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Índice

Electrónica, comunicación y sistemas de control 2 Bloque I. Tecnología y su relación con otras áreas de conocimiento 1.1 La tecnología como área de conocimiento y la técnica como práctica social .....................................................................................

19

Los conocimientos previos sobre ciencia y tecnología y sus diferencias ..........

20

Divisores de voltaje. Fórmula de Thévenin ......................................................

20

Potencia en divisores de voltaje ......................................................................

21

Los fines de la tecnología y la ciencia: métodos ..............................................

22

Divisores de voltaje con carga ........................................................................

23

La interacción entre ciencia y tecnología para la producción de productos de electrónica, comunicación y sistemas de control como práctica social y cultural para la satisfacción de necesidades...........................

26

Los conocimientos técnicos tradicionales y los actuales en la electrónica .......

26

Divisores de corriente .....................................................................................

27

Las características técnicas de un protoboard .................................................

29

1.2 Relación de la Tecnología con las ciencias naturales y sociales: la resignificación y uso de los conocimientos ............................

32

Las demandas sociales y el conocimiento técnico para el desarrollo científico ........................................................................................

32

La resignificación de los conocimientos científicos: ciencias naturales y sociales en la producción y procesos de la electrónica .................................

33

Capacitancia ...................................................................................................

33

La electrónica y los procesos de cambio en sus máquinas y herramientas ......

34

La influencia de las creaciones técnicas en nuestra sociedad ..........................

36

1.3 La resignificación y uso de los conocimientos para la resolución de problemas y el trabajo por proyectos en los procesos productivos ....................................................................................

36

EDICIONES

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5


Índice

Las aplicaciones de la electrónica en otras áreas del conocimiento humano ....................................................................................

37

La contribución de los conocimientos científicos para la fabricación de circuitos eléctricos en la construcción de productos y artefactos electrónicos, empleando flujos de electrones .................................................

37

El proyecto de producción industrial ...............................................................

38

Condensadores en serie .................................................................................

38

Retroalimentación ...........................................................................................

40

Integración de conceptos................................................................................

42

Bloque II. Cambio técnico y cambio social

6

2.1 La influencia de la sociedad en el desarrollo técnico .............................

46

El osciloscopio ................................................................................................

47

Las necesidades e intereses del ser humano y su satisfacción por medio de sistemas técnicos de la electrónica, comunicación y sistemas de control .....................................................................................

48

Circuitos RC con Corriente Directa (DC) .........................................................

48

Constante de tiempo RC .................................................................................

50

Los productos de la electrónica como satisfactores de necesidades de la comunidad .........................................................................

50

Las nuevas demandas de la sociedad y las necesidades actuales para la construcción de productos de la electrónica ........................................

53

2.2 Cambios técnicos, articulación de técnicas y su influencia en los procesos productivos .........................................................................

55

Los procesos de cambio de las técnicas de la electrónica en las principales etapas de su historia .....................................................................

55

Los cambios en los procesos técnicos en la producción de la electrónica, desde lo artesanal hasta lo industrial: máquinas, herramientas, materiales y acciones humanas .......................................................................................

56

La electrónica como conjunto de técnicas que se fusionan con técnicas de otras actividades tecnológicas en procesos de producción. La electrónica en la construcción de sistemas de control electrónicos ............

57

Bocinas: componentes externos de sonido .....................................................

58

2.3 Las implicaciones de la técnica en la cultura y la sociedad ...................

59

Los productos de la electrónica y el cambio en las formas de vida y organización productiva ................................................................................

60

EDICIONES

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El papel de la técnica en los cambios y transformaciones de las costumbres y tradiciones de la comunidad .....................................................

60

Inductancia .....................................................................................................

60

• El saber técnico de las culturas o sectores sociales de la región ..................

62

• Cambios en la concepción del mundo y en los modos de vida como consecuencia de la técnica ..........................................................

62

• La electrónica y sus implicaciones sociales ..................................................

64

Estructura de la bobina ...................................................................................

64

Los circuitos integrados y su aplicación en los objetos de uso cotidiano .........

65

2.4 Los límites y posibilidades de los sistemas técnicos para el desarrollo social ............................................................................................

66

El impacto de los sistemas técnicos para mejorar la calidad de vida de los seres humanos: funcionalidad, eficiencia, costo e impacto ambiental, entre otros ....................................................................................

66

Transformadores .............................................................................................

66

Las limitantes y posibilidades sociales y naturales para el desarrollo técnico de la electrónica .................................................................................

67

El diseño de productos y procesos y sus repercusiones en el ambiente..........

67

2.5 La sociedad tecnológica actual y del futuro: visiones de la sociedad tecnológica ......................................................................................

69

La visión retrospectiva y prospectiva de la electrónica como respuesta a las necesidades de la sociedad del pasado y del futuro ................................

69

Tipos de transformadores ..............................................................................

69

La articulación de nuevas técnicas en la producción industrial de la electrónica .............................................................................................

70

Comportamiento de los transformadores ........................................................

71

Los sistemas de comunicación y control futurista ...........................................

72

2.6 El cambio técnico en la resolución de problemas y el trabajo por proyectos en los procesos productivos .........................................................

72

La electrónica como aporte significativo a lo largo de la historia humana, para la solución de problemas y la satisfacción de necesidades sociales .........

73

El cambio técnico de los procesos y productos de la electrónica en la vida cotidiana, la escuela y en los procesos de producción .............................

74

EDICIONES

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7


Índice

Los procesos de producción de la electrónica como respuestas a los problemas sociales .................................................................................

74

La integración de contenidos para el desarrollo de proyecto ...........................

75

Retroalimentación ...........................................................................................

76

Integración de conceptos................................................................................

78

Bloque III. La técnica y sus implicaciones en la Naturaleza

8

3.1 Las implicaciones locales, regionales y globales en la Naturaleza debido a la operación de sistemas técnicos ..............................

82

Características naturales de los materiales semiconductores ..........................

83

Los problemas ambientales ocasionados por los residuos de la electrónica, comunicación y sistemas de control ............................................

84

Procesamiento industrial de los semiconductores ...........................................

85

Dopado ..........................................................................................................

85

Los impactos generados en el ambiente debido a la producción de sistemas de comunicación y control de electrónica en la localidad .............

85

Materiales tipo N ............................................................................................

86

El uso de productos reciclados y materiales para la producción de productos y procesos técnicos de la electrónica .............................................

86

Materiales tipo P ............................................................................................

86

3.2 Las alteraciones producidas en los ecosistemas debido a la operación de los sistemas técnicos .......................................................

87

Los impactos generados por la extracción y transformación de insumos en cada una de las fases de los procesos técnicos ...........................

88

• En la extracción de los materiales empleados en la producción de sistemas de comunicación y control de la electrónica ..............................

88

Aplicación de materiales tipo N y tipo P ..........................................................

88

• En el consumo energético empleado en cada una de las fases del proceso .........................................................................................................

89

El diodo ..........................................................................................................

89

Las afectaciones a la Naturaleza a consecuencia de la generación de desechos y residuos derivados de las tecnologías de la producción ...........

90

Zona de agotamiento ......................................................................................

90

EDICIONES

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3.3 El papel de la técnica en la conservación y cuidado de la Naturaleza .................................................................................................

91

La interacción del ser humano con el sistema natural y social .........................

91

Barrera de voltaje............................................................................................

92

La producción de sistemas de comunicación y sistemas de control para la conservación y cuidado de la Naturaleza, mediante nuevas técnicas y prácticas ........................................................................................

93

• La utilización de materiales reciclables ........................................................

93

Polarización del diodo .....................................................................................

93

Polarización directa .........................................................................................

93

• La eficiencia en el consumo de energía en los sistemas de control y comunicación: calefacción, refrigeración e iluminación ...............................

94

Corriente de avance .........................................................................................

94

El manejo de residuos en la electrónica ...........................................................

96

Polarización inversa del diodo ..........................................................................

96

3.4 La técnica, la sociedad del riesgo y el principio precautorio ..................

97

Relación voltio-amperio en el diodo ..................................................................

98

Las nociones sobre la sociedad del riesgo .......................................................

99

Tipos de diodo de acuerdo con la relación voltio-amperio .................................

99

La técnica en la salud y seguridad de las personas ..........................................

99

• Previsión de riesgos y seguridad en el laboratorio de electrónica, comunicación y sistemas de control .............................................................

