Elementos pasivos y activos, Apuntes de Electrónica

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Componentes

y elementos

pasivos y

activos

Simbología y función

Israel Salvador Palma López

Principios electricos y

aplicaciones digitales.

Oliver Delgado

Israel Salvador Palma López

Elementos pasivos de los circuitos

Los elementos más básicos de los circuitos son la resistencia, la inductancia y la capacitancia. Los elementos pasivos no generan electricidad alguna, solo pueden consumir energía (convertir de la forma eléctrica a la no eléctrica, como calor o luz) o guardar energía (en campos electrostáticos o electromagnéticos). Los elementos pasivos, son aquellos, que al circular corriente producen una diferencia de potencial entre sus bornes y disipan potencia en forma de calor (consumen energía). Estos no cambian su comportamiento o física y por tanto responden siempre de la misma manera a los cambios en el voltaje y la corriente. Resistencias, capacitores, inductores (bobinas) y transformadores son los elementos pasivos.

Resistencia y resistencias

La simbología común para la representación de las resistencias se encuentran expuestas en la figura 1. La figura 1(a) es el símbolo común usado para la resistencia en general especialmente con la escritura a mano. La figura 1(b) es el símbolo de resistencia impreso más generalmente utilizado. La figura 1(c) es el símbolo usado para resistores no inductivos, cuando es necesario indicar claramente que obviamente tiene una pequeña porción de inductancia.

La ecuación básica para las resistencias es la ley de Ohm

v(t) = R. i(t)

Israel Salvador Palma López

utiliza para simplificar el dibujo de circuitos.

El símbolo de la figura 2(c) se utilizan en ocasiones en forma impresa, especialmente en las placas de los transformadores, pero no es una forma recomendada ya que puede llevar a confusión con las resistencias comunes. La ecuación básica para el comportamiento de un inductor es la ley del electromagnetismo de Faraday.

dt

e ( ) d^ 

Cuando haya N vueltas en un resorte e.m.f será inducida en cada vuelta, para que el voltaje a lo largo del resorte sea N veces mayor. También, si el voltaje se mide como una gota, y signo negativo se desvanece, de modo que

dt

d v N

El inductor consta de las siguientes partes:

 Devanado inductor: Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magnético, al ser recorrido por la corriente eléctrica.  Culata: Es una pieza de sustancia ferromagnética, no rodeada por devanados, y destinada a unir los polos de la máquina.  Pieza polar : Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entrehierro, incluyendo el núcleo y la expansión polar.  Núcleo: Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor.  Expansión polar: Es la parte de la pieza polar próxima al inducido y que bordea al entrehierro.  Polo auxiliar o de conmutación: Es un polo magnético suplementario, provisto o no, de devanados y destinado a mejorar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de mediana y gran potencia.

La bobina almacena energía eléctrica en forma de campo magnético cuando aumenta la intensidad de corriente, devolviéndola cuando ésta disminuye. Matemáticamente se puede demostrar que la energía U , almacenada por una bobina con inductancia L,!, que es recorrida por una corriente de intensidad I, viene dada por:

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Capacitancia y capacitores

La capacitancia o capacidad, en un capacitor o un sistema de conductores y dieléctricos, es aquella propiedad que permite el almacenamiento de cargas eléctricamente separadas donde existe diferencia potencial entre los conductores. La capacitancia de un capacitor se define como la proporción entre la carga eléctrica que ha sido transferida de un electrodo a otro y la diferencia resultante en potencial entre electrodos. EL valor de dicha proporción depende de la magnitud de carga transferida. La capacitancia se opone a cualquier cambio en el voltaje del circuito. Un cambio en el voltaje se retarda hasta que las cargas almacenadas puedan ser alteradas por la corriente. La unidad de la capacitancia es el Faraday.

También podemos decir que la capacitancia es la propiedad de un sistema eléctrico (comprendido por conductores y sus dieléctricos asociados) que determina (a) las corrientes de desplazamiento en el sistema para una tasa de cambio de diferencia potencial entre conductores y (b) cuanta carga eléctrica será almacenada en el dieléctrico por una dada diferencia potencial entre conductores.

