Manual de Electrónica Básica

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El transistor

En este especial sobre componentes electrónicos dejamos para el final el que tal vez sea uno de los más importante. Hablamos de un componente tan revolucionario que le otorgó a sus creadores, los físicos Bardeen, Brattain y Shockley, el premio Nobel de física. Nos referimos al humilde transistor.

NPN o PNP

Este elemento esta formado por tres capas de material semiconductor. Básicamente existen dos tipos de transistores. En primer lugar está el NPN:

Potencia eléctrica

Las luces de led necesitan muy poca potencia para funcionar

Para terminar con los principios básicos de la electricidad hoy veremos un concepto muy importante: la potencia de la electricidad.

Podemos decir que la potencia es la energía que se consume en un cierto tiempo. En el caso de la corriente se mide en vatios, aunque muchos usan la expresión inglesa watts, en honor a su descubridor: James Watt. La abreviación de esta unidad es W.

Este valor es muy conocido por todos, especialmente cuando tenemos que comprar una bombilla u otro aparato eléctrico. En el caso de las primeras nos da una idea de la cantidad de luz que van a generar. Pero hay que tener algo en cuenta: la eficiencia de los diferentes dispositivos no es siempre la misma. Muchos desperdician gran parte de la energía que consumen generando calor. Es por eso que una lámpara de bajo consumo puede iluminar más que una bombilla incandescente de más vatios.

El transformador

Hasta ahora hemos visto como un alambre por el que pasa electricidad genera un campo magnético. También es posible el mismo fenómeno a la inversa: si hacemos pasar un campo magnético cerca un alambre enrollado, éste generará una corriente. De modo que podemos colocar dos de estas bobinas y hacer pasar una corriente por una de ellas. Esta corriente generará un campo magnético que inducirá a la otra bobina, que a su vez reproducirá la corriente inicial. Para que funcione ambas bobinas deben estar enrolladas sobre un material especial, conocido como ferromagnético, y tenemos que usar corriente alterna (CA).

¿Qué lograremos con esto? En principio, nada, excepto desperdiciar algo de energía en el proceso. La CA que saldrá será una copia más o menos fiel de la que entró.

Pero todo cambiará si modificamos el número de espiras (o vueltas) de la segunda bobina o bobinado secundario. Si es menor conseguiremos reducir la tensión de la CA; si es mayor, la aumentaremos. Es por eso que este aparato recibe el nombre de transformador.

El plástico

Uno de los materiales más menospreciados, a pesar de su importancia en muchas industrias, es el plástico. Dado que es un deshecho que queda luego de que el petróleo es destilado para conseguir productos más valiosos, como la nafta, el plástico es un material sumamente económico. Este hecho lleva a muchas personas a pensar que se lo usa solo por su precio y que carece de propiedades útiles. Pero esto no es así, especialmente en el  mundo de la electricidad y la electrónica.

Pensemos: ¿existe otro material que sea tan buen aislante como el plástico? En el pasado se uso la madera. Pero, además de ser cara y difícil de fabricar, absorbía humedad con mucha facilidad y perdía cualquier propiedad aislante que pudiera tener. El plástico, en cambio, es una barrera contra la humedad.

Tipos de baterías

Las baterías o pilas son unidades electroquímicas que producen electricidad. En esta era de aparatos portátiles son cada vez más importantes. Pero es importante saber que no son todas iguales.

Las baterías: introducción

La batería o pila es un componente que genera una corriente eléctrica cuando sus polos están conectados. Como vimos en el artículo sobre principios básicos de la electricidad, para que la corriente circule es necesario que haya una diferencia de potencial entre las dos partes de un circuito.

El germanio

Junto con el silicio, el germanio es uno de los semiconductores más importantes en la electrónica. Al igual que éste pueden variarse sus propiedades con mezclándolo con elementos conocidos como dopantes.