99

Aplicaciones del diodo: rectificador de medio ciclo .......................................... 100 Las técnicas de producción en la electrónica, comunicación y sistemas de control: riesgos y previsiones ..................................................................... 101 Aplicaciones del diodo: rectificador de ciclo completo...................................... 101 3.5 El principio precautorio en la resolución de problemas y el trabajo por proyectos en los procesos productivos ................................................. 103 Funcionamiento del puente rectificador ........................................................... 103 La sociedad del riesgo y el principio precautorio .............................................. 105 Puente rectificador como componente integral ................................................ 105

EDICIONES

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Índice

Probar el puente rectificador integral ............................................................... 106 La concientización sobre el principio precautorio en los procesos de producción, de la electrónica, comunicación y sistemas de control como alternativas técnicas para evitar daños sociales, ambientales y a la salud ......... 107 Fuentes de poder ............................................................................................. 108 Incrementar la capacitancia en el circuito ......................................................... 109 El trabajo por proyectos en la electrónica ......................................................... 111 Diodo Zener ..................................................................................................... 111 Método del regulador integral .......................................................................... 112 Fuente de poder variable regulada ................................................................... 113 Retroalimentación ............................................................................................ 115 Integración de conceptos................................................................................. 118

Bloque IV. Planeación y organización técnica 4.1 La gestión en los sistemas técnicos ....................................................... 122 El concepto de gestión técnica y su importancia en los procesos de producción ................................................................................................. 123 Transistores .................................................................................................... 123 La importancia de las necesidades y demandas de los usuarios de objetos para la producción técnica .............................................................................. 124 Transistores de unión bipolar (BJT): estructura ................................................ 124 La planeación estratégica en la electrónica ..................................................... 126

• Elaboración de diagnósticos de necesidades ................................................ 126

• Establecimiento de objetivos ....................................................................... 127

• Descripción de estrategias ........................................................................... 127 El diagnóstico de necesidades en la comunidad .............................................. 127 Transistores de unión bipolar (BJT): estructura y activación ............................. 127 Activación del BJT .......................................................................................... 128 Interpretación de resultados de laboratorio ..................................................... 130 4.2 La planeación y la organización de los procesos técnicos ..................... 131

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Funcionamiento del transistor BJT .................................................................. 131 Límites del transistor ..................................................................................... 133 La planeación de los procesos técnicos en la electrónica ................................ 133

• La organización y administración del proceso ............................................... 133

• Las herramientas y máquinas a emplear ...................................................... 133

• Los insumos: materiales y energía ............................................................... 134

• La ejecución y control del proceso técnico ................................................... 134

• La evaluación y el control de calidad ............................................................ 134 Transistores de unión bipolar (BJT): amplificadores ........................................ 134 4.3 La normatividad y la seguridad e higiene en los procesos técnicos ........................................................................................................... 137 La creación de la norma oficial mexicana (NOM) para la regulación y certificación de los procesos de producción .................................................... 137 El planteamiento de normas de seguridad del técnico en el proceso de elaboración de objetos técnicos de la industria electrónica......................... 137 Transistores de unión bipolar (BJT): ganancia ................................................. 138 La organización y seguridad en el laboratorio de electrónica, comunicación y sistemas de control ............................................................... 139

• Normatividad: Reglamento interno ............................................................... 139

• Normas de higiene y seguridad .................................................................... 139

• Mantenimiento industrial (preventivo y correctivo) ....................................... 139 Incremento de ganancia: Par Darlington ......................................................... 140 Par Darlington ............................................................................................... 141 4.4 La planeación y la organización en la resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos ............... 142 La gestión de los procesos de producción en los productos técnicos como satisfactores de las necesidades y demandas sociales .......................... 142 El método de resolución de problemas como factor de orientación a la visión gestora del proceso de producción técnica ..................................... 142 Comportamiento de Corriente y Voltaje en el transistor BJT ........................... 143

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Índice

La resolución de problemas en los procesos de producción de la electrónica ............................................................................................. 146

• Identificación de problemas ......................................................................... 147

• Identificación de necesidades de la localidad ............................................... 147 El proyecto de electrónica, comunicación y sistemas de control ..................... 147 Combinación de componentes y técnicas para la resolución de problemas ............................................................................................... 147 Retroalimentación .......................................................................................... 150 Integración de conceptos ............................................................................... 153

Bloque V. Proyecto de producción industrial 5.1 Características del proyecto de producción industrial ......................... 156 5.1.1 Procesos productivos industriales....................................................... 156 La caracterización de los procesos de producción ........................................... 156 Los procesos de producción industriales relacionados con la electrónica ........ 157 Espectro de luz visible .................................................................................... 157 • La organización en los procesos del trabajo artesanal e industrial ................ 158 • Los cambios generados en las herramientas, máquinas y procesos de ejecución en el trabajo artesanal e industrial ........................................... 158 • El papel de los sujetos ................................................................................. 159 Características básicas de las ondas electromagnéticas ................................. 159 Espectro electromagnético ............................................................................. 162 5.1.2 Diseño, ergonomía y estética en el desarrollo de los proyectos ........ 164 La utilidad del diseño, la representación y el lenguaje técnico para el desarrollo de los procesos de producción de la electrónica, comunicación y sistemas de control ............................................................. 164 Ondas electromagnéticas y corriente alterna (AC) ........................................... 164 5.1.3 El diseño y el cambio técnico: criterios de diseño .............................. 166 Señales débiles y amplificadores de pequeña señal ........................................ 166 La elaboración de modelos, prototipos y simulación de productos y procesos técnicos de la electrónica ............................................................. 167

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5.2 El proyecto de producción industrial ..................................................... 168 5.2.1 El diseño en los procesos productivos y el proyecto de producción industrial............................................................................... 168 El diseño y ejecución de las fases del proyecto de electrónica, comunicación y sistemas de control ............................................................... 168 Primera etapa: polarización del transistor BJT con divisor de voltaje ............... 169 Características fundamentales en el funcionamiento del transistor polarizado ....................................................................................... 170 Polarización del transistor con valores ............................................................ 171 Aplificador de la señal .................................................................................... 172 Condensadores de acoplo .............................................................................. 173 Ubicación de los condensadores de acoplo ..................................................... 174 Cálculo del valor de los condensadores de acoplo .......................................... 174 Balance del desarrollo del circuito .................................................................. 176 Condensadores de desacoplo ......................................................................... 176 Cálculo del valor de los condensadores de desacoplo ..................................... 176 Ganancia con desacoplo ................................................................................. 177 Segunda etapa: estabilizador de ganancia ....................................................... 178 Retroalimentación negativa ............................................................................ 178 Tu proyecto .................................................................................................... 179 Tercera etapa: incremento de corriente .......................................................... 180 Configuración seguidor emisor o Colector común ........................................... 180 Configuración con Par Darlington .................................................................... 181 Circuitos finales .............................................................................................. 182 La evaluación del proyecto y el diseño de propuestas de mejora .................... 183 Integración de conceptos ............................................................................... 184 Bibliografía ......................................................................................

3a de forros

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Apoyos Pedagógicos

1

Contenido

Presenta la información desglosada del programa de estudio de la Secretaría de Educación Pública.

2

Propósitos

Son los saberes-conocimientos, habilidades-destrezas, capacidades y competencias que el alumno desarrollará y que le permitirán ser productivo en la sociedad en la que vive.

3

Aprendizajes esperados

Son aquellos expresados en objetivos o competencias que se espera que el estudiante logre durante, como al final del proceso de capacitación.

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En este bloque...

Representa una referencia rápida del contenido.

5

Actividad individual

El alumno pone en práctica lo aprendido en la lección inmediata anterior con el objetivo de reforzar el conocimiento adquirido.

6

Actividad grupal

El alumno colabora con sus compañeros de clase en la solución de un problema con el propósito de desarrollar habilidades de cooperación, delegación de responsabilidades y trabajo en equipo.

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Laboratorio. Actividad grupal Laboratorio. Actividad individual

Definición Aporta el significado específico de términos poco comunes en el lenguaje coloquial con el fin de que el alumno comprenda todos los vocablos que se utilizan en la lección.

Presenta trabajos prácticos que fomentan una enseñanza más activa y participativa que impulsa el método científico y el espíritu crítico. El alumno desarrolla habilidades, aprende técnicas elementales y se familiariza con el manejo de instrumentos y aparatos.

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Biografía

Complemento Proporciona información de utilidad y cultura general con el propósito de incrementar los conocimientos generales del alumno sobre el tema que se está estudiando.

Profundiza en el conocimiento de algunas personalidades cuyas aportaciones fueron decisivas para la ciencia y la tecnología.

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integración 11

Retroalimentación

de conceptos

Constituye un repaso al final de cada bloque que resume los conceptos estudiados.

Ejercicios y actividades que definen el nivel de aprendizaje alcanzado por el alumno, sus habilidades y destrezas sobre un tema dado. Al docente le ayuda a evaluar los conocimientos del educando.

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BLOQUE

I Contenido del bloque: 1 Tecnología y su relación con otras áreas de conocimiento 1.1

La tecnología como área de conocimiento y la técnica como práctica social.

1.2 Relación de la tecnología con las ciencias naturales y sociales: la resignificación y uso de los conocimientos. 1.3 La resignificación y uso de conocimientos para la resolución de problemas y el trabajo por proyectos en los procesos productivos.

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Tecnología y su relación con otras áreas de conocimiento Propósitos • Reconocer las diferencias entre el conocimiento tecnológico y el conocimiento científico, así como sus fines y métodos. • Describir la interacción de la tecnología con las diferentes ciencias, tanto naturales como sociales.

• Distinguir la forma en que los conocimientos científicos se resignifican en la operación de los sistemas técnicos.

Aprendizajes esperados. El alumno:

• Compara las finalidades de las ciencias y la tecnología para establecer sus diferencias.

• Describe la forma en que los conocimientos técnicos y los conocimientos de las ciencias se resignifican en el desarrollo de procesos técnicos.

• Utiliza conocimientos técnicos y de las ciencias para proponer alternativas de solución a problemas técnicos, así como mejorar procesos y productos.

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BLOQUE

I

TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

En este bloque... Reflexionarás sobre la relación entre tecnología y ciencia, y analizarás cómo los conocimientos previos se transforman y resignifican para aplicarlos a la resolución de nuevos problemas sociales. Estudiarás los divisores de voltaje y la Fórmula de Thévenin, el factor capacitancia, su fórmula y los factores que la determinan, así como los principios del condensador y sus clasificaciones.

1.

