Electrónica de Andar por Casa, Artículo 2b: Componentes

Segunda parte del segundo artículo publicado en el número 1 de RetroWiki Magazine

Electrónica para andar por casa por javu61. Circuitos y componentes

Conductores y aislantes

Para que la corriente eléctrica se establezca entre dos puntos es necesario que discurra por algún soporte. Los materiales se clasifican según su grado de facilidad de paso de la corriente en conductores o aislantes. Los conductores dejan pasar bien la corriente a su través, los metales son los mejores conductores, siendo la plata, seguida del cobre y en tercer lugar el oro los mejores conductores. El grafito (mina de los lápices) conduce bastante bien la electricidad. Son conductores mediocres la piel humana (por desgracia cuando tocas un cable) o el agua de mar. Son malos conductores el aire o el agua del grifo. El agua destilada es muy mala conductora. El aire es mal conductor, pero si la corriente es muy grande, como cuando una nube se carga de electricidad estática, se establece una diferencia de potencial muy grande entre la nube y el suelo, y la corriente fluye por el aire en forma de rayo. Pero también si la distancia es pequeña, la electricidad pasa, por eso cuando juntamos dos cables, justo en el momento de que casi se tocan, salta una chispa, hasta que se tocan definitivamente.

Se denominan aislantes a los materiales que no dejan pasar la corriente a su través, o lo que es lo mismo, a los peores conductores, ya que ningún material tiene realmente conductividad cero. La madera seca, el plástico o el vidrio son buenos aislantes, el agua destilada también es aislante.

Entre ambos grupos existe una serie de elementos que se denominan semiconductores, el carbono puro, el silicio o el germanio son semiconductores. Estos se pueden comportar como un conductor o como un aislante dependiendo de ciertas condiciones. Esto lo hablaremos cuando hablemos de diodos y transistores.

Circuitos y componentes

Para que la corriente eléctrica discurra, necesitamos establecer un circuito, para lo que se emplea normalmente una placa de circuito impreso. Los circuitos impresos están confeccionadas sobre una base de materiales aislantes, empezaron siendo de baquelita, luego se usó la fibra de vidrio, pero actualmente se usan las resinas fenólicas, que son rígidas pero menos agresivas con las herramientas. Sobre esta base se deposita una capa de cobre, que hace de conductor entre los elementos de la placa. Sobre la placa se trazan los circuitos, se elimina el cobre sobrante, y tras la limpieza final ya tenemos la placa preparada. Hay placas de una sola cara o de dos caras, y también se pueden superponer varias placas para formar circuitos multicapa. 

Tradicionalmente los circuitos tienen dos caras, la de componentes que es donde se ubican estos, y la de soldadura que es por donde se sueldan, aunque esto ha cambiado, se mantiene el concepto.

Los componentes tradicionales  tienen unas patas de alambre, se introducen por agujeros en el circuito, por el lado de componentes de la placa, se sueldan por la cara de soldaduras, y se recorta el sobrante. Este tipo es el habitual en los equipos retro, pero el montaje automático es complejo, por lo que se desarrolló el montaje superficial para simplificarlo, los componentes no tienen alambres, son de carcasa cuadrada, y tienen sus extremos metalizados para facilitar su soldadura. Van ubicados sobre la cara de soldadura directamente, se pone una gotita de pegamento, se sitúa el componente, y luego se suelda. No hay que conformar nada, una vez ubicado el componente ya no se mueve, y el montaje automático es mucho más sencillo y rápido.

Existe una variante moderna llamada BGA, empleada para soldar chips con muchas patillas sin usar zócalos (procesadores y gráficas principalmente), que necesita equipos de infrarrojos para su soldadura, y cuyo fallo es responsable de los problemas con las gráficas de los portátiles, con las PS3 y las Xbox360.

Los circuitos se montan utilizando una serie de componentes, que se clasifican normalmente en tres grupos, mecánicos, pasivos y activos. Aunque la base de la electrónica son los componentes activos, todos son importantes para el circuito final.

Componentes mecánicos

Son componentes eléctricos, no electrónicos ya que no alteran la electricidad, son los circuitos impresos, soportes, cables, conectores, interruptores, etc. En un circuito hidráulico serían las tuberías, codos o boquillas. 

El elemento más básico es un cable de cobre aislado, los primeros circuitos se montaban uniendo los componentes con cables. Los hilos pueden tener varios tamaños, contra más delgados menos amperios soportan.

Los interruptores dejan pasar o no la corriente. Los pulsadores son interruptores que al dejar de presionarlos vuelven a su estado inicial. Los hay que al pulsar cortan el circuito y los que al pulsar lo habilitan. Los selectores permiten distribuir la electricidad entre varios contactos, pueden conmutar un solo hilo entre varias opciones, o tener varios circuitos que se conmutan simultáneamente, con entradas y salida independientes. Cuando se compra un selector hay que indicar cuantas posiciones y cuantos circuitos queremos.

