Apuntes de Electonica Automotriz I
Apuntes de Electonica Automotriz I
Apuntes de Electonica Automotriz I
2011
TSUEMA
Electrnica Automotriz I
CONDUCTORES Y AISLADORES
Son conductores los materiales que permiten un importante flujo de electrones mediante la
aplicacin de muy poca fuerza electromotriz. El material que se utiliza con mayor
frecuencia es el cobre.
Los materiales que tienen muy pocos electrones libres, alta estabilidad, gran
densidad y baja movilidad se denominan aisladores, puesto que se requiere una fuerza
electromotriz muy elevada para producir en ellos una corriente elctrica importante. El uso
ms comn de los aisladores es para recubrir conductores que, si no estuvieran aislados,
podran tener efectos peligrosos.
SEMICONDUCTORES
Entre los elementos llamados aisladores y los conductores existe un grupo de materiales de
gran importancia, que se conocen como semiconductores.
Los transistores, los diodos, los SCR, etc., se construyen con materiales
semiconductores. Para esos dispositivos, los materiales semiconductores utilizados con
mayor frecuencia son el germanio y el silicio.
CORRIENTE ELECTRICA
Recibe el nombre de corriente elctrica el desplazamiento de electrones a travs de un
cuerpo conductor. Si partimos de la idea de que los cuerpos siempre tienden al equilibrio
elctrico uniendo dos materiales, uno con defecto de electrones (cargado positivamente) y
otro con exceso de stos (cargado negativamente) por medio de un conductor habr un
traslado de stos electrones por medio del conductor hasta que los dos materiales tengan un
equilibrio elctrico (figura 1.14).
Material A
Atomos con
muchos
electrones
Material B
Conducto
Atomos con
pocos electrones
Sentido del
movimiento de
los electrones
TSUEMA
Electrnica Automotriz I
TSUEMA
Electrnica Automotriz I
Electrones
Ncleo
tomo A
tomo B
Las siguientes investigaciones llevadas a cabo sobre el tema consideraron que los
electrones no son un elemento esttico en el tomo, sino que giran alrededor del ncleo
y, por tanto, son los que tienen la capacidad de trasladarse; de tal forma que entre dos
tomos, uno con carga elctrica positiva (defecto de electrones) y otro con carga
elctrica negativa (exceso de electrones en el ltimo orbital), se produce entre ellos un
intercambio de electrones desde el que posee carga negativa hacia el tomo con carga
positiva, siempre que se aproximen lo suficiente (figura 1.18).
Protn
Electrn
Orbitas
Ncleo
tomo cargado
negativamente
Distancia
Entre tomos
tomo cargado
positivamente
TSUEMA
Electrnica Automotriz I
Conclusiones:
Existen dos sentidos diferentes de la corriente:
Partiendo del polo negativo hacia el positivo, que es el sentido real de la corriente
(figura 1.19 (b)).
Ambos sentidos se dan como vlidos, aunque se debe saber que el real es el sentido
electrnico (de polo negativo a polo positivo).
FUERZA ELECTROMOTRIZ
Se representa con el diminutivo f.e.m. Es la causa que origina que los electrones circulen
por un circuito elctrico. Como todas las magnitudes, tiene una unidad que la define: el
voltio, que a su vez se representa por la letra V.
Voltio ......................................................... V
4
TSUEMA
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DIFERENCIA DE POTENCIAL
Se denomina habitualmente con su diminutivo ddp. A diferencia del potencial elctrico, se
le conoce tambin como tensin elctrica o como voltaje. Las tres denominaciones son
igualmente correctas.
Si un cuerpo cargado se mueve en un sistema elctrico de un punto a otro, los dos puntos
los cuales localizan la posicin de la partcula cargada antes y despus de moverse se
caracterizan por la diferencia de potencial (electrosttico) entre ellos. Esta diferencia de
potencial como ya dijimos se llama tambin voltaje, e indica cuanta energa puede ser
adquirida o perdida (por unidad de carga) por una partcula cuando se ha movido dentro de
un campo elctrico (figura 1.22).
