ELECTROTECNIA

La Electrotecnia estudia las aplicaciones técnicas de la electricidad con fines industriales, científicos, etc. así como las leyes de los fenómenos eléctricos.

La finalidad de la Electrotecnia es la de proporcionar aprendizajes relevantes que propicien un desarrollo posterior, abriéndosele al alumno un gran abanico de posibilidades en múltiples opciones de formación electrotécnica más especializada, lo que confiere a esta materia un elevado valor propedéutico. En este sentido, cumple el doble propósito de servir como formación de base, tanto para aquellos alumnos que decidan orientar su vida profesional por el camino de los ciclos formativos, como para los que elijan la vía universitaria encaminada a determinadas ingenierías. El primer aspecto conduce a una formación científica que justifique los fenómenos eléctricos, y el segundo a una formación más orientada a técnicas y procedimientos.

El carácter de ciencia aplicada le confiere un valor formativo relevante, al integrar y poner en función conocimientos procedentes de disciplinas científicas de naturaleza más abstracta y especulativa. También ejerce un papel de catalizador del tono científico y técnico que le es propio, profundizando y sistematizando aprendizajes afines procedentes de etapas educativas anteriores.
El campo disciplinar abarca el estudio de los fenómenos eléctricos y electromagnéticos, desde el punto de vista de su utilidad práctica, las técnicas de diseño y construcción de dispositivos eléctricos característicos, ya sean circuitos, máquinas o sistemas complejos, y las técnicas de cálculo y medida de magnitudes en ellos.

Esta materia se configura a partir de tres grandes campos del conocimiento
y la experiencia:
1. Los conceptos y leyes científicas que explican los fenómenos físicos que tienen lugar en los dispositivos eléctricos.
2. Los elementos con los que se componen circuitos y aparatos eléctricos y su disposición y conexiones características.

3. Las técnicas de análisis, cálculo y predicción del comportamiento de circuitos y dispositivos eléctricos.

La Electrotecnia es la disciplina tecnológica que estudia las aplicaciones de la electricidad y abarca el estudio de los fenómenos eléctricos y electromagnéticos desde el punto de vista de la utilidad práctica de la electricidad incluidos en tres grandes campos de conocimiento y experiencia: los conceptos y leyes científicas que explican el funcionamiento y comportamiento de los distintos aparatos, las leyes, teoremas, principios y técnicas de análisis, cálculo y predicción del comportamiento de los circuitos eléctricos y electrónicos y los elementos con los que se montan y construyen circuitos, aparatos y máquinas eléctricas. Adaptado a la norma UNE-20460-5-53 sobre Cálculo de la Sección de Conductores Eléctricos.

DEFINICIONES BASICAS DE ELECTROTECNIA Y RESISTENCIAS ELECTRICAS

FREDY TORRRES
CARLOS JULIO MUNAR
GEOVANNY MORILLO
JUAN CARLOS CASTRO AMAYA

8TGMEB

CARGA ELECTRICA

Es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiestan mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La interacción entre carga y campo eléctrico es la fuente de una de las cuatro interacciones fundamentales, la interacción electromagnética.

La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan por definición: el electrón tiene carga de -1 +n –e y los protones de +1.
1C= 6.24x10

CORRIENTE ELECTRICA
Cantidad de carga que pasa por un conductor en un determinado tiempo

Circulación de cargas de electrones a través de un circuito eléctrico cerrado que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo.

Movimiento ordenado de cargas a través de conductores en forma ordenada
Definir corriente: sentido y valor numérico


Electroestática

Estudio de las cargas en reposo

Carga electroestática

Toda aquella carga que esta inactiva o quieta

Corriente electrostática
Movimiento generado de cargas








Tipos de Corriente

Ondas de régimen periódico: a) Senoidal, b) Impulsos positivos, c) Rectangular de impulsos positivos, d) Cuadrada, e) Triangular, f) Diente de sierra.

A diferencia de la corriente continua que posee siempre el mismo valor, esto es, un flujo de cargas constantes a lo largo del tiempo, en una corriente periódica el flujo de cargas toma una serie de valores distintos que se repiten con el tiempo.

Si las cargas se desplazan siempre en la misma dirección se dice que la corriente es pulsatoria y en caso contrario alterna.
Corriente transitoria

Se denomina corriente transitoria a aquella corriente eléctrica en la que el flujo de cargas o bien tiende a extinguirse por cesar la causa que lo produce, o bien a estabilizarse en un valor constante tras un período de oscilación. Por lo general, son de corta duración, aumentando o disminuyendo de forma exponencial, y aparecen con frecuencia en los circuitos en los que hay bobinas y condensadores.

CORRIENTE PUSALTORIA

Ondas de régimen periódico: a) Senoidal, b) Impulsos positivos, c) Rectangular de impulsos positivos, d) Cuadrada, e) Triangular, f) Diente de sierra.Corriente continua que sufre cambios regulares de magnitud a partir de un valor constante. Los cambios pueden ser en intensidad o en tensión. Estos cambios o pulsos son siempre en el mismo sentido de la corriente. Por eso todos los tipos de corrientes alternas, ya sean cuadradas, sinusoidales o en sierra no son pulsantes.En la figura de la derecha pueden observarse algunos ejemplos de ondas de distintas corrientes periódicas. Los tipos a, d y e son corrientes alternas y b, c y f son pulsatorias. Corriente convencional +- Corriente real - +

Corriente alterna CA

Es la corriente que invierte periódicamente el sentido de su movimiento con una determinada frecuencia

CORRIENTE CONTINUA

Fluye ene el mismo sentido, esta determinada por tres magnitudes relacionadas entre si la diferencia de potencial, intensidad de corriente y la resistencia del circuito

VOLTAJE
Diferencia de potencial, tensión o voltaje es la presión que ejerce una fuerza de suministro de energía eléctrico sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica.