Tecnología y su relación con otras áreas de conocimiento

La electrónica y los sistemas de comunicación y control sientan sus bases en dos ciencias exactas: Física y Matemática. La Física es la ciencia que estudia las propiedades de la energía y la materia, que como aprendiste el curso anterior, son dos expresiones del mismo fenómeno. La Matemática, por su parte, es la ciencia por excelencia que estudia las propiedades de entes abstractos como números, figuras geométricas, símbolos y las relaciones que los unen. La Electrónica toma la energía eléctrica y controla el flujo microscópico de los electrones a través de los materiales con los que están construidos los componentes, para crear señales electromagnéticas que transportan información. Esta información consiste en las instrucciones que recibe un dispositivo para cumplir con las tareas para las que fue construido. Con el fin de diseñar de manera correcta un dispositivo, las cualidades de la energía y los materiales de los componentes se estudian como entes abstractos, representados a través de símbolos en fórmulas matemáticas. Las fórmulas, a su vez, representan las relaciones que unen la materia con la energía y predicen el comportamiento que presentarán en el mundo real bajo determinadas condiciones.

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EDICIONES

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ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

1.1

La tecnología como área de conocimiento y la técnica como práctica social Activación de conocimientos En grupo, y con ayuda de su maestro, reflexionen y respondan las siguientes preguntas: A. Discurran la diferencia entre ciencia y tecnología. B. ¿Qué entienden por tecnología digital y por qué la electrónica se basa en ella? C. ¿Cuál es la funcionalidad principal del protoboard?

La tecnología electrónica tiene dos facetas fundamentales: 1. Faceta teórica. Es el estudio de las propiedades de los materiales y la energía como entes abstractos, lo cual implica considerar las cualidades conductivas de los materiales (semiconductores, conductores y aislantes) y los cuatro elementos primordiales de la electricidad (corriente, voltaje, resistencia y potencia), como números y figuras geométricas, cuyas relaciones se establecen por medio de fórmulas o ecuaciones. A esta faceta se le conoce como análisis y diseño de circuitos electrónicos. 2. Faceta práctica. Es la aplicación de los resultados teóricos en el mundo real, mediante la construcción de un dispositivo digital o electrónico que solucione un problema social determinado. En esta faceta se producen los dispositivos digitales y electrónicos que utilizamos en la vida cotidiana, como computadoras, teléfonos móviles, radios, televisores, reproductores de música y video, por mencionar sólo algunos. La producción suele ser artesanal para los prototipos e industrial para los productos elaborados que se ofrecen en el mercado.

Actividad 1 individual

Busca en Internet algunos videos de espectáculos de luz y sonido. Los principios técnicos que utilizan son prácticamente los mismos que aplicaste en tu proyecto del curso anterior.

En el proyecto final del curso anterior pusiste en práctica ambas facetas al diseñar y construir un sistema electrónico de iluminación controlado por ondas sonoras. Los mismos principios, a una escala diferente, se utilizan para ofrecer espectáculos de luz y sonido.

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BLOQUE

I

TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

Los conocimientos previos sobre ciencia y tecnología y sus diferencias La faceta teórica se construye sobre leyes científicas que explican con toda precisión el comportamiento de los materiales y la energía en cualquier condición y ambiente. En el curso anterior aprendiste la Ley de Ohm, las Leyes de Kirchhoff y las de Maxwell, que son de gran importancia para la ingeniería electrónica y se estudian con detenimiento en niveles académicos superiores. La faceta práctica la representan las acciones instrumentales que aplicas para fabricar el circuito real, como la colocación de los componentes en la tableta perforada, la fabricación de un circuito impreso y la técnica de soldadura.

El voltaje de entrada (Vin) representa el voltaje total proveniente de la fuente de poder (en los diagramas, la fuente de poder se identifica como B1) y el de salida (Vout) es el resultante de la acción del divisor de voltaje, es decir, los resistores Ra y Rb conectados en serie. Observa que en este ejemplo se utilizan las literales a y b para distinguir los resistores. Esto se debe a que en un circuito real, los resistores que forman el divisor de voltaje pueden tener cualquier número, dependiendo del orden en que se hayan colocado. Para esta lección, lo importante es distinguir el resistor que corresponde a la primera caída de voltaje: Ra y el que se ubica después de la salida de voltaje: Rb, independientemente del número que se les asigne en el diagrama.

En resumen: la ciencia aporta todos los conocimientos indispensables para comprender un fenómeno dado y la tecnología los procedimientos o técnicas necesarios para poner en práctica ese conocimiento, con el fin de solucionar una necesidad social.

Complemento Se utiliza la terminología inglesa para expresar los voltajes de entrada y salida, Vin y Vout, respectivamente, porque así aparece en casi toda la documentación de los componentes. Por ello, es conveniente que te familiarices con ella.

Divisores de voltaje. Fórmula de Thévenin En el curso anterior aprendiste que todo circuito en Vin serie se comporta como Ra un divisor de voltaje; es un concepto teórico propio Vout de la electrónica y lo podemos representar de maRb nera gráfica como aparece en la imagen. La fuente de poder está simbolizada por el nodo con signo de adición (polo positivo) y el símbolo de tierra (polo negativo); la corriente se desplaza de manera convencional, del polo positivo al negativo.

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EDICIONES

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En un circuito divisor con dos resistores de diferente valor, el voltaje se dividirá de manera proporcional de acuerdo con el valor total de la resistencia (Electrónica I, Bloque III). Observa los siguientes ejemplos, en ambos casos el voltaje de entrada es de 1V.

Vin 1V

Vin 1V Ra 80Ω

Ra 20Ω

0.8 Vout

0.2 Vout

Ra 20Ω

Ra 80Ω


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

En la primera configuración, Ra tiene un valor de 80Ω y Rb 20Ω, lo cual da como resultado un voltaje de salida de 0.2V o 200mV. Si se invierte el orden de los resistores —segundo ejemplo— el voltaje de salida es de 800mV.

Laboratorio. Actividad individual OBJETIVO

Comprobar en la práctica la

efectividad de la Fórmula de Thévenin para dos resistores.

Esto se explica por la Segunda Ley de Kirchhoff: el voltaje total es igual a la suma de las caídas de voltaje parciales. Mientras mayor sea la primera caída de voltaje, menos fuerza electromotriz llegará a la segunda. Por lo tanto, la fuerza electromotriz o voltaje que atraviesa el camino entre el primer resistor y el segundo dependerá de la magnitud de la primera caída, en el ejemplo, la correspondiente a Ra.

MATERIALES

Fuente de poder de 9

voltios. 1 Resistor de 8.2KΩ. 1 Resistor de 2.2KΩ. Protoboard. Multímetro. PROCEDIMIENTO

Aplica la Fórmula de

Thévenin para calcular el voltaje de salida (también llamado Voltaje Thévenin) del circuito que aparece en la ilustración. Después construye en el protoboard el mismo

Para calcular el voltaje de salida de un divisor formado por dos resistores se utiliza la Fórmula de Thévenin:

Vout=Vin*

Rb

80

=1*

80 100

de voltios como se indica y toma la medida. ¿La fórmula y el multímetro presentan el mismo resultado o uno muy similar?

Rb Ra

Si la aplicamos al segundo ejemplo, tenemos lo siguiente:

1*

circuito. Conecta el multímetro en función

B1 9V

R1 8.2K

=1*0.8=0.8V R2 2.2K

Complemento La fórmula lleva ese nombre en honor a su inventor León Charles Thévenin, ingeniero en telegrafía, que aplicó la Ley de Ohm para encontrar equivalentes sencillos a circuitos eléctricos muy complejos. El valor resultante de la fórmula también se conoce como Voltaje Thévenin y se expresa como VTH. Fotografía: Wikipedia

Thévenin

Potencia en divisores de voltaje De igual importancia que el voltaje de salida en un divisor es la Potencia (Electrónica 1, Bloque III) o disipación de calor de los resistores. Por ejemplo, si en el circuito del laboratorio anterior se cambiaran los valores de R1 y R2 de 8.2KΩ y 2.2KΩ por 8.2Ω y 2.2Ω, respectivamente, el voltaje de salida sería el mismo, pero los resistores se fundirían por el exceso de calor generado por la mayor cantidad de corriente circulando a través de los resistores. EDICIONES

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BLOQUE

I

TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

Actividad 2 individual

Aplica la fórmula para calcular el Voltaje Thévenin del circuito anterior con estos valores: R1=8.2Ω y R2=2.2Ω. Compara el resultado con los valores que obtuviste anteriormente ¿Son iguales los resultados?

Sin embargo, con la segunda configuración —los resistores con menos valor— la potencia que se genera es de alrededor de 7.8W, suficiente para fundir cualquier resistor u otro microcomponente.

Actividad 3 individual

El voltaje de salida es el mismo porque los resistores presentan una resistencia proporcional, característica que se especifica con el símbolo . La resistencia proporcional se presenta cuando dos o más resistores tienen el mismo valor numérico, pero en escalas de magnitud diferentes: Ohmios, Centenas de ohmios, Kiloohmios o Megaohmios. Por ejemplo: 8.2Ω 820Ω 8.2KΩ 8.2MΩ. Sin embargo, su resistencia es diferente. Recuerda que la resistencia es la característica de los materiales que se oponen al flujo de electrones (Electrónica 1 Bloque II), por lo que un resistor de 8.2MΩ presentará un millón de veces más resistencia que uno de 8.2Ω y por el primero circulará menos corriente que por el segundo, a pesar de ser proporcionales. En este sentido, la potencia o cantidad de calor que deben disipar los resistores es diferente en cada caso. Para conocer el valor de la potencia que se genera en un divisor de voltaje se utiliza la fórmula: Vin2 Ra Rb

Si la aplicamos a los resistores del ejemplo con mayor valor tenemos: Vin2

81

R 1 R2

81 10400

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Resulta obvia la importancia de calcular de manera correcta la potencia que se genera en un divisor de corriente. De no hacerlo, se dañarán los componentes del circuito.

