Curso de Electrónica - Electrónica Básica

Por Newton C. Braga

En el formato de E-book (digital) o impreso estamos ofreciendo el primer volumen de una serie de cursos que, como actualización y ampliación de nuestros cursos antiguos o disponibles en el sitio del autor, permiten a los lectores interesados ​​aprender electrónica de una forma directa y sencilla.

Nuestro Curso Básico de Electrónica, que tuvo 5 ediciones publicadas, con gran éxito in Brasil, Argentina y México y que se encontraba agotado, vuelve ahora en un nuevo formato, ampliado y actualizado. De hecho, en su última edición en papel, de 2009, el curso todavía presentaba el mismo contenido, cuya última actualización fue hecha en 2005. Con la gran demanda, analizamos aquella edición y modificamos totalmente su contenido para crear una serie totalmente nueva que fue desmembrada en diversos volúmenes. Se llegó el momento de hacer algo nuevo, adaptado a los nuevos tiempos de la electrónica, en un formato más actual y con contenido que sea más útil a todos aquellos que deseen aprender lo básico de la electrónica. De esta forma el contenido del curso anterior fue separado en dos volúmenes, Electrónica Básica y Electrónica Analógica, para ser completados con la versión ya existente del Curso de Electrónica Digital que debe ser remodelado, Y, en un cuarto volumen tendremos la parte práctica. Así, en esta primera edición de Electrónica Básica, un verdadero curso de conceptos de electrónica abordó todo el conocimiento de aquellas ediciones y más informaciones actuales sobre nuevas tecnologías, nuevos componentes y nuevas aplicaciones. Podemos decir que este libro, como los demás, puede ser considerado la plataforma de iniciación ideal para muchos cursos, de los técnicos a las disciplinas electivas, del reciclaje de conocimientos hasta aquellos que desean tener en la electrónica una segunda actividad o necesitan de ellos para su trabajo en el área relacionada.

• Idioma: Español
• Editorial: Editora NCB
• Fecha de lanzamiento: 7 jul 2017
• ISBN: 9788595680432

Vista previa del libro

PRESENTACIÓN

En 1972, ya con experiencia en la enseñanza de electrónica en cursos presenciales, fui contratado por una gran organización educativa por correo a renovar su curso práctico de electrónica. Terminado este trabajo, me fui a trabajar a la Editora Saber en 1976 cuando empecé a publicar en las páginas de la Revista Saber Electrónica (con ediciones posteriores en Argentina e México) el primer Curso de Electrónica en la instrucción programada, una novedad que atrajo la atención de miles de lectores que han tenido su formación inicial apoyada plenamente en las enseñanzas que entonces eran disponibles. El éxito de este curso ha hecho en varias ocasiones posteriores el curso para ser páginas de la misma revista y la revista electrónica total repetida y actualizada. Mientras tanto, hemos publicado la primera edición completa de este curso que fue nombrado el Curso Básico de Electrónica y alcanzó su quinta edición, y más tarde en 2009 se convirtió en material de cursos. Sin embargo, desde la primera edición y el primer curso de la revista, mucho ha cambiado y, aunque se hicieron varios cambios, ha llegado el momento de hacer algo nuevo adaptado a la nueva era de la electrónica, un formato más actual y el contenido ser más útil para todos los que deseen aprender los fundamentos de la electrónica. Así, el contenido del curso anterior se separó en dos, Curso de Electrónica - Electrónica Básica y Curso de Electrónica – Electrónica Analógica, (y en breve, curso práctico con experimentos) que se completan con la versión existente del Curso Electrónica Digital que deben ser renovados y más allá en el Curso Electrónica - Electrónica de Potencia e Instrumentación. Por lo tanto, en esta primera edición del Curso Básico Electrónica, un verdadero curso de los conceptos básicos electrónicos, nos acercamos a todo el conocimiento de estas cuestiones y la información más reciente sobre nuevas tecnologías, nuevos componentes y aplicaciones. Podemos decir que este libro, al igual que los otros, es una plataforma de arranque ideal para muchos cursos, cursos electivos se pueden considerar, el reciclaje de conocimientos para aquellos que desean tener en la electrónica una segunda actividad o los la necesitan para su trabajo en campo relacionado.