Fuerza electromotriz, es el trabajo necesario para que una carga de 1 Coulomb se mueva de un punto a otro. Diferencia de potencial acumulada entre dos puntos. Se mide en voltios (v). Voltaje (V). Definir voltaje: -Numerar o nombrar las terminales. –Valor o magnitud. –Polaridad.

Potencia
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En Física, potencia es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. Esto es equivalente a la velocidad de cambio de energía en un sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, según queda definido por:
Donde
P es la potencia.
E es la energía total o trabajo.
t es el tiempo.
1 vatio equivale a 1(J/s).

FRECUENCIA
Movimientos vibratorios y oscilatorios que se producen en unidad de tiempo. Además No de ciclos por unidad de tiempo de una onda

PERIODO
Es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la oscilación, es el lapso mínimo que separa dos instantes en los que el sistema se encuentra exactamente en el mismo estado.


HERTZ
Unidad de frecuencia, No de veces que se repite por ciclos cualquier fenómeno electromagnético, por ejemplo 500hz equivalen a 500 ciclos por segundo.

CIRCUITO ELÉCTRICO
Es una interacción de elementos eléctricos como resistencias, inductores, capacitares, líneas de transmisión, fuentes de voltaje , fuentes de corriente, interruptores. Además es una red que tiene un bucle cerrado, dando un camino de retorno para la corriente

COMPONENTES ACTIVOS

Los componentes activos son aquellos que son capaces de excitar los circuitos o de realizar ganancias o control del mismo. Fundamentalmente son los generadores eléctricos y ciertos componentes semiconductores. Estos últimos, en general, tienen un comportamiento no lineal, esto es, la relación entre la tensión aplicada y la corriente demandada no es lineal.
Los componentes activos semiconductores derivan del diodo de Fleming y del triodo de Lee de Forest. En una primera generación aparecieron las válvulas que permitieron el desarrollo de aparatos electrónicos como la radio o la televisión. Posteriormente, en una segunda generación, aparecerían los semiconductores que más tarde darían paso a los circuitos integrados (tercera generación) cuya máxima expresión se encuentra en los circuitos programables (microprocesador y microcontrolador) que pueden ser considerados como componentes, aunque en realidad sean circuitos que llevan integrados millones de componentes.
En la actualidad existe un número elevado de componentes activos, siendo usual, que un sistema electrónico se diseñe a partir de uno o varios componentes activos cuyas características lo condicionará. Esto no sucede con los componentes pasivos. En la siguiente tabla se muestran los principales componentes activos junto a su función más común dentro de un circuito.

COMPONENTES PASIVOS

Son los que absorben la energía y disipan potencia.
Existe una amplia variedad de este tipo de componentes, tanto en forma como en funcionalidad y en características. En la siguiente tabla se indican los principales componentes pasivos junto a su función más común dentro de un circuito.

LA RESISTENCIA ELECTRICA

El componente electrónico más simple por su construcción y funcionamiento y más utilizado en los aparatos electrónicos, es el conocido como resistencia o resistor.El término resistencia, considerado en un sentido general, es la oposición que se presenta a una acción. En electricidad y electrónica, resistencia es la oposición al paso de la corriente eléctrica.
Existen muchos aparatos en donde se utilizan las resistencias para convertir energía eléctrica en energía calorífica. Es el caso de las estufas, los hornos, las planchas, los calentadores de agua, etc.
En los aparatos electrónicos, las resistencias se encuentran en todo tipo de circuitos y su función principal es controlar el paso de la corriente.
Aspecto físico y símbolo de las resistencias
En la figura se puede observar el aspecto físico de los tipos más comunes de resistencias utilizadas en los aparatos electrónicos y los símbolos con los cuales se representan en los diagramas o planos.
Todo circuito electrónico se representa por medio de un plano llamado diagrama esquemático. A todos los elementos de los circuitos, o sean los componentes, se les ha asignado un símbolo que los representa en los diagramas.Ese símbolo se hace necesario para simplificar la elaboración de los planos, ya que de otra forma, sería prácticamente imposible dibujar todos los elementos de acuerdo a su forma física real.
Unidad de medida
Así como la distancia se mide en metros y el peso en gramos, la mayor o menor oposición al paso de la corriente que se produce en una resistencia se mide en ohmios. Decimos entonces que la unidad de medida para las resistencias es el OHMIO.Para simplificar los diagramas y las fórmulas, este parámetro se representa con la letra Ω (omega), del alfabeto griego. El nombre de esta unidad se adoptó como un homenaje a George Simon Ohm, físico inglés, quien descubrió la Ley de Ohm, una de las leyes básicas de la electricidad y la electrónica.Una resistencia de 1000 ohmios ó 1000Ω, presenta una oposición a la corriente cuatro veces mayor que una de 250 ohmios ó 250Ω.Como las resistencias utilizadas en electrónica tienen valores comprendidos entre menos de 1 ohmio y varios millones de ohmios, encontramos que no es fácil mostrar en un diagrama todos los ceros que tiene una resistencia de alto valor. Escribir 220.000 ohmios o 10.000.000 ohmios puede ser difícil. Para resolver el problema, se utilizan los términos Kilo y Mega con sus respectivas letras K y M para indicar los múltiplos de miles y millones. La letra K significa mil unidades y equivale a tres ceros (000) después del primer número. La letra M significa un millón de unidades y equivale a seis ceros (000000) después del primer número.Así, en cambio de escribir 22.000 ohmios escribimos 22 Kohm o simplemente 22KΩ. Este valor se puede leer como 22 Kiloohmios o simplemente como 22K. Para escribir 5.600.000 ohmios se puede indicar como 5.6 MΩ y se lee como 5 punto 6 Megas.Ejemplos: 47KΩ serían 47.000Ω o 47Kiloohmios, 10MΩ serían 10.000.000Ω o 10 Megaohmios. Cómo se descifraría una resistencia de 4.7KΩ? Es sencillo, corremos el punto decimal tres puestos quedando 4.700Ω
Otros parámetros de las resistencias
Recordemos que al circular corriente eléctrica por una resistencia, hay cierta oposición a ella. Esta oposición hace que parte de la energía eléctrica se transforme en calor alrededor de la resistencia. Este fenómeno se aprecia más en las resistencias de los hornos, estufas, planchas eléctricas, etc.En las resistencias utilizadas en electrónica, además de su tipo, y su valor en ohmios, se debe tener en cuenta una característica adicional. Esta es la capacidad máxima para expulsar o disipar calor sin que se deteriore o destruya el elemento físico y se mide en vatios.En la mayoría de los circuitos electrónicos se utilizan resistencias de bajo vatiaje como las de 1/8, 1/4, 1/2, 1 y 2 vatios. En las etapas de salida de los amplificadores de alta potencia, es común encontrar resistencias de vatiajes altos como 5, 10, 15, 20 y 50 vatios. El tamaño físico de las resistencias depende del vatiaje siendo las más grandes las de mayor valor.