Los fines de la tecnología y la ciencia: métodos El objetivo de la ciencia consiste en descubrir las causas y consecuencias de los fenómenos naturales, desde la formación de las galaxias hasta la acción de microorganismos en un ecosistema dado, pasando por el comportamiento de la materia y la energía en diferentes condiciones. En la actualidad, se considera que la ciencia aplica diferentes métodos para alcanzar su objetivo, dependiendo de la disciplina específica que se estudie. Por ejemplo, los métodos lógico deductivo e inductivo para el razonamiento puro en la matemática; analítico-experimental para las ciencias naturales y algunas disciplinas sociales; el sistémico para la pedagogía, entre otros.

0.0077W

Con esta configuración, la potencia que se genera es de 7.7mW, que puede ser disipada como calor sin problemas porque los resistores más pequeños alcanzan a disipar 1/8 de watt o bien 125mW (Electrónica 1, Bloque IV).

22

Aplica la fórmula para calcular el valor de la potencia en divisores de voltaje con los valores de los resistores más bajos: R1=8.2Ω y R2=2.2Ω. ¿Obtuviste el mismo resultado mencionado en el párrafo anterior?

El método científico, tal y como lo definió el filósofo inglés francis bacon, consta de los siguientes pasos: 1. Observación: aplicar los sentidos a un objeto o fenómeno para estudiarlos tal como se presentan en la Naturaleza.


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

2. Inducción: a partir de las observaciones o experiencias particulares, extraer el principio particular de cada una de ellas. 3. Hipótesis: plantear posibles causas que expliquen el fenómeno observado. 4. Experimentación: reproducir el fenómeno estudiado en un ambiente regulado para controlar las causas propuestas en la hipótesis. 5. Demostración o refutación de la hipótesis. Comprobar los resultados de la experimentación para saber si la hipótesis es verdadera o falsa. 6. Teoría científica. Si los resultados de la experimentación comprueban la hipótesis, ésta se convierte en una teoría. 7. Leyes científicas. Cuando la teoría se ha comprobado en diferentes ambientes y siempre presenta los mismos resultados, se convierte en una Ley.

Biografía FRANCIS BACON (1561-1626) fue un

filósofo y político inglés que llegó a ser primer ministro de su país en 1618. Su obra filosófica contribuyó al establecimiento del método científico clásico. Fotografía: Wikipedia

Dado que la electrónica es una tecnología basada en la Matemática y la Física, utiliza los métodos lógico deductivo e inductivo, así como el experimental. Esto significa que para desarrollar un nuevo dispositivo, primero se razona sobre las características propias de los materiales y la energía, su comportamiento en diferentes ambientes de acuerdo con las Leyes Científicas conocidas y se realizan experimentos para comprobar la fiabilidad de tales razonamientos. Por ejemplo, los divisores de voltaje que acabas de estudiar deben tener una aplicación práctica, de lo

contrario no aportan ninguna utilidad. Para ello, es necesario añadirles una carga.

Divisores de voltaje con carga Vin 12V R1 20kΩ

R2 40kΩ

R3 30kΩ Vout= ?

Cuando se añade una carga al divisor de voltaje, todo el circuito se modifica, porque se está agregando resistencia; en este caso, representada por el resistor R3 de 30KΩ. Como se deduce a partir de la Ley de Ohm: corriente, voltaje y resistencia están entrelazadas y al modificar una de ellas varian las demás. En este caso se está modificando la resistencia, por lo que el voltaje y la corriente deben cambiar. Para conocer el voltaje que recibe R3 en este divisor de ejemplo se pueden utilizar dos métodos. Se entiende por método una serie de pasos a seguir con el fin de alcanzar un objetivo. En este caso, el objetivo es saber cuánto voltaje llega al resistor R3.

Actividad 4 individual

Primero aplica la Fórmula de Thévenin para obtener el voltaje de salida del mismo circuito sin considerar la carga. Anota el desarrollo y el resultado en tu libreta de trabajo. Recuerda que este voltaje se conoce también como Voltaje Thévenin. EDICIONES

®

23


BLOQUE

TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

I

1er Método: Resistores paralelos. Se enfoca en los resistores R2 y R3 que están conectados en paralelo. Como lo aprendiste en el curso anterior (Electrónica I, Bloque III), en las conexiones paralelas la corriente sigue más de un camino y se distribuye desde un nodo. Para aplicar este método se siguen estos pasos: 1. Se utiliza la fórmula para calcular la resistencia efectiva (RE) de dos resistores paralelos con diferente valor (Electrónica 1, Bloque V), también llamada producto entre sumatoria. En este caso se aplica a R2 y R3:

R

E

R2

R3

40KΩ

30KΩ

1200KΩ

R2

R3

40KΩ

30KΩ

70KΩ

17.14KΩ

2. Se aplica la fórmula para calcular el voltaje de salida, sustituyendo el valor de R2 por la resistencia total efectiva (RE) que acabas de obtener:

V

out

RE

V

RE

in

R1

12

17.14KΩ 17.14KΩ 20KΩ

12

17.14KΩ 37.14KΩ

12 0.461 5.53 5.5V

Actividad 5 individual

Complemento

El símbolo significa “casi igual a…” o “prácticamente igual que…” Se utiliza en fórmulas matemáticas y físicas para dar a entender que la diferencia entre dos cantidades es insignificante y no afecta el resultado final.

Responde las siguientes preguntas: ¿El voltaje de salida es el mismo con la carga que representa R3? ¿Cuánta es la diferencia?¿A qué se debe la diferencia de voltaje con y sin carga (R3)?

2˚ Método. Resistor Thévenin (RTH). Consiste en simplificar los resistores conectados en serie R1 y R2 en un solo resistor virtual llamado Resistor Thévenin (RTH) y utilizarlo junto con el Voltaje Thévenin (VTH) para encontrar el valor del voltaje real que recibe la carga, en este caso R3. Para aplicar este método se siguen estos pasos: 1. En este método, y sólo en él, los resistores en serie se tratan como si estuvieran conectados en paralelo y se aplica la fórmula correspondiente. El resultado se conoce como Resistor Thévenin:

R

TH

24

EDICIONES

®

R1

R2

20KΩ

40KΩ

800KΩ

R1

R2

20KΩ

40KΩ

60KΩ

13.33KΩ


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

2. Se aplica la fórmula para calcular el Voltaje Thévenin, actividad que ya realizaste con anterioridad y debió darte como resultado 7.92V. Por lo tanto, VTH = 7.92V. 3. Se utilizan la resistencia y el voltaje Thévenin para conocer el voltaje real que recibe la carga (Vout). Ambos valores se aplican en la siguiente fórmula, que relaciona el resistor y el voltaje Thévenin con el valor de la carga; en el ejemplo es R3 y le daremos el nombre genérico Rc, por ser el resistor que funciona como carga:

V

out

VTH

RC

RTH

RC

Como puedes ver, es muy semejante a la fórmula utilizada para calcular el valor de dos resistores en paralelo (producto entre sumatoria). Sin embargo, en este caso la fórmula relaciona el voltaje y el resistor Thévenin con el valor de la carga en ohmios, para obtener el voltaje real de salida. Al aplicar la fórmula al ejemplo tenemos lo siguiente:

el valor de las resistencia en serie se calcula una sola vez y se aplica a cualquier resistor de carga. En divisores de voltaje sencillos, con dos resistores, puede resultar más práctico utilizar el método de resistores paralelos.

Laboratorio. Actividad individual Comprobar la variación de

OBJETIVO

voltaje en un divisor con carga. MATERIALES

Fuente de poder de

12 voltios. 3 Resistores: 56KΩ, 82KΩ y 68KΩ. Protoboard. Multímetro. PROCEDIMIENTO

Construye

en

el

protoboard el circuito que se muestra en la imagen; es el mismo que aparece al principio de este apartado, pero cambian los valores de los resistores. Toma la medida del voltaje que recibe R3 y anótalo en tu libreta. A continuación, aplica la fórmula de los resistores paralelos o la de Thévenin para obtener el voltaje de salida.

7.92

30000

237600

13330

30000

43330

5.48 5.5V

¿La medición con el multímetro y el resultado de la ecuación son prácticamente los mismos? Responde la siguiente pregunta sin utilizar el multímetro: Si el resistor R3 recibe la cantidad de voltaje que obtuviste en la medi-

Complemento Observa que en la fórmula se aplicaron las conversiones pertinentes para transformar kiloohmios a ohmios, porque el Voltaje Thévenin está representado en unidades y siempre debes utilizar medidas idénticas para resolver las fórmulas (Electrónica 1, Bloque IV).

Como puedes ver, el resultado es prácticamente el mismo con ambos métodos. Un buen criterio para saber en qué casos utilizar uno u otro es el siguiente: en circuitos más complejos, cuando se tienen un divisor de voltaje con muchos resistores conectados en serie y cargas con diferentes valores, el método Thévenin es el más conveniente porque

ción y con la fórmula, ¿cuánto voltaje recibe R2? Explica tu respuesta. Si tienes dudas, consulta la tabla con las características fundamentales de los circuitos en serie y paralelo que aparece en el Bloque V de Electrónica 1. B1 12V

R1 56K

R2 82K

R3 68K

EDICIONES

®

25


BLOQUE

I

TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

La interacción entre ciencia y tecnología para la producción de productos de electrónica, comunicación y sistemas de control como práctica social y cultural para la satisfacción de necesidades La ciencia aporta los métodos generales para investigar y comprender los fenómenos naturales; como lo estudiaste en el primer curso con la naturaleza del electrón, el comportamiento de la energía eléctrica y los materiales. La tecnología pone en práctica tales conocimientos en un ambiente controlado, para desarrollar dispositivos de comunicación y control que tienen un uso social determinado para satisfacer cierta necesidad. Como aprendiste en el curso anterior, los dispositivos digitales y electrónicos están integrados —de mayor a menor— por módulos, secciones y componentes. Dentro de las secciones se cuentan los circuitos y entre éstos los de tipo compuesto (la unión de serie y paralelo). Todo dispositivo basa su funcionamiento sobre los circuitos, encargados de manejar la energía eléctrica de diversas formas para realizar determinadas tareas. El divisor de voltaje que estás estudiando se utiliza ampliamente como punto de operación de voltaje para alimentar componentes semiconductores, en especial transistores y circuitos integrados. Se entiende por punto de operación un nodo que transmite cierta cantidad de voltaje y corriente, sólo la necesaria para poner en funcionamiento un componente semiconductor.