TSUEMA
Electrnica Automotriz I
ejemplo, la tensin elctrica de un enchufe de una vivienda suele ser igual a 125 V 220 V
(figura 1.23).
V = 110 V
V = 220 V
Base enchufe
Base enchufe
Figura 1.23. En esta figura observamos que la tensin es el desnivel elctrico entre los puntos del
enchufe.
POTENCIA ELECTRICA
Se define como la cantidad de trabajo desarrollado en una unidad de tiempo. En un circuito
elctrico la potencia viene relacionada con la tensin o la intensidad. La potencia se
representa con la letra P y su unidad es el vatio (comnmente watts), que se representa con
la letra W. La ecuacin que la relaciona es:
PVI
Ecuacin 1.11
1 W = (1 V) (1 A)
P = potencia
W = vatio
V = voltio
I = corriente
A = amperio
TSUEMA
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V2
R
P I2R
Ecuacin 1.12
Ecuacin 1.13
P EI
Ecuacin 1.14
P = potencia
E = fuerza electromotriz de la fuente
I = corriente tomada de la fuente
Ejemplo 1.2. Cul es la potencia que se disipa en un resistor de 5 si la corriente que
pasa por ella es de 4 A?
Solucin:
1.- Utilizaremos la ecuacin 1.13.
2.- Sustituimos los valores correspondientes en dicha ecuacin, entonces tenemos:
P I 2 R (4 2 A)(5 ) (16 A)(5 ) 80 W
TSUEMA
Electrnica Automotriz I
Tabla 1.3.
MAGNITUDES Y UNIDADES
Fuerza
electromotriz
Diferencia de
potencial o
tensin elctrica
o voltaje
Cantidad de
electricidad
Intensidad de
corriente
Representacin
f.e.m.
ddp V
Unidad
Voltio
Voltio
Representaci
n unidad
V
Ecuacin de
relacin
V
V=RI
Coulombio
Amperio
Densidad de
corriente
A
mm 2
Resistencia de
un material
Resistencia de
un conductor
Conductancia
Amperio
mm 2
Ohmio
Omhio
Siemens
Capacitancia
Faradio
Inductancia
Potencia
elctrica
L
P
Henrio
Vatio
H
W
1 coulombio =
6.2 1018 e-.
Q
V
I , I
t
R
I
A
R
A
V
R
I
1
G
R
Q
C
V
P= V I, P
V2
,
R
P I2R
Energa elctrica
Energa
calorfica
E
Q
Vatio Segundo
Calora
Ws
cal
EPt
Q 0.24 E
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ALTERNADOR
Imn
Escobillas
Anillos
Circuito exterior
TSUEMA
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CORRIENTE ALTERNA.
Una corriente alterna cambia su valor de corriente cada semiperiodo, ya que unas veces es
positiva y otras negativa, dependiendo en qu momento se mida. En la prctica se hace que
gire el imn en vez de la espira y para ello, normalmente, se dispone con un electroimn de
varios pares de polos (figuras 1.27(a) y (b) y figura 1.28).
S
N
N
S
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TSUEMA
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Imn
Delga
Escobillas
Colector
Circulo Exterior
As, la corriente obtenida ser siempre del mismo sentido, ya que una escobilla siempre
tendr un valor de tensin ms positivo que el otro. La corriente saldr siempre por la
misma escobilla y regresar por la otra. Como a pesar de ser directa o continua, sta
tendr una variacin en el tiempo, para que la corriente sea verdaderamente directa se
necesitan muchas espiras, todas colocadas en diferentes ngulos, con sus dos extremos
cada una y, por tanto, las delgas que sean precisas (dos por arrollamiento) en el colector
(figura 1.29 (b)).
I
TSUEMA
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RESISTENCIA
1.4.1. INTRODUCCIN
La resistencia es la tendencia de un material de impedir el flujo de la corriente a travs de
l. La resistencia elctrica determina la intensidad de la corriente producida por una
diferencia de potencial dada. La unidad de resistencia, en el sistema SI es el Ohmio (y
representa la resistencia de un conductor en el que, con una diferencia de potencial aplicada
de 1 V, circula una corriente de 1 A de intensidad. El smbolo en un circuito para la
resistencia aparece en la figura 1.30, con la abreviatura grfica para la resistencia (R).