Tipos de resistencias







Las resistencias están construidas con diferentes materiales resistivos, en diversos tipos, formas y tamaños dependiendo de su aplicación y se clasifican en dos grandes grupos, resistencias fijas y resistencias variables.
Resistencias fijas
A este grupo pertenecen todas las resistencias que presentan un mismo valor sin que exista la posibilidad de modificarlo a voluntad.De acuerdo con su material de construcción las resistencias fijas se clasifican en dos grandes grupos principales:
· Carbón
· alambre

Resistencias de carbón
Hay dos tipos de resistencias fijas de carbón, las aglomeradas y las de capa o película. En las aglomeradas, el elemento resistivo es una masa homogénea de carbón, mezclada con un elemento aglutinante y fuertemente prensada en forma cilíndrica. Los terminales se insertan en la masa resistiva y el conjunto se recubre con una resina aislante de alta disipación térmica.Existe otro método de fabricación de las resistencias de carbón que consiste en recubrir un tubo o cilindro de porcelana con una capa o película de carbón, o haciendo una ranura en espiral sobre la porcelana y recubriéndola luego con la película de carbón, quedando parecida a una bobina. Estas son las resistencias de bajo vatiaje como las de 1/8, 1/4, 1/3, 1/2, 1 y 2 vatios.
Resistencias de alambre
Se construyen con un alambre de aleación de níquel y cromo u otro material con características eléctricas similares. El alambre se enrolla sobre un soporte aislante de cerámica y luego se recubre con una capa de esmalte vítreo, con el fin de proteger el alambre y la resistencia contra golpes y corrosión.Son resistencias hechas para soportar altas temperaturas sin que se altere su valor. Por tanto, corresponden a los vatiajes altos como 5, 10, 20, 50 y más vatios.

El código de colores

Muchas veces nos habremos preguntado porqué algunas resistencias tienen unas bandas o líneas de colores alrededor de su cuerpo. Estas bandas tienen un significado específico determinado por un código especial llamado el código de colores.Para las resistencias de alambre o de carbón de 1 vatio en adelante es fácil escribir el valor en su cuerpo, pero para las resistencias más pequeñas es muy difícil hacerlo ya que su tamaño lo impide.Para las resistencias pequeñas de carbón y película de carbón, que son las más utilizadas en los circuitos electrónicos, existe un método de identificación muy versátil llamado el código de colores. Este método, que utiliza tres, cuatro o cinco líneas de colores pintadas alrededor del cuerpo de la resistencia, sirve para indicar su valor en Ohmios y su precisión.El sistema de las líneas de colores resuelve dos problemas principalmente:
· Sería demasiado difícil ver números grandes marcados en resistencias pequeñas. Por ejemplo: 1.000.000 ohmios en una resistencia de 1/4 de vatio no se vería muy bien.
· Si la resistencia queda en cierta posición en el circuito, se taparía este número y no se podría leer su valor.

Las bandas de colores que tienen este tipo de resistencias alrededor de su cuerpo, parece que resuelven todos estos problemas. En este código, cada color corresponde a un número en particular. Hay dos códigos de colores para las resistencias de carbón. El de 3 o 4 bandas y el de 5 bandas.Para leer el código de colores de una resistencia, ésta se debe tomar en la mano y colocar de la siguiente forma: la línea o banda de color que está más cerca del borde se coloca a la izquierda, quedando generalmente a la derecha una banda de color dorado o plateado.