Nota: los divisores de voltaje no actúan como fuentes de energía regulada en el circuito, aunque algunos fabricantes de dispositivos baratos llegan a hacerlo, es por esa razón que tales dispositivos se funden con facilidad. Más adelante estudiarás las fuentes de energía reguladas.

26

EDICIONES

®

En un apartado anterior estudiaste la importancia de la potencia en los divisores de voltaje. Sabes que una configuración incorrecta causa un exceso de corriente que puede dañar de forma permanente el componente de carga. En el siguiente apartado estudiarás el método para calcular la cantidad de corriente que sale de un divisor de voltaje.

Los conocimientos técnicos tradicionales y los actuales en la electrónica En la actualidad, la industria electrónica se basa en la tecnología digital, que implica el uso de microprocesadores para llevar a cabo las tareas de control y comunicación propias de cada dispositivo. La principal característica de la tecnología digital es que transforma la información que contienen las señales electromagnéticas en números binarios (0 y 1), los cuales son interpretados por elmicroprocesador para ejecutar una tarea determinada. En el Bloque IV del primer curso estudiaste el funcionamiento general de un sistema de transmisión radiofónica (ver diagrama, pág.27). En el diagrama, el Transmisor es un dispositivo digital que contiene un microprocesador para transformar la señal electromagnética en números binarios. Por su parte, el Receptor contiene otro microprocesador que interpreta los dígitos binarios para recrear la señal electromagnética original. En el siguiente curso aprenderás los fundamentos de la tecnología digital. Por el momento sólo ten presente que su principal característica es transformar señales electromagnéticas en dígitos binarios y para ello utiliza un microprocesador. Ahora bien, el microprocesador es un dispositivo semiconductor que contiene una inmensa cantidad de circuitos integrados en su interior, y requiere cierta cantidad de voltaje y corriente para funcionar de forma correcta. Antes de utilizar circuitos integrados o microprocesadores, es necesario que aprendas a controlar el flujo de energía que reciben dentro del circuito.


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

Canal

Transmisor

Emisor humano

electromagnéticos que representan dígitos binarios

Sonido Ondas Micrófono sonoras (Transductor) transformado en señal (Datos electromagnética de entrada)

Distorsión y ruido

Receptor humano

Receptor Ondas sonoras (Datos de salida)

Bocina (Transductor)

Dígitos binarios transformados en señales electromagnéticas

Divisores de corriente Observa con atención las ilustraciones. ¿Se trata del mismo circuito o son diferentes? Para responder, sigue el flujo de los electrones desde la fuente. En efecto, es el mismo circuito compuesto serie-paralelo, con dos presentaciones diferentes. Sabemos que en ambos casos los resistores R2 y R3 están conectados en paralelo porque comparten el mismo nodo de entrada. Independiente de la presentación, el circuito se sigue comportando como un divisor de voltaje y R3 sigue siendo el resistor de carga.

R1 560

B1 12V

R1 560

B1 12V

R3 680 R2 820

R2 820

R3 680

Nota: observa que el circuito de este apartado es muy semejante al del laboratorio anterior, pero los valores de los resistores son proporcionales.

Como aprendiste en el Bloque III del curso anterior, toda conexión en paralelo se comporta como un divisor de corriente y se distribuye de acuerdo con la resistencia existente en cada rama. Por lo tanto, la corriente que recibe la carga es una corriente parcial (IP) que depende de la configuración total del circuito y en particular de la resistencia efectiva de los resistores en paralelo (RE), la resistencia del resistor de carga (RC) —en este caso R3— y de la corriente total del circuito (IT). Para conocer la cantidad de corriente parcial (IP) que atraviesa el resistor RE de carga (Rc) se utiliza la siguiente fórmula:

I

P

RC

I

T

EDICIONES

®

27


BLOQUE

I

TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

Para desarrollarla apliquen el siguiente método. Es recomendable que el profesor la escriba en el pizarrón y todo el grupo lo siga paso a paso. 1. Escribir los valores conocidos: Voltaje: 12V; R1=560Ω; R2=820Ω; R3=680Ω. 2. Calcular la resistencia total del circuito. Para ello, se simplifica el circuito complejo transformándolo en un circuito en serie. Primero se calcula la resistencia efectiva en paralelo (RE), con la fórmula que ya conoces, producto entre sumatoria:

R

E

R2

R3

820

680

557600

R2

R3

820

680

1500

371.73

372Ω

Escribe el resultado en los valores conocidos: RE=372Ω.

R1 560

B1 12V RE 37.17

Ahora tienes un circuito virtual como el que se muestra en la imagen, con dos resistores en serie. Para obtener la resistencia total, simplemente se suman sus valores: RT=R1+RE= 560+372=932. Anota el resultado entre los valores conocidos: RT=932Ω. 3. Calcular la corriente total que pasa por el circuito. Para ello se utiliza la Ley de Ohm: RE . Tienes todos los datos para hacerlo: E R

12 932

0.01287A

12.87mA

Anota el resultado en los valores conocidos: IT=12.87mA, o bien: 0.01287A. 4. Aplicar la fórmula para calcular la corriente parcial que atraviesa el resistor de carga (Rc), que en este caso es R3:

IP o bien

RE R3

IT

7.039mA

372 680

0.01287

0.547

0.01287

0.007039A

7.04mA

De esta manera, la corriente que atraviesa el resistor de carga es de 7.04mA.

Actividad 6 individual

Reflexiona lo siguiente: con los datos que tienes y las Leyes que has estudiado, ¿qué harías para conocer la corriente que atraviesa el resistor R2 sin aplicar de nuevo la fórmula? A continuación se presenta la clave: 28

EDICIONES

®

¿Qué establece la primera Ley de Kirchhoff? ¿Cuánta corriente entra al nodo? ¿Cuánta corriente pasa por R3? Entonces, por R2 deben pasar ______________ mA.


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

Laboratorio. Actividad individual OBJETIVO

Aplicar el método y la

fórmula para calcular la corriente que recibe la carga y comprobarlo en el mundo real. MATERIALES

Fuente de poder de 9

voltios. 3 Resistores: 1KΩ, 4KΩ y 2KΩ. Protoboard. Multímetro. PROCEDIMIENTO

Aplica el método y

la fórmula que acabas de estudiar al diagrama de la ilustración para calcular la corriente que recibe la carga (R3). Anota el desarrollo y los resultados en tu cuaderno. Después, construye el mismo circuito divisor de voltaje en el protoboard y toma la medición con el multímetro. Compara los resultados. ¿Son semejantes?

B1 9V

R1 1K

R2 4K

R3 2K

En algunas ocasiones puede ser laborioso transportar el diagrama bidimensional del circuito a las tres dimensiones propias del protoboard. Sin embargo, es una acción instrumental que debes dominar en la técnica electrónica. Un método para facilitar esta tarea consiste en seguir el recorrido de la corriente: desde el punto donde sale de la fuente (+) y cómo pasa de un componente a otro, es decir, las conexiones en serie y paralelo que los unen; así, a través de todos los componentes y hasta su regreso al polo contrario (-). Como ya habrás notado, justo al centro del protoboard se localiza un canal que separa sus columnas. El objetivo de este canal es ofrecer el espacio requerido para colocar circuitos integrados cuyo cuerpo recibe el nombre de encapsulado dual en línea (DIP, por sus siglas en inglés: Dual in-line package). 8

7

6

5

Secuencia de pines Indicador Pin 1

Las características técnicas de un protoboard El protoboard es una herramienta que has utilizado desde el curso anterior y con la que ya debes estar familiarizado. Su característica técnica más importante es su capacidad para construir circuitos electrónicos compuestos (en serie y paralelo), utilizando cualquier componente.

Secuencia de pines

1

2

3

4

En este tipo de presentación, el circuito integrado —de tamaño microscópico— se encuentra dentro del cuerpo plástico, llamado cápsula; se comunica con el exterior a través de las terminales metálicas que lo circundan, llamadas pines. Los pines tienen un orden y una numeración específicos.

EDICIONES

®

29


BLOQUE

I

TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

Comienzan con el Pin 1, señalado en la cápsula por una perforación circular y continúan en secuencia numérica progresiva de izquierda a derecha y de abajo hacia arriba, como se muestra en la ilustración. En el protoboard, el circuito integrado se coloca sobre el canal, de manera que una hilera de pines queda conectada a un bloque de columnas y la otra hilera en el bloque contrario, como se aprecia en la imagen. A partir de esta configuración elemental se comienzan a colocar los demás componentes del circuito, de acuerdo con el diagrama.

tener mucho cuidado al momento de conectarlo en el protoboard. NUNCA TOQUES LAS EXTREMIDADES DEL CONDENSADOR AL MISMO TIEMPO. Es un componente que retiene energía electrostática y puede soltar fuertes descargas, que en ciertas condiciones te causaría graves daños.