R
Figura 1.30. Smbolo y notacin para la resistencia.
Material T 0C
Figura 1.31. Trozo de alambre con una rea A y de longitud .
Para dos alambres del mismo tamao fsico y a la misma temperatura, como se
muestra en la figura 1.32(a), la resistencia relativa se determina slo por medio del tipo de
material. Como se indica en la figura 1.32 (b), un aumento en la longitud dar como
resultado un incremento de la resistencia para reas similares, el mismo material y la misma
temperatura. El aumento del rea, como en la figura 1.32(c), cuando las variables
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TSUEMA
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T = temperatura
A = rea
= longitud
= tipo de material
R = resistencia
R1
Cobre
R1
Cobre
R2
Hierro
R2
Cobre
T1 = T 2
A1 = A2
1= 2
2> 1
entonces:
R1
Cobre
R2
Cobre
T1 = T2
R1
Cobre
R2
Cobre
1= 2
1= 2
T1 = T2
A1 = A2
1= 2
2> 1
1= 2
1= 2
A2 > A1
A1 = A2
T1 > T2
R2 > R1
R2 > R1
entonces:
entonces:
entonces:
(a)
(b)
(c)
(d)
R1 > R2
R1 > R2
Resistividad ( mm2/m)
Longitud (m)
A rea de la seccin (mm2)
TSUEMA
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en mm2/m
Cobre
0.017
Plata
0.015
Aluminio
0.027
Estao
0.130
Mercurio
0.940
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(a)
(b)
El uso de otros contactos endebles tales como los caimanes (especialmente con
superficies sucias u oxidadas) puede introducir resistencias de contacto de 0.1 o ms. En
ciertas aplicaciones esta resistencia extra puede causar errores apreciables (figura 1.34).
Caimn
TSUEMA
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TIPOS DE RESISTENCIAS
Las resistencias se hacen de muchos modos, pero todas son de uno de dos grupos: fijas y
variables.
Las resistencias se utilizan para muchos propsitos tales como en los calentadores
elctricos, equipo telefnico, elementos para los circuitos elctricos y electrnicos y en los
dispositivos limitadores de corriente. Los valores y las tolerancias de las resistencias varan
ampliamente. Las resistencias se construyen desde 0.1 hasta muchos megaohmios. Las
tolerancias van desde 20 por ciento (en los calentadores elctricos) hasta 0.001 por
ciento (resistencias de precisin utilizadas en los instrumentos de medicin). Existen
diferentes tipos de resistencias porque con un solo material o clase de diseo no se pueden
conseguir todos los rangos y tolerancias.
RESISTENCIAS FIJAS.
La tabla 1.4 resume las propiedades de las resistencias fijas que se consiguen en el
comercio.
Tabla 1.4.
Caractersticas de diferentes tipos de resistencias.
Tipo
Rango disponible
Composicin de carbn
1 a 22 M
Tolerancia
mnima
5 a 20%
Alambre devanado
1 a 100 k
0.0005%
Pelcula de metal
0.1 a 100 M
Pelcula de carbn
10 a 100 M
0.005%
0.5%
CT
0.1%/oC
0.0005%/oC
Mxima
potencia
2W
200 W
0.0001%/ C
1W
o
0.015 a 0.05%/ C
2W
El coeficiente de temperatura (CT) de una resistencia es el porcentaje de cambio en el valor por cada grado centgrado.
Terminales
Material aislante
Bandas de colector
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2 watt
1 watt
1/2 watt
1/4 watt
1/8 watt
Abrazadera para el
montaje
Devanado uniforme
Ncleo fuerte
de cermica
Terminal soldada
de gran fortaleza
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Contacto plateado
Tapa posterior y
alambre de contacto
Pelcula de metal
sobre el substrato
Cubierta
Alambre de contacto
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Potencimetro
Potencimetro
(a)
Restato
Restato
(b)
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En las resistencias variables para propsitos generales el cuerpo puede ser una
composicin de carbn o del tipo de alambre devanado (figura 1.41). Se consiguen rangos
de 100 a 1 M para el tipo de carbn y entre 5 y 50 K para el tipo de alambre
devanado. La resistencia total y el rgimen de potencia se encuentran normalmente
estampados en el cuerpo de la unidad.