En el sistema de tres o cuatro bandas, el color de la primera banda es el primer número, el segundo color es el número siguiente, el tercer color es el número de ceros o multiplicador, y la cuarta línea o banda es la tolerancia o precisión. El concepto de tolerancia lo explicaremos más adelante.Cuando leemos el código de colores debemos recordar:
1. La primera banda representa la primera cifra.
2. La segunda banda representa la segunda cifra.
3. La tercera banda representa el número de ceros que siguen a los dos primeros números. (Si la tercera banda es negra no hay ceros en el número, si esta banda es dorada se divide por 10 y si esta banda es plateada se divide por 100).
4. La cuarta banda representa la tolerancia. Esta es usualmente dorada que representa un 5%, plateada que es del 10%, café o marrón indica el 1%, el rojo indica un 2% y si no tiene banda es del 20%.
Para comprender mejor este sistema, en la figura tenemos varios ejemplos de utilización. El código de las cinco bandas se utiliza para resistencias de precisión así:
1. La primera banda representa la primera cifra.
2. La segunda banda representa la segunda cifra.
3. La tercera banda representa la tercera cifra.
4. La cuarta banda representa el número de ceros que siguen a los tres primeros números. (Si la cuarta banda es negra no hay ceros en el número, si esta banda es dorada se divide por 10 y si esta banda es plateada se divide por 100).
5. La quinta banda representa la tolerancia. El café o marrón indica el 1%, el rojo indica un 2% y si es verde tiene una tolerancia del 0.5%.
En las resistencias de 6 bandas, la ultima banda especifica el coeficiente térmico expresado en ppm/ºC (partes por millón por cada grado Centígrado). Este valor determina la estabilidad resistiva a determinada temperatura.Es muy importante practicar mucho con este código hasta que se aprenda de memoria ya que las resistencias que lo utilizan se encuentran en todo tipo de circuitos. Si tenemos que consultar un libro o manual cada vez que tengamos que identificar una resistencia , vamos a perder mucho tiempo. Después de algún tiempo de trabajar en electrónica, este código se hace tan familiar que ya se identifica una resistencia con sólo mirar brevemente su combinación de colores.


Tolerancia
Se ha mencionado que la cuarta banda indica la tolerancia de la resistencia. Esta tolerancia o precisión significa que el valor real no es necesariamente el mismo que indica el código. Un 10% de tolerancia significa que el valor real puede ser un 10% mayor o menor que el valor que indica el código.Por ejemplo, para una resistencia de 10.000 ohmios con una tolerancia del 5% se puede tener en la práctica, cualquier valor entre 9.500 y 10.500 ohmios. El 5% de 10.000 es 500. Esta tolerancia se debe a la precisión del proceso de fabricación de esas resistencias ya que las máquinas depositan una capa ligeramente mayor o menor del compuesto resistivo.Se fabrican resistencias con tolerancias del 20%, 10%, 5% (que son las más comunes), 2 %, 1%, 0.5 %,0.1 % y más.El costo de las resistencias sube considerablemente a medida que su precisión aumenta. Debemos utilizar por lo tanto las resistencias más económicas posibles pero que no alteren la operación del circuito. Por lo general, para los circuitos y proyectos basicos se utilizan resistencias con una tolerancia del 5 %.

Valores normalizados para las resistencias
Las resistencias de carbón se fabrican en ciertos valores llamados preferidos o normalizados. Esto se debe a que sería imposible tener resistencias en todos los valores posibles y no se justifica en la mayoría de los circuitos electrónicos tenerlos.Los valores normalizados son 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2, 2.2, 2.4, 2.7, 3, 3.3, 3.6, 3,9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2 y 9.1 y en todos sus múltiplos.Estos valores son los que tienen las resistencias o resistores que se encuentran en el mercado en los almacenes o distribuidores especializados y que se utilizan para toda clase de circuitos electrónicos. Así tenemos resistencias de 1KΩ, 10KΩ, 430KΩ, 82KΩ, 33Ω, etc.

Resistencias variables
Son aquellas resistencias cuyo valor en ohmios puede ser variado dentro de un rango ya sea de forma manual o mediante algún estímulo externo tal como la luz, el calor, el sonido, el voltaje, etc.
Los potenciómetros
Los potenciómetros son resistencias variables ampliamente utilizados cuyo valor en ohmios se puede ajustar a voluntad por medio de un eje o tomillo. En la figura podemos observar los principales tipos de potenciómetros empleados en estos circuitos.La aplicación más conocida de los potenciómetros la tenemos en los controles de volumen y tonos (altos y bajos) en los aparatos de sonido, en los ecualizadores, en el control de brillo y contraste en los televisores y para fines especiales en algunos instrumentos electrónicos.Los potenciómetros se fabrican depositando una capa de carbón sobre una sección circular o rectangular de fibra o material compacto y aislante. Un eje en el centro permite que un contacto móvil se deslice a través de la sección resistiva.

Tipos de potenciómetros
Según la variación del valor en ohmios, con respecto a la posición de su eje, un potenciómetro puede ser lineal, logarítmico o antilogarítmico. Un potenciómetro lineal es aquel cuya variación es constante durante el giro del eje o cursor. Por ejemplo, si se gira 15º la resistencia aumenta 1.000Ω, y si se gira 30º la resistencia aumenta 2.000Ω.En un potenciómetro logarítmico o antilogarítmico no ocurre esto, se obtiene menos variación al principio y mayor variación al final del giro. En la figura se pueden observar los diferentes comportamientos o curvas de resistencia.


Esta característica es muy importante en el comportamiento de los circuitos de amplificadores, filtros, ecualizadores y otros.Existe un tipo de potenciómetro que se fabrica especialmente para ser montado en los circuitos impresos. Estos potenciómetros se utilizan para ajustar voltajes o corrientes en algunos circuitos y se mueven por medio de un destornillador o herramienta de ajuste. Generalmente son llamados Trimmers.