Laboratorio. Actividad individual OBJETIVO

En futuras lecciones estudiarás las características técnicas de los circuitos integrados. El objetivo del siguiente laboratorio es aprender a transportar un diagrama complejo al protoboard.

Comprobar en la práctica

la utilidad de los divisores de voltaje. MATERIALES

Fuente de poder de 9

voltios. 3 Resistores: 33KΩ, 100KΩ y 1KΩ. 1 Circuito integrado NE555. 1 Condensador o capacitor electrolítico de 10 microfaradios (10μF). 1 Led rojo. 1 Interruptor 1 polo 1 tiro. Protoboard. PROCEDIMIENTO

Diseña el circuito de

la ilustración en el simulador de circuitos. Observa que el orden y ubicación de los Nota: en el siguiente laboratorio utilizarás dos componentes que aún no estudias: el circuito integrado 555, que es un temporizador, y su función consiste en activarse o desactivarse en intervalos determinados, dependiendo de

pines en el ejemplo no corresponden al componente real. Esto se debe a que algunos fabricantes de software acomodan

la configuración del circuito. El segundo componente es

las partes de los componentes de manera

un condensador o capacitor electrolítico, cuyas carac-

diferente porque consideran que facilita

terísticas estudiarás más adelante en este mismo bloque.

el diseño del circuito. En el simulador que

Es recomendable que conserves el circuito armado en el

utilizas, el orden de los pines puede ser

protoboard hasta el próximo laboratorio, donde le aplicarás

diferente, por lo que debes asegurarte

ligeras modificaciones.

que

los

diferentes

componentes

se

conecten en el número de pin correcto, independientemente de su ubicación en el

MUY IMPORTANTE: El condensador electrolítico es un componente polarizado, es decir, distingue el polo positivo del negativo. Todos los fabricantes lo marcan con una línea clara y el signo de sustracción (-) correspondiente al polo negativo. El condensador electrolítico EXPLOTARÁ si se conecta con los polos invertidos (positivo en negativo y negativo en positivo). Un accidente de este tipo puede causar graves daños, por lo que debes

30

EDICIONES

®

programa. Como puedes ver, el circuito incorpora un divisor de voltaje, formado por los resistores R2 y R1, que alimenta de energía el circuito integrado a través del pin 7. Como ya se mencionó, el divisor se utiliza como punto de operación de voltaje

Continúa...


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

Continúa Laboratorio. Actividad individual

SW1

R2 100k 7

4

6

B1 9V

3

2

R1 33k

C1 10 F

8

1

+

5

IC1 NE555

D1

R3 1K

para alimentar componentes semiconductores, en este caso al circuito integrado. Para determinar el valor de R1 y R2, con el fin de que abastezcan la cantidad exacta de voltaje y corriente, se aplican las fórmulas que estudiaste en apartados anteriores. Como resultado de este laboratorio, el led debe parpadear a intervalos regulares. Una vez que el circuito funcione en el simulador, puedes construirlo en el protoboard. Este circuito presenta también la conexión entre un resistor y un condensador que analizaremos en la siguiente sección. Por el momento presta atención en los pines 2 y 6 del circuito integrado, el diagrama muestra que están conectados entre sí y reciben la energía del mismo nodo. Esto significa que en el protoboard debes tender un puente o jumper que los una físicamente (Electrónica 1, Bloque II), comienza la construcción del circuito tendiendo este puente. Observa también

R2

que R2 y los pines 4 y 8 están conectados en paralelo respecto al polo positivo de la fuente de poder; eso significa que se conectan directo al riel de poder en el

C1

R1

protoboard; en el caso de los pines, con ayuda de sus respectivos puentes. En la imagen se muestra un posible arreglo de los componentes en el protoboard.

R3

LED 1

EDICIONES

®

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BLOQUE

I

TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

1.2

Relación de la Tecnología con las ciencias naturales y sociales: la resignificación y uso de los conocimientos Activación de conocimientos En grupo, y con ayuda de su maestro, reflexionen y respondan las siguientes preguntas: A. Deliberen sobre la diferencia entre ciencias naturales y ciencias sociales. B. ¿Qué entienden por el término resignificación? C. ¿Qué saben del condensador?

Las ciencias naturales son aquellas que estudian los fenómenos que aparecen en la Naturaleza y, como ya se mencionó, aplican la modalidad experimental del método científico. Hoy en día se consideran Ciencias Naturales la Física, Química, Biología, Geología y Astronomía. La tecnología electrónica aporta a las ciencias naturales dispositivos de medición de alta eficacia y eficiencia, indispensables para realizar investigaciones e incrementar el conocimiento científico.

32

EDICIONES

®

Actividad 7 individual

Investiga en Internet un dispositivo digital que utilice cada una de las ciencias naturales mencionadas para realizar sus respectivas investigaciones.

Las ciencias sociales, por su parte, estudian al ser humano como individuo y en sociedad, entre ellas se cuentan la Antropología, Historia, Economía, Sociología y Psicología Social, entre otras. Estas disciplinas suelen utilizar la Estadística como herramienta de investigación y en algunos experimentos, pero en general carecen de un método para realizar mediciones precisas sobre su objeto de estudio.

Las demandas sociales y el conocimiento técnico para el desarrollo científico Como lo estudiaste en el curso anterior, todos los productos de la tecnología provienen del desarrollo científico y su fabricación está encaminada hacia la satisfacción de necesidades sociales. Así pues, conforme varían estas demandas a través del tiempo, la tecnología desarrolla nuevos dispositivos para satisfacerlas. Sin embargo, incluso los dispositivos más innovadores funcionan con base en los componentes que estás estudiando y la gran mayoría utiliza tres tipos básicos de circuito: rectificadores, amplificadores y conmutadores electrónicos. A su vez, dichos circuitos requieren componentes pasivos como resistores, condensadores e inductores para poder realizar sus tareas. En la siguiente sección estudiarás las características del condensador, también conocido como capacitor, que es un anglicismo.


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

anglicismo Vocablo de la lengua inglesa que se usa sin traducción en otra lengua, en este caso el español; por ejemplo, led (diodos emisores de luz), corriente alterna (AC), corriente directa (DC), etc. Los anglicismos son muy comunes en la jerga electrónica, por lo que es conveniente que te familiarices con ellos.

La resignificación de los conocimientos científicos: ciencias naturales y sociales en la producción y procesos de la electrónica El conocimiento es un sistema integral, lo que significa que todos los saberes están vinculados de una forma u otra, y el desarrollo de cierta área del conocimiento científico produce un impacto en las demás, dándoles un nuevo significado (resignificación). En electrónica, la del condensador es un ejemplo claro de cómo el perfeccionamiento y progreso de la tecnología resignifica los conocimientos; veamos un poco de historia. La primera patente del condensador fue otorgada a Charles Pollak en 1897. Pollak descubrió que al introducir aluminio en una solución con sodio y

boro, llamada bórax, se crea una capa de óxido de aluminio capaz de almacenar energía electrostática entre el aluminio y la solución. A tal característica de los materiales se le dio el nombre de capacitancia. Su invento fue bien recibido a principios del siglo xx , cuando los países más desarrollados entraban en la época de la industrialización y se aplicó por primera vez como parte en los mecanismos de arranque de los motores de corriente alterna. En la década de 1920, cuando nació la radio comercial, el ingeniero Ralph D. Mershon desarrolló el primer condensador electrolítico para radio fabricado en serie. Aunque su empresa duró apenas una década, sentó las bases para la fabricación masiva de condensadores y, sobre todo, su aplicación en las telecomunicaciones. A la fecha, el condensador es un componente indispensable para cualquier dispositivo electrónico y digital, incluyendo los de última generación. Por ello, es indispensable estudiar sus características y aplicaciones.

Capacitancia Es la cualidad que presentan algunos componentes para almacenar energía eléctrica en un campo electrostático (Electrónica 1, Bloque I). Los componentes que tienen dicha cualidad se conocen como capacitores o condensadores. El condensador —cuyo símbolo aparece en el recuadro— tiene una función semejante a la pila, sólo que esta última almacena energía para ser liberada en pequeñas cantidades durante un lapso largo, y el condensador, al contrario, libera grandes cantidades de energía en poco tiempo. Otra diferencia importante es que la pila genera fuerza electromotriz (voltaje) por medios químicos y el condensador por electromagnetismo. Para comprenderlo mejor analicemos su funcionamiento.

EDICIONES

®

33


BLOQUE

TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

I

Dieléctrico

Placa 1

microfaradios (mmF), es decir nF=mmF. Si tienes duda sobre la representación decimal de los términos anteriores, consulta la tabla de equivalencias de magnitud en Electrónica 1, Bloque IV.

Placa 2

Corriente (I)

Corriente (I)

Actividad 8 individual

Campo electrostático

El condensador es un componente formado por dos conductores separados por un aislante. Los conductores son llamados placas y el material aislante recibe el nombre de dieléctrico. Su funcionamiento es el siguiente: cuando recibe corriente, los electrones comienzan a acumularse en la placa 1. Cuando ésta empieza a saturarse, la fuerza electromotriz (voltaje) proveniente de la fuente de poder impulsa los electrones a través del dieléctrico hacia la placa 2. Cuando ambas placas están saturadas, el condensador está cargado, como una pila, de manera que el flujo de electrones es constante y estable. La unidad de medida del condensador es el Faradio, en honor a Michael Faraday (Electrónica 1, Bloque I), y se define de la siguiente manera: 1 faradio es la capacidad de almacenar 1 culombio en el campo electrostático cuando se aplica 1 voltio de fuerza electromotriz. Y se representa con la fórmula:

C

Q V

C = Capacitancia Q = Culombios

Investiga en Internet los diferentes tipos de condensadores que existen en el mercado y sus características generales. Los condensadores se diferencian comercialmente por el tipo de dieléctrico que utilizan. Esta es la base para medir su capacitancia en faradios.

