Electrónica de Andar por Casa, Artículo 3: Componentes

Tercer artículo publicado en el número 2 de RetroWiki Magazine

Electrónica para andar por casa por javu61. Componentes

Fe de erratas

En la primera entrega de esta serie, al hablar de las fuente del PC, dije “Si medimos voltajes en esa fuente, entre el cable rojo y el negro hay 5V, entre el amarillo y el negro hay 12V, y entre el rojo y el negro hay 7V”, debía poner “entre rojo y AMARILLO hay 7V”.

Altavoces

Muchos de nuestros equipos usan por lo menos un  altavoz interno, o por lo menos el de la tele. El más usual es de bobina móvil, consiste en una bobina enrollada sobre un imán, el cual está unido a un cono de cartón. Al pasar la corriente variable por la bobina, genera un campo magnético, que atrae o repele al imán fijo, haciendo vibrar el cartón, esta vibración es la que oímos. Hay otros dos tipos poco usados por su baja calidad sonora, salvo en auriculares, los piezoeléctricos cambian bobina e imán por un cristal de cuarzo, que vibra al aplicar corriente. Los más planos son los electrostáticos, se comportan como un condensador, una placa es fija y la otra se mueve en función de la carga almacenada. Un altavoz tiene dos propiedades, la potencia máxima que soporta, y su resistencia interna en Omnios, lo más habitual es encontrarlos de 8 Omnios. En la imagen el altavoz de un Spectrum, y el símbolo general de un altavoz en electrónica.

Pilas y baterías

Aunque no son muy propias de los ordenadores, salvo para mantener la fecha o la configuración, si se usan mucho en las G&G, o en máquinas como el Cambridge Z88, la última idea de Sinclair. Una pila es un generador de energía eléctrica, a partir de una mezcla de dos componentes bañados que al reaccionar liberan electrones, bañados en un líquido conductor, generalmente un ácido. Las baterías usan la misma tecnología, pero si les suministramos energía, son capaces de revertir la reacción, regenerándose. Por desgracia esta propiedad no es eterna, van quedando restos que no reaccionan, por lo que al final se pierde la propiedad de recarga.

Semiconductores

La base de la electrónica moderna son los dispositivos semiconductores, que han reemplazado con ventaja a los antiguos tubos termoiónicos, llamados también tubos de vacío o lámparas, que se denominaban según como se manejaban en diodos, tríodos o pentodos habitualmente. Funcionaban según el efecto Edison, aunque este nunca supo por que se producía, lo patentó al igual que cientos de otras cosas. El efecto se produce calentando un filamento de una bombilla, y recogiendo los electrones que se producen en uno o varios terminales.

Cuando a un cristal de un material semiconductor, generalmente se usan para ello el silicio o el germanio, se le añaden ciertas impurezas (lo que se denomina dopar) como arsenio o galio, estos se integran en la estructura cristalina, unos aportan  un electrón más (tipo p, positivos o electrones) o uno menos (tipo n, negativos o huecos). Esto altera la conductividad del cristal. Si unimos dos cristales de diferente tipo, en la zona de unión se produce una difusión de electrones entre ambos, creando una zona con un potencial eléctrico, que la corriente puede atravesar o no dependiendo de ciertos factores.

Si unimos dos cristales diferentes tenemos un diodo (dos terminales), si empaquetamos tres cristales tenemos un transistor (por no confundir con las lámparas tríodo). Si empacamos varios transistores tenemos una puerta o una memoria, y si juntamos muchas puertas y memorias tenemos un microprocesador.

Diodos

Un diodo se comporta como una válvula de un solo sentido en una tubería o en nuestras propias venas, deja pasar un líquido cuando viaja en una dirección, pero cerrándose para que no retorne en dirección contraria.

Un diodo es la unión de un cristal de tipo p y un cristal del tipo n, a los que aplicamos dos hilos conectores denominados ánodo (A) y cátodo (K) respectivamente. En la zona de unión, el potencial eléctrico permite el paso de la corriente cuando se aplica el positivo al ánodo (cristal positivo)  y el negativo al cátodo (cristal negativo) en lo que se denomina polarización directa, lo que hace disminuir el potencial de la zona de unión, pero impide el paso de la corriente cuando circula en el sentido contrario (polarización inversa) al aumentar el potencial de esa zona. No voy a explicar más detalladamente por qué pasa esto por no complicar más la explicación, pero seguro que los interesados encontrarán información en Internet.

De esta manera podemos usar un diodo para filtrar la alterna y dejar solo la continua, o para proteger un componente evitando que reciba corriente contraria a la que espera.

Rectificadores

Cuando queremos pasar de alterna a continua, usaremos un montaje con diodos que nos filtre la parte negativa (o la positiva si necesitamos corriente negativa) de la alterna. Existen varias maneras de montar un rectificador, las veremos al hablar de las fuentes, pero existe un montaje de cuatro diodos en puente muy usado, que venden ya encapsulados en un solo componente.

Diodos Zener

Cuando un diodo conduce, es que existe una corriente mínima entre sus terminales, y solo soportan una corriente máxima, si estrechamos estos límites al máximo obtenemos un diodo Zener, que proporciona una corriente de salida muy definida y muy estable, tanto que se usa como referencia de tensión para las fuentes de alimentación.

Foto diodos y diodos luminosos

La teoría de la relatividad especial, publicada en 1905, fue pronto bien acogida por la comunidad científica, pero era difícil de probar, las primeras pruebas se obtuvieron en 1919, pero a la hora del Nobel de física, el comité no quiso arriesgarse con una teoría que pudiera ser refutada, por eso se lo concedieron en 1921 a Einstein por su estudio del efecto fotoeléctrico. Cuando un metal absorbe un fotón luminoso, la energía que gana puede hacer que un electrón se libere. Esta es la base de las células solares, y el fenómeno se produce sobre todo en los semiconductores, por eso las placas se realizan con silicio. Estos tipos de diodos se denominan foto diodos.

Pero al contrario, en los diodos LED (Light-Emitting Diode o diodo emisor de luz),  las impurezas que se añaden pueden hacer que en polarización directa, los electrones se recombinen con los huecos, liberando energía en forma de fotones. Dependiendo de la energía de ese fotón será de uno u otro color. Como el área que genera la luz es muy pequeña, se añade una lente para amplificarla, por eso los LED se ven bien de forma frontal, pero muy poco si se miran lateralmente.

Hay diodos LED de luz visible (blancos, rojos, amarillos, verdes o azules normalmente), o de luz infrarroja (usados en los mandos a distancia),  también existen LED normales o de alta luminosidad, y también se pueden comprar en montaje bicolor o tricolor, estos unen dos o tres diodos en un montaje en ánodo o cátodo común.

Los diodos LED trabajan en polarización directa en un rango muy estrecho de tensiones, consumiendo entre 10 y 20 miliamperios (0’01 a 0’02 Amperios), por lo que para poder alimentarlos desde 5 o 12 Voltios, se les añade una resistencia en serie que limite la corriente que los atraviesa, lo que depende del color del diodo, siendo generalmente sobre los 2voltios si son rojos, naranjas, amarillos o verdes, y sobre los 3’5Voltios para los azules y blancos. Conociendo estos dos datos, y el voltaje de alimentación, podemos usar esta fórmula para calcular el valor de la resistencia que debemos usar:  

Si unimos varios diodos en serie, debemos tener en cuenta que el voltaje que necesitan es la suma de los que necesita cada uno de ellos, por tanto V _diodo será V_d1 + V_d2 + … + V_dn

El siguiente capítulo lo dedicaré a los transistores, y luego empezaremos con las fuentes de alimentación.

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