TIPOS DE FUENTES

Las fuentes ideales son elementos utilizados en la teoría de circuitos para el análisis y la creación de modelos que permitan analizar el comportamiento de componentes electrónicos o circuitos reales. Pueden ser independientes, si sus magnitudes (tensión o corriente) son siempre constantes, o dependientes en el caso de que dependan de otra magnitud (tensión o corriente).
En este punto se tratarán las fuentes independientes, dejando las dependientes para el final. Sus símbolos pueden observarse en la figura 1. El signo + en la fuente de tensión, indica el polo positivo o ánodo siendo el extremo opuesto el cátodo y E el valor de su fuerza electromotriz (fem). En la fuente de intensidad, la dirección de la flecha indica la dirección de la corriente eléctrica e I su valor. A continuación se dan sus definiciones:
Fuente de tensión ideal: aquella que genera una d. d. p. entre sus terminales constante e independiente de la carga que alimente. Si la resistencia de carga es infinita se dirá que la fuente está en circuito abierto, y si fuese cero estaríamos en un caso absurdo, ya que según su definición una fuente de tensión ideal no puede estar en cortocircuito.
Fuente de intensidad ideal: aquella que proporciona una intensidad constante e independiente de la carga que alimente. Si la resistencia de carga es cero se dirá que la fuente está en cortocircuito, y si fuese infinita estaríamos en un caso absurdo, ya que según su definición una fuente de intensidad ideal no puede estar en circuito abierto.
Fuentes reales


Figura 2: símbolos de las fuentes reales de tensión, a), e intensidad, b).
A diferencia de las fuentes ideales, la d. d. p. que producen o la corriente que proporcionan fuentes reales, depende de la carga a la que estén conectadas.
Fuentes de tensión
Una fuente de tensión real se puede considerar como una fuente de tensión ideal, Eg, en serie con una resistencia Rg, a la que se denomina resistencia interna de la fuente . En circuito abierto, la tensión entre los bornes A y B (VAB) es igual a Eg (VAB=Eg), pero si entre los mencionados bornes se conecta una carga, RL, la tensión pasa a ser:

EJERCICIO DE APLICACION DE MEDIDAS DE RESISTENCIAS Y POTENCIOMETROS

INSTRUMENTO TECNOLOGICO: EL MULTIMETRO

¿QUÉ ES UN MULTIMETRO?

El amperímetro, el voltímetro, y el ohmiómetro utilizan un galvanómetro para hacer su medición. La diferencia entre estos aparatos es el circuito utilizado con el movimiento básico. Es por lo tanto claro que se puede diseñar un instrumento para realizar las tres funciones de medición. Este dispositivo, tiene un interruptor de función que selecciona el circuito apropiado al galvanómetro y es llamado comúnmente multímetro o medidor-volt-ohm-miliampere (VOM).
Uno de los instrumentos de propósitos más versátiles, capaz de medir voltajes de cd y ca, corriente y resistencia, es el multímetro electrónico de estado sólido o VOM. Aunque los detalles del circuito varían de un instrumento a otro, un multímetro electrónico generalmente contiene los siguientes elementos:
Amplificador de cd de puente – equilibrado y medidor indicador.
Atenuador de entrada o interruptor de RANGO, para limitar la magnitud del voltaje de entrada al voltaje deseado.
Sección de rectificación para convertir el voltaje de ca de entrada en voltaje de cd proporcional.
Batería interna y un circuito adicional para proporcionar la capacidad para medir resistencias.
Interruptor de FUNCIÓN, para seleccionar las distintas funciones de medición del instrumento.
Además el instrumento suele incluir una fuente de alimentación para su operación con la línea de ca y, en la mayoría de los casos, una batería para operarlo como instrumento portátil de prueba.
Los multímetros analógicos son instrumentos de laboratorio y de campo muy útiles y versátiles, capaces de medir voltaje (en cd y ca), corriente, resistencia, ganancia de transistor, caída de voltaje en los diodos, capacitancia e impedancia. Se les llama por lo general multimeters (en inglés se les llama VOM, volt ohm miliammeters).
En últimas fechas se han ampliado y mejorado las posibilidades de funcionamiento de esos medidores se ha aumentado en forma considerable sus posibilidades y su exactitud. Además, mediante el empleo de amplificadores de entrada con transistores de efecto de campo (FET) para mediciones de voltaje cd, sus impedancias rebasan con frecuencia a los 100 MΩ. Por ultimo la escala del óhmetro ya no se ha de llevar a cero para compensar los cambios internos del voltaje de batería o los cambios de escala.
Las mediciones de voltaje se pueden efectuar sobre el rango de 0.4 mV hasta 1000 V con exactitudes de 0.1 por ciento. Las mediciones de corriente se pueden llevar a cabo desde 0.1 μA hasta 10 A con exactitudes de 0.2 por ciento. Se miden resistencias tan altas como 40 MΩ con exactitud de 1 por ciento. Las mediciones de resistencia menores tienen una exactitud de 0.2 por ciento.
Los multímetros digitales han tomado el lugar de los multímetros con movimientos de D'Arsonval por dos razones principales: mejor exactitud y eliminación de errores de lectura. Sin embargo con frecuencia se agrega una escala analógica en la escala digital para dar una indicación visual de entradas que varían con el tiempo. La posibilidad de observar la indicación del medidor en forma analógica es muy importante cuando se estén localizando fallas en sistemas de instrumentación, por ejemplo, la rapidez con que cambia una variable, al igual que su magnitud, pueden dar indicaciones valiosas en muchas situaciones de localización de problemas.
Los Multímetros Digitales
La mayoría de los multímetros digitales se fabrican tomando como base ya sea un convertidor A / D de doble rampa o de voltaje a frecuencia, con ajuste de rango. Para dar flexibilidad para medir voltajes en rangos dinámicos más amplios con la suficiente resolución, se emplea un divisor de voltaje para escalar el voltaje de entrada. En la Fig. 5-16 se muestra un diagrama de bloques de un multímetro digital completo.
Para lograr la medición de voltajes de ca, se incluye un rectificador en el diseño del medidor. Como las exactitudes de los rectificadores no son tan altas como las de los circuitos de medición de voltaje de cd, las exactitudes general de los instrumentos de medición de ca es menor que cuando se miden voltajes de cd (las exactitudes para voltajes de ca van desde + 1.012 hasta + 1 por ciento + 1 digito). Las corrientes se miden haciendo que el voltímetro digital determine la caída de voltaje a través de una resistencia de valor conocido y exacto.
Aunque el valor de una resistencia se puede especificar con mucha exactitud, hay cierto error adicional debido al cambio de resistencia como función del efecto de calentamiento de la corriente que pasa a través de ella.
Además, se debe tener cuidado al emplear la función de medición de corriente. No se debe permitir que pase demasiada corriente a través de la resistencia. Las exactitudes típicas de las mediciones de corriente de cd van desde + 0.03 hasta + 2 por ciento de la lectura + 1 dígito, mientras que para corriente alterna son de + 0.05 a + 2 por ciento + 1 dígito.
El voltímetro digital se convierte en óhmetro cuando se incluye en él una fuente muy exacta de corriente. Esta fuente circula corriente a través de la resistencia que se mide y el resto de los circuitos del vóltmetro digital monitorea la caída de voltaje resultante a través del electo. La fuente de corriente es exacta sólo para voltajes menores que el voltaje de escala completa del vóltmetro digital. Si la resistencia que se mide es demasiado grande, la corriente de prueba de la fuente de poder disminuirá. Las exactitudes de los voltímetros digitales multiusos que se emplean apara medir la resistencia van desde + 0.002 por ciento de la lectura + 1 dígito hasta + 1 por ciento de la lectura + 1 dígito.
Muchos multímetros digitales son instrumentos portátiles de baterías. Algunos se diseñan con robustez para permitirles soportar los rigores de las mediciones de campo. Otros poseen características tales como operación de sintonización automática de rango (lo cual significa que el medidor ajusta de manera automática sus circuitos de medición para el rango de voltaje, corriente o resistencia), compatibilidad con salida decimal codificada binaria o IEEE-488, y medición de conductancia y aun de temperatura.

Para satisfacer las necesidades de medición de equipos y sistemas eléctricos en AT y BT, la empresa LOVATO ofrece multímetros digitales serie DMK, que brindan lecturas precisas y estables a precios competitivos.
Estos verdaderos analizadores de redes proporcionan mediciones de 47 a 251 parámetros eléctricos (según el modelo), incluyendo valores de corriente y voltaje entre líneas y fase, frecuencia, potencia activa, reactiva y aparente, desplazamiento del factor de potencia, energía consumida y generada, armónicos hasta Nº22, demanda máxima y memorización de valores promedios, mínimos y máximos. Además, pueden automatizar sistemas de protección mediante salidas digitales programables, con funciones de máximo y mínimo de los parámetros monitoreados.

FORMAS DE MEDICION

EL CAPACITOR E INDUCTOR

Capacitores








Un capacitor está compuestos de dos terminales cuyo propósito primario es introducir capacitancia a un circuito eléctrico. La capacitancia se define como la razón de carga almacenada a la diferencia de voltaje entre dos placas o alambres conductores.
C=Q/V
Q = carga almacenada
V = diferencia de potencial entre bornes
Un capacitor es un elemento de dos terminales que consta de dos placas conductoras separadas por un material no conductor. La carga eléctrica se almacena en las placas, y el espacio entre las placas se llena con un material dieléctrico. En su funcionamiento normal, las dos placas poseen el mismo valor de carga pero de signos contrarios. El valor de la capacitancia es proporcional al área superficial del material dieléctrico e inversamente proporcional a su espesor. Para obtener mayor capacitancia se requiere de una estructura muy delgada con un área grande.
Simbolo del Capacitor

ASOCIACION DE CAPACITORES
CAPACITORES EN SERIE
Por ejemplo la capacidad equivalenete de 3 capacitores en serie es :

1/c equiv = (1/ c1)+ (1/ c2)+ (1/ c3)

Como regla podemos pensar que es como resistencias en paralelo

CAPACITORES EN PARALELO
Por ejemplo la capacidad equivalenete de 3 capacitores en paralelo es :

C equiv =C1 + C2 + C3

Como regla podemos pensar que es como resistencias en serie



GENERALIDADES
Estos componentes deben operar a frecuencias altas, por lo que deben presentar bajas inductancias y pérdidas. En términos generales, se pueden utilizar capacitores con diélectrico plástico o cerámico, dependiendo de la aplicación. Sin embargo, en muchos casos se prefiere el uso de capacitores hechos especialmente para aplicaciones de conmutación.
La frecuencia de resonancia de un capacitor se puede determinar por medio de los elementos parásitos, los cuales implican una resistencia y una inductancia propias del capacitor. En general, el capacitor se modela con el siguiente circuito equivalente:




TIPOS DE CAPACITORES
Existen diversos tipos de capacitores, los cuales posee propiedades y carcaterísticas físicas diferentes, entre los cuales se encustran:
Capacitores eléctricos de aluminio
Capacitores de tantalio
Capacitores eléctricos de cerámica
Capacitores Papel y Plasticos
Micas y Vidrios