La electrónica y los procesos de cambio en sus máquinas y herramientas Desde su invención a la fecha, el condensador —y todos los componentes electrónicos— ha incrementado su eficacia y eficiencia. En la actualidad la mayoría de ellos pasan por un proceso de calidad que los hace muy confiables para ser aplicados a cualquier dispositivo que los requiera. En la tecnología electrónica suelen utilizarse tres tipos de condensadores: 1. Electrolíticos. Consisten en dos láminas de metal separadas por una capa fina saturada con pasta química llamada electrolito. Son polarizados, por lo que se deben conectar correctamente al polo positivo y negativo del circuito, como ya se explicó, de lo contrario, explotarán. Este tipo de condensador es el que presenta mayor capacitancia.

V= Fuerza electromotriz o Voltaje La capacidad de los condensadores utilizados en electrónica se mide en microfaradios (μF), picofaradios (pF) y nanofaradios (nF). A estos últimos se les conoce en la industria también como mili-

34

EDICIONES

®

2. Láminas de papel o plástico. Se construyen con láminas intercaladas de aluminio (conductor) y papel o plástico (aislante) y enrolladas sobre su propio eje. No son


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

Dieléctrico con menos resistencia

polarizados, por lo que el fabricante no marca ningún polo en el encapsulado. 3. Cerámicos. En este tipo, el cuerpo mismo del condensador —la cerámica— funciona como dieléctrico. Son confiables para aplicaciones de propósitos generales y muy utilizados por su bajo precio. Son útiles en circuitos que requieren un máximo de capacitancia de 0.1 microfaradios. Independientemente de su forma y tamaño, son cuatro los factores que afectan la capacitancia:

Menor área

Mayor área

1. El área de las placas. Mientras mayor sea el área de las placas, mayor es la cantidad de electrones que pueden almacenar. Por lo tanto, en la fórmula de la capacitancia: C QV , los valores de C (capacitancia) y Q (carga eléctrica en coulombios) son directamente proporcionales y ambos se ven afectados por el área de las placas.

1 FEM

2 FEM

Dieléctrico con más resistencia

3. Tipo de material dieléctrico. Afecta de manera directa el valor de V en la fórmula, ya que si el dieléctrico presenta mucha resistencia, se requiere mucha fuerza electromotriz para que los electrones lo atraviesen. En este sentido, un condensador puede generar mucho voltaje cuando las placas están cerca y tiene un dieléctrico con mucha resistencia. Calor extremo

1FEM

Placa 1

Placa 2

Frío extremo

2 FEM

Placa 1

Placa 2

2. La distancia entre las placas. Entre mayor sea la distancia entre las placas, más fuerza electromotriz (voltaje) se requiere para que los electrones recorran esa distancia. En este sentido, y considerando la misma fórmula, los valores de V (voltaje) y C son inversamente proporcionales: entre mayor voltaje requiera el condensador, menor será su capacitancia. Esta característica define una función específica del condensador: puede liberar mucho voltaje o bien, puede almacenar muchos electrones, ambas opciones dependen de la distancia entre las placas, porque entre más separadas estén, el campo electrostático será más débil y se requerirá más fuerza electromotriz para conservarlo.

4. Temperatura. Se refiere a la temperatura ambiente del lugar donde funciona el condensador, ya que el calor y el frío afectan a todos los materiales: el calor los expande y el frío los contrae. En este sentido, el área y la distancia entre las placas son afectadas por la temperatura ambiente; en la fórmula afecta los valores de C y Q, es decir, la capacitancia en general. Esta característica es fundamental cuando los dispositivos operan en climas extremos, como el caso de los aviones comerciales que vuelan a cinco mil metros sobre el nivel del mar, donde la temperatura es muy baja; los satélites y las estaciones espaciales funcionan cerca del cero absoluto (-273C); lo mismo que laboratorios de investigación científica instalados en desiertos o en los polos, donde las temperaturas son extremas. EDICIONES

®

35


BLOQUE

I

TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

La influencia de las creaciones técnicas en nuestra sociedad La radio fue el primer medio electrónico de comunicación masiva a grandes distancias. Sentó las bases de lo que se convertiría, en la década de 1940 y a raíz de la Segunda Guerra Mundial, en lo que hoy se conoce como sociedad de masas. Este término alude a un tipo de organización mundial donde la información se disemina rápido por todo el mundo, pero es regulada por unas pocas corporaciones informativas: agencias noticiosas, cadenas de televisión, radio y periódicos. Hoy, con el advenimiento de Internet —también producto de la tecnología electrónica— y en particular las redes sociales, se está gestando lo que el teórico de la comunicación masiva marshall mcluhan llamó La Aldea Global, un tipo de sociedad humana donde el exceso de información instantánea entraña el peligro de generar ignorancia en vez de conocimiento.

1.3

La resignificación y uso de los conocimientos para la resolución de problemas y el trabajo por proyectos en los procesos productivos

Activación de conocimientos Así pues, las innovaciones tecnológicas han contribuido en gran medida a la formación de la sociedad actual.

En grupo, y con ayuda de su maestro, reflexionen y respondan las siguientes preguntas: A. Mencionen algunas aplicaciones de la electrónica.

Biografía MARSHALL MCLUHAN (1911-1980).

Filósofo, erudito y educador canadiense. Profesor de literatura inglesa, crítica literaria y teoría de la comunicación. Se le reconoce por sus amplios estudios sobre los medios y gran visionario de la presente y futura sociedad de la información. Acuñó el término aldea global para describir la interconexión humana a escala global generada por los medios electrónicos de comunicación. Es famosa su sentencia "el medio es el mensaje".

B. ¿En qué actividad humana consideran que ha impactado más la electrónica? C. Citen un ejemplo de resignificación en electrónica

Siguiendo con el tema de la resignificación de los conocimientos, cuando Charles Pollak descubrió las características energéticas de dos conductores separados por un dieléctrico —a lo que llamó condensador— en realidad no tenía una idea clara de la aplicación práctica que podría dársele.

Fotografía: Wikipedia

McLuhan 36

EDICIONES

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Tiempo después, el condensador comenzó a utilizarse en la construcción de radios. Se combinó con otros componentes, en especial los resistores, para formar circuitos divisores de voltaje con características especiales.


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

En este punto cabe destacar una peculiaridad del capacitor: es un componente que presenta caída de voltaje sin disipación de calor, porque su resistencia es casi nula, ya que almacena los electrones en sus placas. Sin embargo, como todo componente electrónico, tiene sólo cierta tolerancia a la temperatura que provoca el trabajo de mover electrones (Electrónica 1, Bloques II y III). La principal diferencia radica en que la temperatura no aumenta gradualmente, como en las resistencias, cuando llega a su límite se desborda en un instante; es por eso que los condensadores electrolíticos estallan cuando el voltaje que se les aplica supera su capacidad.

Las aplicaciones de la electrónica en otras áreas del conocimiento humano Conforme los circuitos fueron aumentando la cantidad de componentes y disminuyendo el tamaño de su encapsulado —en forma de circuitos integrados, que estudiarás más adelante—, se fueron encontrando más aplicaciones para diferentes áreas del conocimiento humano, en particular aquellas que requerían de cálculos matemáticos muy pesados, como la meteorología (predicción del clima); o muy precisos, como la aeronáutica y la astronomía. En apartados anteriores estudiaste la aplicación de los productos de la electrónica en otras ciencias. La evolución de la electrónica también impactó otras actividades humanas, como la Música, que se transformó a partir de la introducción de instrumentos eléctricos y electrónicos en la composición y ejecución. El entretenimiento se convirtió en una industria a partir del desarrollo de la radio y la televisión, y en la actualidad Internet está modificando la manera como las personas se relacionan entre sí.

La contribución de los conocimientos científicos para la fabricación de circuitos eléctricos en la construcción de productos y artefactos electrónicos, empleando flujos de electrones En el laboratorio inmediato anterior construiste un circuito para comprobar la utilidad de los divisores de corriente. Observa que en el mismo, el resistor R1 está conectado en serie con el condensador C1 y presenta una salida de voltaje que alimenta los pines 6 y 2 de IC1, conectados por medio de un puente o jumper. La relación entre R1 y C1 es también un divisor de voltaje, con características muy diferentes al que forman R1 y R2, por la intervención del condensador. EDICIONES

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37


BLOQUE

TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

I

Laboratorio. Actividad individual OBJETIVO

El proyecto de producción industrial

Comprobar el papel del

condensador en los divisores de voltaje. PROCEDIMIENTO

Retoma el circuito

que construiste en el laboratorio anterior y sustituye el condensador por un puente que conecte R1 con la tierra, como se muestra en la imagen. MUY IMPORTANTE: recuerda que el condensador almacena energía eléctrica y siempre debes manejarlo como si estuviera cargado. NUNCA toques las extremidades

del

condensador

al

mismo

tiempo sin protección en las manos. Cuando el circuito se cierra, el led enciende pero no parpadea. ¿Qué conclusión sacas de este hecho? En el experimento original (con el condensador conectado en serie con R1), el circuito integrado 555 (IC1) controla la carga y descarga del condensador a través de los pines 6 y 2, y envía el voltaje correspondiente al led D1 a través del pin 3. Más adelante estudiarás con detalle la configuración de los circuitos integrados; por el momento basta con saber que es capaz de controlar

La producción industrial consiste en crear grandes cantidades de mercancías para un vasto público. Como no contamos con los medios necesarios para implementar un proyecto de tales magnitudes, replicaremos un proyecto de gran aceptación comercial, que implique la aplicación de los componentes activos y pasivos para controlar ondas electromagnéticas. Para finalizar este bloque, dado que el condensador es un componente presente en casi todos los circuitos electrónicos, aprenderás su comportamiento en serie y paralelo, que es muy sencillo.

los componentes externos a los que está conectado, en este caso los resistores, el condensador y el led.