Los conectores permiten conectar cables a los circuitos, pueden ser internos o externos, de muchas formas y tamaños. Los más usuales en nuestros aparatos son los redondos para video, los Jack para el audio estéreo o mono, los DIN redondos con entre 5 y 8 patillas habitualmente, y los Sub-D de dos filas de 9 o 25 contactos para comunicación, o de 9 para CGA, de 15 en tres filas para salidas VGA de PC o de dos filas para Apple.

Los fusibles proporcionan seguridad en los circuitos, cortando la corriente cuando se produce una subida de tensión repentina, o se dispara el consumo del circuito.

Componentes pasivos

Este tipo de componentes se comportan siempre igual ante el paso de la corriente, o deben ajustarse manualmente. Los que veremos habitualmente son resistencias, condensadores y bobinas.

Resistencias

Una resistencia se opone al paso de la corriente, ralentizándola, como cuando estrechamos una tubería, pero también aumenta la presión de la tubería, y si esta es muy grande puede reventar. De igual manera la resistencia absorbe parte de la energía eléctrica convirtiéndola en calor, si nos pasamos se queman.

Una resistencia tiene tres parámetros, su valor en Ohmios, la tolerancia  indicada en %,  y su potencia en Vatios (símbolo W). La tolerancia es el margen de error que admite el fabricante sobre el valor indicado, contra más pequeño más preciso, lo habitual es un 5%, así una resistencia de 330Ω puede tener un valor real entre 314 Ω y 346 Ω.

La potencia es la cantidad de calor que puede disipar la resistencia sin quemarse, se calcula multiplicando los Voltios que reduce la resistencia por los Amperios que la atraviesan. Lo habitual es usar de 1/4 de vatio, suficiente en nuestros circuitos de baja potencia. Cuando diseñamos un circuito hay que tenerlo en cuenta por que el calor generado puede quemar componentes cercanos.

Los valores de las resistencias cilíndricas que usamos normalmente se indican mediante unas bandas de colores, pueden ser 4 en las normales con el cuerpo color crema, o 5 en las de precisión con cuerpo azul, y hay unas de 6 bandas de alta precisión. Las  primeras bandas indican las cifras del valor, la penúltima indica cuantos ceros se deben añadir al valor, y la última indica la tolerancia. La potencia no se indica, pero se ve por el tamaño.

En caso de componentes soldados en superficie el valor son 3 números escritos, los dos primeros son los dígitos del valor, y el tercero los ceros a añadir. Si hay una R en el valor, su posición representa el punto decimal que separa los dos números del valor.

Resistencias variables

Son un tipo de resistencias cuyo valor se puede cambiar manualmente, normalmente girando un eje, aunque los hay deslizantes linealmente. También se les denomina potenciómetros, ya que mediante ellos alteramos la potencia eléctrica del circuito. En una tubería sería una compuerta.

Los hay pequeños que se sueldan en el circuito y se ajustan con un destornillador, y grandes que tienen un eje que giramos con un botón. Estos son de 2 tipo, lineales o logarítmicos, los primeros varían su valor la misma cantidad en cada grado de giro, los logarítmicos aumentan en una escala logarítmica su valor con cada grado de giro, al principio los aumentos son pequeños pero van creciendo. Los valores se indican por su valor medio de resistencia, y a los potenciómetros se le añaden las letras LOG o LIN.

Asociación de resistencias

Si no disponemos de un valor de resistencia, en un circuito podemos poner dos resistencias cuyo valor sea equivalente. Si ponemos una tras otra se lo denomina montaje en serie, la primera reduce la corriente, y la segunda reduce lo reducido, por lo que se suman sus efectos. Por eso la resistencia equivalente a unir varias resistencias en serie es la suma de las mismas:

 

Si por ejemplo disponemos de una resistencia de 33Ω y de otra de 220 Ω en serie, su montaje sería equivalente a montar una de 33+220 = 253 Ω.

Si asociamos ambas en paralelo, la corriente, igual que el agua, aunque fluye por ambos, prefiere el camino más sencillo, por lo que pasará más corriente por la de menor resistencia que por la de mayor. No entraré a explicar esto por no usar matemáticas, pero la resistencia equivalente se calcula como:

 Con el ejemplo de usar una resistencia de 33Ω y de otra de 220Ω en paralelo, serían equivalentes a una de 7260 / 253 =28'70Ω

Condensadores

Un condensador es un componente que almacena carga eléctrica, como si fuera un depósito de electrones. Se comporta como un depósito de agua, mientras recibe agua se llena mientras también sale el agua, y cuanto cesa la aportación de agua, esta sigue saliendo mientras quede en el depósito. Un condensador acumula rápidamente la carga que recibe por uno de sus terminales hasta que se llena, luego deja pasar la electricidad a su través. Si el voltaje de entrada cae, suministra la energía almacenada por el otro terminal si se le solicita, o la retiene si no se le solicita.