Introducción

Desde 1976, cuando se creó la primera versión de un curso de electrónica básica que podría servir como iniciación a aquellos que deseaban tener conocimiento de la electrónica, esta ciencia ha sido objeto de importantes transformaciones. De lo extremo de la válvula al transistor y cuando comenzó los primeros circuitos integrados electrónicos que se convirtió en la tecnología del alto grado de integración de los circuitos integrados, FPGAs, DSPs, microcontroladores y ensamble en superficie. Así que nuestro libro Curso Básico de Electrónica se puede considerar un curso de actualización para los propósitos algo diferentes de lo que se pretendía en el momento de su creación original. La electrónica de hoy en día no es realmente un final, donde una vez domesticado, que ya por sí solo permite a las personas para encontrar una actividad directa para darles ingresos o pueden aspirar a un puesto de trabajo. La electrónica de hoy en día es un medio para lograr la cualificación en otras áreas como las telecomunicaciones, la informática, la automatización, la robótica, la seguridad, la electrónica embarcada y más. Así que nuestro curso se orienta, precisamente, para el conocimiento que se necesita para la preparación para estas áreas y tiene un enfoque rápido y directo de los conceptos que, en principio, no requieren conocimientos previos de los que desean aprender.

En la lección 1 se estudiará la naturaleza de la electricidad y también algunos fenómenos que se producen en el átomo que ahora, en la electrónica más avanzada, comenzamos a utilizar, lo que ocurrió hace muy pocos años .

En la lección 2 tomaremos contacto con los conceptos de energía, más allá de las primeras magnitudes eléctricas importantes que son la corriente y la tensión. También tendremos el concepto de energía y aprender un circuito eléctrico simple. Vamos a ver que son los LED y lámparas y los efectos de la corriente eléctrica que pueden ser utilizados en la práctica.

La tercera lección se abordará el concepto de resistividad y resistencia eléctrica conociendo el resistor. Veremos lo que sucede cuando nos asociamos resistencias en serie y en paralelo y más analizamos su comportamiento eléctrico dictado por la ley de Ohm y la ley de Joule, también analizar diversos tipos de resistores especiales que van desde ollas y resistores de ajuste (trimpots y potenciómetros) a los LDRs, NTCs y otros.

En la cuarta lección vamos a tratar con los generadores, que son las fuentes de energía de los circuitos electrónicos. Veremos los principales tipos de generadores, a partir de las pilas y acumuladores, a través de las dinamos y alternadores y dar con los generadores alternativos, muy importantes en nuestros días. Analizar matemáticamente el funcionamiento de los generadores con la ecuación del generador y las Leyes de Kirchoff. Vamos a terminar esta lección analizando el fusible y el circuito eléctrico simple

La quinta lección de nuestro curso está dedicada a los capacitores. Vamos a estudiar este componente, desde su principio de funcionamiento, las unidades de medidas y códigos que se utilizan para sus especificaciones. También vamos a estudiar qué ocurre cuando conectamos capacitores en serie y en paralelo y el llamado circuito de tiempo RC.

La sexta lección está dedicada al magnetismo y el electromagnetismo. Componentes que se basan en los campos magnéticos son muy importantes en la electrónica. Se llaman componentes inductivos y son representados por las bobinas e inductores. También veremos los otros componentes de esta familia, tales como solenoides, relés y motores, además de los que se utilizan como sensores.

En la séptima lección nos ocuparemos de una forma muy importante de la corriente eléctrica llamada corriente alterna. Presente en la forma de alimentación o de señales, es esencial para el funcionamiento de muchos circuitos electrónicos. Vamos a ver lo que es corriente alterna, sus características y propiedades, y la forma en que se genera. Vamos a hablar del factor de potencia y la forma en que se comportan inductores y capacitores en su presencia. La calidad de la energía será un elemento importante de esta lección.

La octava lección del curso se ocupa del sonido, con el análisis de la naturaleza de este tipo de vibración, así como sus características y propiedades. Vamos a ver cómo podemos oír estas vibraciones, analizar su medida en decibelios y o que son los ultrasonidos. Se estudiará el Efeito Doppler.

Terminamos este curso de electrónica básica con el análisis de las ondas electromagnéticas en la novena lección. Es fundamental para las telecomunicaciones, el conocimiento de la naturaleza, características y propiedades de estas ondas, lo que será el tema central de la lección. Vamos a ver lo que son las ondas de radio y como transmisores y receptores trabajan. También se abordará el concepto de interferencia y ruido.

Por último, el contenido en estudio puede considerarse como los primeros pasos de una escalera que conduzcan a los interesados a un mundo de conocimientos capaz de significar su realización profesional y más que eso, la satisfacción personal de dominio de las tecnologías más importantes de nuestro tiempo.

Newton C. Braga - 2017

Lección 1 - Materia y energía - La naturaleza de la electricidad - Electricidad estática

Lo que aprenderá

En esta lección aprenderá lo que es la electricidad, cómo se puede generar y utilizar. También veremos cómo la electricidad puede llevar transportar la energía y que es la corriente eléctrica. Para esto también se entiende lo que la energía es y cómo se puede llevar a cabo lo que se llama el trabajo, concepto muy importante en la física y la ingeniería. También aprenderemos cómo la electricidad puede ser medida y el concepto de tierra. Los elementos que componen esta lección teórica son:

Materia - Los átomos y otras partículas

Energía - la equivalencia de la materia y la energía

La naturaleza de la electricidad

Electrostática - la ley de Coulomb

La electrostática en la práctica

Conductores

Corriente y tensión - Unidades

Objetivos

Después de estudiar esta lección usted tendrá una visión diferente de la intimidad de la materia y eventos eléctricos que se producen en el interior del átomo. Comprenderá mejor la diferencia entre la materia y la energía y saber cómo la electricidad puede manifestarse en los cuerpos.

Términos destacado

Átomo

Los electrones, protones y neutrones

La carga eléctrica

La ley de Coulomb

Energía

Masa

Electrostática

Electrificación

Corriente eléctrica

Tensión eléctrica

Introducción

Los fenómenos eléctricos se han observado desde los primeros días del hombre, cuando todavía vivían en cuevas que había dibujado su atención por los rayos. Tal vez en este momento que la primera vez que utiliza indirectamente electricidad, aprovechando el incendio que provocó una descarga de palos que ha estado usando para la iluminación, la calefacción y la cocción de los alimentos.

En los miles de años siguientes, sin duda otras manifestaciones eléctricas llamaron la atención del hombre. Él debe haber notado que las chispas producidas cuando una piel de animal frotar un día seco, para limpiarlo e incluso debe haber tenido miedo de tocar objetos cargado de electricidad, recibiendo una buena descarga

Indirectamente algunos fenómenos eléctricos deben haber sido utilizado en las innovaciones tecnológicas de la época, pero sin sus usuarios saber exactamente lo que estaba pasando. Este es el caso de la batería Babilonia hace más de 4 000 años que fueron utilizados en las obras de galvanoplastia. Ciertamente su construcción implicó un ritual para que se alcancen los poderes mágicos.

El magnetismo fue descubierto en Magnesia a través de sus piedras-imán (magnetita), pero fue sólo después de un largo tiempo es que sus propiedades fueron explicados.

La electricidad como ciencia comenzó en la era moderna, con su producción artificialmente y luego explicaciones que culminaron en el siglo pasado con el conocimiento de la estructura de la materia, compuesta de átomos, y luego avanzaron con las teorías como la relatividad, la teoría cuántica hasta llegar a nuestra día, con los avances que se ocupará de su debido tiempo.

La unificación de la física y las nuevas teorías de supercuerdas y otros que comienzan a influir en los conceptos de muchos dispositivos electrónicos modernos debe ser parte de un curso moderno.

De hecho, huimos un poco de muchos de los conceptos de cursos electrónicos viejos y obsoletos, comenzando desde el mismo punto en que todo el mundo debería ir, pero va más allá de lo necesario realmente profesional a conocer hoy.

1.1 - La materia

Para entender la naturaleza de la electricidad, primero debemos entender la naturaleza de la materia misma.

Todos los cuerpos que nos rodean están hechos de pequeñas partículas llamadas átomos. Los átomos están hechos de partículas aún más pequeñas que se organizan de una manera claramente definida.

Por lo general, representan el átomo, como se muestra en la Figura 1, en el que las partículas formadas son pequeñas esferas agrupadas en forma bien definida, como los primeros investigadores que pueden imaginar.

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Figura 1 - Representación didáctica del átomo

Hoy sabemos que esta representación no corresponde a la realidad, ya que las partes constituyentes de los átomos en realidad no tienen lo que llamamos forma, como veremos más adelante, pero por motivos de estudio, esta representación se ha adoptado en las escuelas por su aspecto educativo. Adoptaremos esta representación para mayor comodidad.

Estas partículas, llamadas electrones, protones y neutrones tienen propiedades que llaman eléctrica. Están equipadas con cargas eléctricas y, por convención, se dice que las cargas de los electrones son negativas (-), mientras que las cargas de los protones se dicen positivas (+). Los neutrones no tienen carga eléctrica.

Supercuerdas

La teoría de las supercuerdas de la idea de que las partículas más pequeñas que componen el universo son entidades que tienen sólo una dimensión, la longitud y vibración de varias maneras posibles incluso en más de 4 dimensiones. A medida que la forma en que vibran y las dimensiones en las que lo hacen, dan lugar a una multitud de partículas elementales como los quarks, los hadrones, electrones, protones y muchas otras, formando lo que se llama el zoológico de partículas. Todavía hay mucho que hacer en la investigación en este campo intentando la unificación de la física cuántica con la teoría de la relatividad. De acuerdo con los físicos pueden predecir por sus fórmulas, el universo debe tener al menos 11 dimensiones para explicar los fenómenos observados con las partículas elementales.

Propiedad:

Una propiedad fundamental de las cargas eléctricas, y siempre hay que recordar, es que las cargas del mismo signo (positivos o ambos negativos) se repelen entre sí y las cargas de signos opuestos (positivo y negativo) se atraen. La Figura 2 muestra esto.

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Figura 2 – Cargas de mismo signos, si repelen y cargas de signos opuestos se atraen.

La cantidad de la carga eléctrica que una partícula ha puede ser medida.

Encontramos entonces que la carga del electrón es exactamente la misma en cantidad que la del protón, aunque son de polaridades opuestas y el electrón y el protón tienen diferentes masas.

También se verifica que los electrones bajo ciertas condiciones, pueden ser retirados de los átomos en torno a los cuales giran y por lo tanto se mueven a través de los materiales, dando lugar a fenómenos especiales que son muy importantes para nuestros estudios y mismo de la existencia da ciencia electrónica, como veremos en los siguientes artículos.

Del mismo modo, podemos añadir electrones a un átomo e dotarlas de propiedades especiales, igualmente importantes para nuestros estudios.

1.2 - Energía

Un concepto muy importante en el estudio de la física y por consiguiente de la electricidad, que es una de sus ramas, es la energía.

Como se estudió en el artículo anterior, la materia está compuesta de átomos y que tiene la propiedad principal de ter masa y ocupar un lugar en el espacio. La masa de un objeto es lo que le da la propiedad que llamamos peso. El peso es la fuerza con que la tierra atrae a un objeto y que depende de su masa, como se muestra en la Figura 3.

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Figura 3 - La fuerza con la que un objeto es atraído a la tierra es su peso

La energía es otro concepto muy importante para la comprensión de los fenómenos eléctricos. No tenemos una definición de lo que es la energía, porque no se puede verla. Podemos decir que algo tiene energía cuando se tiene la capacidad de realizar un trabajo.

La energía almacenada en combustibles puede hacer un trabajo, que es mover un vehículo. La energía almacenada se utiliza en alimentos para el funcionamiento de nuestro cuerpo. La energía liberada en las reacciones químicas dentro de una célula eléctrica se utiliza para encender una lámpara o conducir un pequeño motor.

Vea la Figura 4 que, para mover un objeto desde un punto A hacia un punto B, corresponde a un trabajo, tenemos que gastar energía.

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Figura 4 - El trabajo mide el gasto de energía para mover un cuerpo

La energía es una magnitud física y como tal se puede medir. Más tarde, cuando estudiamos la energía involucrada en procesos eléctricos, vamos a ver cómo se hace esto.

1.2.1 - Principio de Conservación de la Energía

Un principio muy importante, que a menudo se recordó a estudiar los fenómenos eléctricos, es la conservación de la energía. Este principio establece que la energía ni se crea ni se destruye, se conserva siempre.

Por lo tanto, cuando una batería alimenta una lámpara, la luz producida tiene la misma cantidad de energía que la batería se necesita para producirla. Del mismo modo, si usted tiene un amplificador, la cantidad de sonido obtenido (energía) es la misma que la cantidad de electricidad que consume cuando está enchufado.

En otras palabras, los procesos que estudio en electricidad, cantidad de esta energía es siempre la misma. Ella sólo tiene que ir de un tipo a otro, o sea, se convertirá.

Véase la figura 5 un ejemplo, en el que la energía química liberada dentro de la célula se transforma en energía eléctrica que alimenta a continuación, una lámpara para convertirse en energía luminosa (luz) y calor (calentar la lámpara). Si medimos la cantidad de luz y el calor producido por la lámpara veremos qué es exactamente igual a la cantidad de energía liberada en el proceso químico dentro de la célula.

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Figura 5 - Ejemplo de Conversión de Energía

En la naturaleza nada se crea, nada se pierde, todo se transforma

Lavoisier (1743 - 1794)

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Antoine Laurent Lavoisier (1743 - 1794)

Moto Perpetuo

Este nombre se utiliza para describir el intento de muchos para construir un motor perpetuo, un motor que funciona sin energía. Por supuesto, nadie ha conseguido todavía, ya que va en contra de los principios de la física, específicamente de la conservación de la energía que vimos. La energía no puede ser creada, tiene que venir de alguna parte. Además de varias ideas que no funcionaron, que implican características mecánicas, como la figura A, hay ideas que implican la electricidad.

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Figura A - El agua que llena el cubo hace peso y que va hacia abajo haciendo que el mecanismo gire indefinidamente. ¿Por qué no funciona?

Una de ellas es para conectar un motor a una dínamo y luego alimentar el motor por la dínamo, como se muestra en la figura B.

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¿Por qué no funciona? Simplemente porque el rendimiento del motor y dínamo no son 100%. La dinamo no convierte toda la energía mecánica que recibe en electricidad, así la que va al motor es un poco menos de lo que recibió en forma de energía mecánica. Del mismo modo, el motor no convierte el 100% de la energía eléctrica en mecánica, por lo que no se transfiere al dínamo toda la energía. La dinamo en este ciclo ya recibe cada vez menos y por lo tanto se genera menos energía, y en el proceso la energía va cayendo hasta que todo para... A pesar de que el proceso tuvo un rendimiento del 100%, en el momento en que tomamos un poco de energía para hacer funcionar algo externo, la energía del sistema cae y por lo que la velocidad se reduce hasta detenerse...

1.2.2 - Equivalencia Entre Materia y Energía

El trabajo de Einstein demostró que la materia y la energía son equivalentes. Podemos transformar la energía en materia y la materia en energía. La famosa fórmula de Einstein nos dice que podemos obtener una gran cantidad de energía a partir de una pequeña cantidad de la materia. De todos modos, la materia puede ser considerada como energía concentrada.

E = mc2

Donde:

E es la energía,

m es la masa

C y el cuadrado de la velocidad de la luz o 300 000 000 000 x 300 000 000 000 metros por segundo (9 x 10²² m/s2)

Ahora el

Comentarios para Curso de Electrónica - Electrónica Básica

[Arturo Rodriguez · Calificación: 5 de 5 estrellas]

Excelente, sin duda me refresco muchos conocimientos olvidados, lo recomiendo para aquellos que han estudiado electrónica y ha deja estos conocimientos olvidados, y desde luego si alguien no ha estudiado electrónica antes, es un primer gran acercamiento

[Romelia Reyes · Calificación: 1 de 5 estrellas]

Esta mal escrito, tiene muchos errores. No es claro. No lo recomiendo

[GONZA GONZA · Calificación: 1 de 5 estrellas]

Está muy mal redactado. Mal traducido. Pésimo trabajo. Lastima porque me interesa.