SW1

Condensadores en serie

R2 100k 7

4

8 3

6

B1 9V

2 R1 33k

1

5

IC1 NE555

D1

R3 1K

Puente

Los condensadores conectados en serie se comportan como resistores conectados en paralelo. Por lo tanto, la capacitancia en serie es igual a la suma de los recíprocos de los condensadores individuales. Lo cual se expresa con la siguiente fórmula: 1

1

1

1

1

Ct

C1

C2

C3

Cn

La fórmula anterior se resuelve con el mismo método que aprendiste en Electrónica 1, Bloque V. En estos casos se manifiesta la enorme importancia de las Matemáticas aplicadas a la electrónica:

38

EDICIONES

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ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

independientemente de las unidades en que se manifiesta el fenómeno que se esté midiendo (faradios, ohmios, voltios), en la suma de los recíprocos el total siempre es menor al valor mínimo de los dividendos. Esto significa que al conectarse en serie, la capacitancia total (CT) será menor al valor en faradios del condensador con menos capacitancia (CX).

Vin

Placa inicial

d1 d1 + d2

Distancia entre las placas

d1 + d2 + d3

Placa final

Esto se explica por los factores que determinan la capacitancia, que estudiaste en este mismo bloque. Como se muestra en la ilustración, al conectarse en serie, la distancia entre las placas aumenta y la cantidad de dieléctrico (d) se incrementa con cada condensador que se suma a la serie. Por tales razones, en las conexiones de capacitores en serie la capacitancia es poca y el voltaje mucho, porque se requiere más fuerza electromotriz para mover los electrones a través del circuito. Por otra parte, los capacitores conectados en paralelo se comportan como resistores conectados en serie, es decir, la capacitancia en paralelo es aditiva: el total es igual a la suma de las capacitancias parciales. Lo cual se representa con la fórmula:

Ct

C1 C2 C3

Cn

Desde la perspectiva matemática: el resultado de toda sumatoria siempre es mayor que cualquiera de los sumandos. Esto significa que al conectar en paralelo los capacitores, la capacitancia aumenta, lo cual se explica también por los factores que la determinan: en las conexiones en paralelo, el área de las placas se incrementa (P1+P2+P3) porque el voltaje que llega a cada rama es el mismo que el de la fuente (Segunda Ley de Kirchhoff; Electrónica 1, Bloque V). Esto implica que la cantidad de electrones almacenados (Q) crecerá proporcionalmente con cada condensador que se añada al circuito. Como consecuencia lógica, el campo electrostático que forman se amplificará en proporción con la cantidad de condensadores existentes.

Serie

C

Q V

Paralelo

C

Q V

P1

+P2

+P3

Campo electrostático x3

En resumen: Cuando se requiere poca capacitancia y mucho voltaje, los condensadores se conectan en serie. Cuando se requiere mucha capacitancia con el mismo voltaje, los condensadores se conectan en paralelo.

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39


I

Retroalimentación

BLOQUE

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TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

A. Responde las preguntas: ¿Qué fórmula se utiliza para calcular el voltaje de salida de un divisor formado por dos resistores? _______________________________________. ¿Cuál es la principal característica de la tecnología digital? _____________ __________________________________________________________________. ¿Cuál es la particularidad técnica más importante del protoboard? _________________________________________________________________ __________________________________________________________________. ¿Qué sucede si conectas el condensador electrolítico con los polos invertidos (positivo en negativo y negativo en positivo)? ________________ __________________________________________________________________. El condensador es un componente formado por dos conductores separados por un aislante. A los conductores se les llama ___________________ y el material aislante recibe el nombre de ____________________________. La unidad de medida del condensador lleva el nombre de_________ __________________, en honor a ____________________________________. B. Relaciona las respuestas según corresponda la definición de cada paso del método científico definido por Francis Bacon:

1. Observación 2. Inducción 3. Hipótesis 4. Experimentación 5. Demostración o refutación de la hipótesis 6. Teoría cientíica 7. Ley cientíica.

(

) Consiste en plantear posibles causas que expliquen el fenómeno observado.

(

) Aplica los sentidos a un objeto o fenómeno para estudiarlo tal como se presenta en la Naturaleza.

(

) Comprueba los resultados de la experimentación para saber si la hipótesis es verdadera o falsa.

(

) Cuando la teoría se ha comprobado en diferentes ambientes y siempre presenta los mismos resultados, se convierte en una ...

(

) Consiste en reproducir el fenómeno estudiado en un ambiente regulado para controlar las causas propuestas en la hipótesis.

(

) Si los resultados de la experimentación comprueban la hipótesis, ésta se convierte en una ....

(

) A partir de las observaciones o experiencias, extrae el principio particular de cada una de ellas.

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ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

C. Responde las preguntas e indica con una flecha a qué ciencia pertenecen las disciplinas que se enlistan en el centro. ¿Qué estudian las Ciencias Naturales?:

¿Qué estudian las Ciencias Sociales?:

Psicología Economía Física Historia Química Biología Geología Antropología Astronomía Sociología

D. En la tecnología electrónica se utilizan tres tipos de condensadores; indica el nombre de cada uno y describe sus características más relevantes:

E. Explica en qué condiciones se conectan los condensadores:

Serie

C

Q V

Paralelo

C

Q V

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41


BLOQUE

I

TECNOLOGÍA Y SU RELACIÓN CON OTRAS ÁREAS DE CONOCIMIENTO

integración de conceptos bloque I Tecnología y su relación con otras áreas de conocimiento Repasa lo aprendido hasta el momento:

La electrónica y otras áreas de conocimiento

La Física es la ciencia que estudia las propiedades de la energía y la materia, que como aprendiste el curso anterior, son dos expresiones del mismo fenómeno. La Matemática, por su parte, es la ciencia por excelencia que estudia las propiedades de entes abstractos como números, figuras geométricas, símbolos y las relaciones que los unen. Vin Ra

Todo circuito en serie se comporta como un divisor de voltaje.

Divisores de voltaje

Vout

Rb

Para calcular el voltaje de salida de un divisor formado por dos resistores se utiliza la Fórmula de Thévenin:

Vout=Vin*

Potencia en divisores de voltaje La potencia es la cantidad de calor que deben disipar los resistores. Para conocer su valor se utiliza la fórmula: Divisores de voltaje con carga 1er Método: Resistores paralelos. Se utiliza la fórmula para calcular la resistencia efectiva (RE) de los resistores paralelos con diferente valor. Se aplica la fórmula para calcular el voltaje de salida: Divisores de voltaje con carga 20 Método. Resistor Thévenin (RTH). Se simplifican los resistores conectados en serie en un solo resistor virtual llamado Resistor Thévenin (RTH) y se utiliza junto con el Voltaje Thévenin (VTH) para encontrar el valor del voltaje real que recibe la carga. Divisores de corriente Para conocer la cantidad de corriente parcial (IP) que atraviesa el resistor de carga (RC) se utiliza la siguiente fórmula: RE

I

P

RC

I

Vin2 Ra Rb

R

E

V

R2

R3 RE RE

in

R

TH

out

R3

V

out

V

R2

R1

R2

R1

R2

EDICIONES

R1

VTH

RC

RTH

RC R1 560

B1 12V

T R2 820

42

Rb Rb Ra

®

R3 680


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 2

Capacitancia

Es la cualidad que presentan algunos componentes para almacenar energía eléctrica en un campo electrostático.

Condensador

Los componentes que generan capacitancia se conocen como condensadores o capacitores. El condensador tiene una función semejante a la pila, sólo que esta última almacena energía para ser liberada en pequeñas cantidades durante un lapso relativamente largo, y el condensador, al contrario, libera grandes cantidades de energía en poco tiempo. El condensador es un componente formado por dos conductores separados por un aislante.

La unidad de medida del condensador es el Faradio

1 faradio es la capacidad de almacenar 1 culombio en el campo electrostático cuando se aplica 1 voltio de fuerza electromotriz.

Fórmula de la capacitancia

C = Capacitancia Q = Carga eléctrica en culombios V = Fuerza electromotriz o Voltaje

Tipos más comunes de condensadores

1. Electrolíticos 2. Láminas de papel o plástico 3. Cerámicos

Factores que determinan la capacitancia

1. El área de las placas 2. La distancia entre las placas 3. Tipo de material dieléctrico 4. Temperatura

C

Q V

El condensador electrolítico EXPLOTARÁ si se conecta con los polos invertidos (positivo en negativo y negativo en positivo).

Condensadores conectados en serie

La capacitancia en serie es igual a la suma de los recíprocos de los condensadores individuales. 1 1 1 1

C1

Ct Condensadores conectados en paralelo

C2

1

C3

Cn

La capacitancia en paralelo es aditiva: el total es igual a la suma de las capacitancias parciales. Ct C1 C2 C3 Cn

Serie Cuando se requiere poca capacitancia y mucho voltaje, los condensadores se conectan en serie.

C

Q V

Paralelo Cuando se requiere mucha capacitancia con el mismo voltaje, los condensadores se conectan en paralelo.

C

Q V

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