La historia de su descubrimiento es muy interesante. Cuando Dmitri Mendeléyev descubrió su tabla periódica encontró "agujeros" (elementos que faltaban) que, según predijo, se irían rellenando con descubrimientos futuros. Uno de ellos era similar al silicio y lo llamó eka-silicio. No se equivocó: aproximadamente dos décadas más tarde el alemán Clemens Winkler descubrió el elemento, que asombrosamente cumplía con las predicciones de Mendeléyev, y lo nombró germanium que en latín significa "alemán".

La bombilla incandescente

Cuando la electricidad estaba en sus comienzos, un hombre, Thomas Edison, ideó un método para convertirla en algo muy útil: luz. La idea era muy simple: hacer pasar una corriente por un filamento muy delgado. Éste se pondría tan caliente que emitiría luz. Para evitar que se queme lo colocó dentro de una bombilla sin oxígeno. Luego se dio a la tarea de probar con diferentes materiales para el filamento hasta encontrar el más duradero.

Así comenzó una nueva era para la humanidad donde ya no se dependía de la luz del Sol o de velas para la iluminación.

Desventajas

Pero las bombillas no son el medio de iluminación perfecto:

Electricidad y magnetismo

La gravedad es una fuerza conocida por todos nosotros que provoca que los objetos sean atraídos por otros más grandes, como un planeta. Existe un fenómeno similar, denominado magnetismo, que afecta a ciertos cuerpos. Existen ciertos materiales que poseen eta cualidad de forma natural: los imanes naturales. De la misma forma que los planetas atraen solo aquellos objetos que se encuentran en determinada zona del espacio, que en este caso se llama campo gravitatorio, los imanes naturales poseen un campo magnético de similares características.

Electroimanes

Pero los imanes naturales no son los únicos que poseen un campo magnético. Si hacemos circular una corriente por un cable este generará un pequeño campo magnético a su alrededor, aunque muy pequeño. Podemos amplificar este efecto enrollando el cable alrededor de un trozo de hierro y haciendo circular la corriente por el. Si acercamos este aparato a trozos de metal pequeños, como tornillos o virutas de metal, veremos que se ha convertido en un imán, o, más precisamente, en un electroimán.

El cobre

El cobre es uno de los materiales más antiguos conocidos por el hombre. Se conocen muchas civilizaciones de la antigüedad que lo utilizaron como los egipcios y los chinos. En la actualidad su uso sigue siendo muy extendido gracias a sus aplicaciones en la electricidad y la electrónica.

La minería del cobre es una de las industrias más extendidas. Para extraer este mineral se han realizado impresionantes proyectos de minería a cielo abierto que han generado algunos de los agujeros más grandes hechos por el hombre.

Estas son algunas de las características que lo hacen tan necesario:

El estaño

A la hora de soldar circuitos electrónicos el material elegido por la mayoría es el estaño. Es cierto que hay materiales mas resistentes o que conducen mejor la electricidad. Pero el estaño combina en cierto grado esas dos características y es fácil de usar para soldar.

Por lo general, no se usa en estado puro. Es común encontrarlo mezclado con plomo. La proporción más usada es de 60-40: 60 % de estaño y 40 de plomo. Estas bajan su punto de fusión (la temperatura a la cual se derrite) haciendo más fácil la soldadura. También permite llevar a cabo el proceso a menor temperatura para proteger los componentes que queremos soldar.

El LED

El LED (de las siglas en inglés para Diodo Emisor de Luz) es un diodo que emite luz cuando es traspasado por una corriente eléctrica. Como cualquier diodo solo permite el paso de la corriente en un sentido.

Los leds se han venido usando desde hace mucho tiempo como soluciones de iluminación de bajo coste. Muchos indicadores de aparatos domésticos, como televisores o equipos de audio, usan leds. En los últimos años los leds han mejorado su potencia y han reducido su coste. Estos cambios lograron que los usos de los leds se diversifiquen todavía más. Linternas, flashes de cámaras y hasta las ópticas de los autos se beneficiaron.

