Fundamentos de Electrónica: Condensadores, Magnetismo y Componentes Clave

Condensadores

Definición y Funcionamiento

Los condensadores son dispositivos compuestos por dos placas metálicas, denominadas armaduras, separadas por un material aislante conocido como dieléctrico.

Cuando se aplica una tensión entre las dos armaduras, el dieléctrico impide el paso de la corriente. En su lugar, se produce una acumulación de carga en las armaduras: la carga negativa se acumula en la armadura conectada al polo negativo de la pila, y la carga positiva se acumula en la armadura conectada al polo positivo.

El dieléctrico percibe el efecto de la carga acumulada en las armaduras y se polariza.

Al desconectar la tensión, la acumulación de cargas se mantiene. Si se conectan externamente las armaduras, se produce una corriente intensa y el condensador se descarga, volviendo a su estado inicial.

Capacidad Eléctrica

La capacidad eléctrica es la cantidad de carga que un condensador es capaz de almacenar cuando se le somete a una tensión eléctrica.

Unidades de capacidad:

• Microfaradio (µF) = 10^-6 F
• Nanofaradio (nF) = 10^-9 F
• Picofaradio (pF) = 10^-12 F

Tipos de Conexión de Condensadores

Los condensadores pueden conectarse de diferentes maneras en un circuito:

Conexión en Serie

En una conexión en serie, la capacidad total (CT) se calcula como la inversa de la suma de las inversas de las capacidades individuales:

1/CT = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

Conexión en Paralelo

En una conexión en paralelo, la capacidad total (CT) es la suma directa de las capacidades individuales:

CT = C1 + C2 + C3

Tipos de Condensadores

Según su capacidad, los condensadores se clasifican en:

Condensadores Fijos

Son aquellos cuya capacidad no varía.

Condensadores Variables

Son aquellos cuya capacidad varía al desplazar una de sus armaduras.

Capacidad de un Condensador

En cualquier condensador, se puede establecer una relación entre la carga (q) y el potencial (V), que define su capacidad (C):

C = q / V

La capacidad de un condensador depende de su forma y tamaño.

Fenómenos Magnéticos de la Corriente

Efecto Magnético General

La corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor. La dirección de este campo magnético depende del sentido de la corriente.

Campo Magnético de una Espira Circular

Si se hace circular corriente eléctrica por una espira circular, se genera un campo magnético similar al de un imán.

Solenoides

Un solenoide es un conjunto de espiras iguales y paralelas, recorridas por la misma corriente. Su efecto magnético es idéntico al de un imán recto. En un solenoide se puede observar un campo magnético interior. Si se introduce un núcleo de hierro, el campo magnético aumenta, ya que al magnetismo del solenoide se le suma el del hierro.

Electroimanes

Un electroimán es un componente eléctrico que se comporta como un imán cuando es atravesado por una corriente eléctrica. Está constituido por una pieza de hierro o acero (el núcleo). Alrededor del núcleo se enrolla un hilo conductor formando una bobina; cada vuelta se denomina espira.

Si se conecta el electroimán a una fuente de corriente continua, se observa que es capaz de atraer objetos de hierro, ya que a su alrededor se forma un campo magnético.

Un solenoide es una bobina, y un electroimán es un solenoide que incorpora un núcleo de material ferromagnético para intensificar su campo magnético. Sus aplicaciones incluyen motores eléctricos, generadores, altavoces, cerraduras, entre otros.

Componentes Electrónicos Específicos

Diodos Emisores de Luz (LED)

Cuando la corriente eléctrica pasa a través de un LED, el material semiconductor emite luz. Entre sus ventajas, los LED reducen el consumo energético (por ejemplo, en semáforos) y tienen una larga vida útil (solo necesitan cambiarse cada 10 años).

Un display de 7 segmentos es un indicador alfanumérico que permite representar letras y números. Se combinan con una matriz que se controla mediante un circuito electrónico programable.

En las pantallas gigantes, la combinación de tres fuentes de luz de color rojo, verde y azul permite conseguir todos los demás colores.

Los infrarrojos se utilizan en los mandos a distancia. Se comunican con el televisor mediante ráfagas de luz invisible que emite un LED.

Transistores

Un transistor es un componente electrónico formado por un material semiconductor, que consta de tres partes diferenciadas:

• Emisor
• Base
• Colector

Existen dos tipos principales de transistores: PNP y NPN. La base siempre está conectada en el medio.

La base es el elemento más importante en el funcionamiento del transistor, ya que pequeñas variaciones en la corriente que entra por la base provocan una intensidad muy grande en el emisor.

En el transistor, podemos distinguir dos circuitos:

• Circuito de gobierno
• Circuito de utilización

Las relaciones de corriente fundamentales son:

IE = IC + IB

IC = β · IB (donde β es la ganancia de corriente)