Eje rotativo
Vista externa
Contacto deslizante
Contacto deslizante
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Resistencia con
alambre de
conexin axial
Resistencia con
alambre de
conexin radial
Ejemplo 1.3.
Una resistencia tiene las siguientes bandas:
A = azul
B = gris
C = anaranjado
D = plateado
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EL CAPACITOR
El capacitor es uno de los componentes ms utilizados en los circuitos elctricos y
electrnicos.
Los capacitores antiguamente se conocan como condensadores y, a veces, todava
se les llama as. Sin embargo, el trmino capacitor es ms correcto. Su smbolo y
designacin literal es el siguiente (figura 3.1(a) y (b)):
(a)
(b)
Terminal
Terminal
Armaduras
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TSUEMA
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CAPACIDAD
La propiedad por la cual un capacitor puede almacenar electrones se denomina capacidad.
La capacidad es proporcional a la superficie de las placas, o sea, que un capacitor con la
superficie de sus placas muy pequeas tendr una capacidad pequea, mientras que un
capacitor con una superficie de sus placas grandes tendr una capacidad grande y, por
tanto, podr alojar en ellas ms cantidad de electrones.
La unidad de capacidad es el faradio (F), pero como esta unidad es demasiado
grande, ya que un capacitor de un faradio ocupara un volumen extremadamente grande
(como un edificio), y por eso no se fabrican, se toman como unidades el microfaradio, el
nanofaradio y el picofaradio, que son, respectivamente, la millonsima (10-6),
milmillonsima (10-9) y la billonsima parte (10-12). Segn estos valores, se puede imaginar
lo lejos que est de la realidad el faradio. Las representaciones e igualdades de las unidades
son las que se exponen a continuacin:
1 pF = 1 picofaradio = 1 x 10-12 faradios. (Figura 3.3(a).)
1 nF = 1 nanofaradio = 1 x 10-9 faradios. (Figura 3.3(b).)
1 F = 1 microfaradio = 1 x 10-6 faradios. (Figura 3.3(c).)
(a)
(b)
(c)
Figura 3.3. En el grupo (a) tenemos los capacitores del orden de los
picofaradios. En el grupo (b), los capacitores son del orden de los
nanofaradios y, por ltimo, en el grupo (c) se encuentran
capacitores del orden de microfaradios.
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TSUEMA
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CARGA DE UN CAPACITOR
Cuando un capacitor tiene una diferencia de potencial entre sus placas, se dice que est
cargado. Para producir una diferencia de potencial o, en otras palabras, para cargar el
capacitor, se hace que los electrones libres se acumulen en una placa y al mismo tiempo se
le quitan electrones libres de la otra placa. Por lo tanto, una placa tiene exceso de electrones
y la otra tiene defecto de ellos. Puesto que los electrones son negativos, la placa que
contiene electrones en exceso tiene una carga total negativa en tanto que la placa en la cual
se le han quitado electrones tiene una carga total positiva. En consecuencia existe una
diferencia de potencial o tensin entre las placas. Esto se ilustra en las figuras 3.4(a) y (b)
para el caso de un capacitor simple que tenga dos placas de metal separadas por aire, el cual
sirve como aislante elctrico. Antes de cargar el capacitor, ambas placas son elctricamente
neutras. Esto significa que tienen un nmero igual de cargas positivas (protones) y cargas
negativas (electrones).
Varilla cargada
positivamente
Varilla cargada
negativamente
Placa positiva
Placas
neutras
(a)
Placa negativa
( b)
Figura 3.4. (a) Capacitor descargado. En un capacitor sin carga, ambas placas tienen un nmero
igual de electrones y protones y, por lo tanto, son elctricamente neutras.
(b) Capacitor cargado. Cuando un capacitor se carga, una capa est provista de exceso de
electrones y por lo tanto est cargada negativamente, entretanto, los electrones son retirados de
la otra placa, de manera que sta queda cargada positivamente.
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TSUEMA
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DESCARGA DE UN CAPACITOR.
Una vez cargado un capacitor, tericamente mantendr indefinidamente su carga. Sin
embargo, en la prctica, cuando un capacitor cargado se retira de la fuente de carga, a la
larga pierde su carga. Sin embargo, sta prdida de carga dura cierto tiempo, de tal modo
que, para aplicaciones prcticas en circuitos, se puede considerar que un capacitor mantiene
su carga hasta que deliberadamente se le quita la energa elctrica que almacena. La
recuperacin de esta energa se le conoce como descarga del capacitor.
Para descargar un capacitor, todo lo que se requiere es una trayectoria conductora
entre las placas del capacitor. Los electrones libres de la placa negativa fluirn entonces al
potencial positivo de la placa positiva. De esta manera, la placa positiva adquiere electrones
en nmero suficiente para neutralizarse elctricamente. Asimismo, la placa negativa pierde
electrones suficientes para neutralizarse tambin. Cuando ambas placas estn neutras, el
capacitor no tiene tensin en sus terminales y se dice que est descargado. El flujo de
electrones de la placa negativa a la positiva durante la descarga constituye lo que se conoce
como corriente de descarga. La trayectoria que sigue esta corriente se conoce como
trayectoria de descarga (figura 3.5).
Capacitor
en carga
Capacitor totalmente
cargado y
manteniendo su carga
Capacitor
descargado
Trayectoria de
descarga
TSUEMA
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TSUEMA
Electrnica Automotriz I
TIPOS DE CAPACITORES
La fabricacin de capacitores se realiza de muchas formas, creando multitud de tipos y
formas segn los materiales que se utilicen en su construccin y la forma de fabricarlos.
Existen modelos donde el dielctrico es de plstico y los hay donde ste est fabricado de
cermica, de aire, etc.
Toda esta variedad tiene una serie de finalidades, como son reducir espacio,
conseguir ms capacidad y abaratar el costo.
Existen otros muchos tipos, pero en definitiva todos se basan en lo mismo: placas
separadas entre materiales dielctricos.
Los dielctricos que separa las placas de un capacitor determina principalmente el
valor de la capacitancia, la corriente de fuga y el voltaje de perforacin del capacitor. Como
consecuencia, los capacitores se clasifican generalmente de acuerdo con los materiales que
se usan como dielctrico.
El objetivo en el diseo de un capacitor es tener el mayor valor en el menor
volumen posible. Adems la capacitancia no debe cambiar con el tiempo, el voltaje, la
presin y debe tener un mnimo de prdidas.
Para un rea y tipo de dielctricos dados, la capacitancia se puede incrementar
nicamente haciendo el dielctrico tan delgado como sea posible. Infortunadamente, al
adelgazar el dielctrico se reduce el voltaje mximo que se puede aplicar a travs del
capacitor. Si ste voltaje mximo se excede, ocurre la perforacin y ruptura del dielctrico.
El mismo efecto tambin origina fugas mayores en grandes unidades de capacitancia. Por
tanto, existe un compromiso esencial entre una capacitancia alta y la habilidad para resistir
voltajes altos.
La estructura metal-dielctrico-metal que forma un capacitor fijo se puede enrollar
en forma de un tubo, doblar o reducir en alguna forma su tamao total y hacer un paquete
sellado protegido contra las influencias del medio ambiente. Por lo tanto los capacitores
varan ampliamente en forma y tamao.
En sntesis los capacitores, como las resistencias, se pueden incluir bajo uno de dos
encabezados generales, fijos o variables.
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TSUEMA
Electrnica Automotriz I
El rea total es el rea de una lmina por el nmero de lminas dielctricas. Todo el
sistema se empaca en un material aislante de plstico. El capacitar de mica tiene excelentes
caractersticas bajo el esfuerzo de las variaciones de temperatura y las aplicaciones de altas
tensiones (su rigidez dielctrica es de 5,000 v/mil). Su corriente de fuga es tambin muy
pequea (Rfuga es de aproximadamente 1,000 megaohms).
Hay varios tipos de capacitores de mica, en la figura 3.8 se muestran algunos de
ellos.
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TSUEMA
Electrnica Automotriz I
CAPACITOR DE CERMICA.
El capacitar de cermica se hace en muchas formas y tamaos, sin embargo, la construccin
bsica es aproximadamente la misma para cada uno de ellos. Se recubre una base de
cermica por ambos lados, con un metal, que puede ser cobre o plata, para que acte como
las dos placas. Luego se fijan a las placas los contactos a travs de electrodos. Despus se
aplica una cubierta aislante de cermica o plstico a las placas y el dielctrico (figura 3.9).
Disco de cermica
Terminal
Pelcula de metal
Los capacitores de cermica tienen tambin una corriente de fuga muy baja (Rfuga es
de aproximadamente 1,000 megaohms) y se puede utilizar en redes de cd y ca (figura 3.10).
Capacitores de cermica.
(cortesa de la International Business Machines Corporation)
Resistencia
Capacitor
TSUEMA
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CAPACITORES ELECTROLTICOS.
El capacitor electroltico se utiliza ms comnmente en situaciones en que se requieren
capacitancias del orden de uno a varios miles de microfaradios. Se disean primordialmente
para su uso en redes en las que se aplican slo tensiones de cd al capacitor. Existen
capacitores electrolticos que se pueden utilizar en circuitos de ca (para hacer arrancar
motores) y en casos en que la polaridad de la tensin a cd se invertir en el capacitor
durante breves periodos.
La construccin bsica del capacitar electroltico consiste en un rollo de papel de
aluminio recubierto por un lado de xido de aluminio, para que el aluminio sea la placa
positiva y el xido el dielctrico. Una capa de papel o gasa saturada con un electrlito se
pone sobre el xido de aluminio en la placa positiva. Luego se pone sobre esa capa otra
recubierta de aluminio sin el recubrimiento de xido, para desempear la funcin de la
placa negativa. En la mayora de los casos, la placa negativa se conecta directarnente al
recipiente de aluminio que sirve entonces como terminal negativa para las conexiones
externas (figura 3.11).
Electrodo de aluminio
(positivo)
Oxido de aluminio
Lmina del ctodo
(negativa)
Cubierta protectora
Electrodo conductor
Terminal de conexin
Electrodo de aluminio
(negativo)
Lmina del nodo
(positiva)
Papel separador
(saturado con electrolito)
Debido al tamao del rollo de papel de aluminio, el rea total de este capacitor es
grande y debido al empleo de un xido como dielctrico, la distancia entre las placas es
extremadamente pequea. La terminal negativa del capacitor electroltico suele ser la que
no tiene identificacin visible en el empaque. La positiva se suele indicar con signos como
+, , , etc. Debido al requisito de la polaridad, el smbolo para un capacitor electroltico
aparece normalmente como el capacitor polarizado de la figura 3.1(b).
Al capacitor electroltico se asocia una tensin de trabajo y otra de sobretensin, La
tensin de trabajo es la que se puede aplicar al capacitor durante periodos prolongados, sin
ruptura. La tensin de sobretensin es la mxima que se puede aplicar durante un periodo
breve. Los capacitores electrolticos se caracterizan por tener bajas tensiones de ruptura y
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TSUEMA
Electrnica Automotriz I
Papel metlico
TSUEMA
Electrnica Automotriz I
potencial mas bajo. El capacitor tubular de papel se puede utilizar para redes tanto de cd
como de ca. Su resistencia de fuga es del orden de 100 megaohms. Algunos de ellos se
muestran en la figura 3.15.
CAPACITORES VARIABLES.
El ms comn de los capacitores de tipo variable se muestra en la figura 3.17.
TSUEMA
Electrnica Automotriz I
Figura 3.18.
