Capítulo 5 Capítulo 4

ELEMENTOS
BÁSICOS
DEL SISTEMA
ELECTRÓNICO
La electrónica en el automóvil es un de un sistema electrónico, así como sus
área que en los últimos años ha incre- componentes principales.
mentado notablemente su presencia y
ha asumido muchas tareas que ante- Los elementos electrónicos de un ve-
riormente se realizaban con dispositi- hículo se pueden dividir en tres gran-
vos mecánicos. des grupos:
En la actualidad no se puede brin-
dar el servicio técnico a un vehículo sin • Unidad de Control Electrónico o
encontrarnos con algún dispositivo de ECUSensores
tipo electrónico, ya sea desde un simple • Actuadores
interruptor, hasta una computadora que
controla todo el sistema de encendido. En este capítulo estudiaremos los prin-
De igual forma, como fue necesario cipales elementos de cada grupo, enfo-
entender los conceptos básicos y fun- cándonos principalmente en su funcio-
cionamiento de todos aquellos elemen- namiento.
tos que intervienen en un proceso Pero antes de iniciar, es importante
eléctrico, es necesario en- recordar algunos conceptos básicos de
tender los prin- los semiconductores, ya que es el prin-
cipios básicos cipio de operación con que funcionan
los componentes electrónicos (diodos,
transistores y circuitos integrados).
También estudiaremos de manera
general los conceptos de la electrónica
digital para poder comprender la lógi-
ca de trabajo de la Unidades de Control
Electrónico.

40 Electrónica y electricidad automotriz

 Elementos básicos del sistema electrónico

Conceptos básicos Efecto de la temperatura sobre Figura 5.1

sobre semiconductores los semiconductores La aplicación de calor en los
Un cristal semiconductor de silicio materiales semiconductores,
genera huecos y electrones
Como mencionamos en el capítulo 1, puro, como el que acabamos de descri- libres.
los materiales pueden ser clasificados en bir, se comporta como aislante a tempe-
tres tipos de acuerdo con su capacidad raturas bajas (cercanas al cero absoluto).
de conducción eléctrica: conductores, Sin embargo, al aumentar dicha tem-
aislantes y semiconductores. peratura, la agitación hace que algunos
El descubrimiento y uso de los se- electrones de la capa de valencia rom-
miconductores trajo una verdadera re- pan los enlaces que los unen al cristal y El vacío
volución, ya que con ellos se logró un se conviertan en electrones libres, ge- producido
se denomina
mayor rendimiento en los circuitos elec- nerando un espacio libre llamado “hue- Electrón “hueco”
liberado
trónicos y la miniaturización de los mis- co”, permitiendo así la circulación de la
mos. Hoy por hoy no existe ningún cir- corriente eléctrica (figura 5.1).
cuito o sistema que no los utilice. Por lo tanto, en un semiconductor
Los materiales semiconductores por el que circula una corriente eléctrica,
tienen como característica principal el existirá un movimiento de electrones y
principio de dualidad: se comportan huecos en direcciones opuestas. Figura 5.2
como conductores o como aislantes, Los semiconductores utilizados para
dependiendo de las condiciones eléc- la fabricación de diodos, transistores, Materiales tipo N
tricas y ambientales a las que se les so- circuitos integrados, etc. son cristales Los semiconductores dopados
meta (voltajes, calor, luz, etc.) dopados; es decir, contienen pequeñas con impurezas pentavalentes,
se les llama semiconductores
cantidades controladas de impurezas tipo N y se caracterizan porque
Capa de valencia llamadas dopantes. al formar los enlaces queda un
solo electrón sobrante. Este
Ahora bien, todos los materiales exis- Dopar un semiconductor significa electrón tiene la libertad de
tentes en la naturaleza se caracterizan y inyectarle átomos de otros elementos. moverse a través del cristal
semiconductor, convirtiéndose
se diferencian unos de otros por su es- Con esto se pretende que cuando se en un portador de corriente.
tructura atómica. Para el estudio de la formen los enlaces entres los electro-
electrónica, sólo nos interesan los elec- nes de valencia, queden electrones sin Flujo de electrones
trones incluidos en la capa externa de enlazar o la falta de electrones (provo-
cada átomo (capa de valencia). cando un hueco).
+
Los semiconductores se caracteri- En la práctica los semiconducto-
Electrones
zan por tener cuatro electrones en su res se dopan con átomos de elementos _
capa de valencia; estos electrones se que tengan cinco electrones de valencia
comparten con los electrones de valen- (pentavalentes) o átomos de elementos
cia de los átomos vecinos para buscar con tres electrones de valencia (triva-
su equilibrio y completar ocho electro- lentes, figura 5.2). Materiales tipo P
nes en su capa de valencia.
Los semiconductores dopados
De esta manera se forman estructuras Flujo de electrones con impurezas trivalentes, se
ordenadas llamadas cristales; en éstos, les llama semiconductores tipo
P y se caracterizan porque al
los átomos se acomodan en forma de formar los enlaces queda un
+
retícula constante; es decir, siguen un Huecos
hueco que se comporta como
una carga positiva libre, y es
mismo patrón de orden a todo lo largo - capaz de atraer un electrón
del material. externo.

Guía rápida: Los conceptos básicos de la electrónica 41

 Capítulo 5

Compuertas NOT Principios de la Del mismo modo que los átomos

La compuerta inversora o conocida electrónica digital son los elementos básicos de la materia,
como NOT, consiste en cambiar un
estado lógico de cero (0) a uno (1)
las compuertas lógicas son los elemen-
y viceversa.
Tabla
Las señales de entrada y salida de la tos básicos de las operaciones digitales
Símbolo
de validez Unidad Electrónica de Control o ECU de la computadora.
A B
Entrada Salida 0 1
pueden ser de tipo digital o análogo. En-
A B 1 0 tender estos conceptos ayudará a com- Las variables lógicas
prender la lógica de trabajo del sistema En electrónica las variables lógicas se
Compuertas OR de la misma computadora. utilizan para representar señales o con-
La compuerta OR deja pasar
cualquier entrada que tenga un uno
La mayor parte de las condiciones diciones que sólo pueden adoptar uno
(1) a su salida. del automóvil son variables analógicas; de dos estados posibles (0 ó 1).
El funcionamiento de este tipo
de compuertas también puede por ejemplo la temperatura no cambia Ahora bien, recordemos que así
estudiarse con interruptores bruscamente de 0 a 100 grados, sino que como existen dos teorías del flujo de co-
conectados en paralelo; sólo hay
que recordar que un switch abierto varía en grados consecutivos. rriente, también existen dos lógicas para
equivale a cero (0) y un switch
cerrado representa uno (1).
Por su parte, la computadora nece- determinar la dirección de la corriente
Símbolo
Tabla de validez sita medir los cambios de temperatura; magnética, y que determinan la lógica
Entrada
A B C
0 0 0
para ello no necesita conocer la tempe- operacional de las compuertas.
A
Salida 0 1 1 ratura exacta, sólo si está por arriba o
C 1 0 1
B 1 1 1
por debajo de un valor predeterminado. 1. La lógica positiva define el voltaje más
Compuerta AND
Esto puede traducirse en una señal digi- elevado como uno (1) y el voltaje bajo
Este tipo de compuerta representa
tal de “no voltaje” cuando la tempera- como cero (0).
la multiplicación y si en todas sus tura se encuentra por debajo del valor 2. La lógica negativa define el voltaje
entradas se registra un uno (1),
su respuesta de salida será uno programado o en una señal de “cual- más bajo como uno (1) y el voltaje
(1). También puede estudiarse con
interruptores conectados en serie;
quier voltaje” cuando la temperatura más alto como cero (0).
recuerde que un switch abierto sobrepasa dicho valor.
representa cero y el cerrado
representa uno.
De esta manera, una señal digital ac- Estas variables lógicas y sus relaciones
Tabla de
validez túa igual a un interruptor sencillo que se representan mediante tablas de ver-
Símbolo A B C
0 0 0
abre y cierra un circuito. Pero ¿Cómo dad y símbolos lógicos. Una tabla de
Entrada
A
Salida
0 1 0 puede una computadora decidir si abre verdad es la representación gráfica que
C 1 0 0
B 1 1 1
o cierra un circuito? Todas las compu- contiene todas las posibles combinacio-
Compuertas complementarias
tadoras digitales manipulan los datos nes de estados de las variables de entra-
Son el resultado de la combinación
a través de circuitos lógicos básicos o da y los estados de las variables de sali-
de los tipos de compuertas ya compuertas lógicas. da (figura 5.3).
descritas. Su objetivo principal es
conservar los datos de las entradas
previas y no cambian sus salidas. Compuertas lógicas
Estos son los que se llaman circuitos Análogo: Es una señal de voltaje o una
lógicos secuenciales y son la base Una compuerta lógica está integrada función de procesamiento con
de los circuitos de la memoria de la
computadora (Flip-Flop).
por varios transistores y se les llama valores infinitamente variables
comparados con un parámetro fijo
compuertas porque sus circuitos actúan que se está midiendo.
Símbolo
Entrada Salida
como “puertas” que controlan el paso
A de las señales de salida como respuesta
C Digital: Es una señal de entrada, salida
B a diferentes combinaciones de las seña- o procesamiento que significa
Tabla de validez les de entrada. sí-no, alto-bajo, conectado-
A B C desconectado.
0 0 1
0 1 1
1 0 1 Figura 5.3
1 1 0

42 Electrónica y electricidad automotriz

 Elementos básicos del sistema electrónico

Principales dispositivos te fácil (desconectar-conectar), permi-

electrónicos ten diseños más compactos, minimi-
zan el número de conductores para su
En general, todos los dispositivos elec- instalación, etc.; otra ventaja es que al
trónicos presentan ciertas ventajas fren- carecer de piezas móviles, no es nece-
te a los dispositivos mecánicos. Por sario reemplazarlos periódicamente por
ejemplo, su reemplazo es relativamen- desgastes.

Termistores
Son dispositivos semiconductores que se forman Transistores
de un material tipo N o tipo P. Se caracterizan
por variar su resistencia en función de la Los transistores son dispositivos que cuentan con tres
temperatura. Pueden ser de dos tipos: opositores, terminales y se utilizan para controlar corrientes
es decir, aumentan su resistencia en función de la relativamente grandes a partir de señales de
temperatura, y NTC (coeficiente de temperatura corriente o de voltaje muy débiles, actuando como
negativo) éstos disminuyen su resistencia si resistencia o interruptores controlables.
aumentan su temperatura y aumentan su resistencia Básicamente existen dos tipos de transistores,
si disminuye la temperatura. En el automóvil un bipolares o de unión (BJT) que son dispositivos
termistor, tiene su aplicación principalmente, en controlados por corriente; y los transistores
sensores de temperatura del motor ECT y sensores unipolares o de efecto de campo (FET), que son
de temperatura del aire de entrada IAT. dispositivos controlados por voltaje. De cada una
de estas categorías se despenden muchas otras
variantes.
Los transistores se consideran componentes activos
al amplificar la potencia que reciben y también son
componentes semiconductores, lo cual significa que
Diodos pueden actuar como conductores o como aislantes.

Son dispositivos semiconductores que se forman Las aplicaciones automotrices van desde el
de dos materiales semiconductores, uno P y otro regulador en un alternador, excitador de encendido,
N. En el automóvil sus usos son muy variados: osciladores, reguladores de voltaje y detector en
rectifican corriente alterna en corriente continua en circuitos internos de computadora automotriz.
el alternador, actúan como reguladores de voltaje
en la computadora automotriz y funcionan como
protección de circuitos o alimentaciones.
Al polarizarse en sentido directo o inverso, su
función básica es dejar pasar la corriente o flujo
eléctrico en un sentido e impedir su retorno.

Circuitos integrados

Son circuitos complejos formados por

miles de transistores y otros dispositivos
integrados en una sola pastilla de silicio
Dispositivos Mosfet (CHIP). Los circuitos integrados se fabrican
reproduciendo un modelo del circuito en
Los dispositivos Cmos formados por el una oblea de silicio, y depositando en ella
semiconductor complementario de óxido de materiales conductores tipo P y N, así como
silicio son muy delicados, no deben ser tocados materiales aislantes. En una sola oblea de
fuera de un circuito porque podrían sufrir daños silicio pueden construirse varios cientos de
por la electricidad estática. Se caracterizan por circuitos integrados idénticos y cada uno
su bajo consumo de energía y su alta velocidad se separa posteriormente como un “chip”
de funcionamiento. Se utilizan para hacer individual que se instala en un dispositivo
memorias, circuitos integrados y compuertas compacto para que pueda conectarse en un
lógicas. Al sustituir estos componentes se debe circuito más grande.
tener cuidado en no tocarlos o en su defecto usar
pulseras antiestáticas para trabajar con ellos.

Guía rápida: Los conceptos básicos de la electrónica 43

 Capítulo 5

Los elementos electr

Unidad de Control
Electrónico
Sensores
Es el dispositivo encargado de Medidor de masa de aire

recibir las señales enviadas por

los dispositivos alimentadores Transmisor de régimen del motor
(sensores, actuadores, interrup-
tores), y de procesarlas a través
de una serie de circuitos elec- Transmisor Hall

trónicos previamente progra- UNIDAD

mados. Después de procesar ELECT
Sondas lambda
dicha señal, la información es
enviada hacia dispositivos de
salida o es aplicada como una
señal de entrada hacia otro cir- Unidad de mando de la mariposa
cuito o dispositivo.
El dispositivo encargado de Transmisor de temperatura
del aire aspirado
realizar esta función en el auto-
móvil es una computadora lla-
mada Unidad de Control Elec- Transmisor de temperatura
del líquido refrigerante
trónico o ECU, por sus siglas
en inglés.

Sensores de picado

Sensores

Debido a que una computado- Módulo del pedal del acelerador

ra sólo puede recibir señales de
voltaje, un sensor tiene como
función principal convertir el Conmutador del pedal del embrague
movimiento, presión, tempera-
tura, luz y cualquier otro tipo
de energía en voltajes. Los sen- Conmutador luz del pedal de freno
sores de un vehículo son inte-
rruptores, cronometradores,
resistores, transformadores, ge- Sensor de presión de sobrealimentación
neradores, etc. Es decir pueden
enviar señales de tipo analógi-
Control de velocidad
co o digital.
Señales adicionales

44 Electrónica y electricidad automotriz

 Elementos básicos del sistema electrónico

rónicos de un vehículo
Actuadores
Actuadores
Bomba de combustible Los actuadores son dispositivos
de salida que cambian la señal
Relé de bomba de combustible
de voltaje entregada por la com-
putadora en una acción mecá-
Inyectores
nica. A este tipo de dispositivos
se les conoce como dispositi-
D DE CONTROL vos híbridos, ya que combinan el
Bobinas de encendido con etapa
TRÓNICO ECU final de potencia integrada funcionamiento electrónico con
el funcionamiento mecánico.
La mayor parte de los actuado-
Electroválvula para depósito res son solenoides, relevadores y
de carbón activo
válvulas.
Testigo de averías (MIL)
#( %#+

