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guias:iniciacion_a_la_electronica

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guias:iniciacion_a_la_electronica [2025/04/27 17:03] – [14.6.- Montaje en colector común, o seguidor de emisor.] Jose Manuel Mariño Mariñoguias:iniciacion_a_la_electronica [2025/04/27 18:37] (actual) – [7.6.- La bobina real.] Jose Manuel Mariño Mariño
Línea 638: Línea 638:
 ==== 6.8.- Comportamiento de un condensador en alterna. ==== ==== 6.8.- Comportamiento de un condensador en alterna. ====
  
-Ahora hablemos de cómo se comporta el condensador en alterna, es decir, qué es lo que se busca con un condesador cuando no lo usamos para almacenar <del>carga</del>  energía.+Ahora hablemos de cómo se comporta el condensador en alterna, es decir, qué es lo que se busca con un condensador cuando no lo usamos para almacenar <del>carga</del> energía.
  
 Vamos a evitar entrar en expresiones matemáticas, pero podemos decir que **la corriente que atraviesa un condensador es proporcional al ritmo de variación del voltaje entre sus bornes**. Vamos a evitar entrar en expresiones matemáticas, pero podemos decir que **la corriente que atraviesa un condensador es proporcional al ritmo de variación del voltaje entre sus bornes**.
Línea 650: Línea 650:
 Ojo, todo esto se refiere a un régimen permanente. Cuando conectamos un condensador a una fuente de tensión continua, o cuando lo desconectamos y dejamos que se descargue, aparecen unos transitorios como ya hemos visto en el apartado anterior. Pero transcurridos estos transitorios, el comportamiento del condensador será el descrito aquí. Ojo, todo esto se refiere a un régimen permanente. Cuando conectamos un condensador a una fuente de tensión continua, o cuando lo desconectamos y dejamos que se descargue, aparecen unos transitorios como ya hemos visto en el apartado anterior. Pero transcurridos estos transitorios, el comportamiento del condensador será el descrito aquí.
  
-Lo que podemos decir acerca del condensador es que su **impedancia**  (un término análogo al de resistencia, solo que hablamos de impedancia cuando hablamos de señales de corriente alterna) disminuye con la frecuencia. Esto es algo novedoso si hasta ahora solamente habíamos trabajado con resistencias. Una resistencia tendrá la misma resistencia sea cual sea la naturaleza de la tensión que apliquemos entre sus extremos, o de la corriente que hagamos circular por ella. En una resistencia siempre se cumplirá la ley de Ohm.+Lo que podemos decir acerca del condensador es que su **impedancia** (un término análogo al de resistencia, solo que hablamos de impedancia cuando hablamos de señales de corriente alterna) disminuye con la frecuencia. Esto es algo novedoso si hasta ahora solamente habíamos trabajado con resistencias. Una resistencia tendrá la misma resistencia sea cual sea la naturaleza de la tensión que apliquemos entre sus extremos, o de la corriente que hagamos circular por ella. En una resistencia siempre se cumplirá la ley de Ohm.
  
 Sin embargo, los condensadores no ofrecen siempre la misma oposición a que fluya la corriente eléctrica. Como ya hemos dicho, es mayor cuanta más baja sea su frecuencia, y menor cuanto más alta la frecuencia. También depende de su capacidad: a igualdad de frecuencia, un condensador de mayor capacidad ofrecerá menor resistencia, y viceversa. Sin embargo, los condensadores no ofrecen siempre la misma oposición a que fluya la corriente eléctrica. Como ya hemos dicho, es mayor cuanta más baja sea su frecuencia, y menor cuanto más alta la frecuencia. También depende de su capacidad: a igualdad de frecuencia, un condensador de mayor capacidad ofrecerá menor resistencia, y viceversa.
Línea 658: Línea 658:
 La expresión de la impedancia de un condensador viene dada por la expresión: La expresión de la impedancia de un condensador viene dada por la expresión:
  
-<WRAP center round box 20%> X<sub>C</sub>  = 1 / (2·PI·f·C) </WRAP>+<WRAP center round box 20%> X<sub>C</sub> = 1 / (2·PI·f·C) </WRAP>
  
 , donde: , donde:
Línea 670: Línea 670:
 Como podemos apreciar, al tener el término de frecuencia y de capacidad en el denominador, el valor de la impedancia será inversamente proporcional a estas dos magnitudes. Como podemos apreciar, al tener el término de frecuencia y de capacidad en el denominador, el valor de la impedancia será inversamente proporcional a estas dos magnitudes.
  