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TSUEMA
Electrnica Automotriz I
EL INDUCTOR O BOBINA
Es uno de los elementos pasivos ideales que acumulan energa en forma de campo
magntico y tienen propiedades diferentes cuando se excitan con cantidades de corriente
alterna (ca) en vez de corriente directa (cd). A la bobina tambin se le llama inductor o
inductancia. El smbolo en un circuito para el inductor aparece en la figura 3.19 con la
abreviatura grfica para el inductor (L), su unidad es el henrio (H).
L
Figura 3.19. Smbolo y notacin para el inductor.
Inductancias: Cuando una carga fluye por un conductor, existe un campo magntico
asociado con esta corriente en el espacio que rodea al conductor. Cuando la carga cesa de
fluir, el campo magntico decrece hasta desaparecer. Este fenmeno demuestra que la
fuente de los campos magnticos es el flujo de carga o corriente.
Cuando una corriente fluye en un alambre conductor, un campo magntico con una
configuracin como la que se muestra en la figura 3.20, rodea el alambre.
34
TSUEMA
Electrnica Automotriz I
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TSUEMA
Electrnica Automotriz I
El campo de la bobina tiene la misma forma que el campo de una barra de imn
permanente (con el capo en un extremo que corresponde a un polo norte y el otro extremo a
un polo sur). Las lneas que representan los campos magnticos en estas ilustraciones
(figuras 3.20, 3.21 y 3.22) se llaman lneas de flujo.
Los campos magnticos que rodean los conductores que conducen corriente tienen
energa almacenada en ellos. La cantidad de energa depende de la magnitud de la corriente
que es tambin la fuente del campo. Esta energa se deposita dentro del campo magntico
cuando la corriente que origina el campo se aumenta. Esta misma energa se retorna a las
cargas cuando la corriente decrece. (Una parte de la energa tambin puede ser radiada en
forma de ondas electromagnticas.)
EJEMPLOS DEL USO DE LAS INDUCTANCIAS EN LOS CIRCUITOS
Los inductores son bobinas de varias dimensiones, diseadas para introducir a un circuito
cantidades de inductancia especficas.
Las inductancias se emplean en los circuitos elctricos como:
1. Elementos que bloquean las seales de alta frecuencia pero que permiten el paso de las
seales de baja frecuencia sin una atenuacin significativa. Tales bobinas de reactancia
o chokes se pueden colocar en serie con las fuentes de potencia de 60 Hz. A cualquier
seal de alta frecuencia se le impedir entrar al circuito de la fuente de potencia.
2. Elementos que se utilizan en combinacin con los capacitores para permitir el paso
nicamente a determinadas frecuencias (filtros selectivos).
3. Elementos que se utilizan para producir altos voltajes en aplicaciones tales como el
encendido de las bujas de los automviles.
4. Elementos que almacenan energa en los campos magnticos como parte de los
circuitos osciladores.
5. Elementos que actan como trasductores para indicar cantidades no elctricas como
posicin y velocidad.
6. Dispositivos que se utilizan para deflectar un haz de electrones en los tubos de rayos
catdicos de la televisin. (Los tubos de rayos catdicos de los osciloscopios utilizan un
sistema de deflexin electrosttico.)
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TSUEMA
Electrnica Automotriz I
A cada inductor se asocia una resistencia igual a la de las vueltas, y una capacitancia
dispersa debida a la capacitancia entre las vueltas de la bobina. Para incluir esos efectos, se
muestra en la figura 3.23 el circuito equivalente para el inductor.
Resistencia de las
Vueltas de alambre
Inductancia de la bobina
Capacitancia distribuida
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TSUEMA
Electrnica Automotriz I
Ncleo de aire
Ncleo de hierro
Al igual que los capacitores, todos los inductores se pueden dividir en dos grupos
generales: Fijos y variables.
INDUCTORES FIJOS.
Ejemplos de inductores fijos son los de ncleo de aire y ncleo de hierro. A continuacin se muestran algunos
tipos de inductores fijos (figura 3.25).