Característias de los capacitores eléctricos de aluminio:
Son populares debido a su bajo costo y gran capacitancia por unidad de volumen Existen en el mercado unidades polarizadas y no polarizadas. Son del tipo de hojas metálicas, con un electrólito que puede ser acuoso, en pasta o "seco" (sin agua).
La capacitancia está estrechamente relacionada con la temperatura y puede decrecer en un orden de magnitud desde la temperatura ambiente hasta -55° C. Esta variación se reduce en capacitores de primera calidad y en productos recientes con formulaciones electrolíticas más complicadas.
No están diseñados para aplicaciones a frecuencias elevadas, y la impedancia puede alcanzar un valor mínimo a frecuencias tan bajas como 10 kHz.
La corriente de fuga disminuye durante la operación. En el uso normal , la corriente de fuga aumenta con el voltaje aplicado y con la temperatura. Como guía muy general, la corriente se duplica a medida que el voltaje aplicado se incrementa del 50 al 100% del valor nominal, y se duplica por cada 25° C de aumento en la temperatura.
Presentan un decremento gradual en capacitancia sobre un largo periodo, debido a la pérdida de electrólito a través de los sellos, aunque con los tipos recientes de empaque se ha reducido de manera significativa este deterioro, y los capacitores presentan en la actualidad un decremento del 10%, o menor, al cabo de 10 000 horas.
Otro problema que debe observarse implica el empleo de ciertos agentes limpiadores en los tableros de circuitos impresos. El cloro de los solventes de hidrocarburos halogenados, como el freón, puede penetrar por los sellos y atacar la estructura interna del aluminio, provocando la falla en poco tiempo.
Para la limpieza se recomienda xileno, alcoholes y ciertos tipos de detergentes exentos de cloro.

Característica de los capacitores eléctricos de tantalio:
Son más flexibles y confiables, y presentan mejores características que los electrolíticos de aluminio, pero también su costo es mucho más elevado.
Existen tres tipos:
Capacitores de hojas metálicas (láminas):
Se elaboran del mismo modo que los electrolíticos de aluminio
Los alambres conductores de tantalio se sueldan por puntos tanto a la lámina del ánodo como a la del cátodo,las cuales se arrollan después con separadores de papel en un rollo compacto. Este rollo se inserta dentro de una envoltura metálica y, a fin de mejorar el rendimiento, se agrega un electrólito idóneo, como etilenglicol o dimetilformamida con nitruro de amonio, pentaborato de amonio o polifosfatos.
Capacitores de hojas de tantalio
Existen en el mercado en tamaños que varían de 0.12 hasta 3 500 mF, a voltajes hasta de 450 V
La mayor parte de las aplicaciones para este tipo de capacitor se encuentran en los intervalos de voltaje superiores, en los que no es posible aplicar los condensadores de tantalio húmedo, y cuando se requieren calidades superiores a las de los electrolíticos de aluminio, a pesar del mayor costo.
Las desventajas, en comparación con otros tipos de capacitores de tantalio,son: gran tamaño, elevadas corrientes de fuga y gran variación en la capacitancia con la temperatura.
La principal aplicación de estos condensadores se encuentra en filtros de fuentes de alimentación.
Capacitores de tantalio sólido:
Parecido a la versión húmeda, en cuanto a sus etapas iniciales de manufactura.
No hay líquido que se evapore, y el electrólito sólido es estable.
La variación de la capacitancia es muy pequeña: ±10% respecto de su valor a temperatura ambiente en todo el intervalo de temperatura desde -55 hasta 125° C.
Por desgracia, ni el electrólito ni el dieléctrico presentan las cualidades de autorreparación asociadas con otros capacitores electrolíticos.
Para proteger los condensadores de fallas tempranas debidas a defectos del óxido y del electrólito se recomienda su envejecimiento conectado durante 100 h a voltaje nominal y temperatura máxima, empleando una fuente de energía de baja impedancia. Además, se recomienda que el voltaje de operación no exceda el 60% del voltaje nominal.
Características de los capacitores eléctricos de Cerámica
Bajo costo, reducido tamaño, amplio intervalo de valor de capacitancia y aplicabilidad general en la electrónica.
Son particularmente idóneos para aplicaciones de filtrado, derivación y acoplamiento de circuitos híbridos integrados, en las que es posible tolerar considerables cambios en la capacitancia.
Se elaboran en forma de disco, como capacitores de capas múltiples o monolíticos, o en forma tubular.
El material dieléctrico es principalmente titanato de bario, titanato de calcio o dióxido de titanio con pequeñas cantidades de otros aditivos para obtener las características deseadas.


Caracteristicas de los capacitores eléctricos de papel o plastico:
El papel, el plástico y las combinaciones de ambos se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, como filtrado, acoplamiento, derivación, cronometraje y suspensión de ruido
Son capaces de funcionar a altas temperaturas, poseen alta resistencia de aislamiento, buena estabilidad.
La propiedad de autorreparación de las películas metálicas es bastante útil en ciertas aplicaciones.
La disponibilidad de películas extremadamente delgadas y la gran variedad de materiales proporciona la flexibilidad necesaria para un gran intervalo de aplicaciones.
La capacitancia varía con la temperatura de un dieléctrico a otro.

Los capacitores de papel y plástico pueden emplearse a altas frecuencias, según el tamaño y la longitud de las puntas.

Característica de los capacitores de mica y vidrio:
Los capacitores con dieléctrico de mica y vidrio se aplican cuando se requiere carga eléctrica alta y excelente estabilidad con respecto a la temperatura y frecuencia.
Los capacitores de mica existen en el mercado con una gran diversidad detamaños.
Tanto los capacitores de mica como los de vidrio son estables con respecto a la temperatura. Para algunos valores de capacitancia es posible que el coeficiente de temperatura sea cero.
Ambos tipos de capacitores pueden operar a alta frecuencia. La frecuencia de autorresonancia es de unos 10 MHz para grandes valores del capacitor y mayor de 100 MHz para valores más pequeños.

En términos generales podemos decir que la capacitancia es la cualidad que tienen los diferentes tipos de condensadores para liberar una cierta cantidad de energía en un determinado momento.

Hoy en día los condensadores son de mucha utilidad para la fabricación de equipos electónicos, como radios, ordenadores, televisores, etc., ellos proporcionan el almacenamiento temporal de la energía en un circuito.
Todas esta teorias de la capacitancia de los condesadores que hoy se utilizan nacieron gracias a la iniciativa de el científico Michael Faraday, ya que su Experimental Researches in Electricity, a finales de siglo XIX pudo descubrir gran parte de lo que conocemos como la Leyes de Electricidad y Magnetismo.



Código de colores de los capacitores

Aunque parece difícil, determinar el valor de un capacitor o condensador se realiza sin problemas. Al igual que en las resistencias este código permite de manera fácil establecer su valor

El código 101:
Muy utilizado en condensadores cerámicos. Muchos de ellos que tienen su valor impreso, como los de valores de 1 uF o más
Donde: uF = microfaradio
Ejemplo: 47 uF, 100 uF, 22 uF, etc.
Para capacitores de menos de 1 uF, la unidad de medida es ahora el pF (picoFaradio) y se expresa con una cifra de 3 números. Los dos primeros números expresan su significado por si mismos, pero el tercero expresa el valor multiplicador de los dos primeros
Ejemplo:
Un condensador que tenga impreso 103 significa que su valor es 10 + 1000 pF = 10, 000 pF. Ver que 1000 son 3 ceros (el tercer número impreso).En otras palabras 10 más 3 ceros = 10 000 pF

- INDUCTANCIAS -
Inductancias.- Llamaremos inductancia al campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrrollado alrededor de la misma que conforma un inductor. Un inductor puede utilizarse para diferenciar señales cambiantes rápidas o lentas. Al utilizar un inductor con un condensador, la tensión del inductor alcanza su valor máximo a una frecuencia dependente de la capacitancia y de la inductancia. La inductancia depende de las características fisicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras (vueltas) se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia. La energía almacenada en el campo magnético de un inductor se calcula según la siguiente formula: W = I² L/2 ... siendo: W = energía (julios); I = corriente (amperios; L = inductancia (henrios). El Cálculo de la inductancia: La inductancia de una bobina con una sola capa bobinada al aire puede ser calculada aproximadamente con la fórmula simplificada siguiente: L (microH)=d².n²/18d+40 l siendo:L = inductancia (microhenrios); d = diámetro de la bobina (pulgadas); l= longitud de la bobina (pulgadas); n = número de espiras o vueltas.
Como ya se ha dicho, la unidad para la inductancia es el HENRIO.En una bobina habrá un henrio de inductancia cuando el cambio de 1 amperio/segundo en la corriente eléctrica que fluye a través de ella provoque una fuerza electromotriz opuesta de 1 voltio. Un transformador o dos circuitos magnéticamente acoplados tendrán inductancia mutua equivalente a un HENRIO cuando un cambio de 1 amperio/segundo en la corriente del circuíto primario induce tensión equivalente a 1 voltio en el circuito secundario.

EL PROTOBOARD

LA PROTOBOARD

El Protoboard, o tableta experimental, es una herramienta que nos permite interconecar elementos electronicos, ya sean resistencias, capacidades, semiconductores, etc, sin la necesidad de soldar las componentes.
El protoboard esta lleno de orificios metalizados -con contactos de presion- en los cuales se insertan las componentes del circuito a ensamblar. La siguiente figura muestra la forma basica de un protoboard, estando los protoboards mas grandes compuestas de varias de estos.

La tableta experimental esta dividida en cuatro secciones, y cada una de estas se
encuentran separadas por un material aislante. Los puntos de cada seccion estan
conectados entre si tal como lo muestra la figura:

Las secciones uno y cuatro estan formadas por dos lineas o nodos. Estas son normalmente utilizados para conectar la alimentacion del circuito, y asi energizarlo. Por otro lado en las secciones dos y tres se encuentran conectados cinco orificios verticalmente, formando pequeños nodos independientes unos de otros. Recuerde que la figura muestra como estan conectados internamente los orificios, por lo que no es necesario rehacer estas conexiones.
Forma de Utilizar un Protoboard, y consejos la ensamblar
1. - Un buen consejo es hacer conexion de las mitades de las secciones uno y cuatro, tal como lo nuestra la figura

asi, se mantendra una configuracion clara y entendible.
2. - La conexion entre nodos se hace mediante alambres, los cuales deben de ser
lo mas corto posible, a fin de evitar problemas de ruido en el circuito. En lo
posible deben de estar aislados, para evitar cortocircuitos por contactos con otros
cables
3. - Al montar las componentes fijese muy bien en las polaridades, por ejemplo de
condensadores, y valores de pines de los integrados, asi como rangos de
operacion. Trate de ser ordenado en el armado, doblando correctamente pines y
conectores, tal como lo muestra la figura.