Organizaciones ecologistas recomiendan el uso de leds principalmente por su bajo consumo: 92 % menos que una lámpara incandescente y 30 % menos que las fluorescentes.

El diodo

Un diodo es un elemento que, en circunstancias ideales, permite el paso de la corriente en un solo sentido. Cuando la corriente circula en ese sentido, se dice que se encuentra en polarización directa; en caso contrario se llama polarización inversa.  El símbolo es el siguiente:

En esta imagen podemos ver el símbolo usado para describir al diodo. Aunque el símbolo parece una flecha no hay que confundirse: la corriente solo circula en sentido opuesto.

El diodo ideal opone completamente al paso de la corriente de determinada polaridad y se abre completamente cuando alcanza cierto valor. El siguiente gráfico lo ilustra:

Los cables

Para transportar la electricidad por ciertas distancias los cables son excelentes alternativas. Aunque pueden parecer un simple alambre rodeado de plástico en la práctica son algo más complejos.

Interior complejo

En primer lugar, no se fabrican con un solo alambre sino con varios y estos no están mezclados así no más. Los más comunes se forman con un alambre central, llamado alma, rodeado de otros más: los torones. Este sistema permite combinar la resistencia de un solo alambre con la flexibilidad de muchos. Existen otros que combinan varios conjuntos de almas con sus respectivos torones según el uso que se le quiera dar.

La conductividad de los materiales: conductores, semiconductores y aislantes

Para que la electricidad pueda viajar por un material es necesario que los electrones puedan moverse de un átomo a otro. Si están distribuidos de tal manera que cada átomo pueda ceder o recibir electrones con facilidad estamos ante un material conductor. De lo contrario el material es aislante.

Existe una cuarta categoría de materiales conocidos como superconductores pero requieren de temperaturas del orden de las decenas de grados bajo cero para funcionar. Esto hace que tengan pocas aplicaciones en nuestra vida diaria aunque la investigaciones para poder usarlos a una temperatura normal parecen tener futuro.

Conductores

Los materiales conductores más conocidos y usados son, sin duda, los metales. Pero hay que aclarar que, como vimos en el artículo sobre la ley de Ohm, todos los materiales ofrecen alguna resistencia al paso de la corriente. La diferencia está en que la que ofrecen los conductores es mucho menor.

Componentes electrónicos: los condensadores

El condensador es un componente muy importante de muchos circuitos eléctricos. Es capaz de almacenar una determinada carga eléctrica durante un tiempo. Algunas de sus características le permiten servir para otros usos como filtrar la corriente alterna (CA) permitiendo el paso solo de corriente continua (CC).

Está compuesto por dos superficies de un material conductor conocidas como armaduras separadas por un material semiaislante: el dieléctrico. Algunos tienen polaridad, esto quiere decir que solo funcionan en un sentido. Otros no la tienen y pueden funcionar de cualquier manera.

Componentes electrónicos: la resistencia

En nuestro artículo anterior sobre la ley de Ohm vimos como una lampara podría hacer resistencia en un circuito. Pero no es el único elemento que lo hace. Practicamente cualquier elemento, incluyendo los cables, generan resistencia.

Aunque, claro está, los cables generan tan poca que en la mayoría de los casos no se tiene en cuenta. Solo cuando la intensidad de la corriente, medida en amperios, es excesiva los cables pueden llegar a derretirse. Para evitar esto los que deben soportar una gran cantidad de potencia elevan la tensión para poder disminuir la intensidad. Por eso se los llama cables de alta tensión.

Tipos de corriente: continua, pulsante y alterna

Hasta ahora hemos visto un solo tipo de corriente que circula siempre en la misma dirección, debido a que el polo positivo y el negativo de la batería siempre es el mismo. Esta corriente suele mantener siempre el mismo voltaje y se denomina corriente continua (CC). Se puede simbolizar con el siguiente diagrama: