador o interruptor. En un transistor bipolar, la base y el emisor están conectados a una tensión negativa, mientras que el colector está conectado a una tensión positiva. Otra ventaja de utilizar un transistor bipolar es que puede utilizarse en una amplia gama de aplicaciones, desde las de baja frecuencia hasta las de alta frecuencia y desde las de baja potencia hasta las de alta potencia.

Principales diferencias entre los transistores unipolares y bipolares

Como hemos visto anteriormente, un transistor unipolar y un transistor bipolar tienen tres terminales: base, colector y emisor. Pero hay varias diferencias clave entre estos dos tipos de transistores que los hacen adecuados para diferentes a tener en cuenta:

• El colector y el emisor se invierten en un transistor bipolar. Esto lo hace adecuado para aplicaciones en las que se requiere una corriente elevada. Un transistor unipolar, por el contrario, es adecuado para aplicaciones en las que se requiere una corriente baja.
• Un transistor unipolar tiene una baja impedancia de entrada, mientras que un transistor bipolar tiene una alta impedancia de entrada. Esto significa que un transistor unipolar tarda mucho en cargarse, mientras que un transistor bipolar tarda poco en cargarse.
• Un transistor unipolar está controlado por una corriente positiva, mientras que un transistor bipolar está controlado por una corriente negativa.
• Un transistor unipolar sólo puede encenderse con una tensión positiva, mientras que un transistor bipolar puede encenderse con una tensión positiva o negativa.
• Un transistor unipolar tiene una tensión de ruptura baja, mientras que un transistor bipolar tiene una tensión de ruptura alta.

FET (transistor de efecto de campo)

Los transistores de efecto de campo (FET) son dispositivos semiconductores de tres terminales que pueden utilizarse como interruptor. La principal ventaja de utilizar un FET es que puede funcionar a frecuencias muy altas. Sin embargo, a diferencia de los transistores bipolares, los FET no pueden utilizarse como amplificadores. Los FET se utilizan para conmutar cargas de gran intensidad, como motores y bombillas. También se utilizan para construir circuitos integrados como puertas lógicas. Los FET también se denominan transistores unipolares porque tienen una única vía de conducción entre los terminales de fuente y drenaje, mientras que los transistores bipolares tienen dos vías de conducción entre los terminales de base y emisor y entre los terminales de colector y emisor.

Los transistores, diodos, resistencias y condensadores son los elementos fundamentales de las fuentes de alimentación, junto con los transformadores.

Memristor

Un memristor es un componente eléctrico pasivo que presenta una resistencia en función de las cargas anteriores que lo atraviesan. Un componente no lineal que tiene propiedades que no pueden reproducirse con ninguna combinación de otros componentes fundamentales, combina la memoria persistente con la resistencia eléctrica.

Leon Ong Choua observó que faltaba una pieza llamada memristor, o resistencia de memoria. Los memristores son semiconductores que combinan las funciones del condensador, la resistencia y el inductor en un nuevo cuarto tipo de elemento, la resistencia llamada memristancia, que cambia con el flujo de electricidad. Los memristores son esencialmente la cuarta clase de circuitos eléctricos que unen la resistencia, el condensador y el inductor, y que muestran sus propiedades únicas sobre todo a nanoescala.

Un memristor es un dispositivo de dos terminales de resistencia variable, y puede utilizarse en una serie de aplicaciones, como sistemas neuromórficos, circuitos lógicos y memorias digitales. Según la teoría, son un tipo de elementos de circuito pasivos que soportan una relación tiempo-integral de la corriente y el voltaje sobre un dispositivo de dos terminales.

Otros

Por supuesto, existen otros muchos componentes electrónicos (transformadores, bobinas, electroimanes, piezoeléctricos, sensores,…), algunos derivados de los ya expuestos, otros completamente diferentes. Pero estos eran los más elementales.

Ahora ya conoces un poco mejor los componentes electrónicos que intervienen en tus dispositivos para su correcto funcionamiento. No olvides comentar…