En general hay dos grandes tipos, los electrolíticos tienen un terminal positivo y otro negativo, son generalmente cilíndricos azules o negros, o planos amarillos, y siempre tienen indicada su polaridad. El resto no tienen polos, pero su capacidad suele ser mucho más pequeña, de los más usados son los de lenteja, en forma y tamaño similar a dicho vegetal.

Asociación de condensadores

Si no disponemos de un valor de condensador, podemos unir dos en serie o en paralelo, pero el comportamiento no es igual al de una resistencia. Si las ponemos en paralelo, ambas se cargan con la misma corriente, por lo que su capacidad de almacenamiento se suma. Por eso la capacidad total es equivalente a la suma de las capacidades.

 

Si por ejemplo disponemos de un condensador de 22µF y de otro de 44 µF en paralelo, su montaje sería equivalente a montar uno de 22+44 = 66 µF (este valor se usa en las GameGear de Sega, y no es fácil encontrar condensadores de 66 µF, pero sí que se encuentran de 22µF y de 44 µF)

Si asociamos ambos en serie, la corriente carga el primero y luego el segundo, pero cuando cesa se empieza a descargar el segundo, lo que provoca la descarga del primero, que a su vez alimenta al segundo y reduce su descarga. Tampoco entraré a explicar esto matemáticamente, pero la capacidad equivalente se calcula como:

Con el ejemplo de usar un condensador de 22µF y de otro de 44 µF en serie, serían equivalentes a uno de 968 / 66 =14'70 µF

Bobinas

Una bobina, inductancia o choque es un hilo enrollado, sobre estas espiras un campo eléctrico produce un campo magnético. Una bobina puede almacenar energía eléctrica, podemos pensar que al recibir corriente la convierte en magnetismo, y al cesar la corriente el magnetismo se convierte en electricidad, se comporta como una goma, cuando la estiramos aplicamos energía, y al soltarla libera esa energía. Si está encapsulada se denomina inductancia. Existen bobinas variables que se ajustan girando un tornillo.

 

Se aplican poco en nuestros aparatos, salvo en la parte de alimentación, algunos filtros, y sobre todo los vemos en los moduladores de RF, para ajustar la frecuencia de la salida de Televisión de los ordenadores con dicha salida, integrados normalmente en una cajita con varios componentes, que se denomina modulador.

Transformadores

Si ponemos dos bobinas juntas, y aplicamos un voltaje variable en una de ellas, cuando sube o baja la tensión se genera un campo magnético variable que atraviesa la otra, y le induce un campo eléctrico. Sería como unir dos engranajes, cuando uno gira hace girar al otro. Si son diferentes, la velocidad de giro será mayor o menor. De igual manera si cada bobina o devanado tiene diferentes espiras, la corriente inducida será diferente en ambos devanados. Se denomina primario al devanado de entrada, y secundario al de salida, aunque pueden funcionar realmente en ambos sentidos.

Un transformador puede tener varias tomas en el devanado, en el primario para seleccionar 125/220, y en el secundario para varios voltajes de salida. Un autotransformador convierte 125 en 220, o al contrario, depende de donde enchufemos la entrada.

Relés

Una bobina cuando recibe corriente es un electroimán, y como tal puede atraer un contacto. Esto hace que se pueda comportar como un interruptor comandado por la corriente, al recibir corriente se activa el imán y se cierran los contactos, y al dejar de recibirla se desactiva el imán y un muelle lo vuelve a separar. 

Se usaron mucho en los primeros ordenadores, pero fueron reemplazados por los transistores, más robustos, rápidos y fiables. Los veremos poco en nuestros equipos, están en los MSX y en los CPC con disco.

Cristales de Cuarzo

El cuarzo en forma cristalina es una substancia piezoeléctrica, cuando se le golpea o se le hace vibrar, produce corriente eléctrica, lo que se usa en los encendedores. Si al contrario le suministramos corriente, el cristal vibra. La frecuencia de esta vibración depende del tamaño del cristal, y es muy estable. Podemos usar un cristal de cuarzo como un metrónomo, en los relojes se usa junto a un contador para medir el tiempo, ya que mientras tengan pilas y no varíe la corriente son muy precisos. En nuestros equipos son los que generan los diversos relojes que controlan la sincronización entre los componentes.

Jose Antonio Vaqué Urbaneja, podéis contactar conmigo en javu61@gmail.com o ver más cosas en old8bits.blogspot.com