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El voltaje que un capacitor puede anejar depende del grosor de las placas de metal, del espacio entre ellas y del tipo de sustancia dieléctrica utilizada, lo que podemos expresar mediante la constante de capacitancia. El vacío tiene representa la constante dieléctrica de 1; algunas sustancias tienen múltiplos significativamente grandes de la constante dieléctrica.

En general la capacitancia es directamente proporcional al área de la superficie de las placas conductoras. La capacitancia por otro lado es inversamente proporcional a la separación de las placas conductoras, es decir, mientras más cerca las placas se encuentren, mayor será la capacitancia.

Componentes eléctricos activos

Un componente activo es aquel dispositivo que posee un filtro electronico analogo con la capacidad de amplificar una senal o producir una ganancia de energia. Hay dos tipos de componentes activos: los tubos de electrones o de vacio y los semiconductores o dispositivos de estado solido. Un componente activo tipico seria un osilador, transistor o circuito integrado.

Israel Salvador Palma López

Un componente activo funciona como un circuito de corriente alterna en un dispositivo, que trabaja para incrementar la energia activa, voltaje o corriente. Es capaz de hacer esto ya que recibe energia de una fuente de electricidad distinta y separada de la señal eléctrica.

La mayoria de los dispositivos electronicos son semiconductores, el mas comun de estos es el transistor. Un transistor basico es generalmente en un amplificador, que incrementa la corriente activa de entrada/salida usando una toma de poder de corriente directa (DC) para proveer la energia necesaria.

Un componente activo tiene la habilidad de controlar el flujo de electrones y ya sea que permita al voltage controlar la corriente o permita a otra corriente tomar control. Los dispositivos controlados por voltaje como los tubos de vacio, controlan su propia senal. Mientras que los dispositivos controlados por la corriente, como los transistores de conjuncion bipolar permiten que una corriente controle a otra.

Todos los componentes activos requieren de una fuente de energia, que generalmente viene de un circuito de corriente directa. Adicionalmente, puede infundir poder en un circuito como un transistor, tríodo de vacío o diodo de tunel.

El transistor

Un transistor es un semiconductor usado para amplificar y funcionar como switch de energía y señales eléctricas. Se compone del material semiconductor y de por lo menos tres terminales de conexión a una terminar externa. Donde un voltaje o corriente es aplicado en un par de sus terminales cambia la corriente o voltaje a través de otro par de terminales. Debido a que la energía controlada (salida) puede ser mayor a la controladora

Israel Salvador Palma López

Fuentes, referencias y recursos

 http://www.elect.mrt.ac.lk/EE201_basic_elements_Nov07.pdf  http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/RAIZDC/contenidoprogramatico/c apitulo2/elementos%20activos.html  http://electro-fisica.blogspot.mx/2011/03/actividad-5-elementos-activos-y-pasivos.html  http://everythingscience.co.za/grade-12/14-electronics/14-electronics-04.cnxmlplus  http://components.about.com/od/Components/a/Resistor-Applications.htm  Libro “Electricity and electronics fundamentals” 2nd edition de Dale R. Patrick y Stephen W. Fardo, editorial “The Fairmont Press, inc”. Librería del congreso USA.  Libro “Concepts in electric circuits” del Dr. Wasif Naeem editorial Bookboon.  http://www.techopedia.com/definition/735/passive-component  http://www.techopedia.com/definition/726/active-component  Tutorial inductores (bobinas) http://www.youtube.com/watch?v=NgwXkUt3XxQ  http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/induct.html  Imagen de una bobina http://es.wikipedia.org/wiki/Inductor  Libro “Modern dictionary of electronics” 7ª edición de Rudolf F. Graf Editorial Newness.  Libro “Teach yourself electricity and electronics” McGraw Hill.  http://gco.tel.uva.es/tutorial_cir/tema4/bobina.htm#  http://fisica1011tutor.blogspot.mx/2011_03_01_archive.html  http://www.dtic.upf.edu/~jlozano/interfaces/interfaces1.html  http://people.seas.harvard.edu/~jones/es154/pages/nicetut/book2/capacitors.html  http://www.electronicstheory.com/html/e101-36.htm  http://en.wikipedia.org/wiki/Transistor  http://www.youtube.com/watch?v=26E02DU0MRo  http://www.sciencedaily.com/articles/i/integrated_circuit.htm