Unidad de mando de la mariposa

Electroválvula para limitación

de la presión de sobrealimentación

Válvula de recirculación
para el aire de admisión

Calefacción para sondas lambda

Testigo de avería para mando

eléctrico del acelerador

Bomba relé y válvula

para sistema de aire secundario

Bomba de diagnóstico de fugas

Señales suplementarias

Guía rápida: Los conceptos básicos de la electrónica 45

 Capítulo 5

Figura 5.4 Unidad de Control

Electrónico ECU
Estructura
básica de una
computadora -EMORIA Es el dispositivo encargado de recibir
digital automotriz las señales enviadas por los dispositi-
vos alimentadores, y de procesarlas a
través de una serie de circuitos electró-
5NIDADCENTRALDE nicos previamente programados. Des-
PROCESAMIENTO
pués de procesar dicha señal, la infor-
mación es enviada hacia dispositivos de
salida o es aplicada como una señal de
entrada hacia otro circuito o dispositi-
$ISPOSITIVOSDE
ENTRADASENSORES
)NTERFAZDE
ENTRADAYSALIDA
$ISPOSITIVOSDESALIDA
ACTUADORES
vo (figura 5.4).
El dispositivo encargado de reali-
zar esta función en el automóvil es una
Microcomputadora computadora llamada Unidad de Con-
trol Electrónico o ECU, por sus siglas
en inglés.
Figura 5.5
Estructura de la Unidad
Vista física de los componentes de una de Control Electrónico
computadora automotriz ECU
Esta unidad de control o computado-
ra está integrada en una caja de metal
Memoria
que es montada en el compartimiento
de pasajeros debajo del tablero de ins-
trumentos o detrás de un tablero de es-
quina (figua 5.5).
La ECU del automóvil es un dis-
positivo integrado por diferentes cir-
Microprocesador cuitos y componentes electrónicos que
cubren las cuatro etapas básicas de
cualquier computadora. El estudio de
cada una de estas etapas queda fuera
de los objetivos de este fascículo y se
estudiarán más a detalle en fascículos
posteriores.

• Entrada de datos
• Procesamiento de datos
• Almacenamiento y comparación de
datos
• Salida de datos

46 Electrónica y electricidad automotriz

 Elementos básicos del sistema electrónico

Sensores Los sensores envían hacia la com- Comentario

putadora sus señales de entrada en cual- del especialista
Debido a que una computadora sólo quiera de las siguientes formas:
La mayor parte de
puede recibir señales de voltaje, un sen- estas condiciones se generan
sor tiene como función principal con- • Generando un voltaje como señales analógicas.
vertir el movimiento, presión, tempera- • Modificando un voltaje de Dependiendo del sistema y
programa de la computadora,
tura, luz y cualquier otro tipo de energía referencia serán los tipos de sensores
en voltajes. Los sensores de un vehículo utilizados, ya que existen
son interruptores, cronometradores, re- Condiciones variables que pueden me- algunas computadoras cuyo
sistema requiere de señales
sistores, transformadores, generadores, dir en un automóvil son: de entrada digitales y existen
etc. Es decir pueden enviar señales de otras que requieren de
tipo analógico o digital. una señal de entrada tipo
analógica.

Movimiento y posición
» Lineal
» Angular (rotación) Velocidad
» Revoluciones por
minuto del motor
» Velocidad del vehículo
» Velocidad de transmisión
y línea de mando
Temperatura » Velocidad de cambio
» Aire (aceleración,
» Líquidos (refrigerante, desaceleración)
aceite, etc.)

Masa atómica o volumen

» Flujo de aire
Presión » Flujo de combustible
» Hidráulica (líquido para frenos, » Contenido de oxígeno
combustible, frenos) en el motor
» Neumática (vacío del motor)
» Física (detonación o
autoencendido del motor

Luz

Disco de mando del

convertidor de torsion

Sensor de
Ranuras
posición del
cigüeñal

Guía rápida: Los conceptos básicos de la electrónica 47

 Capítulo 5

Actuadores o cierra una parte metálica, la cual a su

vez, hace lo mismo con el circuito co-
Los actuadores son dispositivos de sali- rrespondiente. Es decir, un relevador
da que cambian la señal de voltaje entre- usa una corriente eléctrica para contro-
gada por la computadora en una acción lar otra corriente eléctrica.
mecánica. A este tipo de dispositivos se
les conoce como dispositivos híbridos, Solenoides
ya que combinan el funcionamiento Son dispositivos electromecánicos que
electrónico con el funcionamiento me- trabajan de manera similar a un releva-
cánico. La mayor parte de los actuadores dor (figura 5.7). Ambos son dispositivos
son solenoides, relevadores, válvulas. de corriente directa que pueden funcio-
nar solamente si la corriente fluye con-
Relevadores tinuamente en una dirección a través de
Son dispositivos electromagnéticos que sus bobinas, cambiando así un voltaje
trabajan igual que un interruptor; es de- eléctrico en movimiento mecánico.
cir, abren o cierran un circuito (figura
5.6). Están formados por una bobina
que genera un campo magnético al ser Figura 5.7
energizado; este campo magnético abre

Figura 5.6

48 Electrónica y electricidad automotriz