TSUEMA
Electrnica Automotriz I
Otro mtodo de construccin es apilar una serie de arandelas hasta conseguir el espesor
deseado para el ncleo. Si se desea proteger el ncleo contra el medio ambiente, se
puede cubrir con caucho sinttico y envasar toda la inductancia en bakelita (figura
3.27).
TSUEMA
Electrnica Automotriz I
INDUCTANCIAS VARIABLES.
Para algunas aplicaciones se requieren inductancias variables y no fijas tal como sucede en
los circuitos de sintona, desfasadores, conmutadores. Estas inductancias se pueden
construir en diversas formas. La figura siguiente muestra dos formas utilizadas
comercialmente para obtener una inductancia variable. La inductancia de la figura 3.28(a)
se vara al pasar el interruptor de una toma a otra. En la figura 3.28 (b) se emplea un ncleo
mvil. A medida que el ncleo se introduce dentro de la bobina, se incrementa la
inductancia. Diseado en forma apropiada el espacio entre las vueltas de la bobina, se
puede obtener una variacin lineal con el movimiento del ncleo.
(a)
(b)
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TSUEMA
Electrnica Automotriz I
MATERIAL TIPO N
Los cristales de germanio y silicio constituyen elementos estables desde el punto de vista
qumico y buenos aislantes desde el punto de vista elctrico, en virtud de que no disponen
de electrones libres.
Sin embargo, la alta resistencia de estos materiales al paso de la corriente elctrica, puede
disminuirse aadindoles cantidades controladas de elementos qumicos a las cuales se les
da el nombre de impurezas.
Esto puede explicarse de la siguiente manera: una de las impurezas comnmente utilizada
es el arsnico; los tomos de arsnico cuentan con cinco electrones de valencia en su ltima
orbita. Al penetrar en la estructura cristalina del germanio o del silicio, establecen enlaces
covalentes compartiendo cuatro electrones de su orbita externa, quedando libre uno de sus
electrones. De este modo las impurezas proporcionan al germanio y al silicio electrones
libres, los cuales pueden ser fcilmente desplazados por la accin de una fuerza
electromotriz, permitiendo as el paso de una corriente. Grafica 3-4
Grafica 3-4
Los tomos de arsnico proporcionan electrones libres al germanio y silicio.
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TSUEMA
Electrnica Automotriz I
Grafica 3-5
La conduccin elctrica en un cristal N se hace por los electrones libres proporcionados por
las impurezas.
MATERIAL TIPO P
Existe otro procedimiento para lograr que el germanio o el silicio permitan el paso de una
corriente elctrica, el cual es semejante al anterior debido a que se utilizan impurezas. Sin
embargo, las estructuras atmicas de las impurezas empleadas en este caso tales como el
indio, el boro, el galio, cuenta con tres electrones de valencia en su ltima rbita. Al
establecer enlaces covalentes con los tomos de germanio o silicio y poder estabilizar de
esta manera su orbita externa, requieren de un electrn, el cual, es tomado de las ligaduras
atmicas vecinas, producindose as desequilibrios elctricos en los tomos que se
componen dichas ligaduras los cuales reciben el nombre de huecos. Grafica 3-6.
Grafica 3-6
Los tomos de indio originan los huecos en el germanio y silicio.
Estos huecos actan como cargas positivas y la presencia de los mismos hace posible
la conduccin de la corriente elctrica debido a que los electrones al circular, ocupan
transitoriamente dichos huecos o espacios vacos como si fueran saltando de un hueco a
otro. El germanio o el silicio tratados de esta manera se les conocen con el nombre de
cristales P. Grafica 3-7.
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TSUEMA
Electrnica Automotriz I
Grafica 3-7
La conduccin elctrica en un cristal P se realiza a travs de los huecos.
A la impureza utilizada para obtener cristales P se le denomina Aceptora.
Como puede observarse, las impurezas que se aaden a los cristales de germanio y silicio,
modifican la estructura cerrada y dura que guardan los tomos por la accin covalente de
las orbitas externas y permiten que estos cristales conduzcan la corriente elctrica.
Las propiedades elctricas de los cristales N y P son aprovechadas en la construccin de los
diodos semiconductores y transistores.
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