-Ahora volvamos al capítulo anterior, en el que comentábamos el comportamiento del condensador en continua. ¿Cómo encaja esta nueva explicación con lo ya visto anteriormente? Pues muy fácil. Cuando usamos un condensador para estabilizar un voltaje (bien sea a la salida de un rectificador, o cuando ponemos un condensador en paralelo con los pines de alimentación de algún integrado), lo que estamos haciendo realmente es //cortocircuitar//  las variaciones de voltaje. Un condensador es un circuito abierto ante la componente continua, y un cortocircuito (o resistencia baja, si queréis) ante una señal alterna. Por eso, si conectamos un condensador a una alimentación que sufre perturbaciones o variaciones, el condensador intentará minimizar dichas fluctuaciones comportándose como un camino de baja impedancia ante las variaciones de tensión, pero siendo un circuito abierto para la componente continua.+Ahora volvamos al capítulo anterior, en el que comentábamos el comportamiento del condensador en continua. ¿Cómo encaja esta nueva explicación con lo ya visto anteriormente? Pues muy fácil. Cuando usamos un condensador para estabilizar un voltaje (bien sea a la salida de un rectificador, o cuando ponemos un condensador en paralelo con los pines de alimentación de algún integrado), lo que estamos haciendo realmente es //cortocircuitar// las variaciones de voltaje. Un condensador es un circuito abierto ante la componente continua, y un cortocircuito (o resistencia baja, si queréis) ante una señal alterna. Por eso, si conectamos un condensador a una alimentación que sufre perturbaciones o variaciones, el condensador intentará minimizar dichas fluctuaciones comportándose como un camino de baja impedancia ante las variaciones de tensión, pero siendo un circuito abierto para la componente continua.
  
 Los condensadores tienen tres usos principales: Los condensadores tienen tres usos principales:
Línea 677: Línea 677:
   * El segundo es precisamente el contrario: bloquear la componente de continua de una señal para dejar pasar solamente la componente alterna. Esto se consigue conectando el condensador en serie. Es algo que podemos ver típicamente en la conexión entre diferentes etapas de amplificación: no queremos amplificar la componente continua, sino solamente la alterna, por eso a la entrada de un amplificador lo que tenemos casi siempre es un condensador de acople.   * El segundo es precisamente el contrario: bloquear la componente de continua de una señal para dejar pasar solamente la componente alterna. Esto se consigue conectando el condensador en serie. Es algo que podemos ver típicamente en la conexión entre diferentes etapas de amplificación: no queremos amplificar la componente continua, sino solamente la alterna, por eso a la entrada de un amplificador lo que tenemos casi siempre es un condensador de acople.
   * Los dos usos anteriores suponen llevar al extremo el comportamiento del condensador: utilizamos su impedancia infinita para bloquear continua y su baja impedancia para dejar pasar la alterna. El tercer uso consiste en aprovechar toda la infinita gama de impedancias entre una cosa y otra: obtener un **filtro**. Los filtros RC es una de las formas más sencillas y utilizadas para separar frecuencias: podemos hacer un circuito que deje pasar las frecuencias por debajo de un valor concreto, o las que estén por encima, o las que estén entre dos valores, etc… Esto mismo se puede hacer también con bobinas o inductores, pero los condensadores son mucho más económicos y prácticos.   * Los dos usos anteriores suponen llevar al extremo el comportamiento del condensador: utilizamos su impedancia infinita para bloquear continua y su baja impedancia para dejar pasar la alterna. El tercer uso consiste en aprovechar toda la infinita gama de impedancias entre una cosa y otra: obtener un **filtro**. Los filtros RC es una de las formas más sencillas y utilizadas para separar frecuencias: podemos hacer un circuito que deje pasar las frecuencias por debajo de un valor concreto, o las que estén por encima, o las que estén entre dos valores, etc… Esto mismo se puede hacer también con bobinas o inductores, pero los condensadores son mucho más económicos y prácticos.
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 ==== 6.9.- Condensador equivalente en serie. ==== ==== 6.9.- Condensador equivalente en serie. ====
Línea 717: Línea 718:
 Un caso de uso particular de los inductores es el de los **transformadores**. Un transformador consta de dos arrollamientos, el **primario**  y el **secundario**, que están acoplados por un mismo núcleo magnético. El primario convierte energía eléctrica **alterna**  en un flujo magnético también alterno. Este flujo magnético alterno hace que, mediante el fenómeno de la **inducción**  **electromagnética**, aparezca en el secundario una fuerza electromotriz alterna. Alterando las características del primario y secundario podemos hacer que la energía eléctrica del secundario sea de un voltaje mayor o menor que el voltaje aplicado al primario. Otra ventaja del transformador es que proporciona un desacoplamiento eléctrico, esto es, que el circuito secundario no está eléctricamente conectado al circuito primario, lo cual resulta muy útil para ciertos usos. Un caso de uso particular de los inductores es el de los **transformadores**. Un transformador consta de dos arrollamientos, el **primario**  y el **secundario**, que están acoplados por un mismo núcleo magnético. El primario convierte energía eléctrica **alterna**  en un flujo magnético también alterno. Este flujo magnético alterno hace que, mediante el fenómeno de la **inducción**  **electromagnética**, aparezca en el secundario una fuerza electromotriz alterna. Alterando las características del primario y secundario podemos hacer que la energía eléctrica del secundario sea de un voltaje mayor o menor que el voltaje aplicado al primario. Otra ventaja del transformador es que proporciona un desacoplamiento eléctrico, esto es, que el circuito secundario no está eléctricamente conectado al circuito primario, lo cual resulta muy útil para ciertos usos.
  
-==== 7.2.- Comportamiento de una bobina en continua. ====+==== 7.2.- Carga de una bobina. ====
  
-==== 7.3.- Comportamiento de una bobina en alterna. ====+Igual que hemos visto cómo un condensador se iba cargando de energía, vamos a ver ahora el mismo caso pero con un inductor. De la misma forma que el condensador, el inductor también se cargará de energía, pero en lugar de ser energía en forma de campo eléctrico va a ser en forma de campo magnético.
  
-==== 7.4.- Inductor equivalente en serie. ====+¿Qué ocurre cuando conectamos una bobina a una batería?
  
-==== 7.5.- Inductor equivalente en paralelo. ====+En la siguiente figura podemos ver un circuito básico LR donde un inductor L (previamente descargado) se conecta a una batería mediante una resistencia R y un interruptor. 
 + 
 +[[https://www.bricolabs.cc/wiki/guias/poner_aqui_el_esquema_rc|[[PONER IMAGEN DE CIRCUITO LR]]]] 
 + 
 +Veamos ahora qué ocurre cuando cerramos el interruptor: 
 + 
 +  * Por la bobina no pasaba corriente justo antes de cerrar el interruptor, así que tampoco lo hará en el instante justo después porque las bobinas se oponen a los cambios de intensidad. 
 +  * Como la resistencia R está en serie, por ella tampoco circulará corriente y la tensión entre sus bornes será de 0 voltios. 
 +  * Al no haber tensión entre los terminales de la resistencia, toda la tensión de la fuente de alimentación caerá entre los bornes de la bobina. 
 +  * La bobina se opone a los cambios de intensidad, pero no los impide. Lo que ocurre es que la corriente partirá desde cero e irá creciendo poco a poco (entendámonos, ese "poco a poco" pueden ser mili o microsegundos). 
 +  * El ritmo de crecimiento de la corriente es inversamente proporcional a la inductancia de la bobina y directamente proporcional a la tensión aplicada a sus bornes. A mayor tensión, la corriente aumenta más rápidamente. A mayor inductancia, la corriente aumenta más lentamente. 
 +  * A medida que la corriente por el circuito aumenta, hace que la tensión en la resistencia vaya aumentando también. 
 +  * El hecho de que aumente la tensión en la resistencia hace que baje la tensión en la bobina, porque la suma de las dos debe ser siempre igual a la de la fuente de alimentación. 
 +  * Al ir bajando la tensión en la bobina, la corriente también va disminuyendo su ritmo de crecimiento (matemáticamente hablando, su pendiente). 
 +  * A medida que transcurre el tiempo, la intensidad en el circuito va subiendo, pero cada vez lo hace más lentamente. 
 +  * Llega un momento en el que la tensión en la bobina es cero, y toda la tensión de la fuente está en la resistencia. 
 +  * En estas condiciones, la intensidad del circuito será por lo tanto de V/R amperios. Hemos llegado al régimen permanente. 
 +  * La bobina ha almacenado en forma de campo magnético toda la energía que le ha sido posible. 
 + 
 +[[:poner_curvas_lr_https:www.bricolabs.cc:wiki:guias:poner_aqui_una_grafica_de_carga_rc|]]] 
 + 
 +No lo hicimos en el condensador y tampoco lo vamos a hacer aquí, pero sospecharéis también que la intensidad va subiendo indefinidamente sin llegar nunca a alcanzar el valor V/R, y la tensión en la bobina nunca llega a cero del todo. 
 + 
 +Sí, sí, habéis leído bien; la intensidad nunca deja de crecer, con lo que la bobina **nunca acaba de cargarse realmente**. Estamos ante el mismo caso que con el condensador. Cosas de las curvas exponenciales, ya sabéis. Aquí también aplicamos la regla de las 5 veces la **constante de tiempo**. 
 + 
 +En el caso del condensador era muy fácil retirar el condensador cargado del circuito y que éste conservase su energía. En el caso de la bobina, para que pudiese mantener su energía habría que desconectarla del circuito pero de forma que la corriente pudiese seguir fluyendo a través de ella (por ejemplo, con sus bornes cortocircuitados), lo cual no es sencillo. Además, las bobinas con las que se trabaja normalmente almacenan mucha menos energía que los condensadores, por lo que en una bobina real su energía se perdería casi de inmediato al no ser un componente ideal. 
 + 
 + 
 +==== 7.3.- Descarga de una bobina. ==== 
 + 
 +¿Cómo descargamos ahora la bobina? Imaginemos ahora que pasamos el conmutador a la otra posición: 
 + 
 +[[https://www.bricolabs.cc/wiki/guias/poner_aqui_el_circuito_de_descarga_rc|[[IMAGEN DESCARGA LR]]]] 
 + 
 +Las condiciones iniciales de nuestro circuito son: I = V/R (porque hemos cargado antes la bobina hasta esa intensidad); V<sub>L</sub> = 0 (porque la corriente ya no aumenta); V<sub>R</sub> = V. 
 + 
 +Así que accionamos el conmutador de forma que la fuente quede desconectada y la bobina la resistencia queden unidas, y: 
 + 
 +  * La intensidad en el circuito es la misma que había justo antes de accionar el conmutador (recordemos: la bobina se opone a que la corriente cambie bruscamente). 
 +  * La tensión en la bobina es ahora V<sub>L</sub>  = -V<sub>R</sub>  = -V. 
 +  * Ahora la tensión en la bobina tiene la polaridad contraria, por lo tanto la intensidad comenzará a disminuir poco a poco. 
 +  * El ritmo de decrecimiento será directamente proporcional a la tensión en sus bornes. 
 +  * Al disminuir la intensidad, la tensión en la resistencia (V<sub>R</sub>  = I · R) también irá bajando. 
 +  * Al reducirse la tensión en la resistencia también lo hace en la bobina (aunque su signo es contrario porque V<sub>L</sub>  = -V<sub>R</sub>) e irá haciéndose menos negativa y acercándose a cero. 
 +  * Al ir reduciéndose la tensión en la bobina, la intensidad también va reduciéndose cada vez más lentamente. 
 +  * Este comportamiento se repetirá indefinidamente hasta que la tensión y la intensidad desaparezcan totalmente, momento en el que la bobina se habrá descargado del todo. 
 + 
 +Las gráficas de este proceso de descarga serán similares a éstas: 
 + 
 +[[:guias:poner_graficas_descarga_lr|PONER GRAFICAS DESCARGA LR]] 
 + 
 +Nuevamente vemos que la curva de descarga tiende a cero, pero matemáticamente nunca llega a ella. En teoría, la bobina nunca se descargará del todo. A efectos prácticos, la descarga estará completa cuando hayan transcurrido 5 veces la **constante de tiempo**  del circuito. 
 + 
 + 
 +==== 7.4.- Constante de tiempo de un circuito LR. ==== 
 + 
 +La **constante de tiempo de un circuito LR** se conoce como **τ** (letra griega tau) y **equivale al tiempo que tardaría en cargarse/descargarse el inductor si la intensidad fuese en todo momento la final**. Dado que, como ya hemos visto, la intensidad parte de cero y va subiendo con una exponencial inversa, **el tiempo de carga/descarga de un circuito LR se considera que es de 5τ**, a efectos prácticos (matemáticamente la carga/descarga no termina nunca). 
 + 
 + 
 +==== 7.5.- Energía almacenada en un inductor. ==== 
 + 
 +Encontrar un símil que se pueda entender fácilmente como hacíamos con el condensador es algo que ya no va a ser tan sencillo para la bobina. En un condensador es muy fácil imaginarlo como un depósito de agua que se va llenando, pero para la bobina ya no tenemos ejemplos tan fáciles de entender. 
 + 
 +A medida que el flujo magnético aumenta dentro de una bobina, para que siga aumentando debemos mantener la tensión entre sus bornes, y eso es difícil porque en la resistencia siempre habrá una caída de tensión que irá haciendo que disminuya la tensión en la bobina. 
 + 
 +Pero, ¿y si no hubiese resistencia, o si fuese muy pequeña? En ese caso no habría límite a que la corriente siguiese aumentando hasta llegar a valores altísimos. Por eso no tiene sentido conectar una bobina directamente a los polos de una fuente de tensión, porque transcurrida una fracción de segundo, esa bobina será a efectos prácticos un cortocircuito. 
 + 
 +Pero dejémonos de analogías y vayamos a lo importante: ¿cuánta energía almacena un condensador? 
 + 
 +La intensidad que circuila por una bobina, su inductancia y La cantidad de carga en las placas de un condensador, el voltaje presente entre ellas, la capacidad del condensador y la cantidad de energía almacenada se relacionan mediante esta fórmula: 
 + 
 +E = 1/2 · L · I<sup>2</sup> 
 + 
 +La energía acumulada aumenta con el cuadrado de la intensidad: una misma bobina tendrá cuatro veces más energía si hacemos circular el doble de intensidad. 
 + 
 + 
 +==== 7.6.- La bobina real. ==== 
 + 
 +Sí, lo habéis adivinado: tampoco tenemos bobinas perfectas. 
 + 
 +Veamos cómo es el circuito equivalente de una bobina real: 
 + 
 +[[https://www.bricolabs.cc/wiki/guias/poner_el_esquema_de_un_condensador_real_con_resistencia_serie_y_resistencia_paralelo|PONER EL ESQUEMA DE UNA BOBINA REAL]] 
 + 
 +El factor "no ideal" más importante en una bobina es la resistencia de su bobinado. Una bobina es un arrollamiento de un conductor, y todos los conductores reales ofrecen algo de resistencia al paso de la corriente. Habrá casos en los que esta resistencia sea pequeña o despreciable (pocas vueltas con hilo grueso), pero podría darse el caso de necesitar muchísimas vueltas (para ganar inductancia) con hilo muy fino (para reducir volumen), en cuyo caso la resistencia podría alcanzar varios cientos de ohmios. 
 + 
 +El otro factor "no ideal" relevante de una bobina, y que debemos tener siempre bajo control, es la corriente de saturación. El núcleo magnético de una bobina tiene un límite en cuanto a la cantidad de flujo magnético que puede permitir en su interior. Una vez que se supera dicho límite, la bobina deja de comportarse como tal y pasa a comportarse como un simple conductor eléctrico. Es decir, ese efecto de "oposición a los cambios de corriente" desaparece si la corriente es demasiado alta. 
 + 
 +Existe otro valor de corriente que no debemos superar para no destruir la bobina por acumulación de calor. En función del grosor del conductor empleado en la construcción de la bobina, y en función de las características de disipación térmica que tenga el inductor en su conjunto, habrá un valor de intensidad que no debe ser superardo para no generar excesivo calor, lo cual llevaría a la destrucción del componente. 
 + 
 + 
 +==== 7.7.- Comportamiento de una bobina en continua. ==== 
 + 
 +Como recordaréis, para el caso del condensador habíamos resumido su comportamiento en que "un condensador se oponía a los cambios de tensión", dejando que fluyese una corriente a través de él cuando la tensión entre sus bornes variaba. 
 + 
 +Pues bien, la bobina se comporta de forma complementaria y podemos decir que un **inductor se opone a los cambios de corriente, generando entre sus bornes una tensión cuando la intensidad que lo atraviesa varía**. 
 + 
 +Cuando hacíamos pasar una corriente a través de un condensador, éste se iba cargando y aumentando el voltaje entre sus electrodos. De forma análoga pero complementaria, **cuando aplicamos una tensión a los bornes de un inductor, la intensidad que lo atraviesa va aumentando**  y haciendo que acumule energía en forma de campo magnético. 
 + 
 + 
 +==== 7.8.- Comportamiento de una bobina en alterna. ==== 
 + 
 + 
 +==== 7.9.- Inductor equivalente en serie. ==== 
 + 
 + 
 +==== 7.10.- Inductor equivalente en paralelo. ====
  
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 +
  
 ===== 8.- Y llegó el Heavy Metal: AC/DC. Corriente alterna y corriente continua. ===== ===== 8.- Y llegó el Heavy Metal: AC/DC. Corriente alterna y corriente continua. =====
Línea 906: Línea 1014:
 ==== 14.6.- Montaje en colector común, o seguidor de emisor. ==== ==== 14.6.- Montaje en colector común, o seguidor de emisor. ====
  
-==== 14.7.- El uso del transistor BJT como dispositivo interruptor. ====+==== 14.7.- Uso del transistor BJT como dispositivo interruptor. ====
  
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guias/iniciacion_a_la_electronica.1745773421.txt.gz · Última modificación: 2025/04/27 17:03 por Jose Manuel